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1、第十章 特种电机,第一节 同步电机,所谓同步电机：即转子的转速与同步转速相同。 一、同步发电机 构造： 定子：主要由机座、定子铁芯、定子绕组、电刷装置等。 转子：主要由转子铁芯、励磁绕组、滑环等。转子有隐极式和凸 极式两种。,同步发电机的工作原理,同步发电机接线图,当同步发电机直流励磁绕组通以直流电流时，转子便产生一个幅值不变的恒定磁埸。磁埸经转子铁芯、转子与定子间的气隙、定子铁芯而构成闭合回路。在原动机的拖动下，发电机转子转动后，在气隙中便形成幅值不变的旋转磁埸，这个旋转磁埸依次切割三相定子绕组；在定子绕组中感应出交变的电动势。由于定子的电枢绕组三相对称，转子转速恒定，所以感应电动势也对称，
2、即幅值相等、频率相同、相位依次相差1200。,二、 同步电动机,旋转原理：当电枢绕组通以三相电源时，气隙中产生旋转磁埸。同时转子绕组通过直流励磁电流，产生转子磁埸，它在气隙旋转磁埸的带动下，以与旋转磁埸相同的速度同向旋转，它们之间无相对运动，所以称同步。 因为转子的转速总是等于旋转磁埸的同步转速，故同步电动机具有绝对硬的机械特性。 启动：同步电动机的缺点是没有自启动能力。即当转子静止而电枢通电时，电枢旋转磁埸以很高的同步转速相对于转子的磁极旋转，因转子有惯性，靠旋转磁埸和转子磁极的异性相吸作用不能拉动转子转动，所以不能自启动。它必须依靠外力或辅助设备启动。,第二节 单相异步电机,结构：定子为单
3、相绕组（通单相交流电）转子一般用鼠笼式。,定子中通入单相交 流电后，形成脉动 磁场。其磁感应强 度按正弦分布，且 随时间按正弦变化,定子绕组产生的脉动磁场（），可用正、反两个旋转磁场合成而等效。,电容分相式异步电动机,在电动机定子中放置一个起动绕组B，与工作绕组在空间相隔 90，起动绕组B与电容器串联，使两个绕组中的电流在相位上近于相差90，这就是分相。由这两相电流也能产生旋转磁场,分相,实现正反转,改变C的串联位置，可使电动机反转。将开关合在1，电容与V绕组串联，电流 超前 近90；,将开关切换到2，电容与U绕组串联，电流 超前 近90。如此便改变了旋转磁场的方向，实现反转。,罩极式单相电机
4、,定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。,结构：单相绕组绕在磁极 上，在磁极的约1/3部分套一短路环,第三节 伺服电动机,1.基本结构 交流伺服电动机 实质上是一个两相异步电动机。 2.工作原理 交流伺服电动机 的电气原理图如图11-6所示，1是 控制绕组，2是励磁绕组，3是笼 型转子。 3.交流伺服电动机特性:交流 伺服电动机的输出功率一般是0.1 100W。,两相绕组分布图,笼型转子导体,一、交流伺服电动机,交流伺服电动机原理图,交流伺服电动机工作原理,
5、交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似之处。当交流伺服电动机的励磁绕组 “2” 接到“ uf” 上，如果控制绕组加上控制电压为 “0” 时，所产生的是脉动的磁通势，建立的是脉动磁埸，电动机无启动转矩。当控制绕组加上控制电压 “ uf” 且产生的控制电流与励磁电流的相位不同，建立起椭圆形旋转磁埸，于是产生了起动转矩，电动机转子就转动起来了。如果控制电压消失，转速会下降，但不会停止。 交流伺服电动机具有自转的能力。,二、直流伺服电动机,1.基本结构 直流伺服电动机按控制方式可分为电枢控制和磁极控制两种。 2.工作原理 图11-18是直流伺服电动机的原理图。 3.直流伺服电动机的特性,直流伺
6、服电动机剖面图 a)他励式 b)永磁式,1磁极 2 励磁绕组 3 电枢绕组 4 机壳 5 电枢铁芯 6 转轴,直流伺服电动机的工作原理,直流伺服电动机的原理图,工作原理： 直流伺服电动机的工作原理和普通直流电动机相同，其励磁方式一般采用他励式，也有不用励磁绕组而用永久磁铁的永磁式。 工作时将励磁绕组接在固定的直流电源上，而将控制电压,加在电枢绕组上，这种,的大小和方向，电动机,方式称电枢控制。改变电枢,电压,转矩大小方向也随之改变， 当控制电压为零，电动机停转。,直流伺服电动机电枢控制线路图,第四节 步进电动机,一、步进电动机的结构,三相反应式步进电动机结构示意图,1.三相单三拍控制 “三相”
7、指三相步进电动机；“单”指每次只给一相绕组通电，三拍”指通电三次完成一个通电循环。 2.三相单、双六拍控制 这种控制方式中通电顺序按UUVVVWWWUU进行，即一开始U相绕组通电，而后是U、V两相同时通电，然后是V相通电，接着是V、W两相同时通电当U相单独通电时，转子将转到图11-24a所示的位置。 3.三相双三拍控制 双三拍控制方式是每次有两相绕组同时通电，即按照UVVWWUUV顺序通电。,1.三相单三拍控制 “三相”指三相步进电动机；“单”指每次只给一相绕组通电，“三拍”指通电三次完成一个通电循环。,三相单三拍控制时步进电动机工作原理图 a)U相通电 b)V相通电 c)W相通电,2.三相单
8、、双六拍控制 这种控制方式中通电顺序按UUVVVWWWUU进行，即一开始U相绕组通电。,双三拍控制时步进电动机的工作原理 a)U和V相通电 b)V和W相通电 c)W和U相通电,3.三相双三拍控制双三拍控制方式是每次有两相绕组同时通电，即按照UVVWWUUV顺序通电。,步进电动机典型结构图,步进电动机应用实例,1.石英手表中的步进电动机 第三代石英电子手表是用石英振荡器、CMOS电路和特微型步进电动机(体积大约为2mm25mm或2mm23mm)来代替传统机械手表的发条、游丝和擒纵机构等高精度零部件。 2.数控机床中的步进电动机 目前，利用步进电动机在电子数字控制机床工作台中作进退刀驱动。,第五节
9、 测速发电机,测速发电机：能将旋转机械的转速信号转换为与转速成一定比例的电压信号。 测速发电机同样有交、直流之分。,交流异步测速发电机原理图,一、交流异步测速发电机,交流异步测速发电机有两个绕组，在空间相差900，一个为励磁绕组W1，与交流电源相接。另一个为输出绕组，对外输出电压。 当转子静止时，W1通以交流电时，将在定子中产生脉动磁埸，其磁通1在转子中产生感应电动势和电流，并由此而产生转子脉动磁埸，由于这一磁埸的轴线与励磁磁埸的轴线重合，所以，W2中没有感应电动势产生。即无输出。当转子转动后，转子切割励磁绕组的脉动磁埸而产生感应电动势，对外输出电压。,注意：当u1一定时，感应电动势大小与转速
10、成正比，频率与u1相同。所以称测速发电机。,二、直流测速发电机,直流测速发电机在结构上与普通小型直流发电机相同，按励磁方式分为他励式和永磁式。 他励式测速发电机的工作原理与普通发电机工作原理一样。励磁绕组接在电源上，电枢绕组作为输出绕组。在恒定的励磁磁埸作用下，转子转动时，电枢绕组中就会产生感应电动势，E，根据直流电机原理可知，E=CEn，即感应电动势与转速成正比，从而使输出电压的大小反应了转速的高低。所以称测速发电机。,第六节 自整角机,自整角机有定子和转子两大部分组成，定子铁芯上嵌放一套与三相绕组相似的三个在空间互差1200的绕组，称为整步绕组; 转子为磁极，上面放置单相励磁绕组，交流电源
11、通过电刷和滑环施加于励磁绕组。自整角机工作时必须是两个或两个以上同时使用，其中之一为发送机，另一个或多个则为接收机。根据工作方式的不同，自整角机分为两种。,1、力矩式自整角机工作原理,力矩式自整角机原理图,力矩式自整角机，发送机和接收机的三相整步绕组按对应端相互连接，两机的励磁绕组W1和W2接在同一单相交流电源上，从而在两机中各建立一个一对磁极的脉动磁埸，并分别在各自的三相整步绕组中产生感应电动势。 当发送机与接收机转子位置一致时，在各自对应的三相绕组中所产生的感应电动势大小相等，在绕组回路中方向相反，故绕组回路中没有电流。 当发送机转过一个角度后，两机中各自对应绕组中的电动势不相等，将在绕组
12、中产生电流。此电流与接收机的励磁磁埸相互作用，使接收机转子产生电磁转矩，驱动接收机转子沿发送机转子偏转的方向转动，直到两个转子的位置一致。此时对应绕组中感应电动势又重新相等、方向相反、电流为零，接收机中电磁转矩消失，转子停止转动。如果外加力矩始终作用于发送机转轴上，使其转子连续不断地旋转，则接收机转子也就以相同转速不断地旋转，如果发送机反转，接收机也跟着反转。可见接收机输出的是与发送机偏转角相对应的随动转矩，从而在无机械连接的转轴之间实现机械转角的同步传递。,2、控制式自整角机工作原理,控制式自整角机原理图,控制式自整角机与力矩式自整角机的主要区别接收机的单相绕组并不是作为励磁绕组接单相绕组电
13、源，而是作为输出绕组对外输出电压U0，当发送机的单相绕组接通交流电源后，将在发送机中建立脉动磁埸，从而在其三相整步绕组中产生感应电动势，该感应电动势在相互连接的两机的整步绕组回路中产生电流。这一电流在接收机中建立磁埸，而在其输出绕组中感应出电动势，对外输出电压。输出绕组中的感应电动势是一个随两机转轴偏差角的关系u0=Umsin。可见接收机输出的是与发送机偏转角相对应的电压信号。该信号常作为自动控制中的反馈信号。,3、自整角机的应用,1、力矩式自整角机的应用： 力矩式自整角机常用于精度较低的指示系统，如液面的高低、阀门的开启度，电梯及矿井提升机的位置等。 在远洋船上使用的舵角指示器就由力矩式自整角机组成的同步跟踪系统。,2、控制式自整角机的应用 控制式自整角机常适用于精度较高、负载较重的伺服系统中，如雷达显示系统，自动操舵控制系统等。,本章结束 2011、08、04,