电机学课件-特种电机

1、单相异步电动机单相异步电动机l单相异步电动机的定子包括机座、铁心、绕组三大部分。l单相异步电动机的转子主要有转轴、铁心、绕组三部分， 单相异步电动机只有一绕组时的转矩单相异步电动机只有一绕组时的转矩1 1起动转矩等于零起动转矩等于零当sl时，T+T-，T0，单相电机仅一个绕组工作不能自行起动。2 2转动后单相电机可以在一个绕组情转动后单相电机可以在一个绕组情况下运行况下运行转子转动时，则Z+Z-，T+T-，TO，由于有负序转矩存在，所以其过载能力和效率均有所降低。3 3理想空载状态也达不到同步转速理想空载状态也达不到同步转速 因有负序转矩存在，即使转轴上不带任何负载，转子电流也不可能为零，单相

2、电机达不到同步转速。 1电阻分相起动单相异步电动机电阻分相起动单相异步电动机电阻分相起动单相异步电动机的定子上有两套绕组，一套是主绕组，又叫工作绕组；另一套是副绕组，又叫起动绕组。其主绕组D1D2与副绕组F1F2的匝数及线径不同。通常主绕组线径较粗、匝数较多；电抗大，阻值小；副绕组线径较细、匝数较少，电抗小，阻值大。它们的轴线在空间相隔90电角度，启动电流不同相，形成椭圆磁场。起动绕组与起动开关K串联后和工作绕组并联按到同一单相电源上，如图所示。当电动机转速上升到7080同步转速时，通过起动开关K断开起动绕组电路，使电机只有一个工作绕组工作，电阻起动单相异步电动机的起动转矩比较小，而起动电流却

3、比较大，电机的起动性能不好。2电容分相起动式单相异步电动机电容分相起动式单相异步电动机l电容分相起动式异步电动机的定子上有两套绕组，一套是工作绕组；另一套是起动绕组，它们的轴线在空间相隔90电角度。l起动绕组与电容器、起动开关串联后和工作绕组并联接到同一单相电源上，当电动机转速达到额定转速的7080时将副绕组断开。如图4-12所示。电容分相起动式异步电动机的特点是起动性能好，起动电流小，但它的空载电流较大，功率因数和效率都不高，并要与适当的电容器匹配，它适用于起动转矩较大，起动电流较小的机械。 3电容运转单相异步电动机电容运转单相异步电动机 l电容运转单相异步电动机在副绕组中串接一个电容器，然

4、后与主绕组并联接电源。副绕组不仅在起动时起作用，而且在电动机运行过程中也始终与主绕组起工作，如图4-13所示。l电容运转单相异步电动机实质是一种两相电机适当的选择电容器和副绕组匝数，可以改善电机的运行性能，使电机具有较高的效率和功率因数，并且体积小和重量轻，但由于起动转矩较低，只适用于起动转矩要求不高的场合，如电风扇、洗衣机、通风机、家用电器等。4电容起动运转式单相异步电动机电容起动运转式单相异步电动机 l电容起动运转式单相异步电动机在副绕组回路中串联两个互相并联的电容器，其中一个为起动电容和个起动开关串联，另个为工作电容，使得电动机既具有较好的起动性能，又具有较好的运行性能，如图4-14所示

5、。l电动机起动后，当转速达到额定转速的7080%时，起动开关断开，将起动电容Cst切断，工作电容C仍接在电路中。 电容器C是运转时长期使用的，可采用金属膜纸介电容；电容器Cst是起动时短时工作电容，可采用电解电容。单相电容起动运转异步电动机具有较好的起动性能，较高的过载能力、效率和功率因数，较低的噪声，适用于带负载起动的场合，如小型机床、泵、家用电器等。 5罩极式单相异步电动机罩极式单相异步电动机l罩极式单相异步电动机分为凸极罩式和隐极罩极式两种，其工作原理完全相同，一般采用凸极式，主绕组为集中绕组，极面一侧的三分之一宽度套有电阻很小的短路环（罩极绕组)，如图4-15所示单相罩极式异步电动机的

6、起动转矩，效率、功率因数均较低，但结构简单，成本低，适用于轻载起动场合，如小型风扇、电唱机等。罩极电动机 l罩极绕组 短路环 l穿过短路环与不穿过短路环的两部分磁场有时间相位差两个磁场在空间和时间上不同相 l合成磁场是椭圆形合成磁场是椭圆形旋转磁场 ，旋转方向从未罩极部分转向罩极部分 12123kEkIk6直流伺服电动机直流伺服电动机l伺服电动机是把输入的电信号(如电压)变为转轴的角位移或角速度输出的电动机。无信号到来，伺服电动机转子静止不动；有信号到来，转子就立即转动，当信号消失，转子立即停止。伺服电动机能带动一定的负载，在自动控制系统中作为执行元件，所以又称为执行电动机。 l直流伺服电动机

7、的结构及原理与普通直流电动机相同，是一种体积和容量都很小的直流电动机。 电枢控制时，在电枢绕组（即控制绕组）上加控制电压U2，用以控制输出的转速和转向；在励磁绕组上加恒定直流电压U1，用以产生恒定的磁通。原理接线如图4-29所示。图4-29 电枢控制时的原理接线图a22eTeRUnTCC C7交流伺服电动机交流伺服电动机l 交流伺服电动机就是两相异步电动机，它的定子上有空间相差90o两相分布绕组，一相为励磁绕组f，与励磁电源连接，另一相是控制绕组K，与控制信号相连接 。l交流伺服电动机象直流伺服电动机一样具有伺服性，即控制信号强时，电动机转速高；控制信号弱时，电动机转速就低；控制信号消失，电动

8、机停止转动。l交流伺服电动机的工作原理与单相交流异步电动机非常相似，图4-32为交流伺服电动机的原理图。当它的励磁绕组接通励磁电源，控制绕组接通控制信号后，两绕组将流过相位差为90o 电角度的两相电流，则气隙磁场变为旋转磁场，旋转磁场切割转子导体产生感应电流，感应电流与旋转磁场相互作用又产生电磁转矩，使转子转动。在控制电压消失时，由于其一相绕组通电运行时的电磁转矩是制动性的，因而交流伺服电动机立即停止，并没有产生自转现象。 8.步进电动机步进电动机 l在自动控制系统中，经常要把数字信号转化为角位移，步进电动机（也称为脉冲电动机）就是一种用电脉冲信号进行控制、将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位

9、移的电动机。给步进电动机输入一个脉冲信号，它就转动一个角度或前进一步，其角位移量或线位移量与电脉冲数成正比，转速或线速度与电脉冲频率成正比。 ABCABC图4-35 三相反应式步进电动机结构示意图 图4-36是一台三相六极转子有40个齿的小步距角反应式步进电动机展开图，A、B、C为磁极上的三相控制绕组，每个磁极上有5个齿，与转子上的齿具有相同齿宽和齿距。可以计算每极下的齿为r40216722 3 133Zmp Zr为齿数，m为相数，p为磁极对数。转子齿距为9o。，当A相定子齿与转子齿对齐时，则B相磁极定子齿与转子齿错开1/3齿距（1/3t,t为齿距），即3o。若此时给B相通电，因磁通力图走磁阻

10、最小的路径闭合，就使转子受到同步转矩的作用而转动，转子逆时针转动1/3齿距，即3o（称为步距角），直到B极定子齿与转子齿对齐，而A、C极定子齿又分别和转子齿错开1/3齿距。只要连续不断地按A-B-C-A顺序对B、C、A三相通电，转子就沿逆时针不停地一步步转动。当通电顺序改为A-C-B-A时，转子就沿顺时针转动。以上A-B-C-A与A-C-B-A这种通电控制方式称为三相单三拍控制，每改变一次通电方式叫做一拍，“三拍”指一个通电循环为三拍，“单”是指每拍只有个绕组通电；除此之外还有双三拍、单双六拍，前者指每拍两相绕组通电，如AB-BC-CA-AB，AC-CB-BA-AC；后者指每拍按单相、两相交替

11、通电，如A-AB-B-BC-C-CA-A，A-AC-C-CB-B-BA-A。图4-36 小步距角三相反应式步进电动机的展开图9. 测速发电机测速发电机 l测速发电机把机械转速变为电压，输出的电压与转速成严格线性关系，在自动控制系统和计算装置中作为检测元件、解算元件、角加速度信号元件等。l测速发电机有直流和交流两大类。aaaaaaeaa11UUEI RERRECnUCnRRRR直流测速发电机交流测速发电机交流测速发电机l异步测速发电机定子上有两相互相垂直的分布绕组，其中一相作为励磁绕组，接稳频稳压的单相交流电源；另一相为输出绕组，其两端的电压即为测速发电机的输出电压 2Un1Uqd1I2I如果转子不转，交变的磁通 在杯形转子上感应出电动势，这种感应电动势称为变压器电动势。由于转子结构对称，因此由变压器电动势引起的转子磁通势方向始终在励磁绕组轴线上，并且大小与转子位置无关。励磁绕组磁通势与转子上变压器电动势引起的转子磁通势之合成磁通势产生了励磁磁通。励磁绕组