控制电机及特种电机教材课件

1、苏丽华第十五单元 控制电机及特种电机第十五单元 控制电机及特种电机第一节 测速发电机第二节 伺服电动机第三节 步进电动机第四节 交磁电机放大机第五节 电磁调速电动机第六节 电焊机控制电机及特种电机特点：动作灵敏、准确度高、质量轻、体积小、耗电少及运行可靠。控制电机及特种电机第一节 测速电动机1、测速发电机广泛用于各种转速的电磁装置。在自动控制系统中作为检测速度的元件，以调节电动机转速或通过反馈来提高系统稳定性和精度；也可作为加速或延迟信号用或用来测量各种运动机械在摆动或转动以及直线运动时的速度。2、测速发电机分为直流和交流两种。 测速发电机一、交流测速发电机交流测速发电机分为：同步和异步测速发

2、电机。在实际应用中杯形转子异步测速发电机使用较广泛。 1、基本机构图中的转子是一个薄壁非磁性杯形转子。一般杯形转子用高电阻率硅锰青铜或锡锌青铜制成。一、交流测速发电机一、交流测速发电机2、工作原理2、工作原理 (1)杯形转子异步测速发电机定子上有两个在空间上互差90电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组。 (2)工作原理：当定子励磁绕组外接频率的恒压交流电源，励磁绕组中有电流流过，在直轴上产生磁通。在转子不动时，输出绕组不产生感应电动势。在转子转动时，转子切割直轴磁通，在杯型转子中产生感应电动机。一、交流测速发电机1、结构(1)直流测速发电机在结构上与普通小型直流发电机相同。(2)按励磁方

3、式分：他励式和永磁式。 永磁式的定子是用永磁钢制成。二、直流测速发电机永磁式直流测速发电机 他励式直流测速发电机 此外按电枢机构分为无刷式、直线式、无槽电枢等。二、直流测速发电机发电机电刷两端接上负载电阻RL后， RL两端的电压是输出电压。 负载时测速发电机的输出电压等于感应电势减去它的内阻压降，即 Ua=Ea-IaRa 直流电势公式:Ea=Cen2、直流测速发电机的工作原理IaTGUa+Ea-RLn称为直流发电机电压平衡方程式。式中，Ra为电枢回路的总电阻，它包括电枢绕组的电阻、 电刷和换向器之间的接触电阻；Ia为电枢总电流，且有以下输出特性只要保持、Ra和RL不变，Ua与 n就成正比关系。

4、根据 Ua=Ea- IaRa和 Ia=Ua / RL得 Ua =1+(Ra /RL)EaUa =Ce1+RaRLn Ea=Ce n指输出电压与输入转速之间的函数关。= K nIaTGUa+Ea-RLn输出特性:第二节 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。 考点：伺服电动机的作用将输入电压信号转换为轴上的角位移或角速度输出。1、伺服电动机的作用：2、伺服电动机的分类：1、结构定子：交流伺服电动机的定子与一般单相异步电动机的定子相似。转子：其转子的结构有笼型和非磁性杯形两种，其中笼型伺服电动机应用最广泛。一、交流伺服电动机一、交流伺服电动机2、工作原理 原理与两相交流异步电机相同

5、，定子上装有两个绕组 励磁绕组和控制绕组。励磁绕组和控制绕组在空间相隔90。控制绕组励磁绕组转子 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90，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。 工作时两个绕组中产生的电流 和 的相位差近90，因此便产生旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子转动起来。2、工作原理 交流伺服电动机的特点：1、为了便于控制转速，把转子电阻设计的很高时，使电动机的机械特性变得很软。2、交流伺服电动机的机械特性曲线如下：二、直流伺服电动机结构：与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长一些。工作原理：与直流电动机相同。分类：电磁式（他励式）和永磁式直流

6、伺服电动机。由机械特性可知：(1)U1（即磁通）不变时，一定的负载下，U2,n。(2)U2=0时，电机立即停转。MU1IfIaU2放大器UU1为励磁电压，U2为电枢电压。二、直流伺服电动机 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为1-600W。它的用途很多，如随动系统中的位置控制等。三、应用：第三节 步进电动机每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离。因此，其位移与脉冲数成正比。考点：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机。特点：(1)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。 (3)改变脉冲

7、顺序，改变方向。步进电动机种类（按工作原理）： （考点）有反应式、永磁式和永磁感应式。区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有励磁线圈。应用： 步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动 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工作原理。1、结构 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 。定子转子定子绕组二、工作方式 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。1、三相单三拍（1）三相绕组联接方式：Y 型（2）三相绕组中的通电顺序为：A 相 B 相 C 相通电顺序也可以

8、为： A 相 C 相 B 相 （3）工作过程化，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。A 相通电，A 方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。CABBCA3412CABBCA3412同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30；C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，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过 60。此角称为步距角，用S表示。（

9、2）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。二、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。工作过程：A相通电，转子1、3齿和A相对齐。CABBCA3412所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，转子转了15。（1）BB 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。A、B相同时通电（2）AA 磁场继续对1、3齿有拉力。CABBCA3412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15。CABBCA3412B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。三、三相双三拍三相绕组的通电顺序为： AB BC CA

10、 AB 共三拍。AB通电CABBCA3412CABBCA3412BC通电以上三种工作方式，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。工作方式为三相双三拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转30，即 S = 30。CA通电CABBCA3412 结 束 谢谢！复 习1、直流测速发电机可分成他励式和（ ）测速发电机。A、串励式 B、永磁式 C、同步式 答案：B2、伺服电动机的作用是（ ）。A、测量转速 B、功率放大 C、把脉冲信号转变成直线位移或角位移D、把输入的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度答案：D复 习3、步进电机的作用是（ ）。A、测量转速 B、功率放大 C、把脉冲信号转变成直

11、线位移或角位移 D、把输入的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度答案： C4、步进电动机按工作原理可分永磁式和（ ）等。A、同步式 B、反应式 C、异步式 D、直接式答案： B （反应式、永磁式和永磁感应式）第四节 交磁电机放大机1、交磁电机放大机是一种用于自动控制系统中的旋转式放大元件，它能将微弱的控制信号放大成较强的电功率输出，其功率放大倍数很大，可达200 50000 倍。2、由于这种放大机是利用交轴磁场进行放大工作的，所以称为交磁电机放大机或交融放大机。 交磁电机放大机一、基本结构第二部分 交磁电机扩大机 交磁电机放大机交磁电机扩大机实际上是一种特殊的直流发电机，其电枢绕组和普通直流发

12、电机一样。但在换向器上放有两对电刷，一对和普通直流发电机相同，放在磁极中性线上，即与磁极辐线正交，称为交轴电刷；另一对称为作直轴电刷，放在磁极轴线上。 交磁电机扩大机的定子结构如图1-4-34 所示，其定子铁心由硅钢片冲叠而成，铁心上有大、中、小三种槽形，槽内分别嵌入不同绕组。为了易于做到气隙均匀、磁极位置准确，交磁电机扩大机的定子多采用隐极结构。交磁电机放大机一、基本结构(1)控制绕组嵌装在大槽内，一般装有2-4 个绕组，以便实现自动控制系统中的各种反馈。(2) 补偿绕组分布在定子的大槽和小槽中，与电枢绕组串联，用来补偿直轴电枢反应磁通。(3) 换向绕组嵌装在中槽内，用以改善直轴换向。装置在

13、中槽之间的一个定子齿就形成了交磁电机扩大机直轴方向的换向极，使用时，换向绕组与电枢绕组串联。交磁电机放大机一、基本结构(4) 交轴助磁绕组嵌装在中槽内，串接在交轴电刷之间，产生的交轴磁通与直轴磁通同向，在一定的直轴额定输出时，交轴电流可以减小，改善了交轴换向。(5) 交流去磁绕组装在大槽底处的铁轭部分，工作时通入交流电流，可减小剩磁电压，其磁通不经过空气隙而只经过磁轭。一、基本结构交磁电机放大机思考题：练习：1、交磁电机放大机是一种用于自动控制系统中的( )元件。(A) 固定式放大 (B) 旋转式放大(C) 电子式放大 (D) 电流放大答案：B2、交磁电机放大机中去磁绕组的作用是（ ）。(A)

14、减小主磁场 (B)增大主磁场(C)减小剩磁电压 (D)增大剩磁电压答案：C第五节 电磁调速电动机第一部分 电磁调速异步电动机 1、电磁调速电动机（又称滑差电动机）是一种使用三相交流电源，能在一定范围内无级平滑、宽广调速的电动机。2、它主要由异步电动机、测速发电机、电磁转差离合器及控制器组成。 3、电磁调速异步电动机结构较简单、运行可靠、维修方便，适用作为恒转矩和风机类等设备的动力。 电磁调速电动机第一部分 电磁调速异步电动机 一、电磁调速电动机的组成电磁调速电动机的基本结构型式分为组合式和整体式两大类，分别如图1 -4-31和图1-4-32 所示。1、组合式是把封闭式异步电动机的凸缘端盖与离合

15、器机座合装成为一个整体。2、整体式是把多速异步电动机的定子压装在离合器的同一机座内构成一个整体。第一部分 电磁调速异步电动机 一、电磁调速电动机的组成二、电磁转差离合器的工作原理电磁转差离合器是由两个同心而又互相独立旋转的部件组成：（1）磁极（内转子） ，有凸极式、爪极式和感应子式三种结构；（2）电枢（外转子），有绕线式、笼型、实心钢体和铝合金杯形等结构。第一部分 电磁调速异步电动机 异步电动机旋转机械左边的轴是主动轴，右边的轴是从动轴。二、电磁转差离合器的工作原理第一部分 电磁调速异步电动机 异步电动机旋转机械1、当作为原动机的三相异步电动机和电枢转动时，如果没有向磁极的励磁绕组通电，磁极与

16、输出轴是不会转动的。2、当经过滑环向磁极励磁绕组通入直流励磁电流后，磁极即有磁性，磁通形成一个闭合回路，电枢切割磁通而产生感应电动势，并形成涡流。3、涡流又与磁通作用产生转矩，在该转矩的作用下，磁极就跟随电枢转动。 二、电磁转差离合器的工作原理可以看出，两者的旋转方向是一致的，磁极通过输出轴拖动负载转动。第一部分 电磁调速异步电动机 参照异步电动机的工作原理可知，磁极的转速必定小于电枢的转速，否则当电枢和磁极之间没有相对转速差时，电枢中就不会有涡流产生，也就没有转矩去带动磁极旋转，因此取名为“转差离合器”。异步电动机旋转机械三、电磁转差离合器的主要缺点克服的措施转差离合器的主要缺点是它的机械特

17、性曲线较软，故输出的转速随负载的变化而变化较大，特别是在低转速输出时，其特性更软，这种特性往往满足不了不少生产机械要求有较为恒定的转速的目的。第一部分 电磁调速异步电动机 为此电磁调速异步电动机中一般都配有能根据负载变化而自动调节励磁电流的控制装置，它主要由测速发电机和速度负反馈系统构成。当负载向上波动使转速降低时，自动增加励磁电流，从而保持转速的相对稳定。 练习：1、电磁调速异步电动机采用（ ）的方法进行转速调节。改变异步电动机的定子电压 (B)改变电磁转差离合器的励磁电流(C)改变异步电动机的转子串联电阻 (D)改变电磁转差离合器的铁心气隙答案：B2、在电磁转差离合器中，如果电枢和磁极之间

18、没有相对转速差时， ( ) ，也就没有转矩去带动磁极旋转，因此取名“转差离合器”。(A) 磁极中不会有电流产生 ( B) 磁极就不存在(C) 电枢中不会有趋肤效应产生 (D) 电枢中就不会有涡流产生答案：D思考题：第六节 电焊机弧焊发电机外形图直流弧焊汽油发电机外形图电焊机电焊机可分为交流弧焊机、直流弧焊机。 一、交流弧焊机1、交流弧焊机是一台特殊的降压变压器，即电焊变压器。2、其要求是（重点） ：（1）空载时，要有足够引弧电压，约为60-75V；（2）带负载时，电压要求急剧下降，额定负载约为30V。3、电焊变压器必须满足的要求：（1）变压器绕组的漏抗应较大；（2）二次侧绕组的匝数可以改变，绕

19、组的漏抗也可以改变，以便调节电流。 分类：1、磁分路动铁式电焊变压器2、带电抗器的电焊变压器3、动圈式电焊变压器一、交流弧焊机 1、磁分路动铁式电焊变压器 磁分路动铁式电焊变压器是在铁心的两柱中间又装了一个活动的铁心柱，称为动铁心，如图（a）所示。一次侧绕组绕在左边的铁心柱上，而二次侧绕组分两部分，一部分在左边与一次侧同在一个铁心柱上；另一部分在右边一个铁心柱上。动铁式弧焊机结构图一、交流弧焊机 当改变二次绕组的接法就达到改变匝数和改变漏抗的目的，从而达到改变起始空载电压和改变电压下降陡度的作用，以上是粗调作用，如图5-5（b）所示。粗调有I和两挡。动铁式交流弧焊机电路图1、磁分路动铁式电焊变压器 一、交流弧焊机如果要微调电流，则要微调中间动铁心的位置。如果把动铁心从贴心的中间逐步往外移动，那么从动铁心中漏过的磁通会慢慢地减少。动铁式交流弧焊机1、磁分路动铁式电焊变压器 一、交流弧焊机焊接电流的调节方法粗调：是改变二次侧绕组的匝数。细调：是移动铁心位置。重点：1、磁分路动铁式电焊变压器 一、交流弧焊机电焊变压器 带电抗器的电焊变压器2、带电抗器的电焊变压器 带电抗器式电焊变压器是在一台降压变压器的二次绕组