机床电气控制技术第3章

第三章常用电动机应用基础知识点：直流电动机的原理及应用异步电动机的原理异步电动机的机械特性步进电机的原理本章导读：电动机可以分为交流电动机和直流电动机。交流电动机又分为异步电动机和同步电动机，异步电动机又分为鼠笼式和绕线式两种形式。本章主要讲述直流电动机、异步交流电动机的基本结构、工作原理、机械特性、控制方法以及介绍步进电机的原理及其应用。3.1直流电动机应用基础1-直流电机总成；2-后端盖；3-通风机；4-定子总成；5-转子（电枢）总成；6-电刷装置；7-前端盖图3-1直流电机结构图3.1.1直流电动机的基本结构及工作原理直流电机由静止的定子和旋转的转子两大部分组成。定子直流电机定子的作用是产生磁场和作为电机的机械支撑。主要由机座、主磁极、换向极和电刷装置等组成。机座主磁极换向极电刷装置转子转轴电枢铁心电枢绕组换向器直流电动机的模型结构直流发电机工作原理直流电动机工作原理图直流电机的额定值电机型号额定功率额定电压额定电流额定转速直流电机的励磁方式他励电机：电枢绕组与励磁绕组单独分开，有两个直流电源提供电能。并励电机：电枢绕组与励磁绕组并联联接，只有一个直流电源提供电能。串励直流电机：电枢绕组与励磁绕组串联联接，公用一个直流电源提供电能。复励直流电机：电枢绕组与励磁绕组既有串联又有并联，只有一个直流电源提供电能。

直流电动机的基本方程

设U为直流电机的端电压，取的实际方向作为正方向，可得电枢回路电势平衡方程式为电动机发电机直流电动机的机械特性他励直流电动机机械特性方程式他励直流电动机的固有机械特性他励直流电动机的制动能耗制动反接制动发电回馈制动他励直流电动机的调速根据直流电动机的转速公式：改变电枢电路串联电阻的调速降低电枢电压调速减弱磁通调速直流他励电动机的调速方法有：降压调速、电枢回路串电阻调速、减弱磁通调速三种:3.2异步电动机异步电动机是一种交流电机，它可以是单相的，也可以是三相的。但它的转速和电网频率没有同步电机那样严格不变的关系。3.2异步电动机异步电动机的结构、类型及工作原理1-轴2-弹簧片3-轴承4-定子绕组5-端盖6-基座7-转子铁心8-定子铁心9-吊环10-出线盒11-风罩12-风扇13-轴承内盖图

三相鼠笼式异步电动机的组成部件异步电动机的结构、类型及工作原理定子部分转子部分气隙其他部分异步电动机的分类异步电动机按定子相数可分为三相、单相和两相异步电动机三类。除约200W以下的电动机多做成单相异步电动机外，现代动力用电动机大多数都为三相异步电动机。两相异步电机主要用于微型控制电机。按照转子型式，异步电机可分为鼠笼型转子和绕线型转子两大类。鼠笼转子又分为普通鼠笼转子、深槽型鼠笼转子和双鼠笼转子三种。根据机壳不同的保护方式，异步电动机可分为开启式、防护式、封闭式和防爆式等。三相绕线式异步电动机外形三相异步电机的工作原理（a）示意图（b）电动机运行（c）发电机运行（d）制动状态图

三相异步电机工作原理三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的功率平衡方程:

异步电动机的启动、调速以及制动控制三相异步电动机的启动是指从电动机接人电网开始转动，到达正常运转为止的这一过程。一般衡量三相异步电动机启动性能的好坏，主要有四点：启动电流尽可能小；启动转矩要足够大；启动所需用的设备简单、经济、操作方便；启动过程中的功率损耗要尽量小。异步电动机的启动、调速以及制动控制小容量电动机空载或轻载启动——直接启动中、大容量电动机空载或轻载启动——降压启动星三角（Y／Δ）降压启动自耦变压器降压启动星形—三角降压启动原理线路图自耦变压器降压启动原理线路图三相异步电动机的调速异步电动机的转速公式为:调速方式有以下三种:变极调速变转差率调速变频调速三相异步电动机的反转和制动反转三相异步电动机的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转方向，并且两者的方向相同。只要改变旋转磁场的方向，就能使三相异步电动机反转。因此，将三相接线端中的任意两相接线端对调，改变三相顺序，就改变了旋转磁场的方向，从而使三相异步电动机反转。制动三相异步电动机的制动是指加上一个与电动机转向相反的转矩来使电动机迅速停转或限制电动机的转速。电动机在下属情况下运行时属于制动状态。一种情况是在负载转矩为势能转矩的机械设备中（例如起重机下放重物，电力机车下坡运行）使设备保持一定的运行速度。另一种情况是在机械设备需要减速或停止转动时，电动机能实现减速或停止转动。三相异步电动机的制动方法有两类：机械制动和电气制动。

异步电动机的能耗制动3.3步进电动机步进电动机是一种把电脉冲转换成角位移的电动机。用专用的驱动电源向步进电动机供给一系列的且有一定规律的电脉冲信号，每输入一个电脉冲，步进电机就前进一步，其角位移与脉冲数成正比，电机转速与脉冲频率成正比，而且转速和转向与各相绕组的通电方式有关。根据励磁方式的不同，步进电动机分为反应式、永磁式和感应子式（又叫混合式），而反应式步进电动机应用较多，下面以此为例来阐述步进电动机的原理3.3步进电动机步进电动机的工作原理三相反映式步进电动机的工作原理图步进电机的三相单、双六拍运行方式步进电机的静态指标术语拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360°（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿数为50电机为例。四拍运行时步距角为：θ=360°/（50*4）=1.8°（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360°/（50*8）=0.9°（俗称半步）。静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。最大空载启动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接启动的最大频率。最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据

3.4本章小结本章主要介绍了常见电动机的原理及运行特性，包括直流电机的工作原理及机械特性，异步电机的工作原理及机械特性，最