伺服電動(dòng)機(jī)7和旋轉(zhuǎn)變壓器主要介紹

7.1伺服電動(dòng)機(jī)7.8直線異步電動(dòng)機(jī)7.5

同步電動(dòng)機(jī)7.2測速電動(dòng)機(jī)7.3自整角機(jī)7.4旋轉(zhuǎn)變壓器

本章主要介紹伺服電動(dòng)機(jī)、測速電動(dòng)機(jī)、自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、微型同步電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，除此之外，還將介紹兩種新型電機(jī)：開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和直線電動(dòng)機(jī)。7.7開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)7.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)7.1伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)一、直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)分類：普通型直流伺服電機(jī)；盤型電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)；空心杯直流伺服電動(dòng)機(jī)；無槽直流伺服電動(dòng)機(jī)。圖盤型電樞直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)圖空心杯永磁直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)圖無槽直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)二、直流伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性1、機(jī)械特性定義：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n隨轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系。式中：

當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩僅與電樞電壓有關(guān)，此時(shí)的轉(zhuǎn)矩稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩

當(dāng)轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速僅與電樞電壓有關(guān)，此時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為理想空載轉(zhuǎn)速直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如下：2、調(diào)節(jié)特性定義：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)系。直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性如上圖所示。圖電樞控制的直流伺服電機(jī)機(jī)械特性圖直流伺服電機(jī)調(diào)節(jié)特性

交流伺服電動(dòng)機(jī)

一、交流伺服電機(jī)的工作原理

交流伺服電動(dòng)機(jī)一般為兩相交流電機(jī)，由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。轉(zhuǎn)子有籠形和杯形兩種。定子為兩相繞組，并在空間相差90°電角度，一個(gè)為勵(lì)磁繞組，另一個(gè)為控制繞組。如下圖所示：圖交流伺服電機(jī)工作原理圖“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象及避免“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象方法：“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象：當(dāng)勵(lì)磁電壓不為零，控制電壓為零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一臺單相異步電動(dòng)機(jī)，若轉(zhuǎn)子電阻較小，則電機(jī)仍然旋轉(zhuǎn)。避免“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象方法：增大轉(zhuǎn)子電阻值。二、交流伺服電機(jī)的控制方式

交流伺服電機(jī)的控制方式有三種：幅值控制、相位控制和幅值—相位控制

1、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，這種控制方法稱為幅值控制。2、相位控制控制電壓和勵(lì)磁電壓幅值均為額定值，通過改變控制電壓和勵(lì)磁電壓相位差，實(shí)現(xiàn)對伺服電動(dòng)機(jī)的控制，這種控制方法稱為相位控制。3、幅值—相位控制通過改變控制電壓的幅值及控制電壓與勵(lì)磁電壓的相位差控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種控制方法稱為幅值—相位控制。7.2測速發(fā)電機(jī)

分類：直流測速發(fā)電機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)

分永磁式和電磁式兩種。直流測速發(fā)電機(jī)一、直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性

輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，稱為輸出特性，如圖所示。減少誤差的方法：紋波的影響產(chǎn)生誤差的原因電樞反應(yīng)電刷接觸電阻的影響二、直流測速發(fā)電機(jī)的誤差及減少誤差的方法交流異步測速發(fā)電機(jī)

分為同步測速發(fā)電機(jī)和異步測速發(fā)電機(jī)一、空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)的工作原理圖異步測速發(fā)電機(jī)工作原理切割電動(dòng)勢計(jì)算公式1、n=0電機(jī)不轉(zhuǎn)輸出電壓U2=02、n0電機(jī)旋轉(zhuǎn)切割電動(dòng)勢大小:即：輸出繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢的幅值正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)速。二、異步測速發(fā)電機(jī)的誤差主要包括幅值及相位誤差和剩余電壓誤差1、幅值及相位誤差產(chǎn)生原因：勵(lì)磁繞組存在漏電感。減小該誤差的方法：增大轉(zhuǎn)子電阻。2、剩余電壓誤差產(chǎn)生原因：由于加工、裝配過程中存在機(jī)械上的不對稱及定子磁性材料性能的不一致性，使得測速發(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：選擇高質(zhì)量的各方向特性一致的磁性材料，在機(jī)加工和裝配過程中提高機(jī)械精度以及裝配補(bǔ)償繞組。7.3自整角機(jī)分類：控制式自整角機(jī)和力矩式自整角機(jī)一、力矩式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

自整角機(jī)是一種能對角位移或角速度的偏差自動(dòng)整步的感應(yīng)式控制電機(jī)。一般成對或多臺組合使用。自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

通常采用兩極結(jié)構(gòu)，絕大部分采用凸極式結(jié)構(gòu)，頻率高、尺寸大的力矩式自整角機(jī)采用隱極式結(jié)構(gòu)

力矩式自整角機(jī)的三種結(jié)構(gòu)：圖力矩式自整角機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖為自整角機(jī)的工作原理圖圖力矩式自整角機(jī)工作原理發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子位置為θ1，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子位置為θ2，失調(diào)角θ為

θ=θ1-θ2１．力矩式自整角機(jī)整步繞組中的電動(dòng)勢與電流

每相整步繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢：發(fā)送機(jī)：接收機(jī)：各相繞組中的總電動(dòng)勢：各相繞組中的電流：2．力矩式自整角機(jī)整步繞組的磁動(dòng)勢：發(fā)送機(jī)的交軸磁動(dòng)勢分量：發(fā)送機(jī)的直軸磁動(dòng)勢分量：合成磁動(dòng)勢的幅值：同理可求得接收機(jī)的整步磁動(dòng)勢為：3．力矩式自整角機(jī)的轉(zhuǎn)矩：式中：k1為轉(zhuǎn)矩系數(shù)，φ為直軸磁通與交軸磁動(dòng)勢間的夾角。二、控制式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

控制式自整角機(jī)與力矩式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同。

圖為控制式自整角機(jī)的工作原理圖圖控制式自整角機(jī)的工作原理自整角機(jī)的誤差分析與選用時(shí)應(yīng)注意的問題

力矩式自整角機(jī)的誤差：主要有零位誤差和靜態(tài)誤差。

控制式自整角機(jī)的誤差：主要有電氣誤差和零位電壓誤差。7.4旋轉(zhuǎn)變壓器

旋轉(zhuǎn)變壓器是自動(dòng)裝置中的一類精密控制微電機(jī)。分類：按有無電刷和滑環(huán)之間的滑動(dòng)接觸來分：接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器和非接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器。按電機(jī)的極對數(shù)多少來分：單極對旋轉(zhuǎn)變壓器和多極對式旋轉(zhuǎn)變壓器。按使用要求來分：用于解算裝置的旋轉(zhuǎn)變壓器和用于隨動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變壓器。一、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理1.正弦繞組圖正弦繞組元件匝數(shù)與磁動(dòng)勢空間分布2.正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理

定子上放置兩套互差90空間角度的匝數(shù)、型式完全相同的正弦繞組，一個(gè)作為勵(lì)磁繞組，另一個(gè)作為交軸繞組。勵(lì)磁繞組上施加交流勵(lì)磁電壓，定義勵(lì)磁繞組的軸線方向?yàn)閐軸，在氣隙中產(chǎn)生d軸磁通Фd，勵(lì)磁繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢為：（1）正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的空載運(yùn)行

轉(zhuǎn)子上也有兩套完全相同的的正弦繞組，兩套繞組的空間位置也互差90，d軸磁通與轉(zhuǎn)子交鏈，產(chǎn)生變壓器電動(dòng)勢，轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢大小和轉(zhuǎn)子與勵(lì)磁繞組的相對位置有關(guān)。將Фd分解為兩個(gè)分量：與正弦繞組軸線方向一致的磁通Фr1和與正弦繞組軸線相垂直的磁通Фr2。圖正弦旋轉(zhuǎn)變壓器的空載運(yùn)行正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出繞組的開路輸出電壓分別為：（2）正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的負(fù)載運(yùn)行圖正弦旋轉(zhuǎn)變壓器的負(fù)載運(yùn)行圖正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器正弦繞組輸出電壓與轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線一次補(bǔ)償與二次補(bǔ)償?shù)母拍顖D旋轉(zhuǎn)變壓器的二次側(cè)補(bǔ)償圖旋轉(zhuǎn)變壓器的一次側(cè)補(bǔ)償二、線性旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理輸出電壓的大小與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角α成正比關(guān)系圖一次側(cè)補(bǔ)償?shù)男D(zhuǎn)變壓器正弦繞組的開路輸出電壓：進(jìn)行級數(shù)展開：設(shè)ku=0.5,將級數(shù)展開式代入（1）式中，得：忽略轉(zhuǎn)角的高次項(xiàng)時(shí)，上式可寫為：二次補(bǔ)償?shù)木€性旋轉(zhuǎn)變壓器：圖二次側(cè)補(bǔ)償?shù)木€性旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器的誤差及其改進(jìn)方法1、產(chǎn)生誤差的原因2、改進(jìn)方法旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用電脈沖信號進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程或設(shè)備的數(shù)字控制。7.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理根據(jù)作用原理和結(jié)構(gòu)不同，分為兩大類型：（1）電磁型步進(jìn)電機(jī)，僅靠電磁作用不能使電機(jī)的轉(zhuǎn)子作步進(jìn)運(yùn)行，必須加上相應(yīng)的機(jī)械部件，才能產(chǎn)生步進(jìn)的效果；（2）定子和轉(zhuǎn)子之間僅靠電磁作用就可以產(chǎn)生步進(jìn)作用的電機(jī)。

一、步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與類型

在第2類步進(jìn)電機(jī)中，根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，分為永磁式轉(zhuǎn)子電機(jī)和反應(yīng)式轉(zhuǎn)子電機(jī)。

二、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理

圖為一臺三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，它由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。在定子上有三對磁極，磁極上裝有勵(lì)磁繞組。轉(zhuǎn)子由軟磁材料制成，在轉(zhuǎn)子上均勻分布四個(gè)凸極，極上步裝繞組，轉(zhuǎn)子的凸極也稱為轉(zhuǎn)子的齒。

圖三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理圖步距角：步進(jìn)電機(jī)每改變一次通電狀態(tài)（一拍）轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。步距角的計(jì)算公式：式中：m為步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)；C為通電狀態(tài)系數(shù)，單拍或雙拍工作時(shí)C=1，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)。步進(jìn)電機(jī)的控制方式分三種：（1）三相單三拍工作方式，U-V-W-U;(2)三相單、雙六拍工作方式，U-UV-V-VW-WU-U;(3)三相雙三拍工作方式，UV-VW-WU-UV;一、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的靜特性(1)矩角特性反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性步進(jìn)電機(jī)的矩角特性是指在不改變通電狀態(tài)的條件下，步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的關(guān)系。用T=f(θ)表示。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：

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。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)：2.最大靜轉(zhuǎn)矩圖步進(jìn)電機(jī)的矩角特性二、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)特性

步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)特性是指步進(jìn)電機(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)。動(dòng)態(tài)特性包括動(dòng)穩(wěn)定區(qū)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)頻率