特种电机的介绍 PPT
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特种电机及其控制绪论课件
特种电机及其控制绪论课件
4、特种电机的种类很多，而且仍在不断创新和发展 之中。一般来说，新工艺、新材料的采用，必然带 来电机设计方法的改变和电机运行性能的变化；而 即使采用同样的工艺和材料，特殊的设计也必然导 致特殊的电机性能。
稀土永磁电机、超导电机从设计到运行都与普通 电机有很大的差别。而稀土永磁同步电机可以设计 为宽调速电机——解决恒功率弱磁运行速度范围窄 的难题；也可以设计为高效电机——我国开发的超 高效稀土永磁同步电机的效率，比美国预计2007年 推出的最高效电动机的效率高2~4个百分点，而且小 一个机座号。
特种电机及其控制绪论课件
2）目前发展
❖ 日本在超声电机的研究和应用上都处于领先地位。 ❖ 美国、德国、法国、英国等都己经或正在投入大批的人力、
物力开发超声电机，努力追赶日本。特别是美国，仅 Pennysyvania州立大学在1994－1998年就投入1.5亿专门从 事压电材料和超声电机研究。德国GmbH公司的产品已用于奔 驰汽车自动窗门。 ❖ 我国超声电机研究是从二十世纪九十年代开始，其中清华大 学、哈尔滨工业大学、吉林工业大学、浙江大学、南京航空 航天大学先后开展了超声电机的研究，但尚未进入商业应用。 清华大学物理系超声电机项目研究组 http:/// 南京航天航空大学 超声电机研究中心
特种电机及其控制绪论课件
0.2 特种电机的应用
(1) 信息处理领域：配套微电机全世界年需求量约15 亿台(套)，绝大部分是精密永磁无刷电动机、精密步 进电动机。
(2) 交通运输领域:在高级汽车中，为了控制燃料和 改善乘车感觉以及显示有关装置状态的需要，要使 用40~50台电动机，而未来豪华轿车上的电机可多达 80台。汽车电器配套电机主要为永磁直流电机、无 刷直流电机等。电动车辆驱动用电机主要是无刷直 流电动机、开关磁阻电动机、永磁同步电动机等等， 这类电机的发展趋势是高效率、高出力、智能化。 在机车驱动、轮船推进中也取得了广泛应用，如直 线电机用于磁悬浮列车、地铁的驱动。
4、特种电机的种类很多，而且仍在不断创新和发展 之中。一般来说，新工艺、新材料的采用，必然带 来电机设计方法的改变和电机运行性能的变化；而 即使采用同样的工艺和材料，特殊的设计也必然导 致特殊的电机性能。
稀土永磁电机、超导电机从设计到运行都与普通 电机有很大的差别。而稀土永磁同步电机可以设计 为宽调速电机——解决恒功率弱磁运行速度范围窄 的难题；也可以设计为高效电机——我国开发的超 高效稀土永磁同步电机的效率，比美国预计2007年 推出的最高效电动机的效率高2~4个百分点，而且小 一个机座号。
特种电机及其控制绪论课件
2）目前发展
❖ 日本在超声电机的研究和应用上都处于领先地位。 ❖ 美国、德国、法国、英国等都己经或正在投入大批的人力、
物力开发超声电机，努力追赶日本。特别是美国，仅 Pennysyvania州立大学在1994－1998年就投入1.5亿专门从 事压电材料和超声电机研究。德国GmbH公司的产品已用于奔 驰汽车自动窗门。 ❖ 我国超声电机研究是从二十世纪九十年代开始，其中清华大 学、哈尔滨工业大学、吉林工业大学、浙江大学、南京航空 航天大学先后开展了超声电机的研究，但尚未进入商业应用。 清华大学物理系超声电机项目研究组 http:/// 南京航天航空大学 超声电机研究中心
特种电机及其控制绪论课件
0.2 特种电机的应用
(1) 信息处理领域：配套微电机全世界年需求量约15 亿台(套)，绝大部分是精密永磁无刷电动机、精密步 进电动机。
(2) 交通运输领域:在高级汽车中，为了控制燃料和 改善乘车感觉以及显示有关装置状态的需要，要使 用40~50台电动机，而未来豪华轿车上的电机可多达 80台。汽车电器配套电机主要为永磁直流电机、无 刷直流电机等。电动车辆驱动用电机主要是无刷直 流电动机、开关磁阻电动机、永磁同步电动机等等， 这类电机的发展趋势是高效率、高出力、智能化。 在机车驱动、轮船推进中也取得了广泛应用，如直 线电机用于磁悬浮列车、地铁的驱动。
特种电机
伺服电动机
伺服电动机在自动控制系统中用作执行元件，用 于将输入的控制电压转换成电机转轴的角位移或角速 度输出，伺服电动机的转速和转向随着控制电压的大 小和极性的改变而改变，即电动机在控制电压的作用 下驱动工作机械工作。 通常作为随动系统、遥测和遥控系统及各种增量 运动控制系统的主传动元件。
测速发电机
E=Kn
—K是常数
步进电机
步进电动机是一种将电脉 冲信号转换成输出轴的角位移 或直线位移的电动机，每当一 个电脉冲加到步进电动机的控 制绕阻上时，它的轴就转动一 定的角度，角位移量与电脉冲 数成正比，转速与脉冲频率成 正比，又称为脉冲电动机。在 数字控制系统中，步进电动机 常用作执行元件。目前，它广 泛应用于数控机床、轧钢机、 军事工业、数模转换装置以及 自动化仪表等方面。
特种电机
什么是特种电机
特种电机通常指的是结构、性能、用途或原理等与常
规电机不同，且体积和输出功率较小的微型电机或特 种精密电机，一般其外径不大于130mm。 特种电机可以分为驱动用和控制用特种电机两大类。 驱动用特种电机主要用来驱动各种机构、仪表以及家 用电器等；控制用特种电机事在自动控制系统中传递、 变换和执行控制信号的小功率电机的总称，用作执行 元件或信号元件，测量元件包括旋转变压器，交、直 流测速发电机等；执行元件主要有交、直流伺服电动 机，步进电动机等。
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），其中反应式步进电动机应用较多。 按相数分为单相、两相、三相和多相等形式。 三相磁阻式步进电动 机的定、转子铁心都 由硅钢片叠压而成。 定子上有六个磁极， 每两个相对的磁极上 有同一相控制绕组， 同一相控制绕组可以 并联可以串联；转子 铁心上没有绕组，只 有四个齿，齿宽等于 极靴宽。
第4章特殊电机
直流测速发电机的工作原理是在永久磁铁产生的恒定磁场中，电枢以转
速n旋转，电枢导体切割恒定磁通 ，而在其中产生感应电动势E。电动势E
的极性决定于测速发电机的转向，电动势E的大小与转速成正比，即
E =Ce n
可见直流测速发电机的输出电压与转速成正比。因此只要测出直流测速 发电机的输出电压，就可测得被测机械的转速。
三相同步电动机的定子和三 相异步电动机的定子结构是相同 的，在定子铁心槽内嵌有三相交 流绕组，转子也称磁极，有凸极 和隐极两种结构。同步电动机通 常用凸极式，在转子铁心上绕有 励磁绕组，通过电刷和滑环引入 直流电，如图4-33所示。
在同步电动机的三相定子绕 组内通入三相交流电，即产生旋 转磁场，当励磁绕组加上励磁电 流时，转子产生磁极，在定子旋 转磁场的带动下与旋转磁场同步 旋转。
二、直线异步电动机的工作原理 2
向直线异步电动机初级三相绕组中通入三相交流电后，也将产生 一个气隙磁场，沿直线方向呈正弦分布且将按U、V、W的相序直线 移动。由于该磁场是平移的，因此称为行波磁场，该行波磁场在移动 时将切割次级导体，在导体中产生感应电动势和电流，该电流与行波 磁场相互作用，产生电磁力使次级沿行波磁场移动的方向作直线运动， 且次级移动的速度小于行波磁场移动的速度。
二、 微型同步电动机 1
微型同步电动机按工作原理可分永磁式、 反应式、磁滞式三种。
1.永磁式微型同步电动机 永磁式微型同步电动机的转子由永久磁 钢构成磁极，形成转子磁场。当定子绕组加 上交流电源，产生旋转磁场后，即带动转子 同步旋转。为了能产生起动转矩，可在转子 边缘装笼型导条，如图4-35。 永磁式微型同步电动机常用在日用电器 中的电动定时程控器中。
直线电动机可以由直流、同步、异步、步进等旋转电动机演变而 成，由异步电动机演变而成的直线异步电动机使用最多。这里，我们 只就直线异步电动机的结构和工作原理做一些简单的介绍。
速n旋转，电枢导体切割恒定磁通 ，而在其中产生感应电动势E。电动势E
的极性决定于测速发电机的转向，电动势E的大小与转速成正比，即
E =Ce n
可见直流测速发电机的输出电压与转速成正比。因此只要测出直流测速 发电机的输出电压，就可测得被测机械的转速。
三相同步电动机的定子和三 相异步电动机的定子结构是相同 的，在定子铁心槽内嵌有三相交 流绕组，转子也称磁极，有凸极 和隐极两种结构。同步电动机通 常用凸极式，在转子铁心上绕有 励磁绕组，通过电刷和滑环引入 直流电，如图4-33所示。
在同步电动机的三相定子绕 组内通入三相交流电，即产生旋 转磁场，当励磁绕组加上励磁电 流时，转子产生磁极，在定子旋 转磁场的带动下与旋转磁场同步 旋转。
二、直线异步电动机的工作原理 2
向直线异步电动机初级三相绕组中通入三相交流电后，也将产生 一个气隙磁场，沿直线方向呈正弦分布且将按U、V、W的相序直线 移动。由于该磁场是平移的，因此称为行波磁场，该行波磁场在移动 时将切割次级导体，在导体中产生感应电动势和电流，该电流与行波 磁场相互作用，产生电磁力使次级沿行波磁场移动的方向作直线运动， 且次级移动的速度小于行波磁场移动的速度。
二、 微型同步电动机 1
微型同步电动机按工作原理可分永磁式、 反应式、磁滞式三种。
1.永磁式微型同步电动机 永磁式微型同步电动机的转子由永久磁 钢构成磁极，形成转子磁场。当定子绕组加 上交流电源，产生旋转磁场后，即带动转子 同步旋转。为了能产生起动转矩，可在转子 边缘装笼型导条，如图4-35。 永磁式微型同步电动机常用在日用电器 中的电动定时程控器中。
直线电动机可以由直流、同步、异步、步进等旋转电动机演变而 成，由异步电动机演变而成的直线异步电动机使用最多。这里，我们 只就直线异步电动机的结构和工作原理做一些简单的介绍。
特种电动机教学课件pptx
结构特点
定子和转子均由硅钢片叠压而成 ，转子上无绕组，定子上有集中 绕组，具有结构简单、坚固耐用
等优点。
工作原理
利用磁阻最小原理产生电磁转矩， 通过控制开关器件的通断来实现电 动机的运行。
应用领域
适用于各种需要调速和高效率的场 合，如纺织机械、印刷机械等。
直流无刷电动机
结构特点
采用电子换向器代替机械 换向器，具有无级调速、 高效率、低噪声等优点。
性能测试
对驱动系统进行性能测试，如 效率、噪音、可靠性等指标
优化改进
针对测试结果进行优化改进， 提高驱动系统性能
06
特种电动机应用领域探讨 与展望
新能源汽车领域应用现状及前景分析
01
新能源汽车市场现状及趋势
随着环保意识的提高和政策的推动，新能源汽车市场迅速增长，对特种
电动机的需求也日益增加。
02
包括电源、控制器、功率变换器 、电动机等部分
设计要求
高效率、低噪音、高可靠性、长 寿命等
特种电动机特点
如高速、高精度、大扭矩等，对 驱动系统提出更高要求
硬件电路设计实例分析
主电路设计
控制电路设计
保护电路设计
电磁兼容性设计
电源电路、功率变换器 电路等
控制器电路、信号调理 电路等
过流保护、过温保护等
减少电磁干扰，提高系 统稳定性
分类
根据工作原理和结构特点，特种 电动机可分为永磁同步电动机、 开关磁阻电动机、直线电动机、 超声波电动机等。
发展历程及现状
发展历程
从最初的直流电动机到交流电动机， 再到特种电动机的逐步发展，经历了 漫长的历程和不断的技术创新。
现状
随着科技的不断进步和应用需求的不 断提高，特种电动机在各个领域得到 了广泛的应用，并形成了多样化的产 品系列。
定子和转子均由硅钢片叠压而成 ，转子上无绕组，定子上有集中 绕组，具有结构简单、坚固耐用
等优点。
工作原理
利用磁阻最小原理产生电磁转矩， 通过控制开关器件的通断来实现电 动机的运行。
应用领域
适用于各种需要调速和高效率的场 合，如纺织机械、印刷机械等。
直流无刷电动机
结构特点
采用电子换向器代替机械 换向器，具有无级调速、 高效率、低噪声等优点。
性能测试
对驱动系统进行性能测试，如 效率、噪音、可靠性等指标
优化改进
针对测试结果进行优化改进， 提高驱动系统性能
06
特种电动机应用领域探讨 与展望
新能源汽车领域应用现状及前景分析
01
新能源汽车市场现状及趋势
随着环保意识的提高和政策的推动，新能源汽车市场迅速增长，对特种
电动机的需求也日益增加。
02
包括电源、控制器、功率变换器 、电动机等部分
设计要求
高效率、低噪音、高可靠性、长 寿命等
特种电动机特点
如高速、高精度、大扭矩等，对 驱动系统提出更高要求
硬件电路设计实例分析
主电路设计
控制电路设计
保护电路设计
电磁兼容性设计
电源电路、功率变换器 电路等
控制器电路、信号调理 电路等
过流保护、过温保护等
减少电磁干扰，提高系 统稳定性
分类
根据工作原理和结构特点，特种 电动机可分为永磁同步电动机、 开关磁阻电动机、直线电动机、 超声波电动机等。
发展历程及现状
发展历程
从最初的直流电动机到交流电动机， 再到特种电动机的逐步发展，经历了 漫长的历程和不断的技术创新。
现状
随着科技的不断进步和应用需求的不 断提高，特种电动机在各个领域得到 了广泛的应用，并形成了多样化的产 品系列。
【优秀版】特种电机演讲PPT
4因为相电流换向位置处的电感小，故换向冲击振 动和噪声较小。
双凸极永磁电机
1、DSPM 采用双极性功率变换器，以能提供正、负向电流，
绕组电感比SR电机要小很多。
不仅所用主开关器件多（每相至少要用两只主开关器件），
DSPM 缺点 电机（双凸极永磁电机 ）是磁阻电机而和永且磁存电在机的因有误机触结合发体使，上是开、关下磁桥阻电臂机直的通创造故性障发的展。隐患；
特种电机演讲16
DSPM 电机（双凸极永磁电机 ）是磁阻电机和永磁电 机的有机结合体，是开关磁阻电机的创造性发展。
开关磁阻电机的双凸极结构在转矩输出方面有一些问题，
主要表现在:
为了解决这些问
(1) 由于主开关必须在电感较大处关断，电流换相较慢，从 而降低了转矩输出；
题，90 年代初， 人们将永磁材料 嵌入转子(或定子)
5.由于主磁路中放有两块磁导率与空气相近的永磁体， 绕组电感比SR电机要小很多。
优点
双凸极永磁电机
1、结构简单，无刷，转子上无绕组和永磁体，可靠性高；
2、因主磁场由高性能永磁体建立,相绕组匝数较少、 相电流较小，铜耗较低，故可提高系统效率；
3、因在一个转子极距中，绕组均可通电工作，产生 电动转矩，故增大了输出转矩，提高了单位体积能 量转换密度和转矩密度；
设通入的三相电流为图2 （b）所示的“理想”方波 电流，
即在相绕阻永磁磁链
Ψpm 增加区通入幅值为Im 的“正向电流”增强Ψpm ， 在Ψpm 减少区通入幅值为 Im 的“负向电流”削弱 Ψpm。
双凸极永磁电机基本结构和工作原理
基于线性假设，以一相绕组单独通电为例进行分析 ，这时 相绕组磁链Ψph为永磁磁链Ψpm 与其自感磁链Ψi 之和， 即：
双凸极永磁电机
1、DSPM 采用双极性功率变换器，以能提供正、负向电流，
绕组电感比SR电机要小很多。
不仅所用主开关器件多（每相至少要用两只主开关器件），
DSPM 缺点 电机（双凸极永磁电机 ）是磁阻电机而和永且磁存电在机的因有误机触结合发体使，上是开、关下磁桥阻电臂机直的通创造故性障发的展。隐患；
特种电机演讲16
DSPM 电机（双凸极永磁电机 ）是磁阻电机和永磁电 机的有机结合体，是开关磁阻电机的创造性发展。
开关磁阻电机的双凸极结构在转矩输出方面有一些问题，
主要表现在:
为了解决这些问
(1) 由于主开关必须在电感较大处关断，电流换相较慢，从 而降低了转矩输出；
题，90 年代初， 人们将永磁材料 嵌入转子(或定子)
5.由于主磁路中放有两块磁导率与空气相近的永磁体， 绕组电感比SR电机要小很多。
优点
双凸极永磁电机
1、结构简单，无刷，转子上无绕组和永磁体，可靠性高；
2、因主磁场由高性能永磁体建立,相绕组匝数较少、 相电流较小，铜耗较低，故可提高系统效率；
3、因在一个转子极距中，绕组均可通电工作，产生 电动转矩，故增大了输出转矩，提高了单位体积能 量转换密度和转矩密度；
设通入的三相电流为图2 （b）所示的“理想”方波 电流，
即在相绕阻永磁磁链
Ψpm 增加区通入幅值为Im 的“正向电流”增强Ψpm ， 在Ψpm 减少区通入幅值为 Im 的“负向电流”削弱 Ψpm。
双凸极永磁电机基本结构和工作原理
基于线性假设，以一相绕组单独通电为例进行分析 ，这时 相绕组磁链Ψph为永磁磁链Ψpm 与其自感磁链Ψi 之和， 即：
特种电机的介绍
力矩电机广泛应用于电梯、卷扬机、 造纸机械等需要较大力矩的场合。
工作原理
力矩电机通过改变输入电流的大小和方向， 调整电机的输出力矩和旋转方向。力矩电机 具有较大的转动惯量，能够承受较大的负载 突变。
直线电机
定义
直线电机是一种将电能直接转换 为直线运动的装置，无需通过中
间传动机构。
工作原理
直线电机内部有动子和定子两部 分，当定子绕组通入交流电时， 产生行波磁场，使动子在磁场中
启动电流大
某些特种电机在启动时可能需 要较大的启动电流，可能对电 网造成冲击。
噪声和振动
某些特种电机在工作过程中可 能会产生较大的噪声和振动， 需要采取措施进行减振降噪。
05 特种电机的应用案例
伺服电机在自动化设备中的应用
伺服电机是一种能够实现精确控制的 电机，广泛应用于自动化设备中。它 能够快速响应控制信号，精确地跟踪 指令，从而实现高精度的定位、速度 和转矩控制。
工作原理与特性
特种电机的工作原理和普通电机类似 ，都是基于电磁感应原理，通过磁场 和电流相互作用产生转矩，使电机旋 转。
特性：特种电机具有高精度、高效率 、高可靠性、低噪音等特点，能够满 足特殊的工作需求。
应用领域
特种电机广泛应用于工业 自动化、机器人、医疗器 械、航空航天等领域。
在工业自动化领域，特种 电机用于生产线的传送、 定位和装配等环节。
步进电机是一种将电脉冲信号转 换为旋转角度或线性步进的电机。
工作原理
步进电机内部有多个相，当控制器 向电机发送脉冲信号时，电机内部 的相会依次通电，使电机按照一定 的步进旋转。
应用领域
步进电机广泛应用于打印机、扫描 仪、数控机床等需要精确控制位置 和速度的设备。
电机学课件-特种电机
D1
U1 C
D2
副绕组
F2
F1
4. 电容起动运转式单相异步电动机
电容起动运转式单相异步电动机在副绕组回路 中串联两个互相并联的电容器, 其中一个为起 动电容和—个起动开关串联, 另—个为工作电 容, 使得电动机既具有较好的起动性能, 又具有 较好的运行性能, 如图4-14所示。
D1
主 绕
1
组 D2
n U2 Ra T
Ce CTCe 2
n n1
n2
U 2'
U
'' 2
U
''' 2
U
' 2
n3
U
'' 2
0
U
''' 2
T
7. 交流伺服电动机
交流伺服电动机就是两相异步电动机, 它的定 子上有空间相差90o两相分布绕组, 一相为励 磁绕组f, 与励磁电源连接, 另一相是控制绕组K, 与控制信号相连接 。
副绕组线径较细、匝数较少, 电抗小, 阻值大。 它们的轴线在空间相隔90°电角度, 启动电流不 同相, 形成椭圆磁场。
K D1
起动绕组与起动开关K串联后 和工作绕组并联按到同一单相
电源上, 如图所示。当电动机转
U1
主绕组
速上升到70～80％同步转速时, 通过起动开关K断开起动绕组
D2
电路, 使电机只有一个工作绕组
n
1 2
罩极电动机
1
2
3
k Ik Ek
罩极绕组 ——短路环
穿过短路环与不穿过短路环 的两部分磁场有时间相位 差——两个磁场在空间和时 间上不同相
合成磁场是椭圆形旋转磁 场 , 旋转方向从未罩极部分
特种电机课件02
特种电机测试方法及步骤
空载试验
在特种电机不带负载的情况下进行测试，主要检测电机的 空载电流、空载损耗、转速等参数。
负载试验
在特种电机带负载的情况下进行测试，通过逐步增加负载 来检测电机的负载能力、效率、温升等参数。
堵转试验
将特种电机转子堵住，使其无法旋转，然后施加额定电压 进行测试。通过检测堵转电流和堵转转矩来评价电机的启 动性能和最大转矩。
特种电机控制技术的发展历程
随着电力电子、微电子技术、控制理论等技术的发展，特种电机控制技术经历了从简单到 复杂、从低级到高级的发展过程。
特种电机控制技术的分类
根据不同的控制原理和实现方式，特种电机控制技术可分为矢量控制、直接转矩控制、智 能控制等多种类型。
特种电机控制策略及应用
矢量控制策略
通过坐标变换将电机定子电流分解为励磁电流和转矩电流，并分别进行控制，以实现电机的高效运行。该策 略广泛应用于高性能的特种电机控制系统中。
根据应用场景、负载特性、调速范围、精度要求等因素，选择合适的 特种电机类型，如伺服电机、步进电机、直线电机等。
考虑电机的性能指标
关注电机的额定功率、额定转速、额定扭矩、效率、温升等性能指标 ，确保所选电机满足实际需求。
了解电机的控制方式和驱动器
根据所选特种电机的控制方式和驱动器要求，选择合适的控制器和驱 动器，确保系统稳定性和性能。
润滑轴承和齿轮
根据特种电机的使用说明书要求，定 期对轴承和齿轮进行润滑，确保电机 运转顺畅。
定期检查电机绝缘性能
使用绝缘测试仪定期检查特种电机的 绝缘性能，确保电机安全可靠运行。
06
特种电机市场前景与展望
特种电机市场现状及竞争格局
市场规模
随着工业自动化、新能源汽车、航空航天等领域的快速发展 ，特种电机市场规模不断扩大，预计未来几年将保持稳步增 长。
《特种电机演讲》课件
电机转子
转子是电机中旋转的部分。转子 通常是通过自旋或外部驱动来旋 转的。
电磁力
电磁场是导致电机旋转的最基本 原理。其大小和方向根据运动的 位置和方向而定。
磁场力
磁场力是电机中导致旋转的主要 原理。在电机中，通常是由电磁 铁或磁铁来创建磁场。
特点与优势
特种电机在许多方面具有独特的优势，因此越来越多地被应用于各种领域。
步进电机可以准确地控制精度，适用于机器人 和印刷机器等需高精度的设备。
举例2：磁悬浮电机
磁悬浮电机可以实现非常高的转速和功率密度， 适用于高速列车、飞行器、发电机组等高性能 设备。
举例3：伺服电机
伺服电机可以实现高精度的位置调节和运动控 制，适用于机床、跟踪定位等领域。
举例4：电磁发动机
电磁发动机是一种应用广泛的旋转电机，适用 于许多家庭和商业电器以及其他应用。
1 小结1
特种电机被广泛应用于各 种领域，例如机器人、医 疗器械、电动汽车等。
2 小结2
特种电机具有高精度、高 效能和高性能等优点，在 未来仍将发挥越来越重要 的作用。
3 小结3
特种电机发展还有许多需 求，例如更高的精度、扭 矩和负载能力、更高的能 效、更低的噪声等。
磁悬浮电机相对于传统发动机具有体积小、重量 轻、转速高等优点，目前主要应用于高速飞行器 驱动。
案例4：伺服电机应用于工业机械
伺服电机广泛应用于自动化机械和数控机床等领 域，具有高精度、重复性好、控制精确等特点。
总结和展望
特种电机是现代工业和生活中不可或缺的一部分。随着技术的不断进步和发展，特种电机将在更多的领域得到 灵活、高效、精准应用。
高效节能
特种电机通常具有高效率、低 功耗和长寿命等优点，减少对 能源的消耗和对环境的影响。
电机学课件-特种电机学习资料
A
C
B
B
C
A
图4-35 三相反应式步进 电动机结构示意图
图4-36是一台三相六极转子有40 个齿的小步距角反应式步进电动机展 开图，A、B、C为磁极上的三相控制 绕组，每个磁极上有5个齿，与转子 上的齿具有相同齿宽和齿距。
可以计算每极下的齿为
Zr 40 6271 2mp 231 3 3
Zr为齿数，m为相数，p为磁极对数。 转子齿距为9o。
D1
U1 C
D2
副绕组
F2
F1
4．电容起动运转式单相异步电动机
电容起动运转式单相异步电动机在副绕组回路 中串联两个互相并联的电容器，其中一个为起 动电容和—个起动开关串联，另—个为工作电 容，使得电动机既具有较好的起动性能，又具 有较好的运行性能，如图4-14所示。
电动机起动后，当转速达到
额定转速的70％～80%时，起
n
1 2
罩极电动机
1
2
3
k Ik Ek
罩极绕组 ——短路环
穿过短路环与不穿过短路环 的两部分磁场有时间相位 差——两个磁场在空间和时 间上不同相
合成磁场是椭圆形旋转磁 场 ，旋转方向从未罩极部
6．直流伺服电动机
伺服电动机是把输入的电信号(如电压)变为转轴的角 位移或角速度输出的电动机。无信号到来，伺服电动 机转子静止不动；有信号到来，转子就立即转动，当 信号消失，转子立即停止。伺服电动机能带动一定的 负载，在自动控制系统中作为执行元件，所以又称为 执行电动机。
动开关断开，将起动电容Cst
Cst K
切断，工作电容C仍接在电路 中。 电容器C是运转时长期使
D1
用的，可采用金属膜纸介电容；
电容器Cst是起动时短时工作
全套课件特种电机及其控制1
特种电机及其控制
41
无刷直流电动机的等效电路如图所示
VT1 VD1 VT3 VD3 VT5 VD5
US
A
B
C
VT4 VD4 VT6 VD6 VT2 VD2
ia
r LM + ea -
ib
r LM + eb -
ic
r LM + ec -
特种电机及其控制
42
1.4.2 无刷直流电动机的反电动势
无刷直流电动机气隙磁密及反电动势波形如下图所示
特种电机及其控制
30
2. 三三导通方式
三相绕组的反电动势波形及其三三导通方式下的导通规律
特种电机及其控制
31
1.2.3 角形连接三相桥式主电路
+
VT1
VT3
VT5
US
VT4
VT6
VT2
A
C CB
如图所示的角形联结三相桥式主电路的开关管也采用功率
MOSFET。与星形联结一样，角形联结的控制方式也有二二
式中 UT——开关器件的管压降； Ia ——电枢电流；
E ——线电动势，即电机的反电动势。
特种电机及其控制
46
对于三相六状态无刷直流电动机，任一时刻都有两相绕 组导通，故电机的反电动势为
式中
Ce
E
2Em
2 pW
15i
n
Ce
——电机的电动势常数，Ce
n
2 pW
15i
电枢绕组的电流为
Ia
US
2UT 2r
顺转时子针磁旋场转顺时针连续旋转、定子磁场隔60O跳跃E旋+-转A-C-E- →电机顺时针旋转
——自同步电机
第4章特种电机课件
性能评价与优缺点分析
1. 永磁体退磁风险
在高温或强磁场环境下，永磁体可能发生退磁现象，影响电机性能。
2. 控制复杂度高
为了实现高性能控制，PMSM需要采用复杂的控制算法和精确的传感器，增加了控制系统的复杂度和成本。
03
开关磁阻电机
工作原理及结构特点
工作原理
开关磁阻电机利用磁阻最小原理，通过控制电流脉冲的幅值、宽度和相位来实现电机转矩和转速的控 制。
驱动方式
直线电机的驱动方式主要有电压驱动、电流驱动和功率 驱动。电压驱动是通过改变电机的端电压来控制电机的 运动，具有简单、易实现的优点，但动态响应较慢。电 流驱动是通过改变电机的电流来控制电机的运动，具有 较快的动态响应，但需要较复杂的电流控制电路。功率 驱动则是通过同时改变电机的电压和电流来控制电机的 运动，具有较快的动态响应和较高的控制精度，但需要 更复杂的功率控制电路。
应用领域
主要用于微型机器人、智 能家居、玩具等领域。
光驱动微型特种电机
工作原理
应用领域
利用光能转换为机械能，通过光照射 驱动电机转动。
主要用于光控系统、微型机器人、精 密仪器等领域。
结构特点
由光电转换器件、微型电机和输出轴 等组成，具有非接触驱动、响应速度 快、精度高等优点。
THANKS
感谢观看
结构特点
PMSM主要由定子、转子和永磁体组成。定子一般采用三相绕组，转子则采用 永磁体产生磁场。根据永磁体在转子上位置的不同，PMSM可分为表贴式和内 置式两种结构。
控制策略与调速方法
控制策略
PMSM的控制策略主要包括矢量控制（FOC）和直接转矩控 制（DTC）。矢量控制通过变换电流来控制电机转矩和磁通 ，实现高性能调速；直接转矩控制则直接对电机转矩进行控 制，具有快速响应特性。
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第13章 特种电机
13.3.3 单相自整角机
•
F
n1•Leabharlann F • Fn1脉振磁动势 分解
•
F
n1
•
F • F
n1
发送机
接收机
图13-7 单相自整角机
第13章 特种电机
13.4 伺服电动机
伺服电动机的作用是把输入的电压控制信号转换成输出的 角位移或角速度。在运动控制系统中，伺服电动机是以执行机 构的身份出现的，所以又称为执行电动机。
第13章 特种电机
2）二次侧补偿：如图13-4所示。
D1
Z1
Z4
•
D
•
U S1
D3
•
I 12
D4
•
F 12
Z3
•
F 34
•
I 34
Z2
D2
Z12
Z 34
a)
b)
图13-4 二次侧补偿的旋转变压器
第13章 特种电机
13.2 测速发电机
测速发电机的作用是把输入的转速信号转换成输出的电压 信号， 例如在电力拖动自动控制系统中，通过对转速的检测， 构成转速负反馈闭环调速系统， 达到改善系统调速性能的目 的。
U R2
空载
ΔU
Um
负载
O
图13-3 输出特性的畸变
直轴分量对输出特性畸变的影响是很小的，引起畸变的主要 原因应该是交轴分量。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
第13章 特种电机
为了消除畸变，就必须设法消除交轴磁通的影响。消除的 方法有两种，即一次侧补偿和二次侧补偿。
1）一次侧补偿： 在图13-2中，如果将定子上的补偿绕组 D3—D4短路，则绕组D3—D4能消除输出电压的畸变。因为交轴 磁通在补偿绕组中要产生感应电流，根据楞次定律，这个电流 所产生的磁通是阻碍交轴磁通变化的，因此对交轴磁通起抑制 作用，可以起到畸变补偿的作用。
1 I J cos
1
F J
（13-3）
根据旋转磁场和电磁转矩的基本概念， 当电磁转矩为正 时，其方向是使转子顺着旋转磁场方向转动；而当电磁转矩为 负时，其方向是使转子逆着旋转磁场方向转动。因此，TF和TJ 都是倾向于使δ=0。如果只有接收机的转子可以自由转动，它将 沿着旋转磁场的方向转动，直至δ=0 。如果发送机的转子不停 地旋转，则接收机的转子也将以同样的速度不停地旋转。
第13章 特种电机
13.2.1 交流测速发电机 交流测速发电机的定
子上嵌有两相绕组，一相 是励磁绕组，另一相是输 出绕组，它们在空间互差 90º电角度， 如图13-5所 示。交流测速发电机的转 子有两种结构，一种是笼 型转子， 一种是杯型转 子。
笼型 转子
励磁绕组
N1
•
• IR ER
•
•
R
1
•
U1
另一种是永磁式直流测速发电机，其基本结构和工作原理与普 通直流发电机相同。
U Ea Ce nCn
1Ra 1Ra
R
R
（13-2）
为了减小电枢电流及电枢反应的去磁作用，应尽可能采用比 较大的负载电阻R， 并保证转速范围不要太大。 对于电励磁式 直流测速发电机， 可以安装补偿绕组来抑制电枢电流对主磁通 的影响，减小误差。
对测速发电机的基本要求是： 1）输出电压与转速之间有严格的正比关系，以达到高精度 的要求； 2）在一定的转速时所产生的电动势及电压应尽可能的大， 以达到高灵敏度的要求。
测速发电机可分为直流测速发电机和交流测速发电机，下 面分别加以介绍。
第13章 特种电机
13.2.1 直流测速发电机 直流测速发电机有两种： 一种是电励磁式直流测速发电机，
特种电机的介绍
第13章 特种电机
引言
前面介绍的直流电机、异步电机和同步电机统称为普通电 机。在日常生活和生产实际中还广泛使用着各种特殊结构和特 殊用途的电机，特别是随着新技术的不断发展和新材料的不断 涌现，新型特种电机的研究和应用还处在继续发展之中。由于 特种电机大都用于控制系统，且功率较小，所以又称为控制电 机或微特电机。从本质上讲，特种电机的基本理论和分析方法 与普通电机是一致的，但又有其特殊性。本章主要介绍目前基 本理论业已成熟，同时又应用比较广泛的特种电机。
第13章 特种电机
13.1 旋转变压器
旋转变压器是输出电压与转子转角成一定函数关系的特种 电机，其一、二次侧绕组分别放在定、转子上，一次侧绕组与 二次侧绕组之间的电磁耦合程度与转子的转角密切相关。
按照输出电压与转子转角间的函数关系，可以分为正余弦 旋转变压器和线性旋转变压器等。正余弦旋转变压器的输出电 压与转子转角成正余弦函数关系，而线性旋转变压器的输出电 压在一定转角范围内与转子转角成正比。可见，旋转变压器是 将角度信号转换成与其成某种函数关系的电压信号，其主要用 途就是进行坐标变换、三角运算和角度数据传输等。
第13章 特种电机
13.3.1 基本结构 励磁绕组
•
F n1
•
• IF EF
发送机
•
F
n1
•
•
IJ
EJ
接收机
整步绕组
•
•
EF
EJ
a)
•
ΔE
•
•
IJ •
EJ J
EF
F
•
IF
b)
图13-6 三相自整角机的接线图与工作原理
第13章 特种电机
13.3.2 工作原理
T F
T
J
3EF 3EJ
I F cos
输出绕组
N2
•
n
U2
图13-5 异步测速发电机的绕组结构
第13章 特种电机
13.3 自整角机
自整角机是用于同步传动系统中的一种特种电机，它通过 电的方式在两个或两个以上无机械联系的转轴之间传递角位移 或使之同步旋转。自整角机有三相和单相之分，三相自整角机 常常用于大功率传动系统中，也称为“电轴”；单相自整角机 则主要用于控制系统中。这里主要介绍三相自整角机的基本结 构和工作原理。
EERR21
ER cos ER sin
（13-1）
第13章 特种电机
13.1.3 畸变补偿
当输出绕组有了负载以后，其输出电压便不再是转角的正、
余弦函数。
D1
直轴
Z1
分量
Z4
•
D
•
U S1 D3
D2 a)
D4 Z3
d
交轴 分量
•
I R2 b)
•
L
q
ZL
Z2
图13-2 旋转变压器的负载情况
第13章 特种电机
第13章 特种电机
13.1.1 基本结构
励磁绕组
D1
Z1
余弦 输出 绕组
•
D
•
U S1
D3
D4
补偿绕组
D2
Z3
a)
b)
图13-1 旋转变压器的绕组结构 a) 定子绕组 b) 转子绕组
Z4
正弦 输出 绕组
Z2
第13章 特种电机
13.1.2 工作原理
首先分析空载时的情况，此时只有定子励磁绕组D1—D2施 加交流励磁电压，其余三个绕组全部开路。 显然，励磁绕组将 在气隙中产生一个脉振磁场， 这个脉振磁场将在正、余弦输出 绕组中分别感应出电动势，即