二、直流伺服電動(dòng)機(jī)

1、第十章 特種電機(jī),第一節(jié) 同步電機(jī),所謂同步電機(jī)：即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相同。 一、同步發(fā)電機(jī) 構(gòu)造： 定子：主要由機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組、電刷裝置等。 轉(zhuǎn)子：主要由轉(zhuǎn)子鐵芯、勵(lì)磁繞組、滑環(huán)等。轉(zhuǎn)子有隱極式和凸 極式兩種。,同步發(fā)電機(jī)的工作原理,同步發(fā)電機(jī)接線圖,當(dāng)同步發(fā)電機(jī)直流勵(lì)磁繞組通以直流電流時(shí)，轉(zhuǎn)子便產(chǎn)生一個(gè)幅值不變的恒定磁埸。磁埸經(jīng)轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子與定子間的氣隙、定子鐵芯而構(gòu)成閉合回路。在

2、原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，在氣隙中便形成幅值不變的旋轉(zhuǎn)磁埸，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁埸依次切割三相定子繞組；在定子繞組中感應(yīng)出交變的電動(dòng)勢。由于定子的電樞繞組三相對稱，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恒定，所以感應(yīng)電動(dòng)勢也對稱，即幅值相等、頻率相同、相位依次相差1200。,二、 同步電動(dòng)機(jī),旋轉(zhuǎn)原理：當(dāng)電樞繞組通以三相電源時(shí)，氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁埸。同時(shí)轉(zhuǎn)子繞組通過直流勵(lì)磁電流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁埸，它在氣隙旋轉(zhuǎn)磁埸的帶動(dòng)下，以與旋轉(zhuǎn)磁埸相同的速度同向旋轉(zhuǎn)，它們之間無相對運(yùn)動(dòng)，

3、所以稱同步。 因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是等于旋轉(zhuǎn)磁埸的同步轉(zhuǎn)速，故同步電動(dòng)機(jī)具有絕對硬的機(jī)械特性。 啟動(dòng)：同步電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是沒有自啟動(dòng)能力。即當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止而電樞通電時(shí)，電樞旋轉(zhuǎn)磁埸以很高的同步轉(zhuǎn)速相對于轉(zhuǎn)子的磁極旋轉(zhuǎn)，因轉(zhuǎn)子有慣性，靠旋轉(zhuǎn)磁埸和轉(zhuǎn)子磁極的異性相吸作用不能拉動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，所以不能自啟動(dòng)。它必須依靠外力或輔助設(shè)備啟動(dòng)。,第二節(jié) 單相異步電機(jī),結(jié)構(gòu)：定子為單相繞組（通單相交流電）轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。,定子中通入

4、單相交流電后，形成脈動(dòng)磁場。其磁感應(yīng)強(qiáng)度按正弦分布，且隨時(shí)間按正弦變化,定子繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場（?），可用正、反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場合成而等效。,電容分相式異步電動(dòng)機(jī),在電動(dòng)機(jī)定子中放置一個(gè)起動(dòng)繞組B，與工作繞組在空間相隔 90°，起動(dòng)繞組B與電容器串聯(lián)，使兩個(gè)繞組中的電流在相位上近于相差90°，這就是分相。由這兩相電流也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,分相,實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn),改變C的串聯(lián)位置，可使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。將開關(guān)合在1，電容與V繞組串

5、聯(lián)，電流 超前 近90°；,將開關(guān)切換到2，電容與U繞組串聯(lián)，電流 超前 近90°。如此便改變了旋轉(zhuǎn)磁場的方向，實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。,罩極式單相電機(jī),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來。,結(jié)構(gòu)：單相繞組繞在磁極 上，在磁極的約1/3

6、部分套一短路環(huán),第三節(jié) 伺服電動(dòng)機(jī),1.基本結(jié)構(gòu)　交流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)兩相異步電動(dòng)機(jī)。 2.工作原理　交流伺服電動(dòng)機(jī)的電氣原理圖如圖11-6所示，1是控制繞組，2是勵(lì)磁繞組，3是籠型轉(zhuǎn)子。 3.交流伺服電動(dòng)機(jī)特性:交流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率一般是0.1～100W。,兩相繞組分布圖,籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)體,一、交流伺服電動(dòng)機(jī),交流伺服電動(dòng)機(jī)原理圖,交流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理,交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與單相異步電動(dòng)機(jī)有相似之

7、處。當(dāng)交流伺服電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組 “2” 接到“ uf” 上，如果控制繞組加上控制電壓為 “0” 時(shí)，所產(chǎn)生的是脈動(dòng)的磁通勢，建立的是脈動(dòng)磁埸，電動(dòng)機(jī)無啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)控制繞組加上控制電壓 “ uf” 且產(chǎn)生的控制電流與勵(lì)磁電流的相位不同，建立起橢圓形旋轉(zhuǎn)磁埸，于是產(chǎn)生了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來了。如果控制電壓消失，轉(zhuǎn)速會(huì)下降，但不會(huì)停止。 交流伺服電動(dòng)機(jī)具有自轉(zhuǎn)的能力。,二、直流伺服電動(dòng)機(jī),1.基本結(jié)構(gòu)　直流伺服電動(dòng)機(jī)按控制方

8、式可分為電樞控制和磁極控制兩種。 2.工作原理　圖11-18是直流伺服電動(dòng)機(jī)的原理圖。 3.直流伺服電動(dòng)機(jī)的特性,直流伺服電動(dòng)機(jī)剖面圖 a)他勵(lì)式 b)永磁式,1—磁極 2 —?jiǎng)?lì)磁繞組 3 —電樞繞組4 —機(jī)殼 5 —電樞鐵芯 6 —轉(zhuǎn)軸,直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理,直流伺服電動(dòng)機(jī)的原理圖,工作原理： 直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理和普通直流電動(dòng)機(jī)相同，其勵(lì)

9、磁方式一般采用他勵(lì)式，也有不用勵(lì)磁繞組而用永久磁鐵的永磁式。 工作時(shí)將勵(lì)磁繞組接在固定的直流電源上，而將控制電壓,加在電樞繞組上，這種,的大小和方向，電動(dòng)機(jī),方式稱電樞控制。改變電樞,電壓,轉(zhuǎn)矩大小方向也隨之改變，當(dāng)控制電壓為零，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。,直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞控制線路圖,第四節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī),一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu),三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖,1.三相單三拍控制　“三相”指三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；“單”指每次只給一相繞組通電，

10、三拍”指通電三次完成一個(gè)通電循環(huán)。 2.三相單、雙六拍控制　這種控制方式中通電順序按U→UV→V→VW→W→WU→U…進(jìn)行，即一開始U相繞組通電，而后是U、V兩相同時(shí)通電，然后是V相通電，接著是V、W兩相同時(shí)通電…當(dāng)U相單獨(dú)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)到圖11-24a所示的位置。 3.三相雙三拍控制　雙三拍控制方式是每次有兩相繞組同時(shí)通電，即按照UV→VW→WU→UV…順序通電。,1.三相單三拍控制　“三相”指三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；“單”

11、指每次只給一相繞組通電，“三拍”指通電三次完成一個(gè)通電循環(huán)。,三相單三拍控制時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理圖 a)U相通電 b)V相通電 c)W相通電,2.三相單、雙六拍控制　這種控制方式中通電順序按U→UV→V→VW→W→WU→U…進(jìn)行，即一開始U相繞組通電。,雙三拍控制時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 a)U和V相通電　b)V和W相通電　c)W和U相通電,3.三相雙三拍控制雙三拍控制方式是每次有兩相繞組同時(shí)通電，即按照UV

12、→VW→WU→UV…順序通電。,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)典型結(jié)構(gòu)圖,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例,1.石英手表中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)　第三代石英電子手表是用石英振蕩器、CMOS電路和特微型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(體積大約為2mm2×5mm或2mm2×3mm)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械手表的發(fā)條、游絲和擒縱機(jī)構(gòu)等高精度零部件。 2.數(shù)控機(jī)床中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 目前，利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在電子數(shù)字控制機(jī)床工作臺(tái)中作進(jìn)退刀驅(qū)動(dòng)。,第五節(jié) 測速發(fā)電機(jī),測速發(fā)電機(jī)：能將旋轉(zhuǎn)機(jī)械

13、的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換為與轉(zhuǎn)速成一定比例的電壓信號(hào)。測速發(fā)電機(jī)同樣有交、直流之分。,交流異步測速發(fā)電機(jī)原理圖,一、交流異步測速發(fā)電機(jī),交流異步測速發(fā)電機(jī)有兩個(gè)繞組，在空間相差900，一個(gè)為勵(lì)磁繞組W1，與交流電源相接。另一個(gè)為輸出繞組，對外輸出電壓。 當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，W1通以交流電時(shí)，將在定子中產(chǎn)生脈動(dòng)磁埸，其磁通Φ1在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和電流，并由此而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子脈動(dòng)磁埸，由于這一磁埸的軸線與勵(lì)磁磁埸的軸線重合，所以，W2中沒有感應(yīng)電動(dòng)

14、勢產(chǎn)生。即無輸出。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，轉(zhuǎn)子切割勵(lì)磁繞組的脈動(dòng)磁埸而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，對外輸出電壓。,注意：當(dāng)u1一定時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢大小與轉(zhuǎn)速成正比，頻率與u1相同。所以稱測速發(fā)電機(jī)。,二、直流測速發(fā)電機(jī),直流測速發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與普通小型直流發(fā)電機(jī)相同，按勵(lì)磁方式分為他勵(lì)式和永磁式。 他勵(lì)式測速發(fā)電機(jī)的工作原理與普通發(fā)電機(jī)工作原理一樣。勵(lì)磁繞組接在電源上，電樞繞組作為輸出繞組。在恒定的勵(lì)磁磁埸作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電樞繞組中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)

15、電動(dòng)勢，E，根據(jù)直流電機(jī)原理可知，E=CEΦn，即感應(yīng)電動(dòng)勢與轉(zhuǎn)速成正比，從而使輸出電壓的大小反應(yīng)了轉(zhuǎn)速的高低。所以稱測速發(fā)電機(jī)。,第六節(jié) 自整角機(jī),自整角機(jī)有定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子鐵芯上嵌放一套與三相繞組相似的三個(gè)在空間互差1200的繞組，稱為整步繞組; 轉(zhuǎn)子為磁極，上面放置單相勵(lì)磁繞組，交流電源通過電刷和滑環(huán)施加于勵(lì)磁繞組。自整角機(jī)工作時(shí)必須是兩個(gè)或兩個(gè)以上同時(shí)使用，其中之一為發(fā)送機(jī)，另一個(gè)或多個(gè)則為接收機(jī)。根

16、據(jù)工作方式的不同，自整角機(jī)分為兩種。,1、力矩式自整角機(jī)工作原理,力矩式自整角機(jī)原理圖,力矩式自整角機(jī)，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的三相整步繞組按對應(yīng)端相互連接，兩機(jī)的勵(lì)磁繞組W1和W2接在同一單相交流電源上，從而在兩機(jī)中各建立一個(gè)一對磁極的脈動(dòng)磁埸，并分別在各自的三相整步繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。 當(dāng)發(fā)送機(jī)與接收機(jī)轉(zhuǎn)子位置一致時(shí)，在各自對應(yīng)的三相繞組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小相等，在繞組回路中方向相反，故繞組回路中沒有電流。

17、 當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度后，兩機(jī)中各自對應(yīng)繞組中的電動(dòng)勢不相等，將在繞組中產(chǎn)生電流。此電流與接收機(jī)的勵(lì)磁磁埸相互作用，使接收機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)接收機(jī)轉(zhuǎn)子沿發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到兩個(gè)轉(zhuǎn)子的位置一致。此時(shí)對應(yīng)繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢又重新相等、方向相反、電流為零，接收機(jī)中電磁轉(zhuǎn)矩消失，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)。如果外加力矩始終作用于發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)軸上，使其轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)，則接收機(jī)轉(zhuǎn)子也就以相同轉(zhuǎn)速不斷地旋轉(zhuǎn)，如果發(fā)送機(jī)反轉(zhuǎn)，接收機(jī)也跟著反轉(zhuǎn)?？梢?/p>

18、接收機(jī)輸出的是與發(fā)送機(jī)偏轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的隨動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而在無機(jī)械連接的轉(zhuǎn)軸之間實(shí)現(xiàn)機(jī)械轉(zhuǎn)角的同步傳遞。,2、控制式自整角機(jī)工作原理,控制式自整角機(jī)原理圖,控制式自整角機(jī)與力矩式自整角機(jī)的主要區(qū)別接收機(jī)的單相繞組并不是作為勵(lì)磁繞組接單相繞組電源，而是作為輸出繞組對外輸出電壓U0，當(dāng)發(fā)送機(jī)的單相繞組接通交流電源后，將在發(fā)送機(jī)中建立脈動(dòng)磁埸，從而在其三相整步繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，該感應(yīng)電動(dòng)勢在相互連接的兩機(jī)的整步繞組回路中產(chǎn)生電流。這一電流在接收機(jī)

19、中建立磁埸，而在其輸出繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢，對外輸出電壓。輸出繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢是一個(gè)隨兩機(jī)轉(zhuǎn)軸偏差角的關(guān)系u0=Umsinθ?？梢娊邮諜C(jī)輸出的是與發(fā)送機(jī)偏轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的電壓信號(hào)。該信號(hào)常作為自動(dòng)控制中的反饋信號(hào)。,3、自整角機(jī)的應(yīng)用,1、力矩式自整角機(jī)的應(yīng)用： 力矩式自整角機(jī)常用于精度較低的指示系統(tǒng)，如液面的高低、閥門的開啟度，電梯及礦井提升機(jī)的位置等。 在遠(yuǎn)洋船上使用的舵角指示器就由力矩式自整角機(jī)組成的同步跟蹤系統(tǒng)。,2、