第5章特種電機(jī)

1、 【案例】【案例】 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng) 5.0伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī) 5.1測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī) 5.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 5.3直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī) 5.4微型同步電機(jī)微型同步電機(jī) 5.5技能訓(xùn)練技能訓(xùn)練 5.6【案例】【案例】 自動(dòng)控制系統(tǒng)中一般用特種電動(dòng)機(jī)作自動(dòng)控制系統(tǒng)中一般用特種電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，即特種電動(dòng)機(jī)在控制電壓的為執(zhí)行元件，即特種電動(dòng)機(jī)在控制電壓的作用下驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作。它通常作為隨作用下驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作。它通常作為隨動(dòng)系統(tǒng)、遙測(cè)和遙控系統(tǒng)及各種增量運(yùn)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)、遙測(cè)和遙控系統(tǒng)及各種增量運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主傳動(dòng)元件?？刂葡到y(tǒng)的主傳動(dòng)元件。 如圖如圖5-1所示為數(shù)控機(jī)床

2、伺服系統(tǒng)。所示為數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)。 圖圖5-1 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)它是以機(jī)床移動(dòng)部件的機(jī)械位移和速度為直接控制目標(biāo)的自動(dòng)它是以機(jī)床移動(dòng)部件的機(jī)械位移和速度為直接控制目標(biāo)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，也稱位置、速度隨動(dòng)系統(tǒng)，它接收來(lái)自插補(bǔ)器的步控制系統(tǒng)，也稱位置、速度隨動(dòng)系統(tǒng)，它接收來(lái)自插補(bǔ)器的步進(jìn)脈沖，經(jīng)過(guò)變換放大后轉(zhuǎn)化為機(jī)床工作臺(tái)的位移和速度。高進(jìn)脈沖，經(jīng)過(guò)變換放大后轉(zhuǎn)化為機(jī)床工作臺(tái)的位移和速度。高性能的數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)還由檢測(cè)元件反饋實(shí)際的輸出位置和性能的數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)還由檢測(cè)元件反饋實(shí)際的輸出位置和速度的狀態(tài)，并由位置和速度調(diào)節(jié)器構(gòu)成閉環(huán)控制。速度的狀態(tài)，并由位置和速度調(diào)節(jié)器構(gòu)成閉環(huán)控

3、制。應(yīng)用應(yīng)用：特種電機(jī)在雷達(dá)的掃描跟蹤、船舶方位控：特種電機(jī)在雷達(dá)的掃描跟蹤、船舶方位控制、飛機(jī)自動(dòng)駕駛、軋鋼控制、工業(yè)機(jī)器人控制、制、飛機(jī)自動(dòng)駕駛、軋鋼控制、工業(yè)機(jī)器人控制、遙測(cè)遙控、自動(dòng)化儀表等自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到廣遙測(cè)遙控、自動(dòng)化儀表等自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。泛的應(yīng)用。特種電機(jī)特種電機(jī)通常指的是結(jié)構(gòu)、性能、用途或原理等通常指的是結(jié)構(gòu)、性能、用途或原理等與常規(guī)電機(jī)不同，且體積和輸出功率較小的微型與常規(guī)電機(jī)不同，且體積和輸出功率較小的微型電機(jī)或特種精密電機(jī)，一般其外徑不大于電機(jī)或特種精密電機(jī)，一般其外徑不大于130mm。 特種電機(jī)可以分為特種電機(jī)可以分為驅(qū)動(dòng)用特種電機(jī)驅(qū)動(dòng)用特種電機(jī)和和控

4、制用特種控制用特種電機(jī)電機(jī)兩大類，前者主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)各種機(jī)構(gòu)、儀表兩大類，前者主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)各種機(jī)構(gòu)、儀表以及家用電器等；后者是在自動(dòng)控制系統(tǒng)中傳遞、以及家用電器等；后者是在自動(dòng)控制系統(tǒng)中傳遞、變換和執(zhí)行控制信號(hào)的小功率電機(jī)的總稱，用做變換和執(zhí)行控制信號(hào)的小功率電機(jī)的總稱，用做執(zhí)行元件或信號(hào)元件。控制用的特種電機(jī)分為測(cè)執(zhí)行元件或信號(hào)元件?？刂朴玫奶胤N電機(jī)分為測(cè)量元件和執(zhí)行元件。測(cè)量元件包括旋轉(zhuǎn)變壓器，量元件和執(zhí)行元件。測(cè)量元件包括旋轉(zhuǎn)變壓器，交、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)等；執(zhí)行元件主要有交、直交、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)等；執(zhí)行元件主要有交、直流伺服電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。流伺服電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。 特種電機(jī)分類：特

5、種電機(jī)分類：5.1.1直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 5.1.2交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) 概述概述伺服電動(dòng)機(jī)：伺服電動(dòng)機(jī)： 又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用做執(zhí)行元件。又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用做執(zhí)行元件?？梢园演斎氲碾妷盒盘?hào)變換成為電機(jī)軸上的角位移、角速可以把輸入的電壓信號(hào)變換成為電機(jī)軸上的角位移、角速度等機(jī)械信號(hào)輸出。改變控制信號(hào)的極性和大小，便可改度等機(jī)械信號(hào)輸出。改變控制信號(hào)的極性和大小，便可改變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的性能要求：自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的性能要求： （1）無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。）無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 （2）空載始動(dòng)電壓低。

6、）空載始動(dòng)電壓低。 （3）機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好。）機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好。 （4）快速響應(yīng)性好。）快速響應(yīng)性好。分類：分類： 按伺服電動(dòng)機(jī)的控制電壓來(lái)分，伺服電動(dòng)機(jī)可分為直按伺服電動(dòng)機(jī)的控制電壓來(lái)分，伺服電動(dòng)機(jī)可分為直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類 分類分類:直流伺服電動(dòng)機(jī)根據(jù)磁路系統(tǒng)、電樞結(jié)直流伺服電動(dòng)機(jī)根據(jù)磁路系統(tǒng)、電樞結(jié)構(gòu)、電刷和換向器的結(jié)構(gòu)可分為：構(gòu)、電刷和換向器的結(jié)構(gòu)可分為：普通普通型直流伺服電動(dòng)機(jī)、盤(pán)形電樞直流伺服型直流伺服電動(dòng)機(jī)、盤(pán)形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)、杯形直流伺服電動(dòng)機(jī)、無(wú)槽電電動(dòng)機(jī)、杯形直流伺服電動(dòng)機(jī)、無(wú)槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)

7、等。樞直流伺服電動(dòng)機(jī)等。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):（1）普通型直流伺服電動(dòng)機(jī)。）普通型直流伺服電動(dòng)機(jī)。結(jié)構(gòu)和普結(jié)構(gòu)和普通的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相同，由定通的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相同，由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。根據(jù)勵(lì)磁方式又分為電磁式和永磁式，根據(jù)勵(lì)磁方式又分為電磁式和永磁式，一般為永磁式。為提高控制精度和響應(yīng)一般為永磁式。為提高控制精度和響應(yīng)速度，伺服電動(dòng)機(jī)的電樞鐵芯長(zhǎng)度與直速度，伺服電動(dòng)機(jī)的電樞鐵芯長(zhǎng)度與直徑之比比普通電機(jī)大，氣隙也小。圖徑之比比普通電機(jī)大，氣隙也小。圖5-2所示。所示。圖圖5-2 普通型直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖普通型直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖1 1直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)直流伺

8、服電動(dòng)機(jī)的分類與結(jié)構(gòu) （2）盤(pán)形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)（如圖）盤(pán)形電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)（如圖5-3示）。示）。 電樞直徑遠(yuǎn)大于長(zhǎng)度。定子由永久磁鐵和前后磁軛組電樞直徑遠(yuǎn)大于長(zhǎng)度。定子由永久磁鐵和前后磁軛組成，形成軸向的平面氣隙。電樞是印刷繞組或繞線式繞成，形成軸向的平面氣隙。電樞是印刷繞組或繞線式繞組，形成徑向電流，徑向電流和軸向磁場(chǎng)作用，使伺服組，形成徑向電流，徑向電流和軸向磁場(chǎng)作用，使伺服電動(dòng)機(jī)換轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)換轉(zhuǎn)。特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，力矩波動(dòng)小，轉(zhuǎn)向性能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，力矩波動(dòng)小，轉(zhuǎn)向性能好，電樞轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)快。好，電樞轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)快。應(yīng)用：應(yīng)用：低速、啟動(dòng)頻繁、要求薄

9、型安裝的場(chǎng)合，如數(shù)控低速、啟動(dòng)頻繁、要求薄型安裝的場(chǎng)合，如數(shù)控車床、機(jī)器人等。車床、機(jī)器人等。圖圖5-3 盤(pán)形印刷繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖盤(pán)形印刷繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖空心杯轉(zhuǎn)子可以由事先成型空心杯轉(zhuǎn)子可以由事先成型的單個(gè)線圈，沿圓柱面排列成的單個(gè)線圈，沿圓柱面排列成杯形，或直接用繞線機(jī)繞制成杯形，或直接用繞線機(jī)繞制成杯形，再用環(huán)氧樹(shù)脂固化成型。杯形，再用環(huán)氧樹(shù)脂固化成型。它有內(nèi)、外定子，外定子用永它有內(nèi)、外定子，外定子用永久磁鋼，內(nèi)定子起磁軛作用。久磁鋼，內(nèi)定子起磁軛作用。特點(diǎn)：特點(diǎn)：低慣量，靈敏度高，低慣量，靈敏度高，耗能低，力矩波動(dòng)小，換向性耗能低，力矩波動(dòng)小，換向性能好等。能好等。應(yīng)

10、用：應(yīng)用：在高精度的自動(dòng)控制在高精度的自動(dòng)控制系統(tǒng)及測(cè)量設(shè)備中，如攝像機(jī)、系統(tǒng)及測(cè)量設(shè)備中，如攝像機(jī)、錄音機(jī)、錄音機(jī)、X-Y函數(shù)記錄儀等。函數(shù)記錄儀等。圖圖5-4 杯形直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖杯形直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 （3）杯形直流伺服電動(dòng)機(jī)）杯形直流伺服電動(dòng)機(jī)（如圖（如圖5-4示）。示）。 結(jié)構(gòu)和普通電動(dòng)機(jī)的結(jié)結(jié)構(gòu)和普通電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)沒(méi)有差別，僅僅是電樞鐵構(gòu)沒(méi)有差別，僅僅是電樞鐵芯是光滑的無(wú)槽的圓錐體。芯是光滑的無(wú)槽的圓錐體。電樞的制造是將敷設(shè)在光滑電樞的制造是將敷設(shè)在光滑鐵芯表面的繞組用環(huán)氧樹(shù)脂鐵芯表面的繞組用環(huán)氧樹(shù)脂固化成型黏接在鐵芯上。固化成型黏接在鐵芯上。應(yīng)用：應(yīng)用：動(dòng)作速度快、功率大動(dòng)作

11、速度快、功率大的場(chǎng)合，如數(shù)控機(jī)床、雷達(dá)的場(chǎng)合，如數(shù)控機(jī)床、雷達(dá)天線的驅(qū)動(dòng)等。天線的驅(qū)動(dòng)等。 圖圖5-5 無(wú)槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖無(wú)槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系式為：直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系式為：aaemem2eeTee TRRUUnTTCCCkkkemeUkTK= 根據(jù)上式可以得出：根據(jù)上式可以得出： 直流伺服電動(dòng)機(jī)的直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性和和調(diào)節(jié)特性。調(diào)節(jié)特性。指在控制電壓保持不變的情況下，指在控制電壓保持不變的情況下，直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n隨轉(zhuǎn)矩變隨轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系?；年P(guān)系。圖圖5-6所示所示為給定不同的電樞電壓為給定不同的電樞電壓（

12、控制電壓加在電樞繞組上）得到（控制電壓加在電樞繞組上）得到的直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。的直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。 圖圖5-6 電樞控制的直流伺服電樞控制的直流伺服 電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 從機(jī)械特性上看，不同電樞電壓下的機(jī)械特性曲線為從機(jī)械特性上看，不同電樞電壓下的機(jī)械特性曲線為一組平行線，其斜率為一組平行線，其斜率為 k。 從圖中還可以看出，當(dāng)控制電壓一定時(shí)，不同的負(fù)載從圖中還可以看出，當(dāng)控制電壓一定時(shí)，不同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)不同的機(jī)械轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)不同的機(jī)械轉(zhuǎn)速。指負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電指負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞電壓的關(guān)機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞電壓的關(guān)系。直流伺服電動(dòng)機(jī)的系。直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)

13、特性如圖調(diào)節(jié)特性如圖5-7所示。所示。圖圖5-7 直流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性直流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性 當(dāng)轉(zhuǎn)矩一定時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，轉(zhuǎn)速與電壓的關(guān)系也為一組平行線，其，轉(zhuǎn)速與電壓的關(guān)系也為一組平行線，其斜率為斜率為1/ke。當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，對(duì)應(yīng)不同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可得到不，對(duì)應(yīng)不同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可得到不同的啟動(dòng)電壓同的啟動(dòng)電壓U。當(dāng)電樞電壓小于啟動(dòng)電壓時(shí)當(dāng)電樞電壓小于啟動(dòng)電壓時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)，伺服電動(dòng)機(jī)將不能啟動(dòng)。將不能啟動(dòng)。交流伺服電動(dòng)機(jī)分為交流伺服電動(dòng)機(jī)分為永磁式同步永磁式同步和和異步異步交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：和單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，和單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，為兩相交流電機(jī)，

14、由定子和轉(zhuǎn)子兩部分為兩相交流電機(jī)，由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。轉(zhuǎn)子有籠形和杯形兩種。定子為組成。轉(zhuǎn)子有籠形和杯形兩種。定子為兩相繞組，并在空間相差兩相繞組，并在空間相差90電角度，電角度，一個(gè)為勵(lì)磁繞組，另一個(gè)為控制繞組。一個(gè)為勵(lì)磁繞組，另一個(gè)為控制繞組。圖圖5-8示交流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理圖。示交流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理圖。適用適用于于0.1100W小功率自動(dòng)控制系統(tǒng)小功率自動(dòng)控制系統(tǒng)中，頻率有中，頻率有50Hz、400Hz等多種。等多種。1交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理 圖圖5-8 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) 工作原理圖工作原理圖 交流伺服電動(dòng)機(jī)從控制特性上要求必須像直流伺服電動(dòng)

15、交流伺服電動(dòng)機(jī)從控制特性上要求必須像直流伺服電動(dòng)機(jī)一樣具有伺服特性外，還要解決機(jī)一樣具有伺服特性外，還要解決 “自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象?，F(xiàn)象?！白赞D(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象現(xiàn)象就是當(dāng)勵(lì)磁電壓不為零，控制電壓突然切就是當(dāng)勵(lì)磁電壓不為零，控制電壓突然切去為零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)單相異步電動(dòng)機(jī)，若去為零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)單相異步電動(dòng)機(jī)，若轉(zhuǎn)子電阻較小，阻轉(zhuǎn)矩小于單相運(yùn)行時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩，則轉(zhuǎn)子電阻較小，阻轉(zhuǎn)矩小于單相運(yùn)行時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩，則電機(jī)仍然旋轉(zhuǎn)。這樣就產(chǎn)生了電機(jī)仍然旋轉(zhuǎn)。這樣就產(chǎn)生了“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，造成失控?，F(xiàn)象，造成失控。避免避免“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象方法現(xiàn)象方法是增大轉(zhuǎn)子電阻值。是增大轉(zhuǎn)子電阻值。因此，具有較大

16、的轉(zhuǎn)子電阻和下垂的機(jī)械特性是交流伺因此，具有較大的轉(zhuǎn)子電阻和下垂的機(jī)械特性是交流伺服電動(dòng)機(jī)的服電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)。交流伺服電機(jī)的控制方式有交流伺服電機(jī)的控制方式有3種：種：幅值控制幅值控制、相位控制相位控制和和幅值幅值-相位控制相位控制。 （1）幅值控制。）幅值控制。 控制電壓和勵(lì)磁電壓保持相位差90，只改變控制電壓幅值，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的控制，這種控制方法稱為幅值控制。其接線圖如圖5-8所示。 當(dāng)勵(lì)磁電壓為額定電壓、控制電壓為零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為零，電機(jī)不轉(zhuǎn)；當(dāng)勵(lì)磁電壓為額定電壓、控制電壓也為額定電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速最大，轉(zhuǎn)矩也最大。所以控制電壓從零到額定電壓，伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也從零到最大

17、。（2）相位控制。）相位控制?？刂齐妷汉蛣?lì)磁電壓幅值均為額定值，通控制電壓和勵(lì)磁電壓幅值均為額定值，通過(guò)改變控制電壓和勵(lì)磁電壓相位差，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的控過(guò)改變控制電壓和勵(lì)磁電壓相位差，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的控制，稱為相位控制。制，稱為相位控制。 固定勵(lì)磁不變，改變控制電壓的相位從090，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由脈動(dòng)勢(shì)變?yōu)闄E圓磁勢(shì)，最后變?yōu)閳A形磁勢(shì)，伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也從零到最大轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩也最大。 （3）幅值）幅值-相位控制。相位控制。通過(guò)改變控制通過(guò)改變控制電壓的幅值及控制電壓與勵(lì)磁電壓的相電壓的幅值及控制電壓與勵(lì)磁電壓的相位差來(lái)控制伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，稱為幅位差來(lái)控制伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，稱為幅值值-相位控制。相位

18、控制。圖圖5-9所示為幅值所示為幅值-相位相位控制接線圖控制接線圖。 當(dāng)控制電壓的幅值變化時(shí)，電機(jī)的幅值和相位差都發(fā)生變化，從而達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。圖5-9 幅值相位控制接線圖 5.2.1直流測(cè)速電動(dòng)機(jī)直流測(cè)速電動(dòng)機(jī) 5.2.2交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī) 概述概述 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為檢測(cè)或自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為檢測(cè)或自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之用；在隨動(dòng)系統(tǒng)中用來(lái)產(chǎn)生電壓信號(hào)以提高系統(tǒng)機(jī)轉(zhuǎn)速之用；在隨動(dòng)系統(tǒng)中用來(lái)產(chǎn)生電壓信號(hào)以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度；在計(jì)算解答裝置中作為微分和積分元件。的穩(wěn)定性和精度；在計(jì)算解答裝置中作為微分和積分元件。它還可以檢測(cè)各種機(jī)械在有

19、限范圍內(nèi)的擺動(dòng)或非常緩慢的它還可以檢測(cè)各種機(jī)械在有限范圍內(nèi)的擺動(dòng)或非常緩慢的轉(zhuǎn)速，并可以代替測(cè)速計(jì)直接測(cè)量轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速，并可以代替測(cè)速計(jì)直接測(cè)量轉(zhuǎn)速。 分類：分類：分為直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和交流測(cè)速發(fā)電機(jī)兩種。分為直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和交流測(cè)速發(fā)電機(jī)兩種。實(shí)際應(yīng)用中對(duì)測(cè)速發(fā)電機(jī)主要有以下幾個(gè)方面的要求：實(shí)際應(yīng)用中對(duì)測(cè)速發(fā)電機(jī)主要有以下幾個(gè)方面的要求：（1）線性度要好，輸出電壓要和轉(zhuǎn)速成正比。）線性度要好，輸出電壓要和轉(zhuǎn)速成正比。（2）測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以保證測(cè)速的快速性。）測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以保證測(cè)速的快速性。（3）靈敏度要高，即輸出特性的斜率要大，較小的轉(zhuǎn)速變）靈敏度要高，即輸出特性的斜率

20、要大，較小的轉(zhuǎn)速變 化能夠引起輸出電壓的變化?；軌蛞疠敵鲭妷旱淖兓?。（4）正、反轉(zhuǎn)兩個(gè)方向的輸出特性要一致。）正、反轉(zhuǎn)兩個(gè)方向的輸出特性要一致。實(shí)際上是微型直流發(fā)電機(jī)，根據(jù)勵(lì)磁方式分為永磁式和電磁實(shí)際上是微型直流發(fā)電機(jī)，根據(jù)勵(lì)磁方式分為永磁式和電磁式兩種。常用的是永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省式兩種。常用的是永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省去勵(lì)磁，便于使用，并且溫度變化對(duì)勵(lì)磁磁通的影響較小，去勵(lì)磁，便于使用，并且溫度變化對(duì)勵(lì)磁磁通的影響較小，但永磁材料較貴。但永磁材料較貴。 1直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性性輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為：a

21、2aL1EUCnRR直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作特性，即輸出直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作特性，即輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系稱為輸出特性電壓與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系稱為輸出特性，如圖如圖5-10示示，R為負(fù)載電阻，測(cè)速為負(fù)載電阻，測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性斜率為發(fā)電機(jī)的輸出特性斜率為C。圖圖5-10 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性 實(shí)際測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速間并不是嚴(yán)格的正比關(guān)系，實(shí)際測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速間并不是嚴(yán)格的正比關(guān)系，會(huì)產(chǎn)生一些會(huì)產(chǎn)生一些誤差誤差。 產(chǎn)生誤差的原因：產(chǎn)生誤差的原因： （1）電樞反應(yīng)。）電樞反應(yīng)。由于電樞反應(yīng)，使得主磁通隨負(fù)載的電流變化，由于電樞反應(yīng)，使得主磁通隨負(fù)載的電流變

22、化，特性曲線下彎，如圖特性曲線下彎，如圖5-10中所示的中所示的R1、R2曲線。曲線。 解決辦法解決辦法除了在結(jié)構(gòu)上采取措施外，盡量增加負(fù)載電阻，減小除了在結(jié)構(gòu)上采取措施外，盡量增加負(fù)載電阻，減小負(fù)載電流對(duì)電樞反應(yīng)的影響，還可以提高測(cè)速發(fā)電機(jī)的靈敏度，即負(fù)載電流對(duì)電樞反應(yīng)的影響，還可以提高測(cè)速發(fā)電機(jī)的靈敏度，即增大斜率。增大斜率。 （2）電刷接觸電阻。）電刷接觸電阻。電刷和換向器之間存在接觸電阻，將會(huì)分得電刷和換向器之間存在接觸電阻，將會(huì)分得一部分電壓，從而使輸出電壓處出現(xiàn)死區(qū)，并且接觸電阻的變化與一部分電壓，從而使輸出電壓處出現(xiàn)死區(qū)，并且接觸電阻的變化與轉(zhuǎn)速的變化呈現(xiàn)非線性關(guān)系。轉(zhuǎn)速的變化呈

23、現(xiàn)非線性關(guān)系。 （3）紋波影響。）紋波影響。由于換向片的數(shù)量有限，實(shí)際輸出電壓是一個(gè)脈由于換向片的數(shù)量有限，實(shí)際輸出電壓是一個(gè)脈動(dòng)的電流，對(duì)高精度系統(tǒng)影響很大。動(dòng)的電流，對(duì)高精度系統(tǒng)影響很大。 為消除影響可采用濾波電路。為消除影響可采用濾波電路。交流測(cè)速發(fā)電機(jī)分為交流測(cè)速發(fā)電機(jī)分為同步同步和和異步異步兩類。同步測(cè)速發(fā)電機(jī)就兩類。同步測(cè)速發(fā)電機(jī)就是永磁轉(zhuǎn)子的單向同步發(fā)電機(jī)，由于輸出的頻率隨轉(zhuǎn)速變是永磁轉(zhuǎn)子的單向同步發(fā)電機(jī)，由于輸出的頻率隨轉(zhuǎn)速變化，故應(yīng)用很少。化，故應(yīng)用很少。應(yīng)用最廣泛的是異步測(cè)速發(fā)電機(jī)應(yīng)用最廣泛的是異步測(cè)速發(fā)電機(jī)。 1結(jié)構(gòu)與原理結(jié)構(gòu)與原理 *結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上與交流伺服電動(dòng)機(jī)相似，定子

24、上也有兩個(gè)空間上互差上與交流伺服電動(dòng)機(jī)相似，定子上也有兩個(gè)空間上互差90電角度的繞組。不過(guò)，其中一個(gè)是勵(lì)磁繞組，另一個(gè)用來(lái)電角度的繞組。不過(guò)，其中一個(gè)是勵(lì)磁繞組，另一個(gè)用來(lái)輸出電壓，稱為輸出繞組。輸出電壓，稱為輸出繞組。 異步測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有異步測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有籠形籠形和和空心杯形空心杯形兩種。兩種。 空心杯形轉(zhuǎn)子空心杯形轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與空心杯交流伺服異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與空心杯交流伺服電動(dòng)機(jī)相同。轉(zhuǎn)子是空心杯形，用電阻率較大、厚為電動(dòng)機(jī)相同。轉(zhuǎn)子是空心杯形，用電阻率較大、厚為0.20.3mm的鋁或銅制成，屬非磁性材料。的鋁或銅制成，屬非磁性材料。 定子定子有內(nèi)、外定子之分。

25、小容量測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組和輸有內(nèi)、外定子之分。小容量測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組和輸出繞組都裝在外定子槽中，而容量較大的測(cè)速發(fā)電機(jī)則分裝在出繞組都裝在外定子槽中，而容量較大的測(cè)速發(fā)電機(jī)則分裝在內(nèi)、外定子中。內(nèi)定子由硅鋼片疊成，目的是減小磁繞。內(nèi)、外定子中。內(nèi)定子由硅鋼片疊成，目的是減小磁繞。*交流測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理：交流測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理： 如圖如圖5-11所示。所示。異步測(cè)速發(fā)電異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的空心杯形轉(zhuǎn)子可以看成是很多機(jī)的空心杯形轉(zhuǎn)子可以看成是很多導(dǎo)體并聯(lián)而成。定子勵(lì)磁繞組加大導(dǎo)體并聯(lián)而成。定子勵(lì)磁繞組加大小不變的交流勵(lì)磁電壓小不變的交流勵(lì)磁電壓U1后，勵(lì)后，勵(lì)磁電流在勵(lì)磁繞組的軸線方向上產(chǎn)磁電

26、流在勵(lì)磁繞組的軸線方向上產(chǎn)生了隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的脈振生了隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的脈振磁通磁通 1。 當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)時(shí)，異步測(cè)速，異步測(cè)速發(fā)電機(jī)類似于一臺(tái)變壓器，勵(lì)磁繞發(fā)電機(jī)類似于一臺(tái)變壓器，勵(lì)磁繞組相當(dāng)于變壓器的一次側(cè)繞組，轉(zhuǎn)組相當(dāng)于變壓器的一次側(cè)繞組，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相當(dāng)于變壓器的二次繞組。子導(dǎo)體相當(dāng)于變壓器的二次繞組。由于磁通的方向與輸出繞組的軸線由于磁通的方向與輸出繞組的軸線垂直，不會(huì)在輸出繞組中產(chǎn)生感應(yīng)垂直，不會(huì)在輸出繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，輸出繞組電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，輸出繞組的輸出電壓的輸出電壓U2等于零。等于零。圖圖5-11 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)原理圖交流測(cè)速發(fā)電

27、機(jī)原理圖 杯形轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流的大小與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成杯形轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流的大小與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，因此，輸出電壓與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比。正比，因此，輸出電壓與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比。轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)，輸出電壓的相位也相反。只要用轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)，輸出電壓的相位也相反。只要用一個(gè)電壓表就可測(cè)出速度大小及方向。一個(gè)電壓表就可測(cè)出速度大小及方向。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體因切割磁通而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體因切割磁通而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子電流又產(chǎn)生磁通子電流又產(chǎn)生磁通2，此磁通在空間上是固定的，與輸，此磁通在空間上是固定的，與輸出繞組軸線相重合。出繞組軸線相重合。2在時(shí)間上是按正弦規(guī)律變化的，在時(shí)間上是按正弦規(guī)律變化的

28、，因此，在輸出繞組中感應(yīng)出頻率相同的輸出電壓因此，在輸出繞組中感應(yīng)出頻率相同的輸出電壓U02。 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作特性是輸出特性，包括交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作特性是輸出特性，包括輸出幅輸出幅值特性值特性和和輸出相位特性輸出相位特性?？刂葡到y(tǒng)不僅要求交流測(cè)速發(fā)電?？刂葡到y(tǒng)不僅要求交流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓的大小與轉(zhuǎn)速成正比，而且希望輸出電壓與勵(lì)機(jī)輸出電壓的大小與轉(zhuǎn)速成正比，而且希望輸出電壓與勵(lì)磁電壓的相位相同。磁電壓的相位相同。 在一定的勵(lì)磁電壓下，交流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓的幅值在一定的勵(lì)磁電壓下，交流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓的幅值有效值與轉(zhuǎn)速的關(guān)系稱為有效值與轉(zhuǎn)速的關(guān)系稱為輸出幅值特性輸出幅值特性，即，即U

29、0=f（n）。）。 輸出電壓與勵(lì)磁電壓的相位差輸出電壓與勵(lì)磁電壓的相位差 （輸出相位）與轉(zhuǎn)速的（輸出相位）與轉(zhuǎn)速的關(guān)系稱為關(guān)系稱為輸出相位特性輸出相位特性。 （1）n=0電機(jī)不轉(zhuǎn)。電機(jī)不轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0時(shí)，時(shí)，轉(zhuǎn)子中的電動(dòng)勢(shì)為變壓器性質(zhì)電動(dòng)轉(zhuǎn)子中的電動(dòng)勢(shì)為變壓器性質(zhì)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)性勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)性質(zhì)和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)相同均為直軸磁動(dòng)質(zhì)和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)相同均為直軸磁動(dòng)勢(shì)；輸出繞組由于與勵(lì)磁繞組在空勢(shì)；輸出繞組由于與勵(lì)磁繞組在空間位置上相差間位置上相差90電角度，因此不電角度，因此不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，輸出電壓產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，輸出電壓U2=0。圖圖5-12 交流測(cè)速交流測(cè)速

30、發(fā)電機(jī)的輸出特性發(fā)電機(jī)的輸出特性在理想情況下，輸出幅值特性是在理想情況下，輸出幅值特性是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，輸出相位一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，輸出相位特性是一條與橫軸重合的直線，特性是一條與橫軸重合的直線，如圖如圖5-12所示所示。電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生切割電動(dòng)勢(shì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生切割電動(dòng)勢(shì)Er，大小為，大小為 式中，式中，Cr為轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，為轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)常數(shù)， d為脈振磁通幅值。為脈振磁通幅值。轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在轉(zhuǎn)子杯中產(chǎn)生短路電流轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在轉(zhuǎn)子杯中產(chǎn)生短路電流IS，考慮轉(zhuǎn)，考慮轉(zhuǎn)子漏抗的影響，轉(zhuǎn)子電流要滯后轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定的子漏抗的影響，轉(zhuǎn)子電流要滯后轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定的電角度。短路電流電角度。短路

31、電流IS產(chǎn)生脈振磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生脈振磁動(dòng)勢(shì)Fr，可分解為直軸，可分解為直軸磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)Frd和交軸磁動(dòng)勢(shì)和交軸磁動(dòng)勢(shì)Frq，直軸磁動(dòng)勢(shì)將影響勵(lì)磁磁，直軸磁動(dòng)勢(shì)將影響勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)并使勵(lì)磁電流發(fā)生變化，交軸磁動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì)并使勵(lì)磁電流發(fā)生變化，交軸磁動(dòng)勢(shì)Frq產(chǎn)生交軸磁產(chǎn)生交軸磁通通d。交軸磁通與輸出繞組交鏈感應(yīng)出頻率與勵(lì)磁頻率交軸磁通與輸出繞組交鏈感應(yīng)出頻率與勵(lì)磁頻率相同，幅值與交軸磁通相同，幅值與交軸磁通 q成正比的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2。 由于由于 ， 所以所以 ，即輸，即輸出繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而頻率出繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而頻率與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)為勵(lì)磁電源的頻率

32、。與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)為勵(lì)磁電源的頻率。rrdECnqrqrrFFEn2qEn異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差主要包括異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差主要包括幅值及相位誤差幅值及相位誤差和和剩余剩余電壓誤差電壓誤差。（1）幅值及相位誤差。）幅值及相位誤差。 產(chǎn)生原因：勵(lì)磁繞組存在漏電感，產(chǎn)生線性誤差。產(chǎn)生原因：勵(lì)磁繞組存在漏電感，產(chǎn)生線性誤差。 減小該誤差的方法：增大轉(zhuǎn)子電阻和在勵(lì)磁繞組中出減小該誤差的方法：增大轉(zhuǎn)子電阻和在勵(lì)磁繞組中出入適當(dāng)?shù)碾娙菁右匝a(bǔ)償。入適當(dāng)?shù)碾娙菁右匝a(bǔ)償。（2）剩余電壓誤差。）剩余電壓誤差。 產(chǎn)生原因：由于加工、裝配過(guò)程中存在機(jī)械上的不對(duì)產(chǎn)生原因：由于加工、裝配過(guò)程中存在機(jī)械上的不對(duì)稱及定子磁性材料性能

33、的不一致性，使得測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)稱及定子磁性材料性能的不一致性，使得測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，實(shí)際輸出電壓并不為零，此時(shí)的電壓稱為剩速為零時(shí)，實(shí)際輸出電壓并不為零，此時(shí)的電壓稱為剩余電壓，剩余電壓引起的誤差稱為剩余電壓誤差。余電壓，剩余電壓引起的誤差稱為剩余電壓誤差。 減小剩余電壓誤差的方法：繞組采用四極，選擇高質(zhì)減小剩余電壓誤差的方法：繞組采用四極，選擇高質(zhì)量的各方向特性一致的磁性材料，在機(jī)加工和裝配過(guò)程量的各方向特性一致的磁性材料，在機(jī)加工和裝配過(guò)程中提高機(jī)械精度以及裝配補(bǔ)償繞組。中提高機(jī)械精度以及裝配補(bǔ)償繞組。概述概述5.3.1 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理

34、5.3.2 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性5.3.3 驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)電源5.3.4 應(yīng)用應(yīng)用 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)。每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)或線位移的電動(dòng)機(jī)。每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，其輸出的角位移或線位移與輸入一個(gè)角度或前進(jìn)一步，其輸出的角位移或線位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以分為反應(yīng)式反應(yīng)式、永磁式永磁式和和感應(yīng)式感應(yīng)式。反應(yīng)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中

35、應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。用最為廣泛。 本章以反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例，介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原本章以反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例，介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)。理及結(jié)構(gòu)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為又稱為磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：圖圖5-13所示所示為三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。為三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。定子定子上裝有上裝有6個(gè)均勻分布的磁極，每個(gè)磁極上都有控制繞個(gè)均勻分布的磁極，每個(gè)磁極上都有控制繞組，繞組接成三相星形接法，其中，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁級(jí)組，繞組接成三相星形接法，其中，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁級(jí)組成一相，定子鐵芯由硅鋼片疊成。組成一相，定

36、子鐵芯由硅鋼片疊成。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，上沒(méi)有繞組，由硅鋼片或軟磁材料疊成，具有由硅鋼片或軟磁材料疊成，具有4個(gè)均勻分布的齒。個(gè)均勻分布的齒。圖圖5-13 三相反三相反應(yīng)式步應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖示意圖 當(dāng)當(dāng)A相繞組通入電脈沖時(shí)相繞組通入電脈沖時(shí)，氣隙中產(chǎn)生一個(gè)沿，氣隙中產(chǎn)生一個(gè)沿A- 軸線軸線方向的磁場(chǎng)，由于磁通總是力圖經(jīng)過(guò)磁阻最小的路徑形成方向的磁場(chǎng)，由于磁通總是力圖經(jīng)過(guò)磁阻最小的路徑形成閉合回路，這樣將使轉(zhuǎn)子鐵芯齒閉合回路，這樣將使轉(zhuǎn)子鐵芯齒1和齒和齒3與軸線與軸線A- 對(duì)齊，對(duì)齊，如圖如圖5-13（a）所示。此時(shí)，轉(zhuǎn)子只受沿）所示。此時(shí)，轉(zhuǎn)子只受沿A- 軸線上的拉力軸線上

37、的拉力作用而具有自鎖能力。作用而具有自鎖能力。 若將通入的電脈沖從若將通入的電脈沖從A相換到相換到B相繞組相繞組，轉(zhuǎn)子鐵芯齒，轉(zhuǎn)子鐵芯齒2和和齒齒4將與軸線將與軸線B- 對(duì)齊，即轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)對(duì)齊，即轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30角，如圖角，如圖5-13（b）所示。）所示。 當(dāng)當(dāng)C相繞組通電而相繞組通電而B(niǎo)相繞組斷電時(shí)相繞組斷電時(shí)，轉(zhuǎn)子鐵芯齒，轉(zhuǎn)子鐵芯齒1和齒和齒3又又轉(zhuǎn)到與轉(zhuǎn)到與C- 軸線對(duì)齊，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)軸線對(duì)齊，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30角。如定子三角。如定子三相繞組按相繞組按A-B-C-A的順序通電，則轉(zhuǎn)子就沿逆時(shí)針?lè)较蛞坏捻樞蛲?，則轉(zhuǎn)子就沿逆時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊降剞D(zhuǎn)動(dòng)，每一步轉(zhuǎn)過(guò)步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，每一步轉(zhuǎn)過(guò)

38、30角。角。 每一步轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為每一步轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角步距角。從一相通電換接到另一相通電稱做。從一相通電換接到另一相通電稱做一一拍拍，每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。如果通電順序改為，每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。如果通電順序改為A-C-B-A，則步進(jìn)，則步進(jìn)電機(jī)將反方向按順時(shí)針一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)將反方向按順時(shí)針一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)。AAABC 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率，頻率越高，轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率，頻率越高，轉(zhuǎn)速越高。越高。轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)方向取決于相序。取決于相序。 按照上述的通電方式，每次只有一相控制繞組通電，按照上述的通電方式，每次只有一相控制繞組通電，稱為稱為三相單三拍控制

39、方式三相單三拍控制方式。除此控制方式外，還有。除此控制方式外，還有三相三相單單、雙六拍控制方式雙六拍控制方式和和三相雙三拍控制方式三相雙三拍控制方式。 三相單、雙六拍控制方式中，控制繞組的通電順序?yàn)槿鄦?、雙六拍控制方式中，控制繞組的通電順序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CA-A（轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）或（轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）或A-AC-C-CB-B- BA-A（轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)），步距角為（轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)），步距角為15。 三相雙三拍控制方式中，控制繞組的通電順序?yàn)槿嚯p三拍控制方式中，控制繞組的通電順序?yàn)锳B-BC-CA-AB或或AC-CB-BA-AC，步距角為，步距角為30。 注意：注意：以上討論的是最

40、簡(jiǎn)單的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理，步距角較大，不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要。 實(shí)際使用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子的齒都比較多，而步距角一般較小。 1基本概念基本概念齒距角：齒距角：轉(zhuǎn)子相鄰齒間的夾角。轉(zhuǎn)子相鄰齒間的夾角。步距角：步距角：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每改變一次通電狀態(tài)（一拍）轉(zhuǎn)子所步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每改變一次通電狀態(tài)（一拍）轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角。計(jì)算公式為轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角。計(jì)算公式為式中：式中：m為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)；為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)；C為通電狀態(tài)系數(shù)，單拍或雙拍工作為通電狀態(tài)系數(shù)，單拍或雙拍工作時(shí)時(shí)C=1，單雙拍混合方式工作時(shí)，單雙拍混合方式工作時(shí)C=2；ZR為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。步

41、進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速 ：式中，式中， f為步進(jìn)電機(jī)每秒的拍數(shù)，稱為步進(jìn)電機(jī)通電脈沖頻率。為步進(jìn)電機(jī)每秒的拍數(shù)，稱為步進(jìn)電機(jī)通電脈沖頻率。seR360mZ CR60fnmZ C 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜特性是指在空載條件下步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的是指在空載條件下步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電狀態(tài)不變，電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)定的狀態(tài)下所表現(xiàn)的性質(zhì)，包通電狀態(tài)不變，電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)定的狀態(tài)下所表現(xiàn)的性質(zhì)，包括括矩角特性矩角特性和和最大靜轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩。 （1）矩角特性。）矩角特性。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在空載條件下，控制繞組通入直流電流，轉(zhuǎn)子最后處于穩(wěn)定的平衡位置稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的初始平衡位置，此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩為零。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)偏離初

42、始平衡位置的電角度稱為失調(diào)角。 矩角特性矩角特性是指在不改變通電狀態(tài)的條件下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是指在不改變通電狀態(tài)的條件下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的關(guān)系，即的靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的關(guān)系，即 ，其正方向取失調(diào)，其正方向取失調(diào)角增大的方向?？赏ㄟ^(guò)下式計(jì)算：角增大的方向?？赏ㄟ^(guò)下式計(jì)算：式中，式中，k為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，I為控制繞組電流，為控制繞組電流， 為失調(diào)角。為失調(diào)角。 ( )Tf2sinTkI 在靜轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子有一個(gè)平衡位置在靜轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子有一個(gè)平衡位置。其中。其中 的點(diǎn)為步進(jìn)電機(jī)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)；的點(diǎn)為步進(jìn)電機(jī)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)；- 為步進(jìn)電動(dòng)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)；為不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。機(jī)

43、的靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)；為不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。（2）最大靜轉(zhuǎn)矩。）最大靜轉(zhuǎn)矩。 矩角特性中，靜轉(zhuǎn)矩的最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。矩角特性中，靜轉(zhuǎn)矩的最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，T有最大值有最大值Tsm，最大靜轉(zhuǎn)矩，最大靜轉(zhuǎn)矩Tsm=KI2。02 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)特性是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從一種通電狀態(tài)是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài)所表現(xiàn)出的性質(zhì)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài)所表現(xiàn)出的性質(zhì),包括包括動(dòng)穩(wěn)定區(qū)、動(dòng)穩(wěn)定區(qū)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)頻率及頻率特性啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)頻率及頻率特性。 （1）動(dòng)穩(wěn)定區(qū)。）動(dòng)穩(wěn)定區(qū)。 指使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)切換到另一穩(wěn)定狀態(tài)指使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)切換到另一穩(wěn)定

44、狀態(tài)而不失步的區(qū)域。而不失步的區(qū)域。 穩(wěn)定裕量角越大，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行越穩(wěn)定，當(dāng)穩(wěn)定穩(wěn)定裕量角越大，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行越穩(wěn)定，當(dāng)穩(wěn)定裕量角趨于零時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能穩(wěn)定工作。步距角越大，裕量角趨于零時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能穩(wěn)定工作。步距角越大，裕量角也就越小。裕量角也就越小。 （2）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩之間有如下關(guān)系：最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩之間有如下關(guān)系： 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將不能當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將不能啟動(dòng)。啟動(dòng)。 stsmcosmCTT （3）啟動(dòng)頻率。）啟動(dòng)頻率。 指在一定負(fù)載條件下，電動(dòng)機(jī)能夠不失步地啟動(dòng)的脈指在一定負(fù)載條件下，電動(dòng)機(jī)

45、能夠不失步地啟動(dòng)的脈沖最高頻率。沖最高頻率。 影響最高啟動(dòng)頻率的因素影響最高啟動(dòng)頻率的因素: 啟動(dòng)頻率與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角有關(guān)。步距角越小，啟動(dòng)頻率與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角有關(guān)。步距角越小，啟動(dòng)頻率越高。啟動(dòng)頻率越高。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩越大，啟動(dòng)頻率越高。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩越大，啟動(dòng)頻率越高。 轉(zhuǎn)子齒數(shù)多，步距角小，啟動(dòng)頻率高。轉(zhuǎn)子齒數(shù)多，步距角小，啟動(dòng)頻率高。 電路時(shí)間常數(shù)大，啟動(dòng)頻率降低。電路時(shí)間常數(shù)大，啟動(dòng)頻率降低。（4）頻率特性）頻率特性 頻率特性曲線頻率特性曲線是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)，是啟動(dòng)速是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)，是啟動(dòng)速度力矩曲線。度力矩曲線。 頻率特性曲線的縱

46、坐標(biāo)為轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，頻率特性曲線的縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，而根據(jù)一個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作頻率及其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩所作的而根據(jù)一個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作頻率及其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩所作的曲線，就是反應(yīng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能的頻率特性曲線了。曲線，就是反應(yīng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能的頻率特性曲線了。 影響頻率特性曲線的因素：影響頻率特性曲線的因素：包括步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑、包括步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑、齒槽比、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磁路、繞組的繞線方式、定轉(zhuǎn)子齒槽比、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磁路、繞組的繞線方式、定轉(zhuǎn)子間的氣隙、控制線路的電壓等。間的氣隙、控制線路的電壓等。其中其中有些因素使用者是不能有些因素使用者是不能改變的，但有些

47、因素是可以改變的，如控制方式、繞組工作改變的，但有些因素是可以改變的，如控制方式、繞組工作電壓、線路時(shí)間常數(shù)等。電壓、線路時(shí)間常數(shù)等。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作頻率范圍可分成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作頻率范圍可分成3個(gè)區(qū)間個(gè)區(qū)間：低頻區(qū)、：低頻區(qū)、共振區(qū)和高頻區(qū)。在這共振區(qū)和高頻區(qū)。在這3個(gè)區(qū)間中轉(zhuǎn)子的狀態(tài)情況有所不同。個(gè)區(qū)間中轉(zhuǎn)子的狀態(tài)情況有所不同。在使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)使其工作于高頻穩(wěn)定區(qū)。在使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)使其工作于高頻穩(wěn)定區(qū)。 1對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的基本要求對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的基本要求 （1）驅(qū)動(dòng)電源的相數(shù)、通電方式、電壓和電流都應(yīng)滿足步進(jìn)）驅(qū)動(dòng)電源的相數(shù)、通電方式、電壓和電流都應(yīng)滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制要求。電動(dòng)機(jī)的控制

48、要求。 （2）驅(qū)動(dòng)電源要滿足啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率的要求，能在較寬）驅(qū)動(dòng)電源要滿足啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率的要求，能在較寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制。的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制。 （3）能抑制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)振蕩。）能抑制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)振蕩。 （4）工作可靠，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種干擾有較強(qiáng)的抑制作用。）工作可靠，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種干擾有較強(qiáng)的抑制作用。2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電源的組成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電源的組成 一般由脈沖信號(hào)發(fā)生電路、脈沖分配電路、功率放大一般由脈沖信號(hào)發(fā)生電路、脈沖分配電路、功率放大電路等部分組成。電路等部分組成。 脈沖信號(hào)發(fā)生電路脈沖信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率信號(hào)供給脈沖分配電產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率信號(hào)

49、供給脈沖分配電路，路，脈沖分配電路脈沖分配電路完成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制的各相脈沖信號(hào)，完成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制的各相脈沖信號(hào)，功率放大電路功率放大電路對(duì)脈沖分配回路輸出的控制信號(hào)進(jìn)行放大，對(duì)脈沖分配回路輸出的控制信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 脈沖分配器有多種型式，早期的有環(huán)形分配器，現(xiàn)在脈沖分配器有多種型式，早期的有環(huán)形分配器，現(xiàn)在逐步被單片機(jī)取代。逐步被單片機(jī)取代。 功率放大電路有單電壓、雙電壓、斬波型、調(diào)頻調(diào)壓功率放大電路有單電壓、雙電壓、斬波型、調(diào)頻調(diào)壓型、細(xì)分型等多種型式。近年來(lái)出現(xiàn)將控制信號(hào)形成和型、細(xì)分型等多種型式。近年

50、來(lái)出現(xiàn)將控制信號(hào)形成和功率放大電路為一體的集成控制電源。功率放大電路為一體的集成控制電源。 用用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)高精度的角度控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)高精度的角度控制。 因此，它因此，它主要用在高精度的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中主要用在高精度的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中。目前，步進(jìn)。目前，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍已很廣，除數(shù)控、工業(yè)控制、數(shù)模轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍已很廣，除數(shù)控、工業(yè)控制、數(shù)模轉(zhuǎn)換和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備中大量使用外，在工業(yè)自動(dòng)線、印換和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備中大量使用外，在工業(yè)自動(dòng)線、印刷機(jī)、遙控指示裝置和航空系統(tǒng)中，都已成功地應(yīng)用了刷機(jī)、遙控指示裝置和航空系統(tǒng)中，都已成功地應(yīng)用了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。概述概述5.4.1直線異步電動(dòng)機(jī)

51、的分類和結(jié)構(gòu)直線異步電動(dòng)機(jī)的分類和結(jié)構(gòu)5.4.2直線異步電動(dòng)機(jī)的工作原理直線異步電動(dòng)機(jī)的工作原理5.4.3直線異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用直線異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)就是把電能轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能的電就是把電能轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)。它解決了直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械無(wú)須從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線動(dòng)機(jī)。它解決了直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械無(wú)須從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的問(wèn)題，因而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)運(yùn)動(dòng)的中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的問(wèn)題，因而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行效率和傳動(dòng)精度均較高。行效率和傳動(dòng)精度均較高。 直線電動(dòng)機(jī)也可分為直線電動(dòng)機(jī)也可分為直線異步電動(dòng)機(jī)直線異步電動(dòng)機(jī)、直線同步電動(dòng)直線同步電動(dòng)機(jī)機(jī)、直線直流電動(dòng)機(jī)直線直流

52、電動(dòng)機(jī)和和其他直線電動(dòng)機(jī)其他直線電動(dòng)機(jī)。其中以直線異。其中以直線異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為廣泛，本節(jié)主要介紹直線異步電動(dòng)機(jī)。步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為廣泛，本節(jié)主要介紹直線異步電動(dòng)機(jī)。分類：分類：直線異步電動(dòng)機(jī)主要有平板形、圓筒形和圓盤(pán)形。直線異步電動(dòng)機(jī)主要有平板形、圓筒形和圓盤(pán)形。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：1平板形直線異步電動(dòng)機(jī) 平板形直線異步電動(dòng)機(jī)可以看成是從旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來(lái)的。 可以設(shè)想，有一極數(shù)很多的三相異步電動(dòng)機(jī)，其定子半徑相當(dāng)大，定子內(nèi)表面的某一段可以認(rèn)為是直線，則這一段便是直線電動(dòng)機(jī)。也可以認(rèn)為把旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子沿徑向剖開(kāi)，并展成平面，就得到了最簡(jiǎn)單的平板形直線異步電動(dòng)機(jī)，如圖5-15所示。圖圖5-15

53、 直線電直線電動(dòng)機(jī)的動(dòng)機(jī)的形成形成 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子，在直線電動(dòng)機(jī)中稱為旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子，在直線電動(dòng)機(jī)中稱為初級(jí)初級(jí)和和次級(jí)次級(jí)。 直線電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式直線電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式可以可以是固定初級(jí)，讓次級(jí)運(yùn)動(dòng)，是固定初級(jí)，讓次級(jí)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)稱為此時(shí)稱為動(dòng)次級(jí)動(dòng)次級(jí)；相反，；相反，也可以也可以固定次級(jí)而讓初級(jí)運(yùn)動(dòng)，則固定次級(jí)而讓初級(jí)運(yùn)動(dòng)，則稱為稱為動(dòng)初級(jí)動(dòng)初級(jí)。 為了在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持初級(jí)和次級(jí)的耦合，初級(jí)和為了在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持初級(jí)和次級(jí)的耦合，初級(jí)和次級(jí)的長(zhǎng)度不應(yīng)相同，可以使初級(jí)長(zhǎng)于次級(jí)，稱為次級(jí)的長(zhǎng)度不應(yīng)相同，可以使初級(jí)長(zhǎng)于次級(jí)，稱為短次級(jí)短次級(jí)；也可以使次級(jí)長(zhǎng)于初級(jí)，稱為也可以使

54、次級(jí)長(zhǎng)于初級(jí)，稱為短初級(jí)短初級(jí)，如圖如圖5-16所示所示。一般。一般常用短初級(jí)。常用短初級(jí)。圖圖5-16 平板形平板形直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)（單邊型）（單邊型） 平板形直線電動(dòng)機(jī)僅在次級(jí)的一邊具有初級(jí)，這種結(jié)構(gòu)形平板形直線電動(dòng)機(jī)僅在次級(jí)的一邊具有初級(jí)，這種結(jié)構(gòu)形式稱為式稱為單邊形單邊形（圖（圖5-16）。單邊形除了產(chǎn)生切向力外，還會(huì)）。單邊形除了產(chǎn)生切向力外，還會(huì)在初、次級(jí)間產(chǎn)生較大的法向力，這在某些應(yīng)用中是不希望在初、次級(jí)間產(chǎn)生較大的法向力，這在某些應(yīng)用中是不希望的。的。 為了更充分地利用次級(jí)和消除法向力，可以在次級(jí)的兩側(cè)為了更充分地利用次級(jí)和消除法向力，可以在次級(jí)的兩側(cè)都裝上初級(jí)，這種結(jié)構(gòu)形

55、式稱為都裝上初級(jí)，這種結(jié)構(gòu)形式稱為雙邊形雙邊形，如圖，如圖5-17所示。所示。圖圖5-17 雙邊形直線電動(dòng)機(jī)雙邊形直線電動(dòng)機(jī)材料：材料： 平板型直線異步電動(dòng)機(jī)的平板型直線異步電動(dòng)機(jī)的初級(jí)鐵芯初級(jí)鐵芯由硅鋼片疊成，表面由硅鋼片疊成，表面開(kāi)有齒槽，槽中安放著三相、兩相或單相繞組。開(kāi)有齒槽，槽中安放著三相、兩相或單相繞組。 次級(jí)次級(jí)型式較多，有類似籠形轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，即在鋼板上型式較多，有類似籠形轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，即在鋼板上（或鐵芯疊片里）開(kāi)槽，槽中放入銅條或鋁條，然后用銅帶（或鐵芯疊片里）開(kāi)槽，槽中放入銅條或鋁條，然后用銅帶或鋁帶在兩側(cè)端部短接?；蜾X帶在兩側(cè)端部短接。最常用的次級(jí)有最常用的次級(jí)有3種種：第第

56、1種種用整塊用整塊鋼板制成，稱為鋼次級(jí)或磁性次級(jí)，這時(shí)，鋼即起導(dǎo)磁作用，鋼板制成，稱為鋼次級(jí)或磁性次級(jí)，這時(shí)，鋼即起導(dǎo)磁作用，又起導(dǎo)電作用；又起導(dǎo)電作用；第第2種種為鋼板上覆合一層銅板或鋁板，稱為為鋼板上覆合一層銅板或鋁板，稱為覆合次級(jí)，鋼主要用于導(dǎo)磁，而銅或鋁用于導(dǎo)電；覆合次級(jí)，鋼主要用于導(dǎo)磁，而銅或鋁用于導(dǎo)電；第第3種種是是單純的銅板或鋁板，稱為銅（鋁）次級(jí)或非磁性次級(jí)，這種單純的銅板或鋁板，稱為銅（鋁）次級(jí)或非磁性次級(jí)，這種次級(jí)一般用于雙邊型電機(jī)中。次級(jí)一般用于雙邊型電機(jī)中。 將平板形直線異步電動(dòng)機(jī)沿著與移動(dòng)方向相垂直的方向?qū)⑵桨逍沃本€異步電動(dòng)機(jī)沿著與移動(dòng)方向相垂直的方向卷成圓筒，即成圓

57、筒形直線異步電動(dòng)機(jī)，卷成圓筒，即成圓筒形直線異步電動(dòng)機(jī)，如圖如圖5-18所示。所示。圖圖5-18 圓筒形直線異步電動(dòng)機(jī)的形成圓筒形直線異步電動(dòng)機(jī)的形成 將平板形直線異步電動(dòng)機(jī)的次級(jí)制成圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，并能將平板形直線異步電動(dòng)機(jī)的次級(jí)制成圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，并能繞經(jīng)過(guò)圓心的軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，使初級(jí)放在圓盤(pán)的兩側(cè)，使圓盤(pán)繞經(jīng)過(guò)圓心的軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，使初級(jí)放在圓盤(pán)的兩側(cè)，使圓盤(pán)在電磁力作用下自由轉(zhuǎn)動(dòng)，便成為圓盤(pán)形直線異步電動(dòng)機(jī)，在電磁力作用下自由轉(zhuǎn)動(dòng)，便成為圓盤(pán)形直線異步電動(dòng)機(jī)，如圖如圖5-19所示所示。 圖圖5-19 圓盤(pán)形直線異步電動(dòng)機(jī)圓盤(pán)形直線異步電動(dòng)機(jī) 直直 線異步電動(dòng)機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來(lái)的，因而當(dāng)初線異步電

58、動(dòng)機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來(lái)的，因而當(dāng)初級(jí)的多相繞組中通入多相電流后，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙基波磁級(jí)的多相繞組中通入多相電流后，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙基波磁場(chǎng)，但這個(gè)磁場(chǎng)不是旋轉(zhuǎn)的，而是沿直線移動(dòng)的磁場(chǎng)，稱為場(chǎng)，但這個(gè)磁場(chǎng)不是旋轉(zhuǎn)的，而是沿直線移動(dòng)的磁場(chǎng)，稱為行波磁場(chǎng)行波磁場(chǎng)。行波磁場(chǎng)在空間作正弦分布，如圖。行波磁場(chǎng)在空間作正弦分布，如圖5-20所示。所示。圖圖5-20 直線電動(dòng)機(jī)的工作原理直線電動(dòng)機(jī)的工作原理移動(dòng)速度為：移動(dòng)速度為： （cm/s） 111a1226060nnvDpf式中，式中， 為極距（為極距（cm），），f1為電流頻率（為電流頻率（Hz）。）。行波磁場(chǎng)切割次級(jí)導(dǎo)條，將在其中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)并

59、產(chǎn)生行波磁場(chǎng)切割次級(jí)導(dǎo)條，將在其中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流，該感應(yīng)電流與行波磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，使電流，該感應(yīng)電流與行波磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，使次級(jí)跟隨行波磁場(chǎng)移動(dòng)。若次級(jí)的運(yùn)動(dòng)速度為次級(jí)跟隨行波磁場(chǎng)移動(dòng)。若次級(jí)的運(yùn)動(dòng)速度為v，則直線，則直線異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率為 ，代入上式得：，代入上式得：11vvsv可知：可知：改變極距改變極距 和電流頻率和電流頻率f1，均可改變次級(jí)的移動(dòng)速度。，均可改變次級(jí)的移動(dòng)速度。 直線異步電動(dòng)機(jī)直線異步電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用主要應(yīng)用在各種直線運(yùn)動(dòng)的電力拖動(dòng)在各種直線運(yùn)動(dòng)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，如自動(dòng)搬運(yùn)裝置、傳送帶、帶鋸、直線打樁機(jī)、系統(tǒng)中，如自動(dòng)搬運(yùn)裝置

60、、傳送帶、帶鋸、直線打樁機(jī)、電磁錘、礦山用直線電動(dòng)機(jī)推車機(jī)、磁懸浮車等，電磁錘、礦山用直線電動(dòng)機(jī)推車機(jī)、磁懸浮車等，也用也用于于自控系統(tǒng)中，如液態(tài)金屬電磁泵、門閥、開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)自控系統(tǒng)中，如液態(tài)金屬電磁泵、門閥、開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)閉裝置、自動(dòng)生產(chǎn)線機(jī)械手等。閉裝置、自動(dòng)生產(chǎn)線機(jī)械手等。 實(shí)例：實(shí)例： 1傳送帶2高速列車概述概述5.5.1 永磁式同步電動(dòng)機(jī)永磁式同步電動(dòng)機(jī)5.5.2 反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)5.5.3 磁滯式同步電動(dòng)機(jī)磁滯式同步電動(dòng)機(jī) 微型同步電動(dòng)機(jī)主要有微型同步電動(dòng)機(jī)主要有3種類型，即種類型，即永磁式微型同步電動(dòng)永磁式微型同步電動(dòng)機(jī)機(jī)、反應(yīng)式微型同步電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式微型同步電動(dòng)機(jī)和和