《電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)》第二版第十一章-微特電機(jī)

第十一章微特電機(jī)第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)第二節(jié)力矩電動(dòng)機(jī)第三節(jié)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)第四節(jié)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)第五節(jié)自整角機(jī)第十一章微特電機(jī)第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī)第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)

伺服電動(dòng)機(jī)將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸上的角位移或角速度輸出，以執(zhí)行控制任務(wù)，其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向隨輸入信號(hào)的大小和方向變化，并具有一定的帶負(fù)載能力，在各類自動(dòng)控制系統(tǒng)中廣泛用作執(zhí)行元件。伺服電動(dòng)機(jī)分為直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩類。第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)形式與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相似，勵(lì)磁方式為他勵(lì)式或永磁式。一、直流伺服電動(dòng)機(jī) 改變電樞繞組電壓的大小與方向的控制方式，稱為電樞控制； 改變電勵(lì)磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組電壓的大小與方向的控制方式，稱為磁場(chǎng)控制。第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)

自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求如下：轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向由控制電壓的大小和極性決定，且其控制特性呈線性；線性的機(jī)械特性；快速性好。第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式為：圖11.1直流伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性

1.機(jī)械特性第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)當(dāng)直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，轉(zhuǎn)速與控制電壓的變化關(guān)系稱為調(diào)節(jié)特性。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：調(diào)節(jié)特性分為負(fù)載為常數(shù)時(shí)的調(diào)節(jié)特性和可變負(fù)載時(shí)的調(diào)節(jié)特性。2.調(diào)節(jié)特性第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)(1)負(fù)載為常數(shù)時(shí)的調(diào)節(jié)特性圖11.2直流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)(2)可變負(fù)載時(shí)的調(diào)節(jié)特性

圖11.3可變負(fù)載時(shí)的調(diào)節(jié)特性

隨著轉(zhuǎn)速的增加，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增量越來越大，電阻壓降的增量也越來越大，感應(yīng)電勢(shì)的增量越來越小，而 ，故隨著控制信號(hào)的增加，轉(zhuǎn)速的增量越來越小。如右圖所示。第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)

系統(tǒng)對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)有以下要求：機(jī)械特性呈線性；控制信號(hào)消失時(shí)，立即停轉(zhuǎn)，無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象；控制功率小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；機(jī)電時(shí)間常數(shù)小，快速響應(yīng)，始動(dòng)電壓低。二、交流伺服電動(dòng)機(jī)第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)是一種兩相的交流電動(dòng)機(jī)。定子中安放著兩相繞組，互差90o

電角度。其中，為勵(lì)磁繞組，為控制繞組。1.工作原理第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)1.工作原理圖11.4交流伺服電動(dòng)機(jī)電氣原理圖第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是由兩相繞組通入交流電產(chǎn)生的，勵(lì)磁繞組加幅值恒定的交流勵(lì)磁電壓，控制繞組加控制電壓。在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子就會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。改變Uk

的大小與相位即實(shí)現(xiàn)對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制，控制方法主要有三種：幅值控制、相位控制和幅值-相位控制。第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)將控制電壓用相對(duì)值表示，稱為有效信號(hào)系數(shù)。式中，Uk為實(shí)際控制電壓；UkN為額定控制電壓。有效信號(hào)系數(shù)在0-1間變化。2.幅值控制通常，交流伺服電動(dòng)機(jī)采用幅值控制方式。 有效信號(hào)系數(shù)不但可以表示為控制電壓的大小，還可以表示電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行的程度。當(dāng)為1，氣隙合成磁場(chǎng)為圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；當(dāng)為0，氣隙合成磁場(chǎng)為脈振磁場(chǎng)；在0-1間變化時(shí)，氣隙合成磁場(chǎng)為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。越接近0，磁場(chǎng)的橢圓度越大。第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)改變控制電壓，即改變的大小，也就改變了電機(jī)合成磁場(chǎng)的不對(duì)稱度，所以，兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)靠改變電機(jī)運(yùn)行的不對(duì)稱度來達(dá)到控制的目的。第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)橢圓磁場(chǎng)可用正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的兩個(gè)圓磁場(chǎng)代替，轉(zhuǎn)速均等于同步轉(zhuǎn)速。(轉(zhuǎn)子分別對(duì)正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)差率)第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)電機(jī)總轉(zhuǎn)矩：圖11.5交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

當(dāng)變小時(shí)，正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)矩減小，反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)矩增大，合成轉(zhuǎn)矩T

曲線下移。

第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)圖11.6交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)圖11.7交流伺服電動(dòng)機(jī)的零信號(hào)機(jī)械特性

第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)

零信號(hào)，就是控制電壓為零。此時(shí)磁場(chǎng)為脈振磁場(chǎng)，可分解為兩個(gè)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的圓磁場(chǎng)。相當(dāng)于兩對(duì)相同大小的磁極在空間以相反方向旋轉(zhuǎn)。 其機(jī)械特性的形狀與轉(zhuǎn)子電阻值有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻較大時(shí)，使臨界轉(zhuǎn)差率 。在電機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)，合成轉(zhuǎn)矩為負(fù)，為制動(dòng)性質(zhì)。如果電機(jī)的控制電壓突然降至零，電機(jī)立即產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩一道使電機(jī)停轉(zhuǎn)。不會(huì)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī) 由加在控制繞組上的信號(hào)電壓的相位來控制交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法稱為相位控制。

圖11.8相位控制3.相位控制 勵(lì)磁繞組通額定交流電壓；控制繞組所加信號(hào)電壓的數(shù)值為額定值，但是相位可以調(diào)節(jié)。第一節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)

交流伺服電動(dòng)機(jī)幅值-相位控制原理圖如左圖所示。勵(lì)磁繞組串聯(lián)電容器后再接交流電源，控制電壓為Uk

,Uk與電源電壓同頻率、同相位，大小可以調(diào)節(jié)。圖11.9幅值一相位控制4.幅值-相位控制第二節(jié)力矩電動(dòng)機(jī) 力矩電動(dòng)機(jī)具有低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，可直接拖動(dòng)負(fù)載行，且響應(yīng)快速、精度高、機(jī)械特性及調(diào)節(jié)特性線性好、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠，特別適合在位置伺服系統(tǒng)和低速伺服系統(tǒng)中作執(zhí)行元件。力矩電動(dòng)機(jī)分為直流力矩電動(dòng)機(jī)和交流力矩電動(dòng)機(jī)兩大類，其中應(yīng)用廣泛的是直流力矩電動(dòng)機(jī)。第二節(jié)力矩電動(dòng)機(jī)1--定子鐵心2--轉(zhuǎn)子鐵心3--繞組4--槽楔5--電刷6--刷架直流力矩電動(dòng)機(jī)為獲得低轉(zhuǎn)速和大轉(zhuǎn)矩，通常做成扁平型或盤式。一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖11.10分裝式直流力矩電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

第二節(jié)力矩電動(dòng)機(jī)1．電樞外形對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的影響圖11.11形狀不同的直流力矩電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖(a)為細(xì)長(zhǎng)型(b)為扁平型二、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系第二節(jié)力矩電動(dòng)機(jī)式中，為圖11.11(a)電動(dòng)機(jī)的總導(dǎo)體數(shù)； 為平均氣隙磁密；為導(dǎo)體有效長(zhǎng)度；為電樞導(dǎo)體的電流；為圖11.11(a)電動(dòng)機(jī)電樞直徑。圖11.11(a)中電磁轉(zhuǎn)矩為第二節(jié)力矩電動(dòng)機(jī)保持電樞體積不變，將電動(dòng)機(jī)電樞直徑增大

1倍，電動(dòng)機(jī)形狀變?yōu)槿鐖D

11.11(b)所示的扁平型。此時(shí)，設(shè)導(dǎo)體電流與槽滿率不變，那么：第二節(jié)力矩電動(dòng)機(jī)帶入得到圖11.11(b)中電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：這說明在體積、氣隙磁密和電流不變的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩和電樞直徑成正比。第二節(jié)力矩電動(dòng)機(jī)圖

11.11(a)所示的電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)速為：

2.

電樞外形對(duì)理想空載轉(zhuǎn)速的影響第二節(jié)力矩電動(dòng)機(jī)圖

11.11(b)所示的電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)速為：

這說明，在體積、氣隙磁密和電流不變的情況下，理想空載轉(zhuǎn)速和電樞直徑成反比。第二節(jié)力矩電動(dòng)機(jī)

從以上分析可知，增大電樞直徑，就可以提高電磁轉(zhuǎn)矩，降低空載轉(zhuǎn)速。這就是力矩電動(dòng)機(jī)做成盤式結(jié)構(gòu)的原因所在。第三節(jié)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種把機(jī)械角速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的直流發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，有他勵(lì)和永磁兩種勵(lì)磁方式，永磁式應(yīng)用更為普遍。第三節(jié)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的基本要求是：輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線為線性；輸出特性的斜率大；輸出電壓波形的紋波?。徽磧煞较蜉敵鎏匦砸恢?；溫度變化對(duì)輸出特性的影響小。第三節(jié)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)接線圖如下圖所示。勵(lì)磁電壓恒定，負(fù)載電阻固定不變。圖11.12直流測(cè)速發(fā)電機(jī)原理圖

第三節(jié)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)空載時(shí):帶負(fù)載電阻RL后:化簡(jiǎn)得:第三節(jié)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)不考慮電樞反應(yīng)，忽略電阻的溫度效應(yīng)，輸出特性為直線。由圖可知，隨著負(fù)載電阻的增加，輸出特性的斜率隨之增大。圖11.13直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出特性

第三節(jié)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)際上，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性并不是嚴(yán)格呈線性，存在著一定的誤差，需要采取一定的措施進(jìn)行抑制。溫度影響電樞反應(yīng)影響電刷接觸電阻紋波溫度影響 電機(jī)周圍環(huán)境溫度的變化以及電機(jī)自身發(fā)熱，都會(huì)導(dǎo)致電機(jī)繞組電阻的變化。為了減小溫度變化對(duì)輸出特性的影響，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的磁路通常設(shè)計(jì)的比較飽和。電樞反應(yīng)影響 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行的電樞電流會(huì)產(chǎn)生電樞反應(yīng)，它會(huì)影響到直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)。為了減小電樞反應(yīng)對(duì)輸出特性的影響，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的電樞電流必須進(jìn)行限制。第三節(jié)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)電刷接觸電阻 電刷與換向器之間的接觸電阻隨著電樞電流的變化而變化。為了減小電刷接觸電阻對(duì)輸出特性的影響，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)常采用接觸電阻小的電刷。

紋波

直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，輸出的電勢(shì)總是帶有微弱的脈動(dòng)，稱為紋波。它主要是由于電機(jī)本身固有的結(jié)構(gòu)及加工誤差引起的。采用無槽電樞的直流測(cè)速發(fā)電機(jī)可以大大減小因齒槽效應(yīng)而引起的輸出電壓紋波幅值。第三節(jié)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)第四節(jié)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī) 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)與直流測(cè)速發(fā)電機(jī)一樣，是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速或傳感轉(zhuǎn)速信號(hào)的元件，它可以將轉(zhuǎn)速信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。理想的測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與其轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，即：式中，k為比例系數(shù)。第四節(jié)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī) 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要用途有兩種：一是在計(jì)算解答裝置中作為解算元件；二是在伺服系統(tǒng)中作為阻尼元件。作為解算元件時(shí)，要求交流測(cè)速發(fā)電機(jī)具有很好的線性度，溫升變化引起的變溫誤差要小，轉(zhuǎn)速為零時(shí)的剩余電壓要低。但對(duì)輸出斜率要求不高。作為阻尼元件時(shí)，要求交流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出斜率要大，這樣阻尼作用就大，而對(duì)線性度等精度指標(biāo)的要求是次要的。第四節(jié)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)

交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完全一樣。它的轉(zhuǎn)子可以是非磁性杯形，也可以是鼠籠式。杯形轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)定子上有兩相互相垂直的分布繞組，其中一相為勵(lì)磁繞組，另一相為輸出繞組。轉(zhuǎn)子是杯形轉(zhuǎn)子，用電阻率較大的硅錳青銅或錫鋅青銅制成，屬于非磁性材料。圖11.14為其結(jié)構(gòu)示意圖。一、結(jié)構(gòu)第四節(jié)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)圖11.14空心杯轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)

1—

杯形轉(zhuǎn)子

2—

外定子

3—

內(nèi)定子

4—

機(jī)殼5—

端蓋第四節(jié)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)圖11.15杯形轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)原理圖異步測(cè)速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的軸線為d軸，輸出繞組的軸線為q軸。工作時(shí)，勵(lì)磁繞組接單相交流電源U1，頻率為f，d軸方向產(chǎn)生脈振磁通

，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為n，如右圖所示。二．工作原理第四節(jié)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī) 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)工作時(shí)，杯形轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，包括變壓器電動(dòng)勢(shì)和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)。

變壓器電動(dòng)勢(shì)，是由于

d

軸磁通交變，在杯形轉(zhuǎn)子上感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。

旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)，是指轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子與d

軸磁通有相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。第四節(jié)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī) 其中，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)Er

的方向用右手定則確定，此外還滿足如下關(guān)系：第四節(jié)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)第四節(jié)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī) 由于轉(zhuǎn)子漏磁通和漏電抗均很小，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)Er在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的電流，與電動(dòng)勢(shì)Er同相位，該電流建立的磁動(dòng)勢(shì)在q軸方向，用Frq表示，其大小正比于Er。第四節(jié)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)

Frq產(chǎn)生q

軸方向的磁通，交鏈q

軸方向的輸出繞組，在其中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2，此外滿足：忽略勵(lì)磁繞組漏阻抗時(shí)， ，只要電源電壓U1不變，縱軸磁通為常數(shù)。測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電動(dòng)勢(shì)E2只與電機(jī)轉(zhuǎn)速n成正比。因此輸出電壓U2也只與轉(zhuǎn)速n成正比。第四節(jié)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)第五節(jié)自整角機(jī) 自整角機(jī)屬于自動(dòng)控制系統(tǒng)中的測(cè)位用微特電機(jī),按照使用要求可分為控制式自整角機(jī)和力矩式自整角機(jī)兩大類。

無論運(yùn)行方式是控制式或者力矩式，自整角機(jī)必須是成對(duì)（或兩個(gè)以上）組合使用。若作為成對(duì)使用的控制式自整角機(jī)，一個(gè)是控制式發(fā)送機(jī)ZKF，另一個(gè)是控制式變壓器ZKB；若作為成對(duì)使用的力矩式自整角機(jī)，一個(gè)是力矩式發(fā)送機(jī)ZLF，另一個(gè)是力矩式接收機(jī)ZLJ。第五節(jié)自整角機(jī)圖11.16自整角機(jī)結(jié)構(gòu)型式(a)凸極式結(jié)構(gòu)(b)隱極式結(jié)構(gòu)自整角機(jī)是一種兩極的交流電機(jī)。單相勵(lì)磁繞組嵌放在轉(zhuǎn)子上。定子鐵心中嵌放三相對(duì)稱的整步繞組，又稱同步繞組。第五節(jié)自整角機(jī)D

表示定子繞組Z

表示轉(zhuǎn)子繞組圖11.17控制式自整角機(jī)原理圖

一、控制式自整角機(jī)假設(shè)第五節(jié)自整角機(jī)控制式發(fā)送機(jī)ZKF轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組接入單相交流電壓，則勵(lì)磁電流為：圖11.18轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈振磁場(chǎng)

勵(lì)磁電流產(chǎn)生交變磁通，產(chǎn)生的磁場(chǎng)為脈振磁場(chǎng)。1.

轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈振磁場(chǎng)第五節(jié)自整角機(jī)2.定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng) 勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈振磁場(chǎng)，交鏈定子繞組并產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。定子三相繞組的感應(yīng)電勢(shì)在時(shí)間上相位相同，大小則與定子繞組在空間的位置有關(guān)。第五節(jié)自整角機(jī)圖11.19定子繞組交鏈的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)

2.定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)第五節(jié)自整角機(jī)→三相繞組所鏈的磁通三相繞組感應(yīng)的電勢(shì)第五節(jié)自整角機(jī)由于控制式發(fā)送機(jī)ZKF和控制式變壓器ZKB定子繞組對(duì)應(yīng)相連，回路中有電流流過。設(shè)每相總阻抗為：式中，為ZKF每相定子繞組阻抗； 為ZKB每相定子繞組阻抗； 為連接線阻抗。第五節(jié)自整角機(jī)→三相電流瞬時(shí)值三相電流的有效值三相定子磁密空間矢量大小

第五節(jié)自整角機(jī)→三相電流的有效值第五節(jié)自整角機(jī)圖11.20定子磁場(chǎng)的分解與合成設(shè)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于D1相軸線夾角為。作d、q坐標(biāo)系，將三相定子磁密空間矢量在d、q軸上分解可得：第五節(jié)自整角機(jī)d軸方向總磁密分量為：

而q軸方向?yàn)榱悖虼?，三相定子合成磁?chǎng)為：第五節(jié)自整角機(jī) 由此可知，合成磁密在空間幅值位置不變，幅值是時(shí)間的正弦（余弦）函數(shù)，性質(zhì)為脈振磁場(chǎng)；合成磁密矢量在d軸方向，和勵(lì)磁繞組軸線重合，但與Bf反向。第五節(jié)自整角機(jī)圖11.21定子合成磁場(chǎng)第五節(jié)自整角機(jī)ZKF轉(zhuǎn)子繞組軸線與定子相繞組空間夾角為，勵(lì)磁磁通感應(yīng)的變壓器電勢(shì)為：同理，ZKB定子合成磁場(chǎng)軸線與輸出繞組軸線空間夾角，則合成磁場(chǎng)在輸出繞組中感應(yīng)的變壓器電勢(shì)有效值：這說明，輸出繞組電勢(shì)有效值與兩軸的差角的余弦成正比。第五節(jié)自整角機(jī)圖11.22協(xié)調(diào)位置當(dāng)自整角機(jī)變壓器ZKB定子磁場(chǎng)B’

方向與輸出繞組軸線垂直，無耦合，則輸出電勢(shì)E2為零，此時(shí)的轉(zhuǎn)子繞組軸線稱為控制式自整角機(jī)的協(xié)調(diào)位置。如上圖所示。第五節(jié)自整角機(jī)圖11.22協(xié)調(diào)位置輸出電勢(shì)的大小反映了發(fā)送機(jī)和接收機(jī)轉(zhuǎn)軸之間角度差值的大小。轉(zhuǎn)子偏離此位置的角度定義為失調(diào)角。

第五節(jié)自整角機(jī)圖11.23力矩式自整角機(jī)原理圖二、力矩式自整角機(jī)第五節(jié)自整角機(jī)

1.

單獨(dú)勵(lì)磁，開路。發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)在發(fā)送機(jī)定子繞組中的感應(yīng)電流在發(fā)送機(jī)氣隙中產(chǎn)生合成磁密B，方向與發(fā)送機(jī)勵(lì)磁Bf相反，而在接收機(jī)氣隙中產(chǎn)生與發(fā)送機(jī)方向相反的合成磁密B。

2.

單獨(dú)勵(lì)磁， 開路。同理可知，三相電流在接收機(jī)氣隙中產(chǎn)生合成磁密B’，方向與接收機(jī)勵(lì)磁Bf’相反，而在發(fā)送機(jī)氣隙中產(chǎn)生與接收機(jī)方向相反的合成磁密B’。利用疊加原理，分三步：第五節(jié)自整角機(jī)

3. 力矩式自整角機(jī)工作時(shí)，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)同時(shí)勵(lì)磁，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)定子繞組同時(shí)產(chǎn)生磁密B和B’。將接收機(jī)中由發(fā)送機(jī)勵(lì)磁產(chǎn)生的磁密B沿B’分解為Bd和Bq兩個(gè)向量。第五節(jié)自整角機(jī)其中沿轉(zhuǎn)子繞組軸線方向定子合成磁密：與Bf’方向相反，起去磁作用。另外：

第五節(jié)自整角機(jī) 這樣，Bf’與Bq的相互作用轉(zhuǎn)化接收機(jī)勵(lì)磁線圈與Bq間的相互作用，轉(zhuǎn)矩的方向力圖使載流線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與外磁場(chǎng)方向一致，即使轉(zhuǎn)子繞組受到逆時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩，使趨向于零。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器

旋轉(zhuǎn)變壓器是一種精密的位置信號(hào)檢測(cè)元件，在伺服系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。從原理上講，旋轉(zhuǎn)變壓器為一種能旋轉(zhuǎn)的變壓器。其一次、二次繞組分別裝在定、轉(zhuǎn)子上，一次、二次側(cè)的耦合程度由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角決定，故轉(zhuǎn)子繞組的輸出電壓大小及相位與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角有關(guān)。 旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組有兩個(gè)，分別為勵(lì)磁繞組D1D2和定子交軸繞組D3D4

，其結(jié)構(gòu)相同，軸線在空間上互為正交。 旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子繞組也有兩個(gè)，分別為余弦輸出繞組Z1Z2和正弦輸出繞組Z3Z4

。其結(jié)構(gòu)相同，軸線在空間上也互為正交。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器

第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器

按照旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系，旋轉(zhuǎn)變壓器可分為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器、線性旋轉(zhuǎn)變壓器和比例式旋轉(zhuǎn)變壓器。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角滿足正弦和余弦的函數(shù)關(guān)系。一．正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器圖11.25正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器原理圖一．正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁繞組D1D2加交流勵(lì)磁電壓Uf1,其余繞組均開路。勵(lì)磁繞組將產(chǎn)生脈振磁場(chǎng)BD，輸出繞組交鏈脈振磁場(chǎng)BD,產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。余弦繞組Z1Z2和正弦繞組Z3Z4產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)分別為:1．空載運(yùn)行第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器式中，ER為轉(zhuǎn)子輸出繞組軸線與定子勵(lì)磁繞組軸線重合時(shí)，脈振磁通在輸出繞組中感應(yīng)的電勢(shì)。1．空載運(yùn)行第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器變比為:式中，ED為在勵(lì)磁繞組中感應(yīng)的電勢(shì)。 NR、ND分別為輸出繞組和勵(lì)磁繞組的有效匝數(shù)。將上式代入輸出繞組電勢(shì)中:第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器 忽略定子勵(lì)磁繞組電阻和漏電抗，則 。上式說明空載時(shí)，輸出繞組的電壓分別與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成嚴(yán)格的正余弦關(guān)系。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器圖11.26正弦輸出繞組接負(fù)載如圖中所示帶負(fù)載后，負(fù)載輸出特性會(huì)產(chǎn)生畸變。2．負(fù)載運(yùn)行第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出繞組接入負(fù)載后，就有電流IR2流過，產(chǎn)生的脈振磁場(chǎng)為BZ,可將其分解為交軸和直軸兩個(gè)分量： 直軸磁場(chǎng)分量與勵(lì)磁磁場(chǎng)均沿勵(lì)磁繞組D1D2軸線，相當(dāng)于普通變壓器磁場(chǎng)。根據(jù)變壓器磁動(dòng)勢(shì)平衡原理，二次側(cè)流過電流，一次側(cè)電流也將增加一個(gè)負(fù)載分量，以保持主磁通基本不變。所以直軸磁場(chǎng)基本不影響輸出特性。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器交軸磁通為：交鏈Z3Z4的磁通

：在繞組中感應(yīng)電勢(shì)：第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器 輸出繞組Z3Z4上有了Eq34

分量，且 ，因而，輸出電壓隨正弦變化的規(guī)律被打破，出現(xiàn)畸變。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器 所以，交軸磁場(chǎng)是引起負(fù)載輸出特性畸變的主要原因，應(yīng)設(shè)法進(jìn)行消除或補(bǔ)償。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器圖11.27負(fù)載輸出特性畸變第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器（1）二次側(cè)補(bǔ)償：圖11.28二次側(cè)補(bǔ)償3．補(bǔ)償措施通過消除交軸磁場(chǎng)的影響，使補(bǔ)償達(dá)到效果。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器其中， ，Z2是輸出繞組的阻抗?？梢缘贸觯骸诹?jié)旋轉(zhuǎn)變壓器其中， ，Z2是輸出繞組的阻抗。又∵∴所以當(dāng)時(shí)，，方向相反，全補(bǔ)償。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器（2）一次側(cè)補(bǔ)償:圖11.29一次側(cè)補(bǔ)償 交軸磁通在

D3D4

中感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，產(chǎn)生的感應(yīng)磁通對(duì)自身有到去磁作用，當(dāng)Z

等于D3D4內(nèi)阻Zn

時(shí)，可認(rèn)為完全補(bǔ)償。 一般Zn很小，可短接。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器（3）一、二次側(cè)均補(bǔ)償

圖11.30一、二次側(cè)同時(shí)補(bǔ)償 此種情況應(yīng)用于變動(dòng)負(fù)載ZL，允許， 此種情況下，一二次側(cè)同時(shí)補(bǔ)償效果好。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器 線性旋轉(zhuǎn)變壓器是由正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器改接而成。將正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)，作為勵(lì)磁繞組。定子繞組短接補(bǔ)償。如左圖所示。圖11.31線性旋轉(zhuǎn)變壓器原理圖二．線性旋轉(zhuǎn)變壓器第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器 同正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器一樣，ED

為在勵(lì)磁繞組中感應(yīng)的電勢(shì)由于采用了一次側(cè)補(bǔ)償，可認(rèn)為只存在直軸磁通。 其中，為直軸磁通在中感應(yīng)的電勢(shì)，為在中感應(yīng)的電勢(shì)。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器→又∵轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓UR2→即：第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器 經(jīng)過公式推導(dǎo)，當(dāng)電源電壓Uf1一定時(shí)，輸出電壓UR2隨轉(zhuǎn)角變化關(guān)系滿足： 另外，還可以得出當(dāng)Uf1一定時(shí)，UR2隨轉(zhuǎn)角變化的曲線。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器圖11.32輸出電壓隨轉(zhuǎn)角變化曲線電源電壓一定時(shí)，輸出電壓隨轉(zhuǎn)角變化曲線如下圖所示。 當(dāng)范圍內(nèi)，且 時(shí)，輸出電壓和轉(zhuǎn)角呈線性，誤差遠(yuǎn)小于0.1%，可滿足系統(tǒng)要求。第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器圖11.32輸出電壓隨轉(zhuǎn)角變化曲線第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器 比例式旋轉(zhuǎn)變壓器的用途是匹配阻抗和調(diào)節(jié)電壓。在定子繞組

D1D2端加勵(lì)磁電壓Uf1，定子繞組D3D4短接，轉(zhuǎn)子繞組Z3Z4開路，轉(zhuǎn)子繞組Z1Z2軸線從基準(zhǔn)電壓零位逆時(shí)針轉(zhuǎn)過角?？梢缘贸觯杭崔D(zhuǎn)角一定時(shí)，輸出電壓與輸入電壓成比例。三．比例式旋轉(zhuǎn)變壓器第六節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器 舉個(gè)調(diào)節(jié)電壓的例子，在控制系統(tǒng)中，若前級(jí)裝置的輸出電壓與后級(jí)裝置的輸入電壓不同，則可以在兩者之間放置一個(gè)比例式旋轉(zhuǎn)變壓器，將前級(jí)裝置的輸出電壓加在比例式旋轉(zhuǎn)變壓器的輸入端，調(diào)節(jié)角到適當(dāng)值，即可得到后級(jí)所需的輸入信號(hào)電壓。 無刷直流電動(dòng)機(jī)是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，近年來發(fā)展迅速。它具有一系列優(yōu)點(diǎn)，以電子換向取代了機(jī)械換向，大大提高了可靠性，維護(hù)方便，特性優(yōu)異，調(diào)速方便，可四象限運(yùn)行等。 無刷直流電動(dòng)機(jī)按照驅(qū)動(dòng)方式可分為方波電機(jī)和正弦波電機(jī)。第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī) 無刷直流電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)本體、控制器、轉(zhuǎn)子位置傳感器等構(gòu)成，如下圖所示。圖11.33無刷直流電機(jī)構(gòu)成框圖第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)圖11.34無刷直流電機(jī)原理圖第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)一．工作原理 無刷直流電機(jī)的定子鐵心嵌放三相對(duì)稱繞組，星型（Y）或三角形（）連接，通常為星型連接。轉(zhuǎn)子為永磁式，磁鋼形式有表貼式和內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)。

圖11.34（上頁）為無刷直流電機(jī)系統(tǒng)圖，控制電路對(duì)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行邏輯變換后產(chǎn)生脈寬調(diào)制PWM信號(hào)，經(jīng)過放大送至逆變器各功率開關(guān)管，控制電動(dòng)機(jī)各相繞組按照一定順序?qū)ǎ陔姍C(jī)氣隙中產(chǎn)生跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)一．工作原理第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)當(dāng)轉(zhuǎn)子位于圖11.35（a）位置，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出信號(hào)功率管V1和V6導(dǎo)通，繞組A、B通電，A進(jìn)B出，電樞合成磁動(dòng)勢(shì)Fa如圖11.35（a）所示，與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff相互作用，使轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；圖11.35無刷直流電機(jī)工作原理當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過60o電角度，位置傳感器輸出信號(hào)經(jīng)邏輯變換使V6截止，V2導(dǎo)通，繞組A、C通電，電樞合成磁動(dòng)勢(shì)Fa如圖11.35(b)所示，與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff相互作用，使轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)圖11.35無刷直流電機(jī)工作原理第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)圖11.35無刷直流電機(jī)工作原理 依此類推，功率管導(dǎo)通順序依次為V3V2－V3V4－V5V4－V5V6－V1V6……，轉(zhuǎn)子始終受到定子合成磁場(chǎng)的作用順時(shí)針連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī) 當(dāng)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60o電角度，逆變器開關(guān)管就進(jìn)行一次導(dǎo)通切換,電機(jī)共有6個(gè)磁狀態(tài)，每一狀態(tài)都是兩相導(dǎo)通。圖11.36繞組與各開關(guān)管導(dǎo)通順序第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī) 以二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)為例，分析方波電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩、電樞電流和反電勢(shì)等特性。圖11.37 方波氣隙磁場(chǎng)二．性能第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)對(duì)于方波電機(jī)而言，氣隙磁場(chǎng)波形為方波，其寬度大于120o電角度，繞組為集中整距式繞組，感應(yīng)的電勢(shì)為梯形波。圖11.38反電勢(shì)與方波電流 采用方波電流驅(qū)動(dòng)，與120o導(dǎo)通型三相逆變器匹配，提供三相對(duì)稱寬度為120o電角度的方波電流。第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)圖11.38反電勢(shì)與方波電流第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)相電勢(shì)：式中，N為每相串聯(lián)匝數(shù)； 為計(jì)算極弧系數(shù)。電樞電流:式中，為開關(guān)管的飽和管壓降。第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩:式中，為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。根據(jù)電樞感應(yīng)電勢(shì)和電壓平衡方程式，可得轉(zhuǎn)速:第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速:

第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)圖11.39無刷直流電機(jī)的電樞反應(yīng)三．電樞反應(yīng)第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī) 將電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa

分解為直軸分量Fad和交軸分量Faq

。其中交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)使氣隙磁場(chǎng)波形產(chǎn)生畸變。 當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極軸線處于位置I時(shí)，如圖(a)所示，F(xiàn)ad對(duì)轉(zhuǎn)子主磁極產(chǎn)生最大去磁作用。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極軸線旋轉(zhuǎn)到位置Ⅱ時(shí)，如圖(b)所示，F(xiàn)ad對(duì)轉(zhuǎn)子主磁極產(chǎn)生最強(qiáng)增磁作用。第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī) 當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極軸線位于Ⅰ和Ⅱ位置的正中間，即轉(zhuǎn)子主磁極與電樞合成磁動(dòng)勢(shì)成90°時(shí)，F(xiàn)ad等于零。

第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī) 可見，在一個(gè)磁狀態(tài)范圍內(nèi)，電樞磁動(dòng)勢(shì)在剛開始時(shí)為最大去磁，然后逐漸減小，在磁狀態(tài)時(shí)不去磁不增磁，后半個(gè)磁狀態(tài)逐漸增磁并達(dá)到最大值。第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)

采用改變逆變器開關(guān)管導(dǎo)通的邏輯，使電樞繞組導(dǎo)通順序發(fā)生變化從而改變電樞磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。為了使電機(jī)正反轉(zhuǎn)均能產(chǎn)生最大平均電磁轉(zhuǎn)矩和對(duì)稱運(yùn)行，必須精確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子位置傳感器與轉(zhuǎn)子主磁極和定子繞組的位置關(guān)系，以及正確的邏輯關(guān)系。四、正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)圖11.40霍爾傳感器與定子三相繞組及磁極的位置采用霍爾元件位置傳感器。三個(gè)霍爾元件沿圓周均布，互差120o電角度，且分別與定子三相繞組首端槽中心對(duì)齊，霍爾傳感器轉(zhuǎn)子磁鋼為180o電角度，其軸線與主極軸線垂直。 1．霍爾元件 2．傳感器轉(zhuǎn)子磁鋼 3．轉(zhuǎn)子主磁極第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)圖11.41正轉(zhuǎn)時(shí)相互位置關(guān)系 轉(zhuǎn)動(dòng)初始時(shí)霍爾元件信號(hào)邏輯：1．正轉(zhuǎn)（順時(shí)針）正轉(zhuǎn)60度后信號(hào)邏輯：第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)圖11.42反轉(zhuǎn)時(shí)相互位置關(guān)系2．反轉(zhuǎn)（逆時(shí)針） 轉(zhuǎn)動(dòng)初始時(shí)霍爾元件信號(hào)邏輯：反轉(zhuǎn)60度后信號(hào)邏輯：第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)表11-1各相繞組導(dǎo)通順序與霍爾元件輸出信號(hào)邏輯的關(guān)系霍爾元件信號(hào)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)導(dǎo)通繞組導(dǎo)通管子導(dǎo)通繞組導(dǎo)通管子V1V6V3V4V1V2V5V4V3V2V5V6V3V4V1V6V5V4V1V2V5V6V3V2第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)1．機(jī)械特性五、運(yùn)行特性第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)1．機(jī)械特性圖11.43稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性五、運(yùn)行特性第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī) 圖中，曲線1的特性硬，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子為表貼式永磁體結(jié)構(gòu)的無刷直流電動(dòng)機(jī)，一般情況下，電機(jī)的電感不應(yīng)忽略，對(duì)應(yīng)于曲線2； 曲線3的特性軟，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子為內(nèi)嵌式永磁體結(jié)構(gòu)的無刷直流電動(dòng)機(jī)。

第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)不同的供電電壓下，可得到機(jī)械特性曲線簇。如下圖所示： 低速時(shí)產(chǎn)生的彎曲現(xiàn)象，是由于此時(shí)流過開關(guān)管的電流較大，管壓降增加較快，使電機(jī)電樞繞組上的電壓下降，轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低，機(jī)械特性向下彎曲。第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性的始動(dòng)電壓為：圖11.45調(diào)節(jié)特性曲線2．調(diào)節(jié)特性斜率：第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)電樞電流與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系、電機(jī)效率和輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系如圖11.46所示。圖11.46工作特性3．工作特性第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)五．方波電機(jī)與正弦波電機(jī)比較

為產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩，方波電機(jī)輸入電流的波形為方波，相感應(yīng)電勢(shì)為梯形波；正弦波電機(jī)輸入電流的波形為正弦波，相感應(yīng)電勢(shì)為正弦波。第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)五．方波電機(jī)與正弦波電機(jī)比較

方波電機(jī) 正弦波電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)→定子電流→第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)總轉(zhuǎn)矩→相轉(zhuǎn)矩→方波電機(jī) 正弦波電機(jī)第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)繞組

方波電機(jī)通常采用集中整距繞組，以產(chǎn)生梯形波的反電勢(shì)；正弦波電機(jī)通常采用短距分布式繞組或分?jǐn)?shù)槽繞組，以產(chǎn)生正弦波的反電勢(shì)。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 方波電機(jī)轉(zhuǎn)子通常采用表貼式永磁體結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生方波磁場(chǎng)；正弦波電機(jī)通常采用內(nèi)嵌式永磁體結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生正弦波磁場(chǎng)。第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng) 方波驅(qū)動(dòng)時(shí)，定子繞組按照一定規(guī)律循環(huán)通電，電樞磁場(chǎng)在電樞圓周分為若干個(gè)磁場(chǎng)狀態(tài)，每種狀態(tài)磁場(chǎng)大小恒定。電機(jī)運(yùn)行一個(gè)周期，電樞磁場(chǎng)為非連續(xù)跳變式； 正弦波驅(qū)動(dòng)時(shí)，定子繞組通入三相對(duì)稱交流電，電樞磁場(chǎng)為圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，連續(xù)旋轉(zhuǎn)。第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電勢(shì) 方波驅(qū)動(dòng)時(shí)，定子繞組為集中整距式，氣隙磁場(chǎng)為方波，感應(yīng)電勢(shì)為梯形波；正弦波驅(qū)動(dòng)時(shí)，定子繞組為分布式，氣隙磁場(chǎng)為正弦波，感應(yīng)電勢(shì)為正弦波。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 理論上，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)可以完全消除。實(shí)際上，方波電機(jī)由于極弧系數(shù)的限制，不可能徹底消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。正弦波電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小，更適合于低速運(yùn)行。第七節(jié)無刷直流電動(dòng)機(jī)力能 由于方波可分解為基波（正弦波）和諧波，電磁轉(zhuǎn)矩不僅由基波產(chǎn)生，諧波同樣產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，因而在同樣體積下，方波電機(jī)比正弦波電機(jī)產(chǎn)生更大的電磁轉(zhuǎn)矩?？刂破? 方波電機(jī)比正弦波電機(jī)控制簡(jiǎn)單。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。它將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，其位移量與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。按照勵(lì)磁方式的不同，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為反應(yīng)式、永磁式和混合式（感應(yīng)子式）。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子由若干磁極（大齒）構(gòu)成，磁極上又有許多小齒，控制繞組（勵(lì)磁繞組）嵌放在定子上；轉(zhuǎn)子均勻分布著一系列小齒，定轉(zhuǎn)子齒距相同。一．反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一．反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理上圖是一個(gè)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，定子有六個(gè)極，不帶小齒，轉(zhuǎn)子有四個(gè)齒。圖11.48 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 當(dāng)A相控制繞組通電，B相和C相不通電，轉(zhuǎn)子齒1和3的軸線與定子A相磁極軸線對(duì)齊。 斷開A相，B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過30度，轉(zhuǎn)子齒2和4的軸線與定子B相磁極軸線對(duì)齊。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 斷開B相，C相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針再轉(zhuǎn)過30度，轉(zhuǎn)子齒1和3的軸線與定子C相磁極軸線對(duì)齊。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)如此按照A-B-C-A……循環(huán)往復(fù)通電，轉(zhuǎn)子就逆時(shí)針連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

如果改變通電方式為三相六拍:

A-AB-B-BC-C-CA-A……，運(yùn)行狀況如下圖所示。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

如果改變通電方式為三相六拍:

A-AB-B-BC-C-CA-A……，運(yùn)行狀況如下圖所示。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

1．步距角 根據(jù)上面的分析可知，步進(jìn)電機(jī)每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。齒距角

ZR為轉(zhuǎn)子齒數(shù)由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行一個(gè)循環(huán)，即N拍，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，即：二．主要性能指標(biāo)第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角（機(jī)械角度）：也可以用電角度表示步距角。將轉(zhuǎn)子齒數(shù)視為轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，則一個(gè)齒對(duì)應(yīng)360o電角度。用電角度表示的齒距角為：或2rad

第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相應(yīng)的步距角：即:即電角度等于機(jī)械角度乘以極對(duì)數(shù)，與普通電機(jī)一致。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 根據(jù)可知，每輸入一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度是整個(gè)圓周的。因此，每分鐘轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的圓周數(shù)，即轉(zhuǎn)速為：由此可知，轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)。（r/min）

（r/min）

2．轉(zhuǎn)速第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

當(dāng)控制脈沖不斷輸入，各相繞組按一定規(guī)律輪流通電時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就一步步轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)控制脈沖停止時(shí)，若相繞組仍通入恒定不變的電流，則轉(zhuǎn)子將固定于某一位置保持不動(dòng)，稱為靜止?fàn)顟B(tài)。在靜止?fàn)顟B(tài)，即使有小的擾動(dòng)，使轉(zhuǎn)子偏離此位置，磁拉力也能把轉(zhuǎn)子拉回。三．矩角特性和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 以一對(duì)定子齒、轉(zhuǎn)子齒進(jìn)行說明，電機(jī)總轉(zhuǎn)矩等于通電相極下的各定子齒產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和。1．單相通電第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線間夾角為轉(zhuǎn)子失調(diào)角（電角度）。為齒距角，用電角度則表示為， ，如下圖所示：1．單相通電第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)若定、轉(zhuǎn)子齒軸線重合，電機(jī)轉(zhuǎn)矩為0

，如（a）所示。該處為穩(wěn)定平衡位置或協(xié)調(diào)位置。若偏離該位置，轉(zhuǎn)過某一角度，則產(chǎn)生靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。隨著失調(diào)角增加（順時(shí)針為正），轉(zhuǎn)矩增大，當(dāng)失調(diào)角（1/4齒距角），轉(zhuǎn)矩最大。轉(zhuǎn)矩方向?yàn)槟鏁r(shí)針，故轉(zhuǎn)矩為負(fù)。如圖（b）所示。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 當(dāng)失調(diào)角（1/2齒距角），轉(zhuǎn)子齒對(duì)準(zhǔn)定子槽，吸引力相互抵消，轉(zhuǎn)矩為零。如圖（c）所示。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 當(dāng)失調(diào)角，轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)到下一個(gè)定子齒下，受該定子齒的作用，轉(zhuǎn)矩方向力圖使轉(zhuǎn)子齒與該定子齒對(duì)齊，為順時(shí)針方向，為正。如圖（d）所示。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 當(dāng)失調(diào)角，轉(zhuǎn)子齒軸線又與下一個(gè)定子齒軸線對(duì)齊，轉(zhuǎn)矩為0。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)如此反復(fù)，呈周期性變化，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩T

隨失調(diào)角的變化規(guī)律，稱為矩角特性，近似正弦曲線。如下圖所示:圖11.52矩角特性第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)忽略氣隙比磁導(dǎo)中的高次諧波，可得靜轉(zhuǎn)矩，即矩角特性。為每相每極控制繞組匝數(shù)；

為定子每極下的小齒數(shù)；G1為氣隙比磁導(dǎo)G的基波分量，氣隙比磁導(dǎo)為單位軸向長(zhǎng)度、一個(gè)齒距下的氣隙磁導(dǎo);

l為轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度。當(dāng)時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 通常，多相通電時(shí)的矩角特性和最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與單相通電時(shí)不同。根據(jù)疊加原理，矩角特性可近似地由每相單獨(dú)通電時(shí)的矩角特性疊加起來得到。如下頁圖11.53所示。2．多相通電第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)圖11.53五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單相、兩相、三相通電時(shí)的矩角特性第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般，m

相電機(jī)，n

相同時(shí)通電的矩角特性：

為單拍制運(yùn)行時(shí)的步距角（電角度）。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)n

相同時(shí)通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩：第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)n

相同時(shí)通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩：將 帶入得：第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)故m

相電機(jī)n

相同時(shí)通電時(shí)轉(zhuǎn)矩最大值與單相通電轉(zhuǎn)矩最大值之比：例如，五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩相通電時(shí)最大轉(zhuǎn)矩為：第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三相通電時(shí)： 一般來說，除三相電機(jī)外，多相電機(jī)的多相通電都可提高輸出轉(zhuǎn)矩，一般功率大的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都采用大于三相的電機(jī)，且采用多相通電的分配方式。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 1.永磁式步進(jìn)電機(jī) 圖11.54所示的永磁式步進(jìn)電機(jī)，定子繞組為兩相，每相為兩對(duì)極。當(dāng)定子以A-B-(-A)-(-B)……

輪流通以直流電時(shí)，轉(zhuǎn)子將按照順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。四．其它類型的步進(jìn)電機(jī)第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)圖11.54永磁式步進(jìn)電機(jī)第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)永磁式步進(jìn)電機(jī)的步距角：用電角度表示：式中，p為轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)；

m為相數(shù)。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

也稱為混合式步進(jìn)電機(jī)。下頁圖所示為其典型結(jié)構(gòu)。定子鐵心與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相同，分成若干大極，每個(gè)極上有小齒及控制繞組；轉(zhuǎn)子鐵心分成兩段或多段（為偶數(shù)），轉(zhuǎn)子鐵心上開有齒槽，其齒距與定子齒距相同，兩段鐵心錯(cuò)開半個(gè)齒距。轉(zhuǎn)子鐵心之間有永磁體，兩段鐵心齒呈不同極性。2.感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)子的一端如

A端為

N極，則

A端轉(zhuǎn)子鐵心圓周上的所有齒都呈現(xiàn)

N極，B端轉(zhuǎn)子鐵心圓周上的所有齒都呈現(xiàn)

S極。當(dāng)定子各相繞組按順序通以直流脈沖時(shí)，轉(zhuǎn)子每次將轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2.感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)第八節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)圖11.55感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī)

在一些自動(dòng)控制系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載和電壓變化時(shí)，要求電動(dòng)機(jī)具有恒定的轉(zhuǎn)速，同步電動(dòng)機(jī)就是具有這種特性的電動(dòng)機(jī)。 小功率同步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)的定子相同，定子繞組通電后建立氣隙旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。依據(jù)轉(zhuǎn)子不同的類型，小功率同步電動(dòng)機(jī)可分為永磁式、反應(yīng)式和磁滯式。第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī) 永磁式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由永久磁鋼構(gòu)成，其極對(duì)數(shù)根據(jù)需要可做成1對(duì)極或多對(duì)極。其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)根據(jù)永久磁鋼的不同排列而有多種形式，可將其分為兩大類：表貼式和內(nèi)嵌式。如圖11.56所示。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)通電運(yùn)行時(shí)，定子繞組產(chǎn)生速度為同步轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)子則被旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)吸引以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。一．永磁式同步電動(dòng)機(jī)第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī) 由于永磁式同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難，常采用異步起動(dòng)的方法。在轉(zhuǎn)子上安裝鼠籠條作為起動(dòng)繞組，起動(dòng)時(shí)鼠籠條與同步旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速后，由于旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子相對(duì)速度很小，轉(zhuǎn)子便被牽入同步。此時(shí)，起動(dòng)繞組不再起作用。第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī)圖11.56永磁式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(a)V字形4極結(jié)構(gòu)(b)切向4極結(jié)構(gòu)1-磁鋼，2-起動(dòng)籠條，3-轉(zhuǎn)軸，4-轉(zhuǎn)子鐵心，5-隔磁塊第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī)圖11.56永磁式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(c)徑向4極結(jié)構(gòu)(d)切向6極結(jié)構(gòu)1-磁鋼，2-起動(dòng)籠條，3-轉(zhuǎn)軸，4-轉(zhuǎn)子鐵心，5-隔磁塊第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī)磁阻式同步電動(dòng)機(jī)又稱為反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)。普通的同步電動(dòng)機(jī)都裝有勵(lì)磁繞組或永磁體，但小容量的凸極同步電動(dòng)機(jī)，在轉(zhuǎn)子上可不必進(jìn)行勵(lì)磁。由第九章可知，由于凸極轉(zhuǎn)子的磁路不對(duì)稱，即，就會(huì)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。在該轉(zhuǎn)矩的作用下，電機(jī)就可運(yùn)行。二．磁阻式同步電動(dòng)機(jī)第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī)圖11.57磁阻式同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理圖圖中，N、S表示定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的等效磁極。第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī) 左圖是一個(gè)隱極轉(zhuǎn)子，當(dāng)轉(zhuǎn)子沒有勵(lì)磁時(shí)，由于磁路各向同性，無論轉(zhuǎn)子直軸與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線相差多大角度，磁力線都不會(huì)產(chǎn)生非對(duì)稱性扭曲變化，因而也就不會(huì)產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī) 左圖為凸極轉(zhuǎn)子磁阻式電動(dòng)機(jī)模型，電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀況，忽略機(jī)械損耗，，于是定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線與轉(zhuǎn)子磁極軸線重合，磁力線也不發(fā)生扭曲。第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī)

給磁阻式電動(dòng)機(jī)加上負(fù)載，轉(zhuǎn)子直軸落后于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線一個(gè)角度，如左圖所示。圖中夾角為45°，是電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行允許的最大值。產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T

與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡。第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī) 如角繼續(xù)增大，設(shè)增大至90°，如左圖所示，此時(shí)，氣隙磁場(chǎng)又回歸對(duì)稱分布，轉(zhuǎn)子不承受切向電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩作用，T又變成零。第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率的最大值分別為： 其中 成為凸極比，是衡量磁阻式同步電動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)重要參數(shù)。顯然，凸極比越大，電機(jī)的力能指標(biāo)就越高。

第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī)三相磁阻式同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為：電磁功率為：第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī)

增大凸極比，是提高磁阻式同步電機(jī)性能的重要措施。沿軸向采用導(dǎo)磁材料鋼板或硅鋼片與非導(dǎo)磁材料鋁、銅片等交替鑲嵌的結(jié)構(gòu)，使凸極比可達(dá)到

10甚至更大，顯著提高了磁阻式同步電動(dòng)機(jī)的性能。第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī)圖11.58增大凸極比的轉(zhuǎn)子截面示意圖(a)兩極(b)四極第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī) 磁滯式同步電動(dòng)機(jī)是依靠磁滯轉(zhuǎn)矩起動(dòng)和工作的。與普通同步電動(dòng)機(jī)相同，轉(zhuǎn)子由硬磁材料制成。三．磁滯式同步電動(dòng)機(jī) 當(dāng)定子三相繞組通入電流后，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)同步速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。在轉(zhuǎn)子速度未達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)，定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的交變磁化之下，交變頻率為轉(zhuǎn)差頻率。第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī) 軟磁與硬磁材料磁滯回線如下圖所示，顯然硬磁材料磁滯損耗大于軟磁材料。第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī) 如果轉(zhuǎn)子由理想的軟磁材料制成，即轉(zhuǎn)子上沒有磁滯損耗，則被磁化了的轉(zhuǎn)子中的磁場(chǎng)將與定子磁場(chǎng)同相位，轉(zhuǎn)子上沒有轉(zhuǎn)矩作用。第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子采用硬磁材料制造，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)將滯后于定子磁場(chǎng)一個(gè)磁滯角，磁力線發(fā)生扭曲，如右圖所示，轉(zhuǎn)子會(huì)受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用，稱之為磁滯轉(zhuǎn)矩，其大小為第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī) 由于磁滯角僅與材料性能相關(guān)，因此，只要轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則不論轉(zhuǎn)子速度如何，磁滯轉(zhuǎn)矩的大小總是恒定的，即 由于交變磁場(chǎng)作用，轉(zhuǎn)子上還存在著渦流轉(zhuǎn)矩，故當(dāng)合成轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)不斷加速并最終進(jìn)入同步。同步運(yùn)行后，渦流等于零，電機(jī)僅靠磁滯效應(yīng)保留的剩磁和定子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩來工作。第九節(jié)小功率同步電動(dòng)機(jī) 異步運(yùn)行時(shí)，渦流轉(zhuǎn)矩為，磁滯轉(zhuǎn)矩為，則合成電磁轉(zhuǎn)矩為 。

曲線第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī) 單相異步電機(jī)的運(yùn)行原理和三相異步電機(jī)基本相同，但有其自身的特點(diǎn)。單相異步電動(dòng)機(jī)在定子上通常有兩相繞組，主繞組和副繞組，也稱工作繞組和起動(dòng)繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。 單相異步電動(dòng)機(jī)有以下幾種類型：電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，電阻起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)，電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)和罩極式異步電動(dòng)機(jī)。第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)1．單繞組通電產(chǎn)生脈振磁場(chǎng)通常，單相異步電動(dòng)機(jī)定子有兩相繞組：工作繞組和起動(dòng)繞組，它們的軸線位置相差90度空間電角度。若單相異步電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)繞組通入單相交流電流時(shí)，就產(chǎn)生空間正弦分布的脈振磁動(dòng)勢(shì)

F。該脈振磁動(dòng)勢(shì)可以分解成兩個(gè)幅值相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，其中，正向旋轉(zhuǎn)的磁動(dòng)勢(shì)為F+，反向旋轉(zhuǎn)的磁動(dòng)勢(shì)為F-。一．工作原理第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)1．單繞組通電產(chǎn)生脈振磁場(chǎng)單相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在該脈振磁動(dòng)勢(shì)的作用下產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，等于正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)和反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)分別作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的疊加。一．工作原理第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī) 假設(shè)正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)和反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)作用下產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩分別為和，相應(yīng)的機(jī)械特性為和，因此，單相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在脈振磁動(dòng)勢(shì)作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為，兩條曲線的合成曲線就是單繞組通電時(shí)的機(jī)械特性曲線，如下頁圖所示。第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)(1)當(dāng)轉(zhuǎn)差率s=1時(shí)，即轉(zhuǎn)速n=0時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，電機(jī)不能自起動(dòng)。 單繞組通電脈振磁場(chǎng)作用下的機(jī)械特性：(2)當(dāng)轉(zhuǎn)差率0<s<1時(shí)，即轉(zhuǎn)速0<n<n1時(shí)，轉(zhuǎn)矩T>0，電磁轉(zhuǎn)矩是拖動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，狀態(tài)為電動(dòng)運(yùn)行，機(jī)械特性在第I象限；當(dāng)轉(zhuǎn)速n<0，T<0，T仍為拖動(dòng)性質(zhì)，反向電動(dòng)運(yùn)行，機(jī)械特性在第Ⅲ象限。第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī) 單繞組通電脈振磁場(chǎng)作用下的機(jī)械特性：第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)(3)起動(dòng)后，具有一定的負(fù)載能力，但過載能力小。 單繞組通電脈振磁場(chǎng)作用下的機(jī)械特性：(4)理想空載轉(zhuǎn)速n0<n1，單相異步電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)差率比三相異步電動(dòng)機(jī)的略大一些。第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī) 單繞組通電脈振磁場(chǎng)作用下的機(jī)械特性：第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī) 當(dāng)單相異步電動(dòng)機(jī)主繞組與副繞組同時(shí)通入不同相位的兩相交流電流時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生橢圓旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F。橢圓旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)也可以分解成兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F+和反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F-，但兩者幅值不等。當(dāng)正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值大于反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如下頁圖所示。2．雙繞組通電產(chǎn)生橢圓磁場(chǎng)第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)雙繞組通電橢圓磁場(chǎng)作用下的機(jī)械特性：(1)轉(zhuǎn)差率s=1時(shí)，及轉(zhuǎn)速n=0時(shí)，電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于零，電機(jī)具有起動(dòng)能力；(2)當(dāng)轉(zhuǎn)差率0<s<1時(shí)，即轉(zhuǎn)速

0<n<n1

時(shí)，轉(zhuǎn)矩T>0，電磁轉(zhuǎn)矩是拖動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，狀態(tài)為電動(dòng)運(yùn)行，機(jī)械特性在第I象限。第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)雙繞組通電橢圓磁場(chǎng)作用下的機(jī)械特性：第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)雙繞組通電橢圓磁場(chǎng)作用下的機(jī)械特性：(3)正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值小于反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值時(shí)，即F+<F-

時(shí)，當(dāng)1<s<2時(shí),機(jī)械特性在第Ⅲ象限，T仍是拖動(dòng)性質(zhì)，可以反向電動(dòng)運(yùn)行；(4)橢圓磁場(chǎng)作用下的負(fù)載能力優(yōu)于脈振磁場(chǎng)作用下的負(fù)載能力；(5)理想空載轉(zhuǎn)速n0<n1。第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)雙繞組通電橢圓磁場(chǎng)作用下的機(jī)械特性：第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī) 如果兩相對(duì)稱繞組通入相位相差90度的兩相對(duì)稱電流，其機(jī)械特性與三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性形狀相同，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩得到了提高。所以，單相異步電動(dòng)機(jī)要具有起動(dòng)能力，定子繞組通電產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)必須是橢圓或圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這就要求電機(jī)具有空間位置不同的兩個(gè)繞組，并通入不同相位的交流電流。第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī) 工作繞組在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與運(yùn)行時(shí)都一直通電，而與之相差90度的起動(dòng)繞組只是在起動(dòng)時(shí)通電，以產(chǎn)生橢圓磁場(chǎng)，提供起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)二．單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)A：工作繞組B：起動(dòng)繞組 起動(dòng)開關(guān)K一般使用離心開關(guān)，它的作用是當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升到75～80%的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，開關(guān)斷開，起動(dòng)繞組退出，使電機(jī)運(yùn)行在只有工作繞組通電的情況下。

第十節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī) 由于電容器的存在，起動(dòng)繞組電流領(lǐng)先電源電壓。 由于工作繞組的阻抗是感性的，它的起動(dòng)電流滯后電源電壓。 因此電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)繞組起動(dòng)電流領(lǐng)先工作繞