第4章 其他類(lèi)型電動(dòng)機(jī)(14)

1、 在電動(dòng)機(jī)的家族中除了三相異步電動(dòng)機(jī)以外，還有在電動(dòng)機(jī)的家族中除了三相異步電動(dòng)機(jī)以外，還有許多其它類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)。在這一章將介紹單相異步電動(dòng)許多其它類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)。在這一章將介紹單相異步電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理及應(yīng)用。機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理及應(yīng)用。 單相異步電動(dòng)機(jī)：使用單相異步電動(dòng)機(jī)：使用；特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、使用方便特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、使用方便其定子其定子。功率：比較小，通常為幾瓦功率：比較小，通常為幾瓦 幾百瓦幾百瓦應(yīng)用：家用電器、電動(dòng)工具、醫(yī)療器械等方面應(yīng)用：家用電器、電動(dòng)工具、醫(yī)療器械等方面4.14.1單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子籠型結(jié)構(gòu)籠型結(jié)構(gòu)定子定子隱極式結(jié)構(gòu)隱極

2、式結(jié)構(gòu)凸極式結(jié)構(gòu)凸極式結(jié)構(gòu)12344.14 籠型轉(zhuǎn)籠型轉(zhuǎn) 子繞組子繞組1 定子定子2 定子繞組定子繞組3 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 由于單相異步電動(dòng)機(jī)由單相交流電源供電，所以當(dāng)單相由于單相異步電動(dòng)機(jī)由單相交流電源供電，所以當(dāng)單相交流電流交流電流 i 通過(guò)定子繞組時(shí)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁通過(guò)定子繞組時(shí)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而是固定在空間隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的脈動(dòng)磁場(chǎng)，即場(chǎng)，而是固定在空間隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的脈動(dòng)磁場(chǎng)，即磁場(chǎng)的大小隨時(shí)間變化，而磁場(chǎng)的大小隨時(shí)間變化，而 N、S 極始終在一個(gè)軸線上。極始終在一個(gè)軸線上。4.1i+uZ1Z2單相繞組單相繞組 ti 0 在交流電流的正半周時(shí)在交流電流的

3、正半周時(shí)N、S 極的位置與交流電流的負(fù)半極的位置與交流電流的負(fù)半周時(shí)周時(shí)N、S 極的位置互相顛倒。極的位置互相顛倒。x t0t1t2t34.1 由于單相異步電動(dòng)機(jī)由單相交流電源供電，所以當(dāng)單相由于單相異步電動(dòng)機(jī)由單相交流電源供電，所以當(dāng)單相交流電流交流電流 i 通過(guò)定子繞組時(shí)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁通過(guò)定子繞組時(shí)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而是固定在空間隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的場(chǎng)，而是固定在空間隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的，即，即磁場(chǎng)的大小隨時(shí)間變化，而磁場(chǎng)的大小隨時(shí)間變化，而 N、S 極始終在一個(gè)軸線上。極始終在一個(gè)軸線上。 脈動(dòng)磁場(chǎng)不能產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故不能脈動(dòng)磁場(chǎng)不能產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故不能。

4、 +1 + j0 t1+ t 0 t1 t 可將交變的脈動(dòng)磁場(chǎng)分解可將交變的脈動(dòng)磁場(chǎng)分解為兩個(gè)數(shù)值相等、以同一轉(zhuǎn)為兩個(gè)數(shù)值相等、以同一轉(zhuǎn)速向相反方向旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。速向相反方向旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。 單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流和電磁力流和電磁力 f 如圖。如圖。 當(dāng)定子繞組中通入單相交流電后產(chǎn)生的磁場(chǎng)為當(dāng)定子繞組中通入單相交流電后產(chǎn)生的磁場(chǎng)為交變脈動(dòng)磁場(chǎng)：在每一瞬間各點(diǎn)交變脈動(dòng)磁場(chǎng)：在每一瞬間各點(diǎn) 分布為分布為正弦正弦；在不同瞬間各點(diǎn)在不同瞬間各點(diǎn) 分布為分布為駐波駐波。 可將可將交變脈動(dòng)磁場(chǎng)的交變脈動(dòng)磁場(chǎng)的駐波駐波分解為兩個(gè)幅值相等、以同分解為兩個(gè)幅值相等、以同一轉(zhuǎn)速向相反方向旋轉(zhuǎn)的磁

5、一轉(zhuǎn)速向相反方向旋轉(zhuǎn)的磁通。通。4.14.1nTT 合成轉(zhuǎn)矩合成轉(zhuǎn)矩 T = T + T TT +機(jī)械特性機(jī)械特性 n = f ( (T) 具有下列特點(diǎn)：具有下列特點(diǎn)： 當(dāng)轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)速 n = 0 時(shí)，轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)矩T = 0，無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩?zé)o起動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)。 若轉(zhuǎn)速若轉(zhuǎn)速n 0，轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩T 0，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn); 若若n 0, T 0，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 而單相而單相電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)一經(jīng)起動(dòng)，一經(jīng)起動(dòng)，T T （或（或T T ）, ,在單在單相繞組作用下相繞組作用下, ,其合成電磁其合成電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 T 0，它能沿著某一，它能沿著某一個(gè)方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)下去。個(gè)方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)下去。 04.

6、1分相式單相異步電動(dòng)機(jī)設(shè)置了兩個(gè)繞組：分相式單相異步電動(dòng)機(jī)設(shè)置了兩個(gè)繞組： 由三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理可知，應(yīng)在單相異步由三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理可知，應(yīng)在單相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)設(shè)法建立起旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使其產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)設(shè)法建立起旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使其產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。根據(jù)建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方法，單相異步電動(dòng)機(jī)可分為電容根據(jù)建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方法，單相異步電動(dòng)機(jī)可分為電容分相式、電阻分相式和罩極式等不同類(lèi)型分相式、電阻分相式和罩極式等不同類(lèi)型 。Z1Z2 工作繞組工作繞組 (或稱(chēng)主繞組或稱(chēng)主繞組)F1F2 起動(dòng)繞組起動(dòng)繞組 (或稱(chēng)輔助繞組或稱(chēng)輔助繞組)兩個(gè)繞組在空間相隔兩個(gè)繞組在空間相隔90 放置放置通入繞

7、組的電流在相位上相差接近于通入繞組的電流在相位上相差接近于90 這種情況稱(chēng)為分相，常用電容或電阻元件實(shí)現(xiàn)分相。這種情況稱(chēng)為分相，常用電容或電阻元件實(shí)現(xiàn)分相。工作工作繞組繞組Z1Z2IZQUCIFI 起動(dòng)繞組起動(dòng)繞組 F1F2 , 與工作繞組與工作繞組Z1Z2在空間相隔在空間相隔 90 , 并串聯(lián)并串聯(lián)電容器電容器 C，使二使二繞組中繞組中的電流相差約的電流相差約 90 , 即可即可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 在電機(jī)起動(dòng)后，有些在電機(jī)起動(dòng)后，有些電動(dòng)機(jī)用離心開(kāi)關(guān)電動(dòng)機(jī)用離心開(kāi)關(guān)S 斷斷開(kāi)起動(dòng)繞組開(kāi)起動(dòng)繞組F1F2。S4.1F1F2M1+IFIZIU iZ tiF0 t = 0iZ= 0，iF為

8、正值為正值iF = Imsin( t + 90 )iZ = Imsin tF2F1Z1Z2C t = 45iZ、iF均為均為正正值值F2F1Z1Z2 t = 90iZ為正值為正值，iF= 0F2F1Z1Z2n1uiFiZ+iZ tiF0iF = Imsin( t + 90 )iZ = Imsin tF2F1Z1Z2CuiFiZ+S12 若若S接在接在1位址，則位址，則iF 超前超前iZ 90。磁場(chǎng)從磁場(chǎng)從F1 F2的軸線位置轉(zhuǎn)向的軸線位置轉(zhuǎn)向Z1 Z2的的軸線位置。磁場(chǎng)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。軸線位置。磁場(chǎng)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。若若S接在接在2位址，則位址，則iZ 超前超前iF 90。磁場(chǎng)從磁場(chǎng)從Z1 Z2

9、的軸線位置轉(zhuǎn)向的軸線位置轉(zhuǎn)向F1 F2的的軸線位置。磁場(chǎng)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。軸線位置。磁場(chǎng)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。iF = Imsin( t + 90 )iZ = Imsin tF2F1Z1Z2CuiFiZ+ 只要將起動(dòng)繞組接電源只要將起動(dòng)繞組接電源的兩端的兩端 F1 、F2 對(duì)調(diào)即可。對(duì)調(diào)即可。iZ tiF00 tiZiF0 tiZ tiF0iF = Imsin( t 90 )iZ = Imsin tiZiF 只要將起動(dòng)繞組接電源只要將起動(dòng)繞組接電源的兩端的兩端 F1 、F2 對(duì)調(diào)即可。對(duì)調(diào)即可。工作工作繞組繞組Z1Z2IZQUIFI 工作繞組工作繞組Z1Z2電感量大，電阻電感量大，電阻小，而起動(dòng)繞組小

10、，而起動(dòng)繞組F1F2的電阻大而電感量小，的電阻大而電感量小，因此兩繞組中電流相因此兩繞組中電流相位差接近于位差接近于90 ，從而，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 在電機(jī)起動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)用在電機(jī)起動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)用離心開(kāi)關(guān)離心開(kāi)關(guān) S 斷開(kāi)起動(dòng)繞組斷開(kāi)起動(dòng)繞組 F1F2。4.1F1F2M1+相相量量圖圖UIFIZISR 空間相差空間相差120 角的三相繞組，通入對(duì)稱(chēng)三角的三相繞組，通入對(duì)稱(chēng)三相電流時(shí)，產(chǎn)生的是一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)相電流時(shí)，產(chǎn)生的是一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)電流經(jīng)過(guò)一個(gè)周期變化時(shí)，磁場(chǎng)也沿著順時(shí)針電流經(jīng)過(guò)一個(gè)周期變化時(shí)，磁場(chǎng)也沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了一周方向旋轉(zhuǎn)了一周 ( 在空間旋轉(zhuǎn)的角度為在

11、空間旋轉(zhuǎn)的角度為 360 )。4.1 在電動(dòng)機(jī)的極靴上加入短路銅環(huán)稱(chēng)為罩極。在電動(dòng)機(jī)的極靴上加入短路銅環(huán)稱(chēng)為罩極。罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，但結(jié)構(gòu)罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，常用于小型風(fēng)扇及吹風(fēng)機(jī)中。簡(jiǎn)單、制造方便，常用于小型風(fēng)扇及吹風(fēng)機(jī)中。4.1 電機(jī)的轉(zhuǎn)向?yàn)閺拇艠O電機(jī)的轉(zhuǎn)向?yàn)閺拇艠O的未罩部分轉(zhuǎn)向被罩部的未罩部分轉(zhuǎn)向被罩部分分，旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向方向固定固定改變。改變。4.1 k 2 1in 3磁通相量圖磁通相量圖 1 2 k 3 在短路環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)在短路環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，產(chǎn)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，產(chǎn)生的磁通生的磁通 k 。 相量相加后通過(guò)短路相量相加后

12、通過(guò)短路環(huán)的磁通環(huán)的磁通 3與與 1 在時(shí)在時(shí)間上有相位差間上有相位差 角，在角，在空間又相隔一定角度，空間又相隔一定角度，因而能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。因而能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。若要改變方向，只能改變罩極的位置。若要改變方向，只能改變罩極的位置。 交流電磁鐵勵(lì)磁線圈中通入的是交流電流，在鐵心中交流電磁鐵勵(lì)磁線圈中通入的是交流電流，在鐵心中所產(chǎn)生的磁通也是交變的，所以交流電磁鐵具有如下特點(diǎn)。所產(chǎn)生的磁通也是交變的，所以交流電磁鐵具有如下特點(diǎn)。 （1） 交變磁通在鐵心中產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗，交變磁通在鐵心中產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗，為了減小鐵心損耗，其鐵心通常用硅鋼片制成。為了減小鐵心損耗，其鐵心通常用硅鋼片制

13、成。 （2） 交變磁通所產(chǎn)生的電磁吸力是隨時(shí)間變化的，交變磁通所產(chǎn)生的電磁吸力是隨時(shí)間變化的，電磁吸力瞬時(shí)值電磁吸力瞬時(shí)值 f 隨時(shí)間變化的規(guī)律如下圖所示，表明隨時(shí)間變化的規(guī)律如下圖所示，表明電磁吸力隨時(shí)間在零值和最大值電磁吸力隨時(shí)間在零值和最大值Fm之間脈動(dòng)變化，這可之間脈動(dòng)變化，這可能引起銜鐵的頻繁振動(dòng)。能引起銜鐵的頻繁振動(dòng)。t 、ff FmO= B02S08 107F =107 28 S0 為了消除銜鐵的振動(dòng)，可以在鐵心的某一端面部分套為了消除銜鐵的振動(dòng)，可以在鐵心的某一端面部分套上一個(gè)短路銅環(huán)。上一個(gè)短路銅環(huán)。 1 當(dāng)交變磁通穿過(guò)具有當(dāng)交變磁通穿過(guò)具有短路銅環(huán)的鐵心時(shí)，會(huì)分短路銅環(huán)的鐵

14、心時(shí)，會(huì)分成兩個(gè)分量成兩個(gè)分量 1和和 2 。穿過(guò)。穿過(guò)短路銅環(huán)的磁通分量短路銅環(huán)的磁通分量 2必必然會(huì)在短路銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感然會(huì)在短路銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這個(gè)感應(yīng)電流要應(yīng)電流，這個(gè)感應(yīng)電流要阻礙磁通的變化，從而使阻礙磁通的變化，從而使 1與與 2之間產(chǎn)生了相位差。之間產(chǎn)生了相位差。t 、ff1 1FmO 2f2 2前面所討論的三相和單相異步電動(dòng)機(jī)，都是作為前面所討論的三相和單相異步電動(dòng)機(jī)，都是作為動(dòng)力電機(jī)來(lái)使用的，主要任務(wù)是能量轉(zhuǎn)換。動(dòng)力電機(jī)來(lái)使用的，主要任務(wù)是能量轉(zhuǎn)換。4.4 用于信號(hào)檢測(cè)、變換和傳遞的小功率電機(jī)稱(chēng)為控用于信號(hào)檢測(cè)、變換和傳遞的小功率電機(jī)稱(chēng)為控制電機(jī)?？刂齐姍C(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中是

15、必不可少的。制電機(jī)?？刂齐姍C(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中是必不可少的。對(duì)控制電機(jī)的要求是：對(duì)控制電機(jī)的要求是：可靠性高、精度高、響應(yīng)速度快?？煽啃愿?、精度高、響應(yīng)速度快。常用的控制電機(jī)有：伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。常用的控制電機(jī)有：伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。 它們的功率一般小于它們的功率一般小于 750W。本節(jié)重點(diǎn)介紹它們的特點(diǎn)和工作原理。本節(jié)重點(diǎn)介紹它們的特點(diǎn)和工作原理。4.4 伺服電動(dòng)機(jī)是把輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或角伺服電動(dòng)機(jī)是把輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或角速度輸出，改變輸入電壓信號(hào)的大小或極性（相位）可速度輸出，改變輸入電壓信號(hào)的大小或極性（相位）可以改變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。以改變伺服電動(dòng)

16、機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。 對(duì)于伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求是：調(diào)速范圍寬，運(yùn)行對(duì)于伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求是：調(diào)速范圍寬，運(yùn)行特性接近線性，無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象（控制電壓消失，伺服電動(dòng)特性接近線性，無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象（控制電壓消失，伺服電動(dòng)機(jī)能立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)），能快速響應(yīng)。機(jī)能立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)），能快速響應(yīng)。 伺服電動(dòng)機(jī)有直流和交流之分伺服電動(dòng)機(jī)有直流和交流之分, ,交流伺服電動(dòng)機(jī)是兩交流伺服電動(dòng)機(jī)是兩相異步電動(dòng)機(jī)。相異步電動(dòng)機(jī)。直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)的功率有所不同：直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)的功率有所不同：直流伺服電動(dòng)機(jī)輸出功率大一些，一般可達(dá)幾百瓦；直流伺服電動(dòng)機(jī)輸出功率大一些，一般可達(dá)幾百瓦；交流伺服電動(dòng)機(jī)輸出功率較小

17、，一般為幾十瓦。交流伺服電動(dòng)機(jī)輸出功率較小，一般為幾十瓦。 直流伺服電動(dòng)機(jī)是一種微型的直流電動(dòng)機(jī)。直流伺服電動(dòng)機(jī)是一種微型的直流電動(dòng)機(jī)。直流伺服直流伺服 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子( (電樞電樞) )重量較輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小重量較輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 永磁式永磁式 磁極是永久磁鐵磁極是永久磁鐵電磁式電磁式 磁極是電磁鐵磁極是電磁鐵鐵心鐵心繞組繞組具有很好的快速響應(yīng)特性具有很好的快速響應(yīng)特性4.4TCCRCUn2Teae 直流伺服電動(dòng)機(jī)常采用電樞控制方式，即磁通不變，直流伺服電動(dòng)機(jī)常采用電樞控制方式，即磁通不變，通過(guò)改變電樞電壓來(lái)控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)改變電樞電壓來(lái)控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀

18、態(tài)。 U1 U2 U3Tn10nT2n2n3U1U2U3電壓電壓U 越大，轉(zhuǎn)速越大，轉(zhuǎn)速 n 越高。越高。 對(duì)應(yīng)某一負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)某一負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)有一始動(dòng)電壓。有一始動(dòng)電壓。4.4（1）可控?zé)o自轉(zhuǎn)）可控?zé)o自轉(zhuǎn) 當(dāng)控制電壓當(dāng)控制電壓Uk= 0 時(shí)時(shí), 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n = 0；（2）靈敏度高）靈敏度高 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向隨控制電壓的大小和轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向隨控制電壓的大小和（4）功率?。┕β市?通常為零點(diǎn)幾瓦通常為零點(diǎn)幾瓦 幾十瓦；幾十瓦；（5）運(yùn)行穩(wěn)定）運(yùn)行穩(wěn)定 n在在 ( (0 n0 之間連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；之間連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；（6）起動(dòng)電壓小）起動(dòng)電壓小 Ust = UN (3 。（3）響應(yīng)快速）響應(yīng)快速

19、由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制電壓為交流電壓交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制電壓為交流電壓, 特點(diǎn)為：特點(diǎn)為：所以電動(dòng)機(jī)起動(dòng)快；所以電動(dòng)機(jī)起動(dòng)快；極性而改變；極性而改變；4.4交流交流伺服伺服電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子繞組定子繞組轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心定子鐵心定子鐵心轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸機(jī)座機(jī)座籠形轉(zhuǎn)子籠形轉(zhuǎn)子杯形轉(zhuǎn)子杯形轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組控制繞組控制繞組4.4 特點(diǎn)：特點(diǎn)：籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)同普通籠型異籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)同普通籠型異步電動(dòng)機(jī)，只是轉(zhuǎn)子細(xì)而長(zhǎng)，并采用高步電動(dòng)機(jī)，只是轉(zhuǎn)子細(xì)而長(zhǎng)，并采用高電阻率的導(dǎo)電材料作導(dǎo)條，以獲得較小電阻率的導(dǎo)電材料作導(dǎo)條，以獲得較

20、小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較大電阻。的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較大電阻。 杯型轉(zhuǎn)子可看成由無(wú)數(shù)導(dǎo)條并聯(lián)而成。杯型轉(zhuǎn)子可看成由無(wú)數(shù)導(dǎo)條并聯(lián)而成。兩種轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的分析方法相同。兩種轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的分析方法相同。當(dāng)只當(dāng)只在勵(lì)磁繞組上加入交流電壓在勵(lì)磁繞組上加入交流電壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 產(chǎn)生電流產(chǎn)生電流 if 產(chǎn)生產(chǎn)生脈振脈振磁場(chǎng)磁場(chǎng) f 。ifik t04.4 當(dāng)控制繞組也接入電源，即加上當(dāng)控制繞組也接入電源，即加上控制電壓控制電壓, , 電流電流 ik 滯后滯后 if 90 產(chǎn)生產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁場(chǎng) k 滯后滯后 f 90。因此因此可建立可建立起旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這時(shí)電動(dòng)機(jī)就可產(chǎn)生起旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這時(shí)電動(dòng)機(jī)就可產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子也就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)了

21、。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子也就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)了。 工作原理與單相異步電動(dòng)機(jī)相似。工作原理與單相異步電動(dòng)機(jī)相似?？刂瓶刂评@組繞組勵(lì)磁勵(lì)磁繞組繞組ifQCikSfk電動(dòng)機(jī)無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子不能轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子不能轉(zhuǎn)動(dòng)。 勵(lì)磁繞組與勵(lì)磁繞組與控制繞組在空間位置控制繞組在空間位置相差相差90。4.4交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線與單相異步電動(dòng)機(jī)相似。交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線與單相異步電動(dòng)機(jī)相似。 有兩點(diǎn)不同：有兩點(diǎn)不同： 由于轉(zhuǎn)子電阻大，使臨界轉(zhuǎn)差率由于轉(zhuǎn)子電阻大，使臨界轉(zhuǎn)差率 sm= 1， 交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線的形狀接近一條直線；交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線的形狀接近一條直線；nTT TT +0

22、 1nTT TT +01由機(jī)械特性，加之轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，使交流伺服由機(jī)械特性，加之轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，使交流伺服電動(dòng)機(jī)可以克服電動(dòng)機(jī)可以克服“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”。單相異步單相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)交流伺服電交流伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)(sm=1)ssT 與與伺服伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向相反，成為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向相反，成為，且轉(zhuǎn)子，且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，所以電動(dòng)機(jī)能轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，所以電動(dòng)機(jī)能立即停轉(zhuǎn)立即停轉(zhuǎn)。4.4 一旦控制電壓消失，電動(dòng)機(jī)應(yīng)能立即停轉(zhuǎn)。若電一旦控制電壓消失，電動(dòng)機(jī)應(yīng)能立即停轉(zhuǎn)。若電動(dòng)機(jī)還繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，稱(chēng)這種現(xiàn)象為動(dòng)機(jī)還繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，稱(chēng)這種現(xiàn)象為“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”。 交流伺服電動(dòng)機(jī)可以克服交流伺服電動(dòng)機(jī)可以克服“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”的原因解釋如

23、下：的原因解釋如下：由由交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線合成合成電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩，0.4UkNUkN0.8 UkN0.6UkNn0T0.8UkNnT0 1sa a4.4 ( (a) ) 幅值控制幅值控制 控制繞組電壓和勵(lì)磁繞組電壓之間的相位控制繞組電壓和勵(lì)磁繞組電壓之間的相位差保持不變，改變加在控制繞組上電壓幅值的大小；差保持不變，改變加在控制繞組上電壓幅值的大?。?( (b) )相位控制相位控制 保持控制電壓的幅值不變，僅改變其相位；保持控制電壓的幅值不變，僅改變其相位； ( (c) ) 幅幅 - 相控制相控制 同時(shí)改變控制電壓的幅值和相位。同時(shí)改變控制電壓的幅值和

24、相位。 在三種控制方法中，幅值控制和相位控制方法都需要在三種控制方法中，幅值控制和相位控制方法都需要較復(fù)雜的裝置，而幅值較復(fù)雜的裝置，而幅值 - 相位控制方法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，成相位控制方法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低，因而是最常用的一種控制方法。本較低，因而是最常用的一種控制方法。 交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制電壓交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制電壓 Uk 可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小和方向。在交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，通常保持勵(lì)磁繞大小和方向。在交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，通常保持勵(lì)磁繞組所接電壓組所接電壓Uf 的大小和相位不變，只改變控制繞組所加電的大小和相位不變，只改變控制繞組所加電壓壓Uk的大小和相位，實(shí)現(xiàn)對(duì)交

25、流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的大小和相位，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制。的控制。主要有以下三種控制方法：主要有以下三種控制方法：位置位置調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器功率功率放大器放大器交流交流伺服伺服電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)機(jī)械機(jī)械負(fù)載負(fù)載4.4位置指位置指令裝置令裝置位置反位置反饋裝置饋裝置位置隨動(dòng)位置隨動(dòng)系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖 交流伺服系統(tǒng)常應(yīng)用于位置隨動(dòng)系統(tǒng)中，如數(shù)控機(jī)床的交流伺服系統(tǒng)常應(yīng)用于位置隨動(dòng)系統(tǒng)中，如數(shù)控機(jī)床的定位控制及加工軌跡控制、火炮的瞄準(zhǔn)、雷達(dá)天線的跟蹤等。定位控制及加工軌跡控制、火炮的瞄準(zhǔn)、雷達(dá)天線的跟蹤等。位置指令裝置位置指令裝置 將希望的位移量轉(zhuǎn)換成給定電信號(hào)；將希望的位移量轉(zhuǎn)換成給定電信號(hào)；

26、位置反饋裝置位置反饋裝置 將機(jī)械負(fù)載的實(shí)際位置轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；將機(jī)械負(fù)載的實(shí)際位置轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié) 將位置信號(hào)與給定信號(hào)比較，得到偏差信號(hào)；將位置信號(hào)與給定信號(hào)比較，得到偏差信號(hào)；位置調(diào)節(jié)器位置調(diào)節(jié)器 保證系統(tǒng)穩(wěn)定并具有滿意的動(dòng)態(tài)品質(zhì)；保證系統(tǒng)穩(wěn)定并具有滿意的動(dòng)態(tài)品質(zhì)； 功率放大器功率放大器 控制伺服電動(dòng)機(jī)，向消除偏差的方向旋轉(zhuǎn)。控制伺服電動(dòng)機(jī)，向消除偏差的方向旋轉(zhuǎn)。 位置隨動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)位置反饋系統(tǒng)：位置隨動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)位置反饋系統(tǒng)： 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可將輸入的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成直線位步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可將輸入的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成直線位移或角位移，移或角位移，即每輸入一個(gè)脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)即每

27、輸入一個(gè)脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步。顯然步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位移與輸入脈沖的數(shù)角度或前進(jìn)一步。顯然步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位移與輸入脈沖的數(shù)目成正比，它的速度與脈沖頻率成正比。目成正比，它的速度與脈沖頻率成正比。 反應(yīng)式、永磁式、永磁反應(yīng)式；反應(yīng)式、永磁式、永磁反應(yīng)式；單相、兩相、多相。單相、兩相、多相。本節(jié)只介紹反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。本節(jié)只介紹反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。速起動(dòng)和制動(dòng)的特點(diǎn)。被廣泛用于數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)和自速起動(dòng)和制動(dòng)的特點(diǎn)。被廣泛用于數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)和自動(dòng)記錄儀表等場(chǎng)合。動(dòng)記錄儀表等場(chǎng)合。可以通過(guò)改變輸入脈沖的頻率進(jìn)行調(diào)速，具有快可以通過(guò)改變輸入脈沖的頻率進(jìn)行調(diào)速

28、，具有快4.41324 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子AA C C B B 繞組繞組定子定子轉(zhuǎn)子：有四個(gè)齒轉(zhuǎn)子：有四個(gè)齒 (或多個(gè)齒或多個(gè)齒)，用鐵磁材料，無(wú)磁性也無(wú)繞組用鐵磁材料，無(wú)磁性也無(wú)繞組三對(duì)磁極三對(duì)磁極每對(duì)磁極上有一相繞組每對(duì)磁極上有一相繞組 磁極磁極定子和轉(zhuǎn)子都由硅鋼片疊成。定子和轉(zhuǎn)子都由硅鋼片疊成。 定子磁極上繞組的數(shù)目定子磁極上繞組的數(shù)目即是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的即是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)相數(shù)。 工作時(shí)將脈沖信號(hào)電壓按工作時(shí)將脈沖信號(hào)電壓按一定的順序加到三相繞組一定的順序加到三相繞組A - A 、B - B 、C - C上。上。4.41324轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子AA C C B B 繞組繞組磁極磁極三種運(yùn)行方式

29、：三種運(yùn)行方式：tttuAAuBBuCC根據(jù)繞組根據(jù)繞組通電通電的的順序，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)順序，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有以下有以下A相相B相相C相相通電順序：通電順序：A-B-C-A-4.4 輸入繞組的脈沖信號(hào)電壓波形，通電三次為一個(gè)循環(huán)輸入繞組的脈沖信號(hào)電壓波形，通電三次為一個(gè)循環(huán)。1324轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子AA C C B B 繞組繞組磁極磁極三種運(yùn)行方式：三種運(yùn)行方式：tttuAAuBBuCC根據(jù)繞組根據(jù)繞組通電通電的的順序，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)順序，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有以下有以下輸入繞組的脈沖信號(hào)電壓波形，通電三次為一個(gè)循環(huán)輸入繞組的脈沖信號(hào)電壓波形，通電三次為一個(gè)循環(huán)。通電順序：通電順序：AB-BC-CA-AB -4.4

30、 1324轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子AA C C B B 繞組繞組磁極磁極三種運(yùn)行方式：三種運(yùn)行方式：tttuAAuBBuCC根據(jù)繞組根據(jù)繞組通電通電的的順序，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)順序，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有以下有以下輸入繞組的脈沖信號(hào)電壓波形，通電六次為一個(gè)循環(huán)輸入繞組的脈沖信號(hào)電壓波形，通電六次為一個(gè)循環(huán)。通電順序：通電順序：A-AB-B-BC-C-CA-A- 1243A C C B B A C C B B AA C C B B AA124312434.4 定子繞組通電順序：定子繞組通電順序：A-B-C-A 轉(zhuǎn)子總是力圖轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置。轉(zhuǎn)子總是力圖轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置。定子每個(gè)繞組通電一次，轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò)定子每個(gè)繞組

31、通電一次，轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò)30 角。角。定子繞組通電三次完成一個(gè)循環(huán)定子繞組通電三次完成一個(gè)循環(huán)。4.41243A C C B B A C C B B AA C C B B AA12431243 定子繞組通電順序：定子繞組通電順序：A-C-B-A 定子繞組的通電順序相反，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向也相反定子繞組的通電順序相反，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向也相反。定子繞組通電頻率的大小，決定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的快慢定子繞組通電頻率的大小，決定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的快慢。4.41243A C C B B A C C B B AA C C B B AA12431243定子繞組通電順序：定子繞組通電順序：AB-BC-CA-AB 轉(zhuǎn)子總是力圖轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置

32、。轉(zhuǎn)子總是力圖轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置。定子繞組每通電一次，轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò)定子繞組每通電一次，轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò) 30 角。角。 定子繞組每通電一次，轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò)定子繞組每通電一次，轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò) 15 角。角。定子繞組通電六次完成一個(gè)循環(huán)定子繞組通電六次完成一個(gè)循環(huán)。4.4AA C C B B 1243A C C B B AA C C B B A124312431243A C C B B A C C B B AA1243 1243A C C B B A 通電順序：通電順序：A-AB-B-BC-C-CA-A-4.4 Z 齒數(shù)，齒數(shù)，N 拍數(shù)拍數(shù) 定子每輸入一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為步距角，定子每輸入

33、一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為步距角，用用 表示，計(jì)算公式為表示，計(jì)算公式為轉(zhuǎn)速單位轉(zhuǎn)速單位 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分（分（r/min）f 輸入脈沖的頻率（輸入脈沖的頻率（Hz） 小步距角步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)增加齒數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。定子每個(gè)極上小步距角步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)增加齒數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。定子每個(gè)極上也要相應(yīng)地開(kāi)幾個(gè)齒，定轉(zhuǎn)子上齒距相同。也要相應(yīng)地開(kāi)幾個(gè)齒，定轉(zhuǎn)子上齒距相同。ACABCB若若 Z = 40，三相三拍，三相三拍 N = 3，則有則有4.4 3340360360NZ minr/50034010006060 NZfn若采用三相六拍若采用三相六拍 N = 6，則有則有 5 . 1640360360NZ minr/2506

34、4010006060 NZfn步距角步距角轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速步距角步距角轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速環(huán)形環(huán)形分配器分配器功率功率放大器放大器步進(jìn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)負(fù)負(fù)載載輸入脈沖輸入脈沖： 決定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組通電順序和電機(jī)轉(zhuǎn)速。決定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組通電順序和電機(jī)轉(zhuǎn)速。： 分配器輸出的脈沖信號(hào)必須經(jīng)過(guò)功率放大，才能作為分配器輸出的脈沖信號(hào)必須經(jīng)過(guò)功率放大，才能作為勵(lì)磁電流送到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組。勵(lì)磁電流送到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組。4.4方向指令方向指令 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正常工作需要有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源，為電機(jī)提供步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正常工作需要有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源，為電機(jī)提供一定頻率的脈沖信號(hào)，并按一定的通電順序提供足夠的功率。一定頻率的脈沖信號(hào)，并按一定的通電順序提供足夠的功率。輸入脈沖決定轉(zhuǎn)