电子课件-《电机与电气控制(第二版)》-B02-0657-课题四-特种电机的应用

1、任务 伺服电动机的应用任务 测速发电机的应用任务 步进电动机的应用任务 无刷直流电动机的应用任务 直线电动机的应用 电气传动领域 交通运输领域 信息处理领域 家用电器领域 特种用途 了解伺服电动机的特点、用途和分类。 认识伺服电动机的外形和内部结构，熟悉各部件的作用。 熟悉伺服电动机的基本工作原理和主要运行性能。 学会合理选用伺服电动机。 了解典型伺服控制系统的组成。 熟悉交流伺服电动机的操作使用方法。学习目标 任务 伺服电动机的应用任务引入 熟悉伺服电动机及其驱动控制技术，对每个从事电气自动化尤其是精密数控技术的电气技术人员在实际工作中具有非常重要的意义。伺服电动机） 直流伺服电动机） 交流

2、伺服电动机和驱动器相关知识一、直流伺服电动机 直流伺服电动机的分类、特点和用途（） 传统型直流伺服电动机（） 无槽电枢直流伺服电动机无槽伺服电动机（） 盘式电枢直流伺服电动机盘式电枢直流伺服电动机 （） 空心杯电枢直流伺服电动机空心杯电枢直流伺服电动机（） 低速大扭矩宽调速电动机 宽调速伺服电动机 直流伺服电动机的工作原理其转速由信号电压控制。信号电压若加在电枢绕组两端，称为电枢控制；若加在励磁绕组两端，则称为磁场控制。直流伺服电动机的机械特性方程式与他励直流电动机一样：直流伺服电动机的电路与机械特性） 电枢控制电路原理图） 电枢控制机械特性二、交流伺服电动机 传统的交流伺服电动机定子槽中装有

3、励磁绕组 F 和控制绕组 C，两个绕组的轴线在空间互差 90电角度，励磁绕组与交流电源 UF 相连接，控制绕组接输入信号 UC。交流伺服电动机电路空心杯形转子交流伺服电动机没有控制信号时，气隙中只有励磁绕组产生的脉动磁场，电动机的电磁转矩为零，转子不动。若在控制绕组中施加一个控制信号后，就会在气隙中产生一个旋转磁场，并产生电磁转矩使转子沿旋转磁场的方向转动。克服 “ 自转” 的机械特性 所以改变控制电压 UC 的大小和相位就可以改变旋转磁场的性能，从而控制伺服电动机的转矩和转速，具体的控制方法有三种：（） 幅值控制电压 UC 的大小。幅值控制的机械特性（） 相位控制信号系数为：（） 幅相控制信

4、号系数为： 永磁交流伺服电动机（） 交流永磁伺服电动机本体（） 传感器（） 伺服驱动器 永磁交流伺服电动机的选用交流永磁伺服电动机结构 交流伺服系统实例介绍MINAS 交流伺服系统任务实施一、任务准备二、绘制并连接交流伺服电动机的工作电路三、通电测试交流伺服电动机的工作性能总结测评一、总结报告 绘制实训的电路图。 记录实训的过程、现象和数据结果。 小结、体会和建议。二、任务测评 （见表 ）任务实施考核评分记录表 了解测速发电机的作用和应用场合。 熟悉直流测速发电机的基本结构和工作原理。 熟悉交流测速发电机的基本结构和性能特点。 学会操作使用直流测速发电机。 熟悉测速发电机的性能参数。学习目标任

5、务 测速发电机的应用任务引入 在自动控制系统中测速发电机主要用作测速元件、阻尼元件 （ 或校正元件） 、解算元件和角加速度信号元件。自动控制系统对测速发电机的要求是：（） 输出电压要与转速成线性关系。（） 正、反转的特性一致。（） 输出特性的灵敏度高。（） 发电机的转动惯量小。本任务通过测试永磁式直流测速发电机的输出特性，学习测速发电机的工作原理、性能特点，熟悉测速发电机的参数。测速发电机相关知识一、直流测速发电机 直流测速发电机的基本结构 直流测速发电机的工作原理空载时，RL，U=E，输出特性 U=f（n）的关系为一条直线。带上负载后，RL 越小，输出特性的斜率越小。在 RL 较小或转速过高

6、时，Ia 较大，电枢电流的去磁作用，使输出电压下降，从而破坏了输出特性 U=f（n）的线性关系直流测速发电机工作原理 直流测速发电机的输出特性二、交流测速发电机 交流异步测速发电机的基本结构 杯形转子异步测速发电机结构异步测速发电机工作原理 交流异步测速发电机工作原理交流测速发电机的输出电压 U2 与转速 n 成正比；输出频率 f2 等于励磁电源频率 f1；转向改变时，输出电压的相位变化 180电角度。异步测速发电机输出特性三、测速发电机的参数与产品 直流测速发电机主要性能参数（1）最大线性转速范围（nmax）（2）比电动势（Un）（3）线性误差（x）（4）最小负载电阻（Rmin）（5）特性的

7、不对称度（k）（6）纹波系数 交流异步测速发电机的主要参数（1）最大线性转速范围（ nmax ）（2）输出电压斜率（即灵敏度）（3）线性误差（ x ）（4）相位误差（5）剩余电压（6）励磁电压、电流、频率和功率 测速发电机的产品常用的国产测速发电机有 CYD、CYN 系列永磁式直流测速发电机，ZCF 系列电磁式直流测速发电机，CK 系列交流异步测速发电机。四、测速发电机的应用 速度伺服控制系统 位置伺服控制系统 控制系统的积分运算任务实施一、任务准备二、绘制并连接直流测速发电机的工作电路三、通电测试直流测速发电机的输出特性总结测评一、总结报告 绘制实训的电路图。 记录实训的过程、现象和数据结果

8、。 小结、体会和建议。任务实施考核评分记录表二、任务测评 （见表） 了解步进电动机的作用和用途。 熟悉步进电动机的结构和工作原理。 了解步进电动机的特性参数和驱动电路。 学会步进电动机的使用方法。学习目标 任务 步进电动机的应用任务引入步进电动机是一种由电脉冲控制的特殊同步电动机，其作用是将电脉冲信号变换为相应的角位移或线位移。因此，步进电动机又称为脉冲电动机。步进电动机可以实现信号变换，是自动控制系统和数字控制系统中广泛应用的执行元件。本任务通过完成步进电动机的运行与基本特性的测定，来了解步进电动机的工作原理，熟悉步进电动机的性能参数，掌握步进电动机的使用方法。步进电动机相关知识一、步进电动

9、机的分类按励磁方式分类，可将步进电动机分为永磁式、混合式和反应式三类。步进电动机还可按定子、转子结构分成单段式和多段式；按控制绕组的相数分为两相、三相、四相、五相或更多相数；按输出转矩大小，步进电动机又可分为伺服式步进电动机和功率步进电动机。二、反应式步进电动机的工作原理反应式步进电动机又称为磁阻式步进电动机，它的定子、转子磁路均由软磁材料制成，只有定子上有绕组并称为控制绕组，它是利用转子上不同路径的磁阻不同而产生磁阻转矩（反应转矩） 使转子转动的。反应式步进电动机的工作原理） 相通电） 相通电） 相通电三相控制绕组的电路三、步进电动机的工作方式 三相单三拍工作方式ACBA称为三相单三拍。 三

10、相单三拍工作时的相电压和电流波形 三相单双六拍工作方式AABBBCCCAA，或为AACCCBBBAA。称为三相单双六拍。单双六拍工作情况） 相通电） 、 相通电） 相通电单双六拍工作方式时的相电压和电流波形 三相双三拍工作方式ABBCCAAB或ACCBBAAC。步进电动机的拍数和齿数越多，步距角 s 越小，精度越高，在脉冲频率一定时，转速也越低。但供电电源和电动机结构也越复杂，成本越高，所以一般最多为六相。双三拍工作方式时的相电压和电流波形四、小步距角步进电动机它的定子上有 6 个极，上面装有绕组并接成 A、B、C 三相。转子上均匀分布着 40 个齿，定子每个磁极上也各有 5 个齿，定子、转子

11、的齿宽和齿距都相同。当 A 相绕组通电时，电动机中产生沿 A 极轴线方向的磁场，因磁通要按磁阻最小的路径闭合，使转子受到反应转矩的作用而转动，直到转子齿和定子 A 极上的齿对齐为止。 小步距角步进电动机小步距角步进电动机定子、转子展开图五、永磁式步进电动机 永磁式步进电动机的结构永磁式步进电动机的特点如下：1.大步距角，如15、22.5、30、45、90等。2.启动频率较低，通常为几十赫兹到几百赫兹（但转速不一定低）。3.控制功率小。4.在断电情况下有定位转矩。六、感应子式步进电动机 混合型两相步进电动机的结构由于定子同一个极的两端极性相同，转子两端极性相反，且错开半个齿距，所以当转子偏离平衡

12、位置时，两端作用转矩的方向是一致的。当定子各相绕组按顺序通以直流脉冲时，转子每次将转过一个步距角。七、步进电动机的特性和参数 步距角 静态步距角误差 启动频率 （ 突跳频率） 动态输出转矩频率特性 步进电动机的工作频率 电气参数（） 额定电流（） 额定电压八、步进电动机的控制系统步进电动机控制系统框图任务实施一、任务准备二、熟悉步进电动机控制箱面板中的控制键盘三、步进电动机控制系统的试运行四、步进电动机的单步运行五、步进电动机的连续运行六、空载突跳频率的测定七、空载最高连续工作频率的测定总结测评一、总结报告 绘制实训的电路图。 记录实训的过程、现象和数据结果。 小结、体会和建议。 任务实施考核

13、评分记录表二、任务测评 （见表） 了解无刷直流电动机的结构与组成。 熟悉三相无刷直流电动机系统的工作原理。 了解无刷直流电动机的典型应用。学习目标任务 无刷直流电动机的应用任务引入无刷直流电动机利用电子换向器取代了传统的机械电刷和换向器，因此，使这种电动机不仅保留了直流电动机的优点，而且又具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，使它一经出现就以极快的速度发展和普及。熟悉无刷直流电动机的组成、基本工作原理，了解其典型应用实例是电气技术人员必须做到的。 无刷直流电动机的外形相关知识一、无刷直流电动机的结构和组成 无刷直流电动机的组成无刷直流电动机的组成 无刷直流电动机的基本结构（） 电

14、动机本体无刷直流电动机的电动机本体由定子与转子两大部分组成。转子用永磁材料制成，构成一定极对数的永磁磁极。定子由绕组和铁心组成，定子铁心由硅钢片叠成，其圆周上均匀分布的槽中嵌入多相电枢绕组。 外转子型无刷直流电动机内转子型无刷直流电动机（） 逆变器轴向气隙型无刷直流电动机电枢绕组与逆变器主电路） 三相半桥型主电路） 星形连接三相全桥型主电路（） 位置检测器位置检测器是一种无机械接触的检测转子磁极相对于定子绕组的位置信号的装置。位置检测方式包括有位置传感器检测和无位置传感器检测两种。（） 控制器控制器是无刷直流电动机正常运行并实现各种调速伺服功能的指挥中心。主要形式有分立元件加少量集成电路构成的

15、模拟控制系统、基于专用集成电路的控制系统、数 模混合控制系统和全数字控制系统。二、无刷直流电动机的基本工作原理三相无刷直流电动机系统无刷直流电动机工作原理示意图） 、 相通电） 、 相通电） 、 相通电） 、 相通电三、无刷直流电动机的应用实例MC33034P 型三相无刷直流电动机控制集成电路 了解直线感应电动机的用途、结构、分类和基本工作原理。 了解音圈电动机、框架式永磁直线直流电动机的特点与应用。 了解永磁式直线无刷直流电动机的原理、结构与优点。 了解直线电动机的实际应用。学习目标任务 直线电动机的应用任务引入直线电动机直接实现直线运动，从而消除了旋转电动机由旋转运动到直线运动的中间机构，

16、使精度提高、结构简化。本任务以直线感应电动机和直线直流电动机为例，介绍直线电动机的特点、原理、主要结构形式和实际应用案例。直线电动机及其应用） 平板型直线电动机） 圆筒直线电动机一、直线感应电动机 结构与分类每种旋转电动机都有与之相对应的直线电动机。直线电动机也分异步、同步、步进、有刷直流、无刷直流等各种类型。直线电动机按工作原理不同可分为直线感应电动机、直线直流电动机、直线无刷直流电动机、直线步进电动机等。直线感应电动机） 旋转感应电动机） 直线感应电动机直线感应电动机常见的形式有平板形和圆筒形两种，如图所示。直线感应电动机） 平板形） 圆筒形平板形直线感应电动机的结构） 单边短初级） 双边

17、短初级 工作原理直线感应电动机的初级三相绕组通入三相交流电后，就会在气隙中产生一个沿直线移动的正弦波磁场，其移动方向由三相交流电的相序决定。直线感应电动机的工作原理 用途及特点直线感应电动机主要应用于各种直线运动的动力驱动系统中。直线感应电动机的特点是： 结构简单，维护方便；散热条件好，额定值高；适宜于高速运行；能承担特殊任务。其缺点是气隙大，功率因数低，低速运行时需采用低频电源，使控制装置复杂。二、直线直流电动机 永磁式直线直流电动机（） 音圈电动机音圈电动机剖面图（） 框架式永磁直线直流电动机磁盘存储器中的音圈电动机（ 单极） 动圈型结构 永磁式直线无刷直流电动机（） 工作原理可动磁铁型直线直流电动机） 铁心磁路闭合型） 旋转对称型永磁式直线无刷直流电动机的推力是由定子中的电枢电流和动子的永磁磁场相互作用产生的。由于电子换向的作用，使电枢绕组的电流轮流变化，在动子中产生恒定方向的推力。永磁式直线无刷直流电动机的工作原理） 永磁式直线无刷直流电动机的结构） 电子换向原理（） 分类、结构和组成永磁式直线无刷直流电动机可分为有铁心和无铁心两种常用形式。有铁心式是指定子有铁心，无铁心式是指定子无铁心，其余部分