伺服电动机7和旋转变压器主要介绍

7.1伺服电动机7.8直线异步电动机7.5

同步电动机7.2测速电动机7.3自整角机7.4旋转变压器

本章主要介绍伺服电动机、测速电动机、自整角机、旋转变压器、微型同步电动机和步进电动机，除此之外，还将介绍两种新型电机：开关磁阻电动机和直线电动机。7.7开关磁阻电动机7.6步进电动机7.1伺服电动机直流伺服电动机一、直流伺服电机的结构分类：普通型直流伺服电机；盘型电枢直流伺服电动机；空心杯直流伺服电动机；无槽直流伺服电动机。图盘型电枢直流伺服电机结构图空心杯永磁直流伺服电机结构图无槽直流伺服电机结构二、直流伺服电动机的运行特性1、机械特性定义：指在控制电压保持不变的情况下，直流伺服电动机的转速n随转矩变化的关系。式中：

当转速为零时，电机转矩仅与电枢电压有关，此时的转矩称为堵转转矩

当转矩为零时，电机转速仅与电枢电压有关，此时的转速称为理想空载转速直流伺服电动机的机械特性如下：2、调节特性定义：指负载转矩恒定时，电机转速与电枢电压的关系。直流伺服电动机的调节特性如上图所示。图电枢控制的直流伺服电机机械特性图直流伺服电机调节特性

交流伺服电动机

一、交流伺服电机的工作原理

交流伺服电动机一般为两相交流电机，由定子和转子两部分组成。转子有笼形和杯形两种。定子为两相绕组，并在空间相差90°电角度，一个为励磁绕组，另一个为控制绕组。如下图所示：图交流伺服电机工作原理图“自转”现象及避免“自转”现象方法：“自转”现象：当励磁电压不为零，控制电压为零时，伺服电动机相当于一台单相异步电动机，若转子电阻较小，则电机仍然旋转。避免“自转”现象方法：增大转子电阻值。二、交流伺服电机的控制方式

交流伺服电机的控制方式有三种：幅值控制、相位控制和幅值—相位控制

1、幅值控制控制电压和励磁电压保持相位差90°，只改变控制电压幅值，这种控制方法称为幅值控制。2、相位控制控制电压和励磁电压幅值均为额定值，通过改变控制电压和励磁电压相位差，实现对伺服电动机的控制，这种控制方法称为相位控制。3、幅值—相位控制通过改变控制电压的幅值及控制电压与励磁电压的相位差控制伺服电机的转速，这种控制方法称为幅值—相位控制。7.2测速发电机

分类：直流测速发电机和交流伺服电动机

分永磁式和电磁式两种。直流测速发电机一、直流测速发电机的输出特性

输出电压与转速之间的关系，称为输出特性，如图所示。减少误差的方法：纹波的影响产生误差的原因电枢反应电刷接触电阻的影响二、直流测速发电机的误差及减少误差的方法交流异步测速发电机

分为同步测速发电机和异步测速发电机一、空心杯转子异步测速发电机的工作原理图异步测速发电机工作原理切割电动势计算公式1、n=0电机不转输出电压U2=02、n0电机旋转切割电动势大小:即：输出绕组的感应电动势的幅值正比于电机的转速。二、异步测速发电机的误差主要包括幅值及相位误差和剩余电压误差1、幅值及相位误差产生原因：励磁绕组存在漏电感。减小该误差的方法：增大转子电阻。2、剩余电压误差产生原因：由于加工、装配过程中存在机械上的不对称及定子磁性材料性能的不一致性，使得测速发电机转速为零时，实际输出电压并不为零，此时的电压称为剩余电压，剩余电压引起的误差称为剩余电压误差。减小剩余电压误差的方法：选择高质量的各方向特性一致的磁性材料，在机加工和装配过程中提高机械精度以及装配补偿绕组。7.3自整角机分类：控制式自整角机和力矩式自整角机一、力矩式自整角机的结构与工作原理

自整角机是一种能对角位移或角速度的偏差自动整步的感应式控制电机。一般成对或多台组合使用。自整角机的结构与工作原理

通常采用两极结构，绝大部分采用凸极式结构，频率高、尺寸大的力矩式自整角机采用隐极式结构

力矩式自整角机的三种结构：图力矩式自整角机的基本结构图为自整角机的工作原理图图力矩式自整角机工作原理发送机的转子位置为θ1，接收机的转子位置为θ2，失调角θ为

θ=θ1-θ2１．力矩式自整角机整步绕组中的电动势与电流

每相整步绕组中的感应电动势：发送机：接收机：各相绕组中的总电动势：各相绕组中的电流：2．力矩式自整角机整步绕组的磁动势：发送机的交轴磁动势分量：发送机的直轴磁动势分量：合成磁动势的幅值：同理可求得接收机的整步磁动势为：3．力矩式自整角机的转矩：式中：k1为转矩系数，φ为直轴磁通与交轴磁动势间的夹角。二、控制式自整角机的结构与工作原理

控制式自整角机与力矩式自整角机的结构基本相同。

图为控制式自整角机的工作原理图图控制式自整角机的工作原理自整角机的误差分析与选用时应注意的问题

力矩式自整角机的误差：主要有零位误差和静态误差。

控制式自整角机的误差：主要有电气误差和零位电压误差。7.4旋转变压器

旋转变压器是自动装置中的一类精密控制微电机。分类：按有无电刷和滑环之间的滑动接触来分：接触式旋转变压器和非接触式旋转变压器。按电机的极对数多少来分：单极对旋转变压器和多极对式旋转变压器。按使用要求来分：用于解算装置的旋转变压器和用于随动系统的旋转变压器。一、正余弦旋转变压器的工作原理旋转变压器的结构与工作原理1.正弦绕组图正弦绕组元件匝数与磁动势空间分布2.正余弦旋转变压器的工作原理

定子上放置两套互差90空间角度的匝数、型式完全相同的正弦绕组，一个作为励磁绕组，另一个作为交轴绕组。励磁绕组上施加交流励磁电压，定义励磁绕组的轴线方向为d轴，在气隙中产生d轴磁通Фd，励磁绕组中的感应电动势为：（1）正余弦旋转变压器的空载运行

转子上也有两套完全相同的的正弦绕组，两套绕组的空间位置也互差90，d轴磁通与转子交链，产生变压器电动势，转子绕组中的感应电动势大小和转子与励磁绕组的相对位置有关。将Фd分解为两个分量：与正弦绕组轴线方向一致的磁通Фr1和与正弦绕组轴线相垂直的磁通Фr2。图正弦旋转变压器的空载运行正余弦旋转变压器输出绕组的开路输出电压分别为：（2）正余弦旋转变压器的负载运行图正弦旋转变压器的负载运行图正余弦旋转变压器正弦绕组输出电压与转角关系曲线一次补偿与二次补偿的概念图旋转变压器的二次侧补偿图旋转变压器的一次侧补偿二、线性旋转变压器的工作原理输出电压的大小与转子转角α成正比关系图一次侧补偿的旋转变压器正弦绕组的开路输出电压：进行级数展开：设ku=0.5,将级数展开式代入（1）式中，得：忽略转角的高次项时，上式可写为：二次补偿的线性旋转变压器：图二次侧补偿的线性旋转变压器旋转变压器的误差及其改进方法1、产生误差的原因2、改进方法旋转变压器的应用

步进电动机用电脉冲信号进行控制，以实现对生产过程或设备的数字控制。7.6步进电动机步进电动机的结构与工作原理根据作用原理和结构不同，分为两大类型：（1）电磁型步进电机，仅靠电磁作用不能使电机的转子作步进运行，必须加上相应的机械部件，才能产生步进的效果；（2）定子和转子之间仅靠电磁作用就可以产生步进作用的电机。

一、步进电机的结构与类型

在第2类步进电机中，根据转子结构形式，分为永磁式转子电机和反应式转子电机。

二、反应式步进电机的工作原理

图为一台三相反应式步进电机，它由定子和转子两大部分组成。在定子上有三对磁极，磁极上装有励磁绕组。转子由软磁材料制成，在转子上均匀分布四个凸极，极上步装绕组，转子的凸极也称为转子的齿。

图三相反应式步进电机原理图步距角：步进电机每改变一次通电状态（一拍）转子所转过的角度称为步距角。步距角的计算公式：式中：m为步进电机的相数；C为通电状态系数，单拍或双拍工作时C=1，单双拍混合方式工作时C=2；Zr为步进电机转子的齿数。步进电机的控制方式分三种：（1）三相单三拍工作方式，U-V-W-U;(2)三相单、双六拍工作方式，U-UV-V-VW-WU-U;(3)三相双三拍工作方式，UV-VW-WU-UV;一、反应式步进电机的静特性(1)矩角特性反应式步进电动机的特性步进电机的矩角特性是指在不改变通电状态的条件下，步进电机的静转矩与失调角之间的关系。用T=f(θ)表示。步进电机的转速为：

式中：f为步进电机每秒的拍数，称为步进电机通电脉冲频率。步进电动机的静态稳定区：2.最大静转矩图步进电机的矩角特性二、反应式步进电机的动特性

步进电机的动特性是指步进电机从一种通电状态转换到另一种通电状态所表现出的性质。动态特性包括动稳定区、起动转矩、起动频率