电机学课件-特种电机学习资料

8.步进电动机
在自动控制系统中，经常要把数字信号转化为 角位移，步进电动机（也称为脉冲电动机）就 是一种用电脉冲信号进行控制、将电脉冲信号 转换成相应的角位移或线位移的电动机。给步 进电动机输入一个脉冲信号，它就转动一个角 度或前进一步，其角位移量或线位移量与电脉 冲数成正比，转速或线速度与电脉冲频率成正 比。
直流伺服电动机的结构及原理与普通直流电动机相同， 是一种体积和容量都很小的直流电动机。
电枢控制时，在电枢绕组（即控制绕组）上加控制 电压U2，用以控制输出的转速和转向；在励磁绕组
上加恒定直流电压U1，用以产生恒定的磁通φ。原
理接线如图4-29所示。
I2
放
＋
大 M U2
U1
器 －
图4-29 电枢控制时的原 理接线图
U
UF F IF
C
UC
IC
Tm T
2
1
s
sm
T
T 0
T
交流伺服电动机的工作原理与单相交流异步电动机非 常相似，图4-32为交流伺服电动机的原理图。当它的 励磁绕组接通励磁电源，控制绕组接通控制信号后， 两绕组将流过相位差为90o 电角度的两相电流，则气 隙磁场变为旋转磁场，旋转磁场切割转子导体产生感 应电流，感应电流与旋转磁场相互作用又产生电磁转 矩，使转子转动。在控制电压消失时，由于其一相绕 组通电运行时的电磁转矩是制动性的，因而交流伺服 电动机立即停止，并没有产生自转现象。
场合，如小型机床、泵、家用
副绕组
电器等。
F2
F1
5．罩极式单相异步电动机
罩极式单相异步电动机分为凸极罩式和隐极罩 极式两种，其工作原理完全相同，一般采用凸 极式，主绕组为集中绕组，极面一侧的三分之 一宽度套有电阻很小的短路环（罩极绕组)， 如图4-15所示．单相罩极式异步电动机的起动 转矩，效率、功率因数均较低，但结构简单， 成本低，适用于轻载起动场合，如小型风扇、 电唱机等。
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
主 绕
1
组
电容，可采用电解电容。单相
C
电容起动运转异步电动机具有
较好的起动性能，较高的过载
D2
能力、效率和功率因数，较低 的噪声，适用于带负载起动的
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
U1
主绕组
转速上升到70～80％同步转速 时，通过起动开关K断开起动
D2
绕组电路，使电机只有一个工
作绕组工作，电阻起动单相异
副绕组
F2
步电动机的起动转矩比较小，
而起动电流却比较大，电机的 F1 起动性能不好。
2．电容分相起动式单相异步电动机
C
K
副绕组
F1
F2
U1
主 D1
绕
组 D2
3．电容运转单相异步电动机
电容运转单相异步电动机在副绕组中串接一个电容器， 然后与主绕组并联接电源。副绕组不仅在起动时起作 用，而且在电动机运行过程中也始终与主绕组—起工 作，如图4-13所示。
电容运转单相异步电动机实质是一种两相电机．适当 的选择电容器和副绕组匝数，可以改善电机的运行性 能，使电机具有较高的效率和功率因数，并且体积小 和重量轻，但由于起动转矩较低，只适用于起动转矩 要求不高的场合，如电风扇、洗衣机、通风机、家用 电器等。
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1．电阻分相起动单相异步电动机
电阻分相起动单相异步电动机的定子上有两套绕 组，一套是主绕组，又叫工作绕组；另一套是副绕组， 又叫起动绕组。
其主绕组D1D2与副绕组F1F2的匝数及线径不同。 通常主绕组线径较粗、匝数较多；电抗大，阻值小；
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。
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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。
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。
电容分相起动式异步电动机的定子上有两套绕 组，一套是工作绕组；另一套是起动绕组，它 们的轴线在空间相隔90°电角度。
起动绕组与电容器、起动开关串联后和工作绕组并联接到同一单相电源上， 当电动机转速达到额定转速的70％～80％时将副绕组断开。如图4-12所示。 电容分相起动式异步电动机的特点是起动性能好，起动电流小，但它的空载电 流较大，功率因数和效率都不高，并要与适当的电容器匹配，它适用于起动转 矩较大，起动电流较小的机械。
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
U2
Ce
CTRCae2
T
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 。
交流伺服电动机象直流伺服电动机一样具有伺 服性，即控制信号强时，电动机转速高；控制 信号弱时，电动机转速就低；控制信号消失， 电动机停止转动。