直流电动机单相异步电机步进电机课件.pptx

1、第七章第七章直流电动机直流电动机单相异步电动机单相异步电动机步进电机步进电机 清华大学电机系电工学教研室清华大学电机系电工学教研室 xxx1感谢你的观看2019年6月6第七章第七章 电动机电动机 7.2 直流电动机直流电动机7.2.1 概述概述7.2.2 工作原理工作原理7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系电枢电动势及电压平衡关系7.2.4 电磁转矩电磁转矩7.2.5 机械特性机械特性7.2.6 直流电动机的调速直流电动机的调速7.2.7 直流电动机的使用和额定值直流电动机的使用和额定值7.3单相异步电动机单相异步电动机7.4步进电机步进电机2感谢你的观看2019年6月67.2.1 概述概述与

2、异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。直流电机的优点：直流电机的优点：（1）调速性能好）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。调速范围广，易于平滑调节。（2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（3）易于控制。）易于控制。应用：应用：（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。调速范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。）用蓄

3、电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具3感谢你的观看2019年6月67.2.2 工作原理工作原理 一、一、工作原理工作原理 U+NS电刷电刷换向片换向片直流电源直流电源电刷电刷换向器换向器线圈线圈II4感谢你的观看2019年6月6注意：注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆

4、时针旋转。使线圈逆时针旋转。FFU+NS电刷电刷换向片换向片II5感谢你的观看2019年6月6FFU+NS电刷电刷换向片换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。方向相反。6感谢你的观看2019年6月6直流发电机用右手定则判用右手定则判感应电动势感应电动势Ea的方向的方向U+NSEEIa电枢绕组电枢绕组电阻电阻RanKEE感应电动势感应电动势aaRIEU输出电压输出电压7感谢你的观看2019年6月6二、二、直流电机的构成直流电机的构成直流电机由定子、转子

5、和机座等部分构成。直流电机由定子、转子和机座等部分构成。机座机座磁极磁极励磁励磁绕组绕组转子转子励磁式直流电动机结构励磁式直流电动机结构8感谢你的观看2019年6月61.转子转子（又称电枢）（又称电枢）由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。2.定子定子定子的分类：定子的分类：永磁式：由永久磁铁做成。永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过直流电，形成电磁铁。通过直流电，形成电磁铁。励磁的定义：励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。产生磁通，称为励磁。9感谢你的观看20

6、19年6月6根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：直流电机又可细分为：他励电动机：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机：并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励电动机：复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。同一电源上。M他励他励UfIfIaUM并励并励UIfM串励串励UM复励

7、复励U10感谢你的观看2019年6月67.2.3 7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系电枢电动势及电压平衡关系电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用圈中产生感应电动势（用E表示）。表示）。一、一、电枢中的感应电动势电枢中的感应电动势FFU+NS电刷电刷换向片换向片IIEE11感谢你的观看2019年6月6根据右手定则知，根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，和原通入的电流方向相反，其大小为：其大小为：KE：与电机结构有关的常数：与电机结构有关

8、的常数n：电动机转速：电动机转速 ：磁通：磁通单位：单位：（韦伯），（韦伯），n（转（转/每分），每分），E（伏）（伏）FFU+NS电刷电刷换向片换向片IIEE12感谢你的观看2019年6月6二、二、电枢绕组中电压的平衡关系电枢绕组中电压的平衡关系因为因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。与通入的电流方向相反，所以叫反电势。U：外加电压：外加电压Ra:绕组电阻绕组电阻MRaIaE+U以上两公式反映的概念：以上两公式反映的概念：(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想 改变改变E，只能改变，只能改变 或或 n。(2)若忽略绕组中的电阻若忽略绕

9、组中的电阻Ra，则，则 ，可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反 比，通过改变比，通过改变 可调速。可调速。nKEUE13感谢你的观看2019年6月67.2.4 电磁转矩电磁转矩KT：与线圈的结构有关的常数：与线圈的结构有关的常数 （与线圈大小，磁极的对数等有关）（与线圈大小，磁极的对数等有关）：线圈所处位置的磁通：线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流：电枢绕组中的电流一、电磁转矩一、电磁转矩单位：单位：（韦伯），（韦伯），Ia（安培），（安培），T（牛顿（牛顿 米）米）由转矩公式可知：由转矩公式可知：(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢

10、电流。产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。(2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者 改变磁通的方向。改变磁通的方向。14感谢你的观看2019年6月6二、二、转矩平衡关系转矩平衡关系电磁转矩电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外为驱动转矩，在电机运行时，必须和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即TL：负载转矩负载转矩T0：空载转矩：空载转矩 转矩平衡过程：转矩平衡过程：当负载转矩（当负载转矩（TL）发生变化时，）发生变化时，通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁通过电机转速、电动势、电枢电流的变化

11、，电磁转矩自动调整，以实现新的平衡。转矩自动调整，以实现新的平衡。15感谢你的观看2019年6月6例：例：设外加电枢电压设外加电枢电压 U 一定，一定，T=TL+T0(平衡平衡)，这时，这时，若若TL突然增加，则调整过程为：突然增加，则调整过程为：与原平衡点相比，新的平衡点：与原平衡点相比，新的平衡点：Ia 、P入入 TL n E Ia T 最后达到新的平衡点。最后达到新的平衡点。16感谢你的观看2019年6月6 机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励和串励电机为例说明。下边以他励和串励电机为例说明。他励电动机和并励电动机的特性一样。

12、他励电动机和并励电动机的特性一样。7.2.5 机械特性机械特性一、一、他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性即：即：TKKRnETa2KUnE0其中其中，aTEaaIKTnKERIEUTKKRKUnETaE2M他励他励UfIfIaU17感谢你的观看2019年6月6n0：理想空载转速理想空载转速,即即T=0时的转速。（实际工作时的转速。（实际工作时时,由于有空载损耗，电机的由于有空载损耗，电机的T不会为不会为0 0。）。）当当 T 时时n ，但由于他励电动机的电枢电阻，但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小，很小，所以在负载变化时，所以在负载变化时，转速转速 n 的变化不大的变化不大，属硬机械，属

13、硬机械特性。特性。根据根据 n-T 公式公式画出特性曲线画出特性曲线n0nNTNTn nTKKRnETa2KUnE0其中其中，18感谢你的观看2019年6月6串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。二、二、串励电动机的机械特性串励电动机的机械特性设磁通和电流成正比，即设磁通和电流成正比，即 =K Ia ,则则据此公式做出据此公式做出 T-n 曲线曲线aaaTaTaEERIEUIKKIKTnIKKnKE2nTM串励串励UIa19感谢你的观看2019年6月6(1)(1)T=0时，在理想情况下，时，在理想情况下，n。但。但实际上负实际上负 载转

14、矩不会为载转矩不会为 0 0，不会工作在，不会工作在 T=0 的状态，的状态，但空载时但空载时 T 很小，很小，n 很高。串励不允许空载很高。串励不允许空载 运行，以防转速过高。运行，以防转速过高。串励特性：串励特性：(2)(2)随转矩的增大，随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属下降得很快，这种特性属 软机械特性。软机械特性。nT20感谢你的观看2019年6月6(2)(2)恒功率负载（恒功率负载（P 一定时，一定时，T 和和 n 成反比），成反比），要选软特性电机拖动。如：电气机车等。要选软特性电机拖动。如：电气机车等。直流电动机特性类型的选择直流电动机特性类型的选择:(1)(1)恒转矩的

15、生产机械恒转矩的生产机械(TL一定，和转速无关）一定，和转速无关）要要 选硬特性的电动机，如：选硬特性的电动机，如：金属加工、起重机金属加工、起重机 械等。械等。21感谢你的观看2019年6月67.2.6 直流电动机的调速直流电动机的调速 与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。（1 1）调速均匀平滑，可以无级调速。）调速均匀平滑，可以无级调速。（2 2）调速范围大，调速比

16、可达）调速范围大，调速比可达200 200（他励式）以上（他励式）以上 （调速比等于最大转速和最小转速之比）。（调速比等于最大转速和最小转速之比）。直流电动机调速的主要优点是：直流电动机调速的主要优点是：22感谢你的观看2019年6月6由该式可知，由该式可知，n 和和 有关，在有关，在 U 一定的情一定的情况下，改变况下，改变 可改变可改变 n。在励磁回路中串。在励磁回路中串上电阻上电阻Rf，改变，改变Rf大小调节励磁电流，从而大小调节励磁电流，从而改变改变 的大小。的大小。一、改变磁通（调磁）一、改变磁通（调磁）1.原理原理TKKRnETa2KUnE0其中其中，M他励他励UfIfIaU其中：

17、其中：=K If23感谢你的观看2019年6月6 Rf If n ，但在额定情况下，但在额定情况下，已接已接 近饱和，近饱和，If 再加大，对再加大，对 影响不大，所以这种增加影响不大，所以这种增加 磁通的办法一般不用。磁通的办法一般不用。Rf If n ，减弱磁通是常用的调速方减弱磁通是常用的调速方 法。法。If的调节有两种情况：的调节有两种情况：概念：概念：改变磁通调速的方法改变磁通调速的方法 减小磁通，减小磁通，n只能上调。只能上调。TKKRnETa2KUnE0其中其中，24感谢你的观看2019年6月62.2.特性的变化特性的变化所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。所以：磁通减小以

18、后特性上移，而且斜率增加。，因为：因为：n1021n（减小减小）0nTLRf增增加加Tn TKKRnETa2KUnE0其中其中，25感谢你的观看2019年6月6调速过程调速过程:U一定一定,则则Rf E E Ia T n Ia E 暂时暂时T TLTKKRnETa2KUnE0其中其中，最后达到新的平衡最后达到新的平衡T=TL26感谢你的观看2019年6月6（1 1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，受机械本身强度所限，受机械本身强度所限，n不能太高。不能太高。（2 2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多），）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小

19、得多），调节控制方便。调节控制方便。3.减小减小 调速的特点：调速的特点：27感谢你的观看2019年6月6二、改变电枢电压调速二、改变电枢电压调速由转速特性方程知：由转速特性方程知：调电枢电压调电枢电压U，n0变化，斜率不变，变化，斜率不变，所以调速特性是一所以调速特性是一组平行曲线。组平行曲线。1.特性曲线特性曲线nn0n0n0电电压压降降低低TTKKRnETa2KUnE0其中其中，28感谢你的观看2019年6月62.2.改变电枢电压调速的特点改变电枢电压调速的特点（1 1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超 过过UN，而，而 n U，所以调速

20、只能向下调所以调速只能向下调。（2 2）可得到平滑、无级调速。）可得到平滑、无级调速。（3 3）调速幅度较大。）调速幅度较大。MUfIfIaU变压变压整流整流220V整流整流调压调压220VUf=110V固定固定U=0110V可调可调改变电枢电压调速方案举例：改变电枢电压调速方案举例：29感谢你的观看2019年6月6例：例：已知他励电动机的已知他励电动机的 PN=2.2KW,UN=220V,IaN=12.4A Ra=0.5 ,nN=1500r/min。求：求：（1）TL=0.5TN 时时,n=?（2）=0.8 N 时时,n=?解：（解：（1）TL=0.5TN 时时aaERIUnKE143.01

21、5004.125.0220NaaEnRIUnEKNm1415002.295509550NNNnPTaTNIKT13.14.1214aNTITKTKKRKUnETaE230感谢你的观看2019年6月6min)/r(8.151666.2146.153821413.1143.05.0143.022022TKKRKUnTEaE（2）=0.8 N 时时min)/r(188984.331923148.013.1143.05.0143.08.02202n31感谢你的观看2019年6月6这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。串励电机也可用类似的方法调速。串励电机也可用

22、类似的方法调速。三、改变转子电阻调速三、改变转子电阻调速在电枢中串入电阻，在电枢中串入电阻，使使 n 、n0不变，即不变，即电机的特性曲线变陡电机的特性曲线变陡（斜率变大），在相（斜率变大），在相同力矩下，同力矩下，n nn0RaRa+RTTKKRnETa2KUnE0其中其中，32感谢你的观看2019年6月67.2.7 直流电动机的使用和额定值直流电动机的使用和额定值限制限制Iast的措施：的措施：（1）启动时在电枢回路串电阻。）启动时在电枢回路串电阻。（2）启动时降低电枢电压。）启动时降低电枢电压。一、使用一、使用1.启动启动启动时启动时,n=0 Ea=0，若加入额定电压，则，若加入额定电压

23、，则aNaNastIRUIIast太大会使换向器产生严重的火花，烧坏换太大会使换向器产生严重的火花，烧坏换向器。一般向器。一般Iast限制在限制在 (2-2.5)IaN 内。内。33感谢你的观看2019年6月6(1)若电动机原本静止，由于励磁转矩若电动机原本静止，由于励磁转矩 T=KT Ia，而而 0，电机将不能启动，因此，反电动势电机将不能启动，因此，反电动势 为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被烧毁为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被烧毁 的危险。的危险。直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁不能让它断开，

24、而且启动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：注意：注意：34感谢你的观看2019年6月6（2）如果电动机在有载运行时磁路突然断开，）如果电动机在有载运行时磁路突然断开，则则 E ，Ia ，T 和和 ，可能不满可能不满 足足TL的要求，电动机必将减速或停转，使的要求，电动机必将减速或停转，使 Ia更大，也很危险。更大，也很危险。（3）如果电机空载运行，可能造成飞车。）如果电机空载运行，可能造成飞车。E Ia T T0 n 飞车飞车35感谢你的观看2019年6月6措施：措施：他励直流电动机一定要有他励直流电动机一定要有失磁保护失磁保护。一

25、般在励磁绕组加失压继电器或欠一般在励磁绕组加失压继电器或欠流继电器。当失压或欠流时，自动流继电器。当失压或欠流时，自动切断电枢电源切断电枢电源U U。M他励他励UfIfIaU36感谢你的观看2019年6月62.2.反转反转电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。（1 1）改变励磁电流的方向。）改变励磁电流的方向。（2 2）或改变电枢电流的方向。）或改变电枢电流的方向。改变直流电机转向的方法：改变直流电机转向的方法：37感谢你的观看2019年6月6（1 1）反接制动）反接制动3.3.制动制动制动的所采用的方法：制动的所采用的方法：反接制动、能耗制动、发电回馈制

26、动反接制动、能耗制动、发电回馈制动MUUfIf+R运行运行制动制动电阻电阻 R 的作用的作用是限制电源反是限制电源反接制动时电枢接制动时电枢的电流过大。的电流过大。38感谢你的观看2019年6月6（2 2）能耗制动）能耗制动 电枢断电后立即接入一个电阻。电枢断电后立即接入一个电阻。MUUfIf+R运行运行制动制动K停车时，电枢从停车时，电枢从电源断开电源断开,接到电接到电阻上，这时：由阻上，这时：由于惯性电枢仍保于惯性电枢仍保持原方向运动，持原方向运动，感应电动势方向感应电动势方向也不变，电动机也不变，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从

27、而电磁转矩与转向相反，起制动作用。同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。39感谢你的观看2019年6月6特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时，特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时，在重力的作用下在重力的作用下 n n0（n0理想空载转速），这理想空载转速），这时电动机变成发电机，电磁转矩成为阻转矩，从时电动机变成发电机，电磁转矩成为阻转矩，从而限制电机转速过分升高。而限制电机转速过分升高。(3)(3)发电回馈制动发电回馈制动40感谢你的观看2019年6月6直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小各两个

28、，可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别。区别。4.4.连接连接（1）绕组的阻值范围）绕组的阻值范围 电枢绕组电枢绕组的阻值在的阻值在零点几欧姆到零点几欧姆到12欧姆欧姆。他励他励/并励电机的励磁绕组并励电机的励磁绕组的阻值有的阻值有几百欧姆几百欧姆。串励电机的励磁绕组串励电机的励磁绕组的阻值的阻值与电枢绕组的相当与电枢绕组的相当。自学自学41感谢你的观看2019年6月6（2）绕组的符号）绕组的符号S1T1B1C1H1BC1Q1S2T2B2C2H2BC2Q2电枢绕组电枢绕组他励绕组他励绕组并励绕组并励绕组串励绕组串励绕组换向极绕组换向极绕组补偿绕组补偿绕组启动绕组启动绕组始端始端绕组名称绕组名称

29、末端末端42感谢你的观看2019年6月6二、额定值二、额定值1.额定功率额定功率PN:电机轴上输出的机械功率。电机轴上输出的机械功率。2.额定电压额定电压UN：额定工作情况下的电枢上加的额定工作情况下的电枢上加的直流电压。（例：直流电压。（例：110V，220V，440V）3.额定电流额定电流IN：额定电压下，轴上输出额定功率额定电压下，轴上输出额定功率时的电流（并励应包括励磁电流和电枢电流）时的电流（并励应包括励磁电流和电枢电流）三者关系：三者关系：PN=UNIN （：效率）：效率）43感谢你的观看2019年6月6注意：注意：调速时对于没有调速要求的电机，最大转速调速时对于没有调速要求的电机

30、，最大转速 不能超过不能超过 1.2nN。4.4.额定转速额定转速nN：在在PN，UN，IN 时的转速。直流电时的转速。直流电 机的转速等级一般在机的转速等级一般在 500500r/min 以上。特殊的直以上。特殊的直流电机转速可以做到很低（如：每分钟几转）流电机转速可以做到很低（如：每分钟几转）或很高（每分钟或很高（每分钟30003000转以上）。转以上）。44感谢你的观看2019年6月67.3 单相异步电动机单相异步电动机一、一、单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理结构：结构：定子放单相绕组（其中通定子放单相绕组（其中通220V单相交流电）单相交流电）转子一般用鼠笼式。转子一般

31、用鼠笼式。定子定子转子转子定子定子绕组绕组45感谢你的观看2019年6月61it220V1i NS 当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。，所以没有起动转矩。在电流正半周在电流正半周在电流负半周在电流负半周？46感谢你的观看2019年6月6转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方 向继续转动。向继续转动。其原理分析如下：其原理分析如下：定子绕组产生的脉动磁场（定子绕组产生的脉

32、动磁场（），可用），可用正、反两个正、反两个旋转磁场合成而等效。即：旋转磁场合成而等效。即：-+-t m=+-=m/247感谢你的观看2019年6月6脉动磁场的分解脉动磁场的分解 -+-48感谢你的观看2019年6月602s121ss正反向旋转磁场的合成转矩特性正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩合成转矩s起动转矩起动转矩为零。为零。01s22s21s（正向）（正向）（反向）（反向）正正转转转转反反49感谢你的观看2019年6月6电容分相式起动电容分相式起动二、单相异步电动机的起动二、单相异步电动机的起动KDU1I2ICWSTW:主绕组（工作绕组）主绕组（工作绕组）ST：启动绕组：启动绕组K：

33、离心开关：离心开关AXAXWSTAXAX50感谢你的观看2019年6月6KDU1I2ICWSTU1I2I12接近接近90电容分相式单相异步电容分相式单相异步 电动机起动原理电动机起动原理1it2i51感谢你的观看2019年6月61it2iKDU1I2ICWSTAXAX WSTAXAXt=t0 NS52感谢你的观看2019年6月61it2it=t0WSTAXAX NSWSTAXAXNSt=t1 磁场逆时针磁场逆时针方向旋转方向旋转t=t0t=t153感谢你的观看2019年6月6启动时开关启动时开关K闭合，使两绕组电流相位差约闭合，使两绕组电流相位差约为为90，从而产生旋转磁场，电机转起来；，从而

34、产生旋转磁场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断，而电机仍按原方向继续转动。切断，而电机仍按原方向继续转动。工作原理工作原理KDU1I2ICWSTAXAX54感谢你的观看2019年6月6罩极式单相电机罩极式单相电机定子定子磁极磁极转子转子短路短路环环 定子通入电流以后，部分磁定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋磁通有了

35、相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。转磁场，使转子转起来。图中电机的转动方向：顺时针图中电机的转动方向：顺时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。磁通领先。55感谢你的观看2019年6月6 单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。三、单相电机的使用三、单相电机的使用 三相异步电动机

36、的单相运行三相异步电动机的单相运行 三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过

37、热，时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障。必须赶快排除故障。56感谢你的观看2019年6月6第7章 控制电机 概述概述7.4 步进电动机步进电动机 7.4.1 结构结构 7.4.2 工作方式工作方式 7.4.3 小步距角的步进电动机小步距角的步进电动机7.5 伺服电动机 7.5.1 交流伺服电动机交流伺服电动机 7.5.2 直流伺服电动机直流伺服电动机57感谢你的观看2019年6月6 前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是作为前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是作为动力使用的，其主要任务是能量转换，例如将电能动力使用的，其主要任务是能量转换，例如将电能转换为机械能。本

38、章介绍控制电机。转换为机械能。本章介绍控制电机。概述概述如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速；如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速；步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。控制电机的主要功能是转换和传递信号。控制电机的主要功能是转换和传递信号。控制电机的种类很多，本章主要介绍控制电机的种类很多，本章主要介绍步进机、伺服机。步进机、伺服机。对控制电机的主要要求：对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。58感谢你的观看2019年6月67.4 步进电动机步进电动机机理机理：步进电

39、机是利用电磁铁原理，将脉冲信号步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号 转换成线位移或角位移的电机。每来一个转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。动一小段距离。特点特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)改变脉冲顺序，改变方向。改变脉冲顺序，改变方向。59感谢你的观看2019年6月6种类种类：有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电

40、机的转子进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。上没有励磁线圈。应用：应用：步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动 绘图仪等设备中都得到应用。绘图仪等设备中都得到应用。下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。工作原理。60感谢你的观看2019年6月67.4.1 结构结构 步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。定子定子转子转子定子绕组定子绕组6

41、1感谢你的观看2019年6月6 定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。组成一相。注意：注意：这里的相和三相交流电中的这里的相和三相交流电中的“相相”的概念的概念不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数的区别。的联接和组数的区别。ABC定子定子转子转子IAIBIC62感谢你的观看2019年6月67.4.2 工作方式工作方式 步进电机的工作方式可分为：步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。双六拍、三相双三拍等。一、三相单三拍一、三相单三拍

42、（1 1）三相绕组联接方式：）三相绕组联接方式：Y 型型（2 2）三相绕组中的通电顺序为：）三相绕组中的通电顺序为：A 相相 B 相相 C 相相通电顺序也可以为：通电顺序也可以为：A 相相 C 相相 B 相相 63感谢你的观看2019年6月6（3）工作过程）工作过程化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。A 相通电，相通电，A 方向的磁方向的磁通经转子形成闭合回路。通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁原有一定角度，则在磁场的作

43、用下，转子被磁场的作用下，转子被磁A A 相通电使转子相通电使转子1 1、3 3齿和齿和 AA 对齐。对齐。CABBCA341264感谢你的观看2019年6月6CABBCA3412同理，同理，B相通电，转子相通电，转子2、4齿和齿和B相轴线对齐，相轴线对齐，相对相对A相通电位置转相通电位置转30；C相通电再转相通电再转30。1C342CABBA65感谢你的观看2019年6月6 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。单三拍。三相单三拍的特点：三相单三拍

44、的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为。此角称为步距角，用步距角，用 S表示。表示。（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。改变通电顺序即可改变转向。66感谢你的观看2019年6月6二、三相单双六拍二、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为：AABBBCCCAA 共六拍。共六拍。工作过程：工作过程：A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿和齿和A相对齐。相对齐。CABBCA341267感谢你的观看2019年6月6所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对所以转子转到

45、两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，转子转了通电，转子转了15。（1）BB 磁场对磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。转子顺时针方向转动。A、B相同时通电相同时通电（2）AA 磁场继续对磁场继续对1、3齿有拉力。齿有拉力。CABBCA341268感谢你的观看2019年6月6总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为为三相六拍，步距角为15。CABBCA3412B相通电，相通电，转子转子2、4齿和齿和B相对齐，又转了相对齐，又转了15。69感谢你的观看2019年6月6三、三相双三拍三、三相双

46、三拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为：AB BC CA AB 共三拍。共三拍。AB通电通电CABBCA3412CABBCA3412BC通电通电70感谢你的观看2019年6月6以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。工作方式为三相双三工作方式为三相双三拍时，每通入一个电拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转脉冲，转子也是转30，即，即 S=30。CA通电通电CABBCA341271感谢你的观看2019年6月67.4.3 小步距角的步进电动机小步距角的步进电动机 实际采用的步进电机的步

47、距角多为实际采用的步进电机的步距角多为3度和度和1.5度，步距角越小，机加工的精度越高。度，步距角越小，机加工的精度越高。为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子图中转子40个齿，定子仍是个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁个磁极，但每个磁极上也有五个齿。极上也有五个齿。72感谢你的观看2019年6月6转子的齿距转子的齿距等于等于360/40=9 ，齿宽、齿槽各，齿宽、齿槽各4.5 。为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，齿宽和齿槽和转子相同。齿宽和齿槽和转子相同。73感谢你的观看2019年6月6工作原理：工作

48、原理：假设是单三拍通电工作方式。假设是单三拍通电工作方式。（1）A 相通电时，定子相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对相的五个小齿和转子对齐。此时，齐。此时，B 相和相和 A 相空间差相空间差120120，含，含 120120/9/9 =齿齿 A 相和相和 C 相差相差240240，含，含240240/9 9 =个个齿。所以，齿。所以，A 相的转子、定子的五个小齿对相的转子、定子的五个小齿对齐时，齐时，B 相、相、C 相不能对齐，相不能对齐，B相的转子、相的转子、定子相差定子相差 1/3 1/3 个齿（个齿（3 3），），C相的转子、定相的转子、定子相差子相差2/32/3个齿（个齿（6 6）

49、。）。3113322674感谢你的观看2019年6月6若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，转子只转转子只转 1.5 。异步机的转动方向仍由相序决定。异步机的转动方向仍由相序决定。同理，同理，C 相通电再转相通电再转3 （2）A 相断电、相断电、B 相通电后，转子只需转过相通电后，转子只需转过1/3个个 齿（齿（3），使），使 B 相转子、定子对齐。相转子、定子对齐。75感谢你的观看2019年6月6f：电脉冲的频率电脉冲的频率 转速转速 步进机通过一个电脉冲步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度转子转过的角度,称为称为步距角。步距角。m:一个周期的运

50、行拍数一个周期的运行拍数Zr：转子齿数：转子齿数如：如：Zr=40,m=3 时时3340360S步距角步距角76感谢你的观看2019年6月67.5 伺服电动机伺服电动机 交流伺服电动机和直流伺服电动机。交流伺服电动机和直流伺服电动机。伺服电动机分类伺服电动机分类：伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化变化。伺服电动机的作用伺服电动机的作用77感谢你的观看2019年6月67.5.1 交