1、第六章第六章其他用途的电动机其他用途的电动机 在拖动系统中，除了使用前面介绍的三相异步电动机和直流电动机外，还有使用其他各种用途的电动机。本章主要介绍一些常用的或新颖的其他用途的电动机，如单相异步电动机、同步电动机、直线电动机等，以适应生产和日常生活中的各种需要。下面将逐一简要介绍它们的结构、工作原理及特点等。第一节第一节 单相异步电动机单相异步电动机 单相异步电动机是由单相电源供电的。由于单相异步电动机具有电源方便、结构简单、运转可靠等优点，因此被广泛应用在家用电器、医疗器械、自动控制系统和小型电气设备中。单相异步电动机的结构与三相笼型异步电动机结构相似，但转子只采用笼型，定子只安装单相绕组
2、或两相绕组。与同容量的三相异步电动机相比，单相异步电动机的体积较大，运行性能较差，所以单相异步电动机只制成小容量的。下面对单相异步电动机的工作原理、运转情况等作一介绍。一、一、单相单绕组异步电动机的工作原理单相单绕组异步电动机的工作原理1.单相绕组的脉振磁场及脉振磁场的分解 单相异步电动机定子上的主绕组是一个单相绕组。当主绕组外加一个单相正弦交流电源后，就有单相正弦交流电流通过主绕组，在气隙中就会产生一个脉振磁场(或称脉动磁场)。为了便于分析问题，利用已经学过的三相异步电动机的知识来研究单相异步电动机，因此首先将脉振磁通势分解为旋转磁通势。通过图6-1分析可知，一个脉振磁通势可以分解为两个大小
3、相等(大小为脉振磁通势幅值的一半，F+=F-=F/2)、旋转速度相等、旋转方向相反的正、反向旋转磁通势；反之，同样也成立。其中与电动机转动方向相同的磁通势称为正向旋转磁通势，而与电动机转动方向相反的磁通势称为反向旋转磁通势，由正、反向磁通势对应产生的磁场分别称为正向旋转磁场和反向旋转磁场。相反，幅值相等的一正一反两个旋转磁场同样也能合成一个脉振磁场。2.单相异步电动机的机械特性 由于脉振磁场可以分解为两个正、反向的旋转磁场，因此可以认为单相异步电动机的电磁转矩，是由这两个正、反向旋转磁场分别产生的电磁转矩所合成。如果用某种方法使电动机旋转起来，则正向旋转磁场F+在转子上产生正向电磁转矩T+，它
4、的变化情况与三相异步电动机的相同，如图6-2中的曲线1所示，T+=f(s+)，此时转差率为 同样，反向旋转磁场F-在转子上也会产生反向电磁转矩T-，如图6-2中的曲线2所示，T-=f(s-)，对应的转差率为 由于正、反向电磁转矩同时存在，因此单相异步电动机的电磁转矩应为二者的合成转矩，即图6-2单相异步电动机的机械特性曲线T=T+T-，故此可得到单相异步电动机的机械特性T=f(s)，如图6-2中的曲线3所示。当T+为拖动转矩时，T-就为制动转矩。从曲线上可以得到如下结论：1)当转子不动时，n=0,s+=s-=1,这时T+=T-，故Tst=T+T-=0，表明单相异步电动机无起动转矩，如不采取其他
5、措施，则不能自行起动。图6-2单相异步电动机的机械特性曲线T=T+T-，故此可得到单相异步电动机的机械特性T=f(s)，如图6-2中的曲线3所示。当T+为拖动转矩时，T-就为制动转矩。从曲线上可以得到如下结论：1)当转子不动时，n=0,s+=s-=1,这时T+=T-，故Tst=T+T-=0，表明单相异步电动机无起动转矩，如不采取其他措施，则不能自行起动。2)如果外力作用使电动机转动起来，这时s1，T0。若合成转矩大于负载转矩，则电动机将加速并在达到某一转速时稳定运转，而旋转的方向由电动机起动时的方向，即外力方向来确定。电动机旋转后，气隙中的磁场变为椭圆形旋转磁场。3)由于存在反向电磁转矩T-，
6、它起制动作用，使得电动机的总输出转矩减小，所以，单相异步电动机的过载能力、效率、功率因数等均低于同容量的三相异步电动机。二、二、单相异步电动机的类型及起动方法单相异步电动机的类型及起动方法 单相单绕组异步电动机不能自行起动，要使单相异步电动机像三相异步电动机那样能够自行起动，就必须在起动时建立一个旋转磁场。常用的方法是采取分相式或罩极式。1.单相分相式异步电动机 单相分相式异步电动机是在电动机定子上安放两相绕组，如果U1U2绕组和V1V2绕组的参数相同，而且在空间相位上相差90电角度，则为两相对称绕组。如果两相对称绕组中通入大小相等、相位相差90电角度的两相对称电流，则可以证明(用类似于三相异
7、步电动机的作图法)两相合成磁场为圆形旋转磁场，其转速为n1=(60f)/p，与三相对称交流电流通入三相对称绕组产生的旋转磁场性质相同。同样可以分析得出：当两相绕组不对称或两相电流不对称而引起两相的磁通势幅值不等或相位移不是90时，则气隙中将产生一个幅值变动的旋转磁通势，其合成磁通势矢量端点的轨迹为一个椭圆，即为椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以分解为两个大小不等的正向和反向圆形旋转磁场，如图6-3所示。正、反向旋转磁场产生的电磁转矩分别对转子起拖动、制动作用。(1)单相电阻起动电动机这种电动机的定子上嵌放两相绕组，一个为主绕组U1U2(或称工作绕组)，另一个为辅助绕组V1V2(或称起动绕组
8、)。如图6-4a所示，两个绕组接在同一个单相电源上，辅助绕组串联一个离心开关S。制造时，一般主绕组用的导线较粗而电阻小，辅助绕组用的导线较细而电阻大，或者串电阻以增大辅助绕组支路的电阻值。辅助绕组一般按短时运转状态设计。起动时由于主绕组和辅助绕组两个支路的阻抗不同，使得流过两个绕组的电流相位不同，一般辅助绕组中的电流超前于主绕组中的电流，形成了一个两相电流系统，如图6-4b所示，这样电动机起动时就产生了椭圆形旋转磁场，从而产生了起动转矩。电动机起动后，当转速达到一定数值时，离心开关(即图6-4a中的S)断开，将辅助绕组从电源上切除，剩下主绕组进入稳定运行。另外，还常采用检测电流的方法来切除辅助
9、绕组。在主绕组中串联一个电流继电器线圈，而常开触点串在辅助绕组中。起动时的大电流通过线圈使其触头动作，将辅助绕组接入电源，起动后主绕组电流下降，当转速升到某一数值，主绕组中电流下降到某一数值后，电流继电器触头复位，将辅助绕组自动断开，剩下主绕组进入稳定运行。例如，家用电冰箱中压缩机的电动机采用的重力式起动器等。由于电阻分相起动时两相电流的相位移较小，小于90，所以起动时气隙中建立的是椭圆形旋转磁场，因此单相电阻起动电动机的起动转矩较小。(2)单相电容起动电动机为了增加起动转矩，可以在辅助绕组支路中串联一个电容器，如图6-5a所示。如果电容器的容量选择适当，则可以在起动时使辅助绕组通过的电流IV
10、在时间相位上超前主绕组通过的电流IU90，如图6-5b所示，这样在起动时就可以得到一个较接近圆形的旋转磁场，从而有较大的起动转矩。同样，当电动机转速达到(75%80%)同步转速时，离心开关S将辅助绕组从电源上自动断开，靠主绕组单独进入稳定的运行状态。(3)单相电容运转电动机如果将电容起动电动机的辅助绕组和电容器都设计成能长期工作制，而辅助绕组支路不串接离心开关，则这种电动机就称为单相电容运转电动机(或称单相电容电动机)，如图6-6所示。这时电动机实质上是一台两相电动机，因此运行时定子绕组产生的气隙磁场较接近圆形旋转磁场，所以电动机运行性能有较大的改善，其功率因数、效率、过载能力等都比普通的单相
11、电动机高，运行也比较平稳。例如300mm以上电风扇的电动机、空调器压缩机的电动机等均采用这种单相电容运转电动机。单相电容运转电动机的电容器电容量的大小，对电动机的起动性能和运行性能影响较大。如果电容量取大些，则起动转矩也大，而运行性能下降；如果电容量取小些，则起动转矩也小，但运行性能较好。所以综合考虑，为了保证有较好的运行性能，单相电容运转电动机的电容器的电容量比同容量的单相电容起动电动机的电容器的电容量要小，但起动性能不如单相电容起动电动机。(4)单相双值电容电动机(单相电容起动及运转电动机)如果单相异步电动机，既要有大的起动转矩，又要有好的运行性能，则可以采用两个电容器并联后再与辅助绕组串
12、联，称这种电动机为单相电容起动及运转电动机(或称单相双值电容电动机)，如图6-7所示，其中电容器C1的容量较大，C2为运行电容器，容量较小，C1和C2共同作为起动时的电容器；S为离心开关。起动时，C1和C2两个电容器并联，总电容量大，所以电动机有较大的起动转矩，起动后，当电动机转速达到(75%80%)同步转速时，通过离心开关S将电容器C1切除，这时只有电容量较小的C2参加运行，因此电动机又有较好的运行性能。这种电动机常用在家用电器、泵、小型机械等场合。对于单相分相式电动机，如果要改变电动机的旋转方向，可以对调主绕组或辅助绕组的两个接线端。通过分析不难得出，此时产生的旋转磁场的旋转方向改变，所以
13、电动机的转向也跟着改变，也就是反转了。2.单相罩极式异步电动机 单相罩极式异步电动机按照磁极形式的不同，分为凸极式和隐极式两种，其中凸极式结构最为常见。下面以凸极式为例介绍单相罩极式异步电动机，如图6-8所示。这种电动机的定、转子铁心用0.5mm的硅钢片叠压而成，定子凸极铁心上安装单相集中绕组，即主绕组。在每个磁极极靴的1/31/4处开有一个小槽，槽中嵌入短路铜环将小部分极靴罩住。转子均采用笼型转子结构。当罩极式电动机的定子单相绕组中通以单相交流电流时，将产生一个脉振磁场，其磁通的一部分通过磁极的未罩部分，另一部分磁通穿过短路环通过磁极的被罩部分。由于短路环的作用，当穿过短路环中的磁通发生变化
14、时，短路环中必然产生感应电动势和电流，根据楞次定律，该电流的作用总是阻碍磁通的变化，这就使穿过短路环部分的磁通滞后于通过磁极未罩部分的磁通，造成磁场的中心线发生移动，于是在电动机内部就产生了一个移动的磁场，将其看成是椭圆度很大的旋转磁场，因此电动机就产生一定的起动转矩而旋转起来。因为磁场的中心线总是从磁极的未罩部分转向磁极的被罩部分，所以罩极式电动机转子的转向总是从磁极的未罩部分转向磁极的被罩部分，即转向不能改变。单相罩极式异步电动机的主要优点是结构简单、制造方便、成本低、维护方便等，但是起动性能和运行性能较差，一般起动转矩只有Tst=(0.30.4)TN，所以主要用于小功率电动机的空载起动场
15、合，如250mm以下的台式电风扇等。第二节第二节 三相同步电动机三相同步电动机 同步电机就是转子的转速始终与定子旋转磁场的转速相同的一类交流电机。按功率转换方式，同步电机可分为同步发电机、同步电动机和同步调相机三类。同步发电机将机械能转换成电能，是现代发电厂(站)的主要设备；同步电动机将电能转换为机械能；同步调相机实际上就是一台空载运转的同步电动机，专门用来调节电网的无功功率，改善电网的功率因数。按结构形式，同步电机可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种，旋转电枢式只在小容量同步电机中应用，而旋转磁极式按磁极形状又分为隐极式和凸极式两种。由于n=n1=60f1/p，当电源频率不变时，同步电动机的转速
16、恒为常值而与负载的大小无关，因此对于容量较大、转速要求恒定的设备，通常采用同步电动机拖动，同时又可改善电网的功率因数。例如自来水厂拖动水泵的电动机、工矿企业用的空气压缩机、大型鼓风机等多采用同步电动机拖动。图6-9是三相旋转磁极式同步电机(同步发电机、同步电动机、同步调相机)的结构示意图。三相旋转磁极式同步电机的定子(或称电枢)与三相异步电动机的定子结构相同。定子铁心由厚0.5mm的硅钢片叠成，在内圆槽内嵌放三相对称绕组。对隐极式转子，转子做成圆柱形，转子上没有明显凸出的磁极，气隙是均匀的，励磁绕组为分布绕组，转子铁心上有大小齿分开，如图6-9a所示，一般用于两极或四极的电机。而凸极式转子有明
17、显凸出的磁极，气隙不均匀，极靴下的气隙较小，极间部分的气隙较大，励磁绕组为集中绕组，如图6-9b所示。一般用于四极及以上的电机。一、一、三相同步电动机的基本工作原理三相同步电动机的基本工作原理 当三相交流电源加在三相同步电动机的定子绕组时，便有三相对称电流流过定子的三相对称绕组，并产生旋转速度为n1的旋转磁场。如果我们以某种方法使转子起动，并使其转速接近于同步转速n1，这时在转子励磁绕组中通以直流电流，产生极性和大小都不变的磁场，其磁极数与定子的相同。当转子的S极与旋转磁场的N极对应，转子的N极与旋转磁场的S极对应时，根据磁极异性相吸、同性相斥的原理，定转子磁场(极)间就会产生电磁转矩(也称之
18、同步转矩)，促使转子的磁极跟随旋转磁场一起同步转动，即n=n1，故称之同步电动机，如图6-10所示。图6-10a是理想空载情况，T0。由于电动机空载运转时总存在阻力，因此转子磁极的轴线总要滞后旋转磁场轴线一个很小的角度，以增大电磁转矩平衡T0，如图6-10b所示；负载时，角随之增大，电动机的电磁转矩也随之增大，使电动机转速仍保持同步状态，如图6-10c所示。显然，当负载转矩超过电动机所产生的最大同步转矩时，旋转磁场就无法拖动转子一起旋转，犹如橡皮筋拉断一样，这种现象称为“失步”，电动机不能正常工作。三相同步电动机的转向取决于三相电源的相序，与转子直流励磁电流的极性无关。定子绕组通电产生的旋转磁
19、场的转向，即为电动机的转向。因此改变同步电动机的转向与改变三相异步电动机的转向的方法相同，即三相电源进线中的任意两相对调即可。二、二、三相同步电动机的功率因数调节三相同步电动机的功率因数调节 除转速恒定外，三相同步电动机还有一个功率因数可调的重要特性。这是指在输出功率一定的情况下，当调节转子直流励磁电流If的大小时，会使转子磁场大小改变。为保持同步电动机正常运行时定、转子合成磁场大小基本不变，则定子磁场必定要发生变化，因而会引起定子交流电流的大小和相位发生变化，而相位变化就使得同步电动机的功率因数得以调节。当输出功率一定时，电网供给同步电动机的有功电流Icos是一定的，调节励磁电流If只能引起
20、定子电流I无功分量的变化，为保持有功电流不变，定子电流I的大小和相位一要发生变化。当If为某一值时，使定子电流的无功分量为零，即cos=1，此时定子电流I最小，为纯阻性，称此时的If为正常励磁电流。以正常励磁电流为基准，减小励磁电流，称为欠励状态，此时定子电流增大，因除了不变的有功分量外，需从电网吸收滞后的无功电流，产生的增量磁通用来弥补因励磁电流减小而减少的磁通，这时同步电动机和异步电动机一样，相当于一个感性负载，功率因数是滞后的；励磁电流超过正常励磁电流，称为过励状态，此时定子电流也增大，因除了不变的有功分量外，需从电网吸收超前的无功电流，图6-11同步电动机的V形曲线对因励磁电流增大而增
21、加的磁通起去磁作用，这时同步电动机相当于一个容性负载，功率因数是超前的。据此我们可以作出当同步电动机的励磁电流If改变时，定子电流I变化的曲线。由于此曲线形似V形，故称为同步电动机的V形曲线，如图6-11所示。由图可见，在cos=1处，定子电流最小；欠励时，功率因数是滞后的；过励时，功率因数是超前的。改变励磁电流可以调节同步电动机的功率因数，这是同步电动机很可贵的特性。由于电网上的负载多为异步电动机等感性负载，因此如果将运行在电网上的同步电动机工作在过励状态下，则除拖动生产机械外，还可用它吸收超前的无功电流去弥补异步电动机吸收的滞后无功电流，从而可以提高工厂或系统的总功率因数。所以为了改善电网
22、的功率因数，现代同步电动机的额定功率因数一般均设计为10.8(超前)。如果接在电网上空载运行，专门用来调节电网的功率因数，这样的同步电动机称为同步调相机，或称同步补偿机。三、三、三相同步电动机的起动三相同步电动机的起动 同步电动机的定子绕组接到电网时，定子旋转磁场与转子磁场的电磁吸引力所产生的转矩在一个周期内要改变两次方向，故不能产生平均的同步电磁转矩，转子不能自行起动，如图6-12所示。现代的大多数同步电动机都采用异步起动法来起动，就是利用装在转子磁极极靴上的笼型绕组所产生的异步转矩来起动。异步起动时，为了避免励磁绕组在开路情况下被感应的高压击穿绝缘，必须将励磁绕组短接起来，但短接的励磁绕组
23、中会流过较大的感应电流。所以，起动时励磁绕组回路中应串联一个起动电阻，电阻值约为励磁绕组电阻的510倍，以限制感应电流，当同步电动机转速达到95%的同步转速时，切除起动电阻而通入适当的励磁电流，从而产生同步转矩将转子牵入同步运行。第三节第三节 其他电动机其他电动机一、一、直线电动机直线电动机 直线电动机是近年来发展很快的一种新型电动机，它可将电能转换成直线运动的机械能。对于作直线运动的生产机械，使用直线电动机可以省去一套将旋转运动转换成直线运动的中间转换机构，可提高精度和简化机构。直线电动机有很多种形式，但其工作原理与旋转电机的基本相同，这里介绍两种典型的直线电动机，以便对这类电动机有所了解。
24、1.直线异步电动机(1)工作原理直线异步电动机的工作原理与笼型异步电动机的相同，只是结构形式上有所差别。由普通旋转异步电动机演变成直线异步电动机的过程，相当于将旋转异步电动机的定、转子切开展平。直线异步电动机的定子一般称作初级，而转子称作次级。当在直线异步电动机初级的三相绕组中通入三相对称电流后，三相合成磁通势将产生气隙磁场，此时气隙磁场不是旋转磁场，而是按U、V、W相序沿直线移动的磁场，称为滑行磁场。滑行磁场在次级绕组中产生感应电动势和电流，电流与滑行磁场相互作用产生电磁力，促使次级跟随滑行磁场作直线运动。(2)结构直线异步电动机的结构型式有平板型、管型和圆盘型三种。以平板型直线异步电动机为
25、例，其单边型和双边型原理结构分别如图6-13和图6-14所示，其初级铁心也由硅钢片叠成，铁心槽中嵌放三相、两相或单相绕组，单相直线异步电动机可采用电容分相式或罩极式起动；而次级通常用整块钢板或铜板制成，或者直接利用角钢、工字钢等来做成次级。对采用双边型的，其次级则放在两个初级的中间，这样有利于消除对次级的电磁拉力。为了使直线异步电动机的固定部件和移动部件在所需行程范围内始终耦合，不致于使移动部件停止移动，必须使固定部件和移动部件的长度不相等。一般长次级、短初级的成本较低，因此初级嵌放绕组。直线异步电动机的应用很广，在交通运输和传送装置中得到了广泛的应用。如磁悬浮高速列车，就是将初级绕组和铁心装
26、在列车上，利用铁轨充当次级；另外还可用在各种阀门、生产自动线的机械手、传送带上等。2.直线直流电动机 随着高性能永磁材料的出现，各种永磁直流电动机相继出现。直线直流电动机的结构形式有框架式和音圈式两大类。(1)框架式直线直流电动机这种电动机多用在自动记录仪表中，它有两种结构型式，如图6-15所示，其工作原理都是利用通电线圈与永久磁场之间产生的推力工作的。图6-15a采用的是强磁铁结构，磁铁产生的磁通通过很小的气隙与可动线圈交链。当可动线圈中通入直流电流时便产生电磁力，促使可动线圈直线移动；当改变可动线圈中电流的大小和方向时，可改变可动线圈的移动速度和方向。这种结构的缺点是要求永久磁铁的长度要大
27、于可动线圈的行程，如果记录仪表的行程范围较大，则磁铁就需要较长，很不经济，而且仪器也必然很笨重。图6-15b采用在软铁架端放置极性相同的两块永久磁铁。当改变可动线圈中电流的大小和方向时，即可改变可动线圈运动的速度和方向，促使可动线圈在滑道作直线运动。这种结构的直线直流电动机体积很小、成本低、效率高。为了减小直线直流电动机的静摩擦力，在精密仪器中常采用球形轴承、磁悬浮或气垫等支撑形式。(2)音圈式直线电流电动机图6-16是音圈式直线直流电动机的原理图。环形磁铁的磁通经过极靴、铁心和磁轭形成回路。当可动线圈里通过直流电流时，便在可动线圈上产生电磁力促使线圈移动。在图中所示的电流方向下，根据左手定则
28、，可确定线圈上作用着一个向左方向的力，使线圈向左移动。改变可动线圈电流的大小和方向，则可改变可动线圈的推力和移动方向。音圈式直线直流电动机主要用在磁盘存储器中，用它控制磁头不仅可以代替原来的步进电动机及齿条机构，使结构简化，惯量减小，而且易于实现闭环控制。由于它提高了运行速度和位置控制的精度，从而使整个磁盘存储器的容量增加和工作速度提高。二、二、单相串励电动机单相串励电动机 单相串励电动机的工作原理与直流串励电动机的相似。单相串励电动机接在一个单相交流电源上，当交流电流处于正半波时，由主磁通和电枢电流相互作用产生的电磁转矩，使转子逆时针方向旋转，如图6-17a所示；当交流电流处于负半波时，由于
29、是串励，励磁电流和电枢电流同时改变方向，因此主磁通和电枢电流的方向同时改变，由此产生的电磁转矩的方向不变，促使转子仍沿着逆时针方向旋转，如图6-17b所示。因此单相串励电动机接在单相交流电上，转子转向是恒定的，如图6-17c所示。由此也可看出，单相串励电动机属于交、直流两用的电动机，它用于交流电源上所产生的电磁转矩的平均值与用于直流电源上时所产生的电磁转矩相同。由于单相串励电动机使用交流电源，为了减小铁心损耗，整个磁路的铁心均采用硅钢片叠成。另外，为了改善功率因数，应尽量减少励磁绕组匝数以减小电抗，但为了保持有一定的主磁通，则应尽量减小气隙以减小磁路磁阻。单相串励电动机的机械特性与直流串励电动
30、机一样为软特性，即有较大的起动转矩和转速随负载增加而迅速下降的特性。这种电动机有较高的转速，而且不受电源频率限制。轻载时，转速可达20000r/min，因此应避免长时间空载或轻载运行；负载时的转速往往也达几千转每分到一万多转每分。一般单相串励电动机均制成两极电动机，功率在几十瓦到一千多瓦之间。目前单相串励电动机多用于电动工具(如手电钻、电动扳手等)、家用食品搅拌器、真空吸尘器等。由于有换向器和电刷，使单相串励电动机的结构复杂、运行可靠性较差，运行时的电火花还会产生无线电干扰。三、无刷直流电动机三、无刷直流电动机 无刷直流电动机是电子技术和传统电机技术相结合的机电一体化的新型电机，它的发展是和图
31、6-18永磁无刷直流电动机系统的组成框图电力电子器件(包括双极型晶体管、MOSFET功率开关、绝缘栅双极晶体管IGBT等)、数字集成电路、磁敏半导体器件以及新型永磁材料的迅速发展分不开的。无刷直流电动机具有有刷直流电动机效率高、起动性能高、起动性能和调速性能好的优点，采用电子换向取消了有刷直流电动机的电刷和换向器的滑动接触，因此具有寿命长、可靠性高、噪声低、无电气接触火花(防爆性好)和无线电信号干扰小、可工作在真空、有腐蚀性气体介质、液体介质环境和高速或超高速场合等特点。在航空航天、医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺机械以及家用电器等领域和部门的应用日益广泛。图6-19是对应图6-18的永磁无刷直
32、流电动机原理示意图。图中BLDCM为无刷直流电动机本体，定子上有三相绕组，转子上有永磁体；位置检测器采用位置传感器，图中PS为与电动机同轴的位置传感器；VF为逆变器。无刷直流电动机工作时，控制电路对反映转子位置的位置传感器检测信号进行逻辑变换后产生脉冲宽调制PWM信号，经过前级驱动电路放大送至电子换向电路逆变器各功率开关管，功率开关器件按VT1VT6VT1VT5VT3VT5VT3VT4VT2VT4VT2VT6顺序3VT4VT2VT4VT2VT6顺序导通，与定子各相绕组依次与直流电源接通或开断(换向)，定子绕组通电后在定、转子间的气隙中产生有一定极对数的跳跃式的旋转磁场，拖动永磁转子旋转。随着永
33、磁转子的转动，位置传感器就不断输出信号，定子绕组就不断改变通电状态，使得在转子一定极性下的导体中的电流方向保持不变，产生恒定方向的电磁转矩，从而带动负载运行。四、盘式电动机四、盘式电动机 盘式电动机又称为圆盘式轴向磁场电动机。随着微电子技术的迅猛发展，现代化制造设备定转子铁心冲卷机的发明，各种类型的盘式电动机得到大力发展。这里只对盘式直流电动机作简单介绍。盘式直流电动机与一般径向电动机相比具有以下特点：具有超薄型结构，尤其适用于轴向空间紧凑的场合；起动转矩大，机械特性硬，过载能力强，调速范围宽；控特性优良；转子可以做成无铁心结构，电枢惯量小，电感影响小，控制响应好。因此在家用电器、电动自行车、
34、机器人、计算机及其外围设备、复印机、办公自动化产品、豪华型高级轿车等中得到了广泛的应用。1.印制绕组盘式直流电动机 印制绕组盘式直流电动机的名称起源于电枢绕组的制造工艺早期应用印制电路的制作方法，印制绕组电枢在两面敷有铜箔的基板上腐蚀成型电枢绕组，虽然目前较普遍使用精密冲制成型后叠装胶合而成，但仍统一称为印制绕组。永磁式电动机定子为圆环形或分块的永磁体磁极。图6-20为永磁式印制绕组盘式直流电动机结构，定子为采用铝镍钴磁钢或铁氧体永磁的磁极。轴向磁场，常有6、8极或更多极数。电枢无铁心，由层或两层以上的偶数层印制绕组组成。层间由绝缘薄片绝缘，各层绕组按一定连接方式焊接成闭环。图6-21所示为6
35、层印制电枢绕组。绕组形式一般为单波绕组，导体的有效部分沿径向。绕组形式一般为单波绕组，导体的有效部分沿径向辐射状分布。永磁式印制绕组盘式直流电动机的原理与一般永磁直流电动机相同。磁极产生的磁通，在径向平面气隙中形成磁场，外电源通过电刷给电枢绕组馈电，载流导体在磁场中受到电磁力而使电枢转子旋转。被驱动而旋转的电枢导体切割气隙磁场的磁力线，感应产生反电势与外电源电压相平衡。这样，就实现了电能到机械能的转换。永磁式印制绕组盘式直流电动机的性能特点是机电时间常数小、起动转矩大、调速范围宽、低速运行性能和换向性能好、无齿槽效应、火花小、散热性能好；其结构特点是轴向尺寸小。这种电动机适用于需要上述特性而且
36、轴向安装尺寸受到限制的场合，多作为计算机外围设备、线(带)材的张力控制等的驱动用。2.线绕盘式直流电动机 线绕盘式直流电动机的结构与印制绕组直流电动机相似，只是电枢的结构和制造方法不同。线绕盘式直流电动机的电枢绕组，通常先制成单个线圈，然后通过与换向片焊接连成波绕组或其他形式的绕组，再用树脂浇注或用热固性塑料膜压成型，并有足够的机械强度。换向器可制成径向或端面型，如图6-22所示。这种电动机的轴向长度比传统电机短得多，效率提高了20%，电刷寿命也提高了约2倍，可以作频繁的起停运行。线绕盘式直流电动机特别适用于要求薄形安装的使用场合。这种电动机能承受较大的电气过载和热过载。频繁起停、调速性能好，
37、适用于电动自行车、摩托车、吊扇和汽车电器等场合，应用已越来越广泛。五、五、锥形异步电动机锥形异步电动机 锥形异步电动机因定子内腔和转子表面制成圆锥的一部分锥台形状而得名，它是将异步电动机和制动器两项功能集于一体的电力驱动器具。锥形异步电动机与普通异步电动机相比，其主要不同之处是：除了铁心表面呈圆锥形外，为了运行需要都带有附加的机械装置如弹簧、齿轮及摩擦机构等，图6-23示出了内刹式锥形异步电动机的结构。当定子三相绕组接通电源后，在气隙中就产生了旋转磁场，该旋转磁场在转子绕组中产生感应电动势和电流，建立转子旋转磁场。在产生定、转子旋转磁场瞬间，两者尚处于相对静止状态，二者之间相互作用产生吸引力。
38、若在普通异步电动机中，该吸引力沿径向垂直于定转子表面，气隙均匀和磁路对称时，径向力的总和为零，即不会引起任何不平衡的磁拉力；但在锥形异步电动机中，该吸引力F垂直作用于转子表面，可将它解为径向分力F1和轴向分力F2，如图6-23中所示。如果气隙均匀、磁路对称，则径向分力F1也互相抵消为零；但轴向分力F2则使转子从左向右产生轴向移动，使得风扇制动轮11与静止制动环9松开，同时压紧了轴上的弹簧6。其次，转子绕组电流与气隙旋转磁场相互作用产生切向电磁力，产生电磁转矩，促使电动机旋转。当锥形异步电动机断电时，电动机产生的轴向分力F2消失，转子在弹簧作用下向左移动，使得风扇制动轮向后端盖上的静止制动环压紧
39、，在两个摩擦块的作用下，转子立即停止转动。因此锥形异步电动机通电时松开制动器，电动机旋转；而断电时刹车制动，停止转动。由于静止制动环和制动摩擦环装在风扇内侧，故称为内刹式锥面制动。如果静止制动环和制动摩擦环装在风扇外侧，则称为外刹式锥面制动。一般锥形异步电动机的功率在13kW以上的采用外刹式结构，功率在13kW以下的采用内刹式结构。锥形异步电动机与同容量的普通异步电动机相比，其气隙较大，因此相应的性能指标有所下降，损耗要大10%18%，功率因数低10%左右。锥形异步电动机由于将电动机和制动器组成一体，因此广泛应用于需要快速制动的传动装置中。如用于起重设备、机床或组合机床、刀具和工作台的精确定位等，图6-24示出了锥形异步电动机用于电动葫芦的例子，它连同减速装置一起同装于一只卷筒内，结构十分紧凑。
