直流电动机单相异步电动机 步进电机ppt课件

1、海南风光第第11讲讲第七章第七章直流电动机直流电动机单相异步电动机单相异步电动机步进电机步进电机 第七章第七章 电动机电动机 7.2 直流电动机直流电动机7.2.1 概述概述7.2.2 工作原理工作原理7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系电枢电动势及电压平衡关系7.2.4 电磁转矩电磁转矩7.2.5 机械特性机械特性7.2.6 直流电动机的调速直流电动机的调速7.2.7 直流电动机的使用和额定值直流电动机的使用和额定值7.3单相异步电动机单相异步电动机7.4步进电机步进电机7.2.1 概述概述与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机

2、方便，而且要使用直流电源。用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。直流电机的优点：直流电机的优点：（1调速性能好调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。调速范围广，易于平滑调节。（2起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（3易于控制。易于控制。运用：运用：（1轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。调速范围大的大型设备。（2用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。（3家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具7.

3、2.2 工作原理工作原理 一、一、 工作原理工作原理 U+NS电刷电刷换向片换向片直流电源直流电源电刷电刷换向器换向器线圈线圈II留意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转留意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。使线圈逆时针旋转。FFU+NS电刷电刷换向片换向片IIFFU+NS电刷电刷换向片换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈

4、中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。方向相反。(让磁感线穿过右手掌心，拇指指向让磁感线穿过右手掌心，拇指指向为切割方向，四指指向就是电流方向，然后根为切割方向，四指指向就是电流方向，然后根据电流在外电路中由正极到负极，在电源内由据电流在外电路中由正极到负极，在电源内由负极到正极判断电动势方向负极到正极判断电动势方向 ) 机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励和串励电机为例说明。下边以他励和串励电机为例说明。他励电动机和并励电动机的特性一样。他励电动机和并励电动机的特性一样。7.2

5、.5 机械特性机械特性一、一、 他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性即：即：TKKRnETa2KUnE0nnn0其中其中，aTEaaIKTnKERIEUTKKRKUnETaE2M他励他励UfIfIaUn0： 理想空载转速理想空载转速,即即T=0时的转速。（实际工作时的转速。（实际工作时时,由于有空载损耗，电机的由于有空载损耗，电机的T不会为不会为0。）。）当当 T T时时n n ，但由于他励电动机的电枢电阻，但由于他励电动机的电枢电阻RaRa很小，很小，所以在负载变化时，所以在负载变化时， 转速转速 n n 的变化不大，属硬机械的变化不大，属硬机械特性。特性。根据根据 n-T n-T 公式

6、公式画出特性曲线画出特性曲线n0nNTNTn nTKKRnETa2KUnE0nnn0其中其中，串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。二、二、 串励电动机的机械特性串励电动机的机械特性设磁通和电流成正比，即设磁通和电流成正比，即 =K =K Ia , Ia ,那么那么据此公式做出据此公式做出 T-n T-n 曲线曲线aaaTaTaEERIEUIKKIKTnIKKnKE2nTEaETKKRTKKUKnM串励串励UIa(1) T=0(1) T=0时，在理想情况下，时，在理想情况下，n n。但实际上负。但实际上负 载转矩不会为载转矩不会为 0

7、0，不会工作在，不会工作在 T=0 T=0 的状态，的状态， 但空载时但空载时 T T 很小，很小，n n 很高。串励不允许空载很高。串励不允许空载 运转，以防转速过高。运转，以防转速过高。串励特性：串励特性：(2) (2) 随转矩的增大，随转矩的增大，n n 下降得很快，这种特性属下降得很快，这种特性属 软机械特性。软机械特性。nT三、三、 复励电动机的机械特性复励电动机的机械特性并励直流电动机的机械特性较硬，串励直流电并励直流电动机的机械特性较硬，串励直流电动机的机械特性较软，复励直流电动机的机械动机的机械特性较软，复励直流电动机的机械特性则可折中二者的特性并，复，串）特性则可折中二者的特

8、性并，复，串）(2) (2) 恒功率负载恒功率负载P P 一定时，一定时，T T 和和 n n 成反比），成反比）， 要选软特性电机拖动。如：电气机车等。要选软特性电机拖动。如：电气机车等。直流电动机特性类型的选择直流电动机特性类型的选择: :(1) (1) 恒转矩的生产机械恒转矩的生产机械(TL(TL一定，和转速无关要一定，和转速无关要 选硬特性的电动机，如：选硬特性的电动机，如： 金属加工、起重机金属加工、起重机 械等。械等。7.2.6 直流电动机的调速直流电动机的调速 与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性

9、能好。格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。（1 1调速均匀平滑，可以无级调速。调速均匀平滑，可以无级调速。（2 2调速范围大，调速比可达调速范围大，调速比可达200 200 （他励式以上（他励式以上 （调速比等于最大转速和最小转速之比）。（调速比等于最大转速和最小转速之比）。直流电动机调速的主要优点是：直流电动机调速的主要优点是：由该式可知，由该式可知，n n 和和 有关，在有关，在 U U 一定的情一定的情况下，改动况下，改动 可改变可改变 n n 。在励磁回路中串。在励磁回路中串上电阻上电

10、阻RfRf，改变，改变RfRf大小调节励磁电流，从而大小调节励磁电流，从而改动改动 的大小。的大小。一、改变磁通调磁）一、改变磁通调磁）1.原理原理TKKRnETa2KUnE0nnn0其中其中，M他励他励UfIfIaU其中：其中： =K If Rf If n ，但在额定情况下，但在额定情况下， 已接已接 近饱和，近饱和，If 再加大，对再加大，对 影响不大，所以这种增加影响不大，所以这种增加 磁通的办法一般不用。磁通的办法一般不用。 Rf If n ，减弱磁通是常用的调速方，减弱磁通是常用的调速方 法。法。If的调节有两种情况：的调节有两种情况：概念：改变磁通调速的方法概念：改变磁通调速的方法

11、 减小磁通，减小磁通，n n只能上调。只能上调。TKKRnETa2KUnE0nnn0其中其中，2.2.特性的变化特性的变化所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。，由于：由于：n1021n （ 减小）减小）0n 0n0nTLRf增增加加Tn TKKRnETa2KUnE0nnn0其中其中，调速过程调速过程: U: U一定一定, ,那么那么Rf E E IaT nIa E暂时暂时T TLTKKRnETa2KUnE0nnn0其中其中，最后达到新的平衡最后达到新的平衡T =TL（1 1调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，调速平滑，可做到无级调速，但只能向

12、上调， 受机械本身强度所限，受机械本身强度所限，n n不能太高。不能太高。（2 2调的是励磁电流该电流比电枢电流小得多），调的是励磁电流该电流比电枢电流小得多）， 调节控制方便。调节控制方便。3.减小减小 调速的特点：调速的特点：二、改变电枢电压调速二、改变电枢电压调速由转速特性方程知：由转速特性方程知：调电枢电压调电枢电压U U，n0n0变化，斜率不变，变化，斜率不变，所以调速特性是一所以调速特性是一组平行曲线。组平行曲线。1.特性曲线特性曲线nn0n0n0电电压压降降低低TTKKRnETa2KUnE0nnn0其中其中，2.2.改变电枢电压调速的特点改变电枢电压调速的特点（1 1工作时电枢电

13、压一定，电压调节时，不允许超工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超 过过UNUN，而，而 n n U U，所以调速只能向下调。，所以调速只能向下调。（2 2可得到平滑、无级调速。可得到平滑、无级调速。（3 3调速幅度较大。调速幅度较大。MUfIfIaU变压变压整流整流220V整流整流调压调压220VUf=110V固定固定U=0110V可调可调改变电枢电压调速方案举例：改变电枢电压调速方案举例：这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。串励电机也可用类似的方法调速。串励电机也可用类似的方法调速。三、改变转子电阻调速三、改变转子电阻调速在电枢中串入电阻，在电

14、枢中串入电阻，使使 n n 、 n0 n0不变，即不变，即电机的特性曲线变陡电机的特性曲线变陡（斜率变大），在相（斜率变大），在相同力矩下，同力矩下，n nnn0RaRa + RTTKKRnETa2KUnE0nnn0其中其中，7.2.7 直流电动机的使用和额定值直流电动机的使用和额定值限制限制Iast的措施：的措施：（1启动时在电枢回路串电阻。启动时在电枢回路串电阻。（2启动时降低电枢电压。启动时降低电枢电压。一、运用一、运用1.启动启动启动时启动时,n= 0 Ea=0，若加入额定电压，那么，若加入额定电压，那么aNaNastIRUIIast太大会使换向器产生严重的火花，烧坏换太大会使换向器产

15、生严重的火花，烧坏换向器。一般向器。一般Iast限制在限制在 (2-2.5)IaN 内。内。(1)若电动机原本静止，由于励磁转矩若电动机原本静止，由于励磁转矩 T = KT Ia， 而而 0 ，电机将不能启动，因此，反电动势，电机将不能启动，因此，反电动势 为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被烧毁为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被烧毁 的危险。的危险。直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：留意

16、：留意：（2如果电动机在有载运行时磁路突然断开，如果电动机在有载运行时磁路突然断开， 那么那么 E ，Ia ，T 和和 ，可能，可能不满不满 足足TL的要求，电动机必将减速或停转，使的要求，电动机必将减速或停转，使 Ia更大，也很危险。更大，也很危险。（3如果电机空载运行，可能造成飞车。如果电机空载运行，可能造成飞车。 E Ia T T0 n 飞车飞车措施：措施：他励直流电动机一定要有失磁保护。一般他励直流电动机一定要有失磁保护。一般在励磁绕组加失压继电器或欠流继电器。在励磁绕组加失压继电器或欠流继电器。当失压或欠流时，自动切断电枢电源当失压或欠流时，自动切断电枢电源U。M他励他励UfIfIa

17、U2.2.反转反转电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。（1 1改变励磁电流的方向。改变励磁电流的方向。（2 2或改变电枢电流的方向。或改变电枢电流的方向。改变直流电机转向的方法：改变直流电机转向的方法：（1 1反接制动反接制动3.3.制动制动制动的所采用的方法：制动的所采用的方法： 反接制动、能耗制动、发电回馈制动反接制动、能耗制动、发电回馈制动MUUfIf+R运转运转制动制动电阻电阻 R 的作用的作用是限制电源反是限制电源反接制动时电枢接制动时电枢的电流过大。的电流过大。（2 2能耗制动能耗制动 电枢断电后立即接入一个电阻。电枢断电后立即接入一个电阻。

18、MUUfIf+R运转运转制动制动K停车时，电枢从停车时，电枢从电源断开电源断开,接到电接到电阻上，这时：由阻上，这时：由于惯性电枢仍保于惯性电枢仍保持原方向运动，持原方向运动，感应电动势方向感应电动势方向也不变，电动机也不变，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时，特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时， 在重力的作用下在重力的作用下 n nn0n0（ n0n0理想空载转速），这理想空载转速），这时电动机变成发电机，电磁转

19、矩成为阻转矩，从时电动机变成发电机，电磁转矩成为阻转矩，从而限制电机转速过分升高。而限制电机转速过分升高。(3) (3) 发电回馈制动发电回馈制动二、额定值二、额定值1. 额定功率额定功率PN :电机轴上输出的机械功率。电机轴上输出的机械功率。2. 额定电压额定电压UN ：额定工作情况下的电枢上加的：额定工作情况下的电枢上加的直流电压。（例：直流电压。（例：110V，220V，440V） 3. 额定电流额定电流IN ： 额定电压下，轴上输出额定功额定电压下，轴上输出额定功率时的电流并励应包括励磁电流和电枢电流率时的电流并励应包括励磁电流和电枢电流三者关系：三者关系：PN=UNIN （ ：效率）

20、：效率）留意：调速时对于没有调速要求的电机，最大转速留意：调速时对于没有调速要求的电机，最大转速 不能超过不能超过 1.2nN 1.2nN 。4.4.额定转速额定转速nN nN ：在：在PNPN，UNUN，IN IN 时的转速。直流时的转速。直流电电 机的转速等级一般在机的转速等级一般在 500r/min 500r/min 以上。特以上。特殊的直流电机转速可以做到很低如：每分钟殊的直流电机转速可以做到很低如：每分钟几转或很高每分钟几转或很高每分钟30003000转以上）。转以上）。接线盒接线盒转轴转轴机座机座端盖端盖转子转子机壳机壳风扇风扇罩壳罩壳定子铁芯及绕组定子铁芯及绕组鼠笼转子鼠笼转子(

21、1) 鼠笼式转子鼠笼式转子 转子铁芯槽内放铜条，转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。(2) 绕线式转子绕线式转子 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiA AC CB BCiAiBimIito i 0 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i TT =T2n T T2达到新的平衡达到新的平衡T2nU Tm U UTst 22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 0nNUT2nTOR2Tst nmaxT2T2021m2XUKT 22022212st

22、XRURKT 202mXRs stTTOn0n 不同场合应选用不不同场合应选用不同的电机。如金属切同的电机。如金属切削，选硬特性电机；削，选硬特性电机；重载起动则选软特性重载起动则选软特性电机。电机。问题：起动电流大，起动转矩小。问题：起动电流大，起动转矩小。NstNstTTII)2 . 21 ()75(ZUIll3 三三角角形形联联结结时时：31Y llII31ZYlIZlU+U1U2V1V2W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2星星 形形 联联 接接 时：时：ZUIll3YL1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点Y动触点动触点静触点静

23、触点L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UP+ZlU+U1U2V1V2W1W2 任务任务L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2lUU31P 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。仅适用于正常运行为三角形联结的电机。)(2StUT Y 起动起动 ststTIY 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合SYtst31TT U2Ul+U1V1V2W1W2UP+lU+U1U2V1V2W1W2L1L3L2FUQQ2Q21222202220)(st2IIRXREI电刷电刷定

24、子定子转子转子起动电阻起动电阻滑环滑环转轴转轴RRR maxTR2stTTOn0nR2R2TstTst22022212stXRURKT R2TstM3a b cM3a b c pfsnsn106011 f=50Hz逆变器M3 整流器+变频调速方法变频调速方法恒转距调速恒转距调速f1f1N）变频调速可实现无级平滑调速变频调速可实现无级平滑调速,调速性能优异。调速性能优异。P=2A1A2X1X2NNSSP=1A1A2X1X2SNA1X1A2X2iiA1X1A2X2ii采用变极调速方法的电动机称作双速电机，转速跳跃变化。采用变极调速方法的电动机称作双速电机，转速跳跃变化。Tn0no22RR2R2R

25、变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。nnTLTLs sTs2R2Ro制动方法制动方法机械制动机械制动电气制动电气制动能耗制动能耗制动反接制动反接制动发电反馈制动发电反馈制动 在断开电源的同时，给电动机通直流电流，在断开电源的同时，给电动机通直流电流，形成固定磁场旋转的转子产生了与转子旋转方向形成固定磁场旋转的转子产生了与转子旋转方向相反的转距，使转子迅速停动。相反的转距，使转子迅速停动。nF转子转子T n0=0+-运转运转制动制动RP380V运转运转nFT n0380V 当电动机转子的转速大

26、于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。nF转子转子T n0n n0磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座长度代号机座中心高机座中心高mm）三相异步电动机三相异步电动机教材表教材表P224中列出了各种电动机的系列代号。中列出了各种电动机的系列代号。表表7.8.1异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号YRYBYDYQ接线盒接线盒联结联结电机容量电机容量

27、Y3kW 联联结结电电机机容容量量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2 U2V2V1W1U1W1V1W2V2例如：例如：380/220V、Y/ 是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y联结；线电压为联结；线电压为 220V 时采用时采用 结合。结合。12PP cos3NN1IUP 鼠笼电机鼠笼电机 =7293电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率，它不等于从电源吸取的电功率 P1。PN 三相异步电动机的功率因数

28、较低，在额定负三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为载时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只。空载时功率因数很低，只需需 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。额定负载时，功率因数最高。 P2cosO 0N0Nnnns 额额定定转转差差率率 指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为七级。分为七级。绝缘等级绝缘等级YAEBFHC极限温度极限温度CC90 105 120 130 155 180 180电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。 功率选得过大不经济，功率选得过小电动机功率选得过大不经济，

29、功率选得过小电动机容易因过载而损坏。容易因过载而损坏。1. 对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。大于生产机械的功率。2. 对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率。的功率。 一般应用场合应尽可能选用鼠笼式电动机。一般应用场合应尽可能选用鼠笼式电动机。只有在需要调速、不能采用鼠笼式电动机的场只有在需要调速、不能采用鼠笼式电动机的场合才选用绕线式电动机。合才选用绕线式电动机。 根据工作环境的条件选择不同的结构型

30、式，根据工作环境的条件选择不同的结构型式，如开启式、防护式、封闭式电动机。如开启式、防护式、封闭式电动机。 根据电动机的类型、功率以及使用地点的电根据电动机的类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。源电压来决定。 Y系列鼠笼电动机的额定电压只有系列鼠笼电动机的额定电压只有380V一个一个等级。大功率电动机才采用等级。大功率电动机才采用3000V和和6000V。定子定子定子定子绕组绕组转子转子AA NS 定子绕组产生的脉动磁场定子绕组产生的脉动磁场，分解为两个大小，分解为两个大小相等，转向相反，转速相同的旋转磁场。相等，转向相反，转速相同的旋转磁场。即：即：- m= + -=m21 t O +

31、- - + + - + - 结论：定子绕组产生的脉动磁场结论：定子绕组产生的脉动磁场，可用两个，可用两个 大小相等，转向相反，转速相同的旋转大小相等，转向相反，转速相同的旋转 磁场的合成来等效代替。磁场的合成来等效代替。121 ss合成转矩合成转矩s02 s22 s01 s21 s1T起动转矩为零起动转矩为零2T正正转转转转反反021 nnABBAiBiAA AB BBBAAtIi sinAmA )90sin(BmB tIi iBiAmIit OA AB BBBAAA AB BBBAA 45t o0 t 90t A AB BBBAA450900iBiAmIit O 将开关将开关S合在位置合在位

32、置1，电容，电容C与与B绕组串联，电流绕组串联，电流 iB较较iA超前近超前近90；当将；当将S切换到位置切换到位置2，电容，电容C与与A绕组串联，电流绕组串联，电流iA 较较iB 超超前近前近90。这样就改变了旋转磁。这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的场的转向，从而实现电动机的反转。反转。ABBiAiBA12i 1 2定子绕组定子绕组鼠笼式转子鼠笼式转子短路环短路环极掌极掌(极靴极靴) 当电流当电流i 流过定子绕组时，产生了一部分磁流过定子绕组时，产生了一部分磁通通1 ，同时产生的另一部分磁通与短路环作用，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通生成了磁通2 。由于短路环中感应

33、电流的阻碍。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得作用，使得2在相位上滞后在相位上滞后1 ，从而在电动机，从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。使转子获得所需的起动转矩。 罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中。第7章 控制电机 概述概述7 .4 步进电动机步进电动机 7.4.1 构造构造 7.4.2 工作方式工作方式 7.4.3 小步距角的步进电动机小步距角的步进电动机7.5 伺服电动机伺服电动机 7.5.

34、1 交流伺服电动机交流伺服电动机 7.5.2 直流伺服电动机直流伺服电动机 前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是作为前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是作为动力使用的，其主要任务是能量转换，例如将电能动力使用的，其主要任务是能量转换，例如将电能转换为机械能。本章介绍控制电机。转换为机械能。本章介绍控制电机。 概述概述如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速；如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速； 步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。 控制电机的主要功能是转换和传递信号。控制电机的主要功能是转换和传递信号。控制电机的种类很多，本章主要介绍步进机、伺服机。控

35、制电机的种类很多，本章主要介绍步进机、伺服机。 对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。7.4 步进电动机步进电动机机理：步进电机是利用电磁铁原理，将机理：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号脉冲信号 转换成线位移或角位移的电机。每转换成线位移或角位移的电机。每来一个来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移机械移 动一小段距离。动一小段距离。特点：特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速控制脉冲频

36、率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变方向。改变脉冲顺序，改变方向。种类：种类： 有励磁式和反应式两种。两种的区有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。有励磁线圈。运用：运用： 步进机的应用非常广泛。如：在数步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动控机床、自动 绘图仪等设备中都得到应用。绘图仪等设备中都得到应用。 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。工作原理。7.4.1 构造构造 步进机主要由两

37、部分构成：定子和转子。它们均步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。定子定子转子转子定子绕组定子绕组 定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。组成一相。 留意：这里的相和三相交流电中的留意：这里的相和三相交流电中的“相的概念相的概念不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数的区别。的联接和组数的区别。ABC定子定子转子转子IAIBIC7.4.2 工作方式工作方式 步进电机的工作方式可分为：三相单三拍

38、、三相单步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。双六拍、三相双三拍等。一、三相单三拍一、三相单三拍（1 1三相绕组联接方式：三相绕组联接方式：Y Y 型型（2 2三相绕组中的通电顺序为：三相绕组中的通电顺序为：A 相相 B 相相 C 相相通电顺序也可以为：通电顺序也可以为： A A 相相 C C 相相 B B 相相 （3工作过程工作过程化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。A 相通电，相通电，A 方向的磁方向的磁通经转子形成闭合回路。通经转子形

39、成闭合回路。若转子和磁场轴线方向若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁场的作用下，转子被磁A A 相通电使转子相通电使转子1 1、3 3齿和齿和 AA AA 对齐。对齐。CABBCA3412CABBCA3412同理，同理，B相通电，转子相通电，转子2、4齿和齿和B相轴线对齐，相轴线对齐，相对相对A相通电位置转相通电位置转30；C相通电再转相通电再转30。1C342CABBA 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三

40、拍。单三拍。三相单三拍的特点：三相单三拍的特点：（1每来一个电脉冲，转子转过每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称。此角称为步距角，用为步距角，用S表示。表示。（2转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。改变通电顺序即可改变转向。二、三相单双六拍二、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为： A AABABB BBCBCC CCACAA A 共六拍。共六拍。工作过程：工作过程：A相通电，转子相通电，转子1、3齿和齿和A相对齐。相对齐。CABBCA3412所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对所以转子转到两磁拉力平衡

41、的位置上。相对AA 通电，转子转了通电，转子转了15。（1BB 磁场对磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。转子顺时针方向转动。A、B相同时通电相同时通电（2AA 磁场继续对磁场继续对1、3齿有拉力。齿有拉力。CABBCA3412总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为为三相六拍，步距角为15。CABBCA3412B相通电，转子相通电，转子2、4齿和齿和B相对齐，又转了相对齐，又转了15。三、三相双三拍三、三相双三拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为： AB AB BC BC CA

42、CA AB AB 共三拍。共三拍。AB通电通电CABBCA3412CABBCA3412BC通电通电以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。工作方式为三相双三工作方式为三相双三拍时，每通入一个电拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转脉冲，转子也是转30，即，即 S = 30。CA通电通电CABBCA34127.4.3 小步距角的步进电动机小步距角的步进电动机 实际采用的步进电机的步距角多为实际采用的步进电机的步距角多为3度和度和1.5度，步距角越小，机加工的精度越高。度，步距角越小，机加工的精

43、度越高。为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子图中转子40个齿，定子仍是个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁个磁极，但每个磁极上也有五个齿。极上也有五个齿。转子的齿距等于转子的齿距等于360360/ 40=9 / 40=9 ，齿宽、齿槽各，齿宽、齿槽各4.5 4.5 。 为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，齿宽和齿槽和转子相同。齿宽和齿槽和转子相同。工作原理：假设是单三拍通电工作方式。工作原理：假设是单三拍通电工作方式。（1A 相通电时，定子相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对相的五个小齿和转子对齐。此时

44、，齐。此时，B 相和相和 A 相空间差相空间差120，含，含 120/9 = 齿齿 A 相和相和 C 相差相差240，含，含240/ 9 = 个齿。个齿。所以，所以，A 相的转子、定子的五个小齿对齐时，相的转子、定子的五个小齿对齐时，B 相、相、C 相不能对齐，相不能对齐，B相的转子、定子相相的转子、定子相差差 1/3 个齿个齿3），），C相的转子、定子相差相的转子、定子相差2/3个齿个齿6）。）。31133226若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，转子只转转子只转 1.5 。异步机的转动方向仍由相序决定。异步机的转动方向仍由相序决定。同理，同理

45、，C 相通电再转相通电再转3 （2A 相断电、相断电、B 相通电后，转子只需转过相通电后，转子只需转过1/3个个 齿齿3），使），使 B 相转子、定子对齐。相转子、定子对齐。f：电脉冲的频率：电脉冲的频率 转速转速36060sfn 步进机通过一个电脉冲步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度转子转过的角度,称为称为步距角。步距角。m:一个周期的运行拍数一个周期的运行拍数Zr：转子齿数：转子齿数mZrS360如：如：Zr=40 , m=3 时时3340360S步距角步距角7.5 伺服电动机伺服电动机 交流伺服电动机和直流伺服电动机。交流伺服电动机和直流伺服电动机。伺服电动机分类：伺服电动机分类： 伺

46、服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化。变化。伺服电动机的作用伺服电动机的作用7.5.1 交流伺服电动机交流伺服电动机 原理与两相交流异步电机相同，定子上装有原理与两相交流异步电机相同，定子上装有两个绕组两个绕组 励磁绕组和控制绕组。励磁绕组和控制绕组。励磁绕组和控制绕组在空间相隔励磁绕组和控制绕组在空间相隔90。控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕组转子转子励磁绕组中串联电容励磁绕组中串联

47、电容C的目的是为了产生两相旋的目的是为了产生两相旋转磁场。转磁场。接线：接线：励磁绕组的接线励磁绕组的接线UCU1I1U放放大大器器控制绕组的接线控制绕组的接线检检测测元元件件控制信号控制信号2U2IU 适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近相位差接近9090，因此便产生旋转磁场，在旋转磁，因此便产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。场的作用下，转子便转动起来。 1UCU1I1U例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电流的相量关系如图所示。流的相量关系如图所示。励磁绕组的接线励磁绕组的接线UCU1I1U放放大大器器控制绕组的接线控制绕组的接线检检测测元元件件控制信号控制信号2U2IU 工作时两个绕组中产生的电流工作时两个绕组中产生的电流 和和 的相的相位差近位差近90，因此便产生旋转磁场。在旋转磁场，因此便