第5章 控制电机及其他用途电动机幻灯片.ppt

1、第5章 控制电机及他用途电动机,范国伟 安徽工业大学,5.1 测速发电机,测速发电机是用来测量转速的电磁装置。测速发电机能够把机械旋转量转变为相应的电压信号，也可以将其输出电压传递到输入端作为反馈信号以稳定转速。测速发电机有两种类型，即交流的测速发电机和直流测速发电机。,5.1.1. 交流测速发电机,交流测速发电机分为同步和异步两类。异步测速发电机又有笼型转子和杯形转子两种。 目前用得最广泛的一种是杯形转子异步测速发电机。,5.1.2. 直流测速发电机,直流测速发电机在结构上与普通小型直流发电机相同。按励磁方式可分为他励式和永磁式两种。永磁式的定子用永磁钢制成。按电枢结构又可分为有槽式电枢和无

2、槽式电枢等。常用的为有槽式我结构。,5.2 伺服电动机,伺服电动机的作用是将输入电压信号转换为轴上的角位移或角速度输出。在自动控制系统中伺服电动机常作为执行元件使用。伺服电动机有两种类型，即交流伺服电动机和直流伺服电动机。,5.2.1. 交流伺服电动机,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。定子绕组多制成两相，两相绕组在空间相差90电角度。其转子结构有笼型和非磁性杯形两种。笼型转子的结构与一般笼型异步电动机的转子相同；非磁性杯形转子与杯形转子异步测速发电机的转子相似。笼型伺服电动机应用最为广泛。,5.2.2. 直流伺服电动机,在直流伺服系统中常用的是电磁式（他励式）和永磁式直流伺

3、服电动机。其结构与普通他励式和永磁式直流电动机没有根本区别。所不同的是，伺服电动机电枢电流很小，换向并不困难，因此，都不装换向极，并且转子做得细长，气隙较小。,5.3 步进电动机,步进电动机是一种把电脉冲信号转变成角位移或直线位移的装置。每输入一个脉冲，步进电动机就前进一步。因此，其位移与脉冲数成正比；线或转速与脉冲频率成正比。它们用于数控机床、绘图机、轧钢机的自动控制及自动记录仪表中。 步进电动机的种类很多。按运动方式可分为旋转运动、直线运动和平面运动等几种；按工作原理可分反应式、永磁式和永磁感应式等几种。,5.4 自整角机,自整角机（selsyn）的功能是将转角变换成电压信号，或将电压信号

4、变换成转角，通过两台或两台以上的组合使用，实现角度的传输、变换和接收。 例如，要使两根相距很远的轴同步偏转或旋转，很难用机械联结的方式来实现。若是利用自整角机来完成这一任务，就很方便。这种利用自整角机使两根或两根以上无机械联系的轴保持同步偏转或旋转的系统称为同步联接系统。,5.4.1. 力矩式自整角机,利用力矩式自整角机组成的同步联接系统的电路如图5-12所示。其中自整角机a放在需要发送转角的地方，称为自整角发送机；自整角机b放在接受转角的地方，称为自整角接收机。它们的定子绕组又称同步绕组，用导线对接起来转子绕组又称励磁绕组，接在同一交流电源上。,5.4.2. 控制式自整角机,控制式自整角机电

5、路如图5-13所示。它与力矩式自整角机系统不同之处是：控制式自整角机中的接收机并不直接带负载转动，转子绕组不是接在交流电源上而是用来输出电压故又称输出绕组。由于该接收机是从定于绕组输入电压，从转子绕组输出电压，它工作在变压器状态，故称自整角变压器。当自整角发送机与自整角变压器的定、转子绕组处于图5-14所示位置，即它们的转子绕线互相垂直时，它们所处的位置称为控制式自整角肌的协调位置。,5.5 旋转变压器,旋转变压器(rotary transformer)的功能是将转子转角变换成与之有函数关系的电压信号。 旋转变压器从原理上说，相当于一台二次绕组可以转动的变压器。从结构上说，相当于一台两相绕线型

6、异步电动机。旋转变压器的定、转子铁心由优质硅钢片或高镍合金片叠成。,5.5.1. 正余弦旋转变压器,种旋转变压器的特点是：输出电压是转子转角的正弦和余弦函数。 电路如图5-15所示，D1D2和D3D4是定子绕组，它们的有效匝数为kw1N1。Z1Z2和Z3Z4是转子绕组，它们的有效匝数为kw2N2。定子绕组D1D2称为励磁绕组，工作时，加上大小和频率一定的交流励磁电压Uf以产生工作时所需要的磁场。定子绕组D3D4称为补偿绕组，其作用稍后再讨沦。转子绕组Z1Z2为余弦输出绕组，Z3Z4为正弦输出绕组。当定子绕组D1D2与转子绕组Z1Z2轴线一致时，称为旋转变压器的基准位置。下面逐步来分析正余弦旋转

7、变压器的工作原理。,5.5.2. 线性旋转变压器,这种旋转变压器的特点是在一定的转角范围内，输出电压与转子转角成正比。 由于很小，且用弧度为单位时，sin。因此，一般的正余弦旋转变压器在转子转角很小时即为线性旋转变压器。但是当=140.244.35 rad时，sinl4=0.241 92，误差已达1。因此，若要求在更大的转角范围内得到与转角成线性关系的输出电压时，简单地直接使用正余弦旋转变压器就不能满足要求了。为此，线性旋转变压器采用了图5-19所示的接线方式。定子D1D2绕组与转子Z1Z2绕组串联后加上交流励磁电压Uf。转子正弦输出绕组Z3Z4接负载ZL，作输出绕组。定子D3D4绕组短路作补

8、偿绕组。,5.5.3. 比例式旋转变压器,从原理上说，比例式旋转变压器与正余弦旋转变压器一样，不同之处是比例式旋转变压器的转轴上装有调整齿轮和调整后可以固定转子的机构，使用时，可将转子转到需要的角度后加以固定。 比例式旋转变压器可以用来求解三角函数、调节电压和实现阻抗匹配等。,5.5.4. 数据传输用旋转变压器,数据传输用旋转变压器的工作原理和用途与控制式自整角机相同，但精确度要比控制式自整角机高。电路如图5-21所示。左边的旋转变压器称为旋变发送机，右边的旋转变压器称为旋变变压器。它们的定子绕组对应相接，旋变发送机的转子绕组Z1Z2加上交流励磁电压Uf，Z3Z4绕组短路作补偿用。旋变变压器的

9、转子绕组Z3Z4作输出绕组，Z1Z2绕组短路作补偿用。与控制式自整角机一样，当旋变发送机的励磁绕组Z1Z2与旋变变压器的输出绕组Z3Z4处于垂直的协调位置时，输出绕组没有输出电压。当旋变发送机的转子转过一个角时，旋变变压器的输出绕组便有电压输出。,5.6 单相异步电动机,由单相电源供电的异步电动机称为单相异步电动机。其基本原理是建立在三相异步电动机的基础上，但在结构、特性等方面与三相异步电动机有很大的差别。,单相异步电动机的起动方法,从上述可知，单相异步电动机的转动原理和三相异步电动机类似，但单相异步电动机无起动转矩，所以首先必须解决它的起动问题。单相异步电动机的起动方法通常有分相起动和罩极起

10、动两种。这里主要介绍电容分相式电动机。,（1）电容分相式电动机的基本结构,在单相异步电动机的定子槽中，除嵌有一套主绕组外，还增加了一套起动绕组。图5-24表示一台最简单的带有起动绕组的单相异步电动机结构，在起动绕组中串联的电容器称分相电容。,（2）电容分相式电动机的工作原理,由于起动绕组中串接了电容器，所以在同一单相交流电源中，起动绕组中通过的电流与主绕组通过的电流是不同相位的。起动绕组的电流超前于主绕组电流某一角度。若电容器的容量合适，则起动绕组的电流超前于主绕组电流约 90相位角，如图5-25所示。因为这种电动机将单相电流分为两相电流，故称为分相式电动机。 因此，在两相电流作用下，这种电动

11、机便可产生两相旋转磁场，如图5-26所示，原理分析同三相异步电动机。,5.7 无刷直流电动机,无刷直流电动机克服了普通直流电动机设置换向器的缺点，在现代的空调器普遍采用，达到降低电能损耗的目的。 普通直流电动机的电枢在转子上，而定子产生固定不动的磁场。为了使直流电动机旋转，需要通过换向器和电刷不断改变电枢绕组中电流的方向，使两个磁场的方向始终保持相互垂直，从而产生恒定的转矩驱动电动机不断旋转。,5.8 直流力矩电动机,直流力矩电动机是一种能够长期处于堵转状态下工作的低转速、大转矩的电动机。目前主要采用永磁式电枢控制方式。在结构尺寸和比例上与直流伺服电动机不同，后者为了减小转动惯量大多做成细长圆

12、筒形，而直流力矩电动机为了能在相同的体积和电枢电压下产生较大的转矩和较低的转速一般都做成扁平形。,5.9 直线电动机,直线电动机就是把电能直接转换成直线运动的机械能的电动机。当然旋转电动机也可以通过转换装置，将旋转运动转变为直线运动，带动负载作直线运动。但由于有中间转换装置，使得这种拖动系统效率低、体积大、成本高。而直线电动机不需要转换装置，自身能产生直线作用力，直接带动负载作直线运动，因而使系统结构简单，运行效率和传动精度均较高。,平板型直线异步电动机,平板型直线异步电动机可以看成是从旋转电动机演变而来的。可以设想，有一台极数很多的三相异步电动机，其定子半径相当大，定子表面的某一段可以认为是直线，则这一段便是直线电动机。也可以认为