第4章特殊电机（课件）—《电机与电气控制技术》同步教学（高教版）

第四章　特殊电机 内容提要 　　特殊电机是在普通旋转电机基础上产生的特殊功能的电机。它输入的电能可以是交流电能，也可以是直流电能或脉冲信号，它的输出既有作驱动功能用，也有作控制功能用或其他功能用。 　　驱动用特殊电机主要作驱动机械装备之用，如直流电动机、直线电动机、伺服电动机、步进电动机和微型同步电动机等。控制用特殊电机主要是在自动控制系统和计算装置中作检测、放大、执行和校正元件使用，如测速发电机、旋转变压器、自整角机等。 　　本章主要介绍直流电动机、直线电动机、伺服电动机、步进电动机、测速发电机和微型同步电动机。 第一节　直流电动机1 　　直流电动机是指输入直流电能输出机械能的旋转机械。 　　直流电动机由于具有调速性能好、起动转矩大的优点曾被广泛使用过，但它的结构较复杂、使用维护较麻烦，已基本上被交流电动机取代。 　　一、直流电动机的工作原理 　　直流电动机是依据载流导体在磁场中受力而旋转的原理制造的。通常磁场固定不动，而导体做成可在磁场中绕中心轴OO，旋转，如图4-1中线圈abcd。为了使线圈abcd在不同的磁场位置下按同一方向旋转，采用了电刷和换向器结构。但也正是这个电刷和换向器结构，使直流电动机的结构变得复杂，成了它的致命所在。 第一节　直流电动机2 第一节　直流电动机3 　　二、直流电动机的主要结构 图4-5是直流电动机的结构图，它主要由定子和转子(电枢)两部分组成。 第一节　直流电动机4 1. 定子 电动机中静止不动的部分，包括机座、前后端盖、主磁极、换向极和电刷装置等。 2.转子 转子又称电枢，是电动机中转动的部分。转子的作用是通过电枢电流，产生电磁转矩而旋转。 第一节　直流电动机5 　　3. 直流电动机的励磁方式 　　励磁方式是指直流电动机主磁场的产生方法。一类是由永久磁铁产生，称永磁直流电动机；另一类是由主极绕组通直流电产生，根据主极绕组与电枢绕组接法的不同分他励、并励、串励和复励电动机。 第一节　直流电动机6 　　 三、直流电动机的应用 1．直流电动机的起动 　　直流电动机由静止状态到正常运行的过程称为起动。直流电动机起动时的主要问题是起动电流比较大。直流电动机常用的起动方法有全压起动和降压起动。与三相异步电动机一样，降压起动即是在起动时降低加在电动机上的电压，随着转速升高，逐步增加电压到正常运转。目前采用的方法主要是由晶闸管构成的可控整流电路作为直流电动机的可调直流电源。 　　2.直流电动机的调速 　　直流电动机的调速有以下三种方法：即改变电源电压调速；减小主磁通调速；在电枢回路串电阻调速。串电阻调速方法目前已基本不用。 　　3.直流电动机的应用 　　（1）并励直流电动机调速较方便，曾在大型机床、冶金机械中使用，目前已少用。 　　（2）串励直流电动机的牵引性能较好，曾在起重设备、电传动机车及车辆中使用，目前已少用。 　　（3）直流电动机使用时应注意：串励直流电动机绝不允许空载起动；并励直流电动机励磁绕组在运行时决不允许开路。 第二节　步进电动机 1 一、概述 　　步进电动机是将电脉冲信号转换成角位移或直线位移的控制电机，在自动控制系统中作执行元件。给步进电动机输入一个电脉冲信号时，它就转过一定的角度或移动一定的距离。由于其输出的角位移或直线位移可以不是连续的，因此称为步进电动机。步进电动机的精度高、惯性小，不会因电压波动、负载变化、温度变化等原因而改变输出量与输入量之间的固定关系，其控制性能很好。步进电动机广泛用于数控机床、计算机外围设备等控制系统中。 　　步进电动机的种类很多，按运动方式可分旋转型和直线型。旋转型又可分感应式、永磁式和混合式等。感应式步进电动机的转子上没有绕组，依靠变化的磁阻生成磁阻转矩工作。永磁式步进电动机的转子上有磁极，依靠电磁转矩工作。感应式步进电动机是目前应用最为广泛的步进电动机。 8 　 步进电动机 2 　 二、步进电动机工作原理 1. 感应式步进电动机 感应式步进电动机是利用磁阻转矩使转子转动的。 　　定子为三相三组绕组，转子由软铁制成十字形铁心，按顺序控制定子三组绕组中的电流通电顺序，三组绕组中的电流就会使定子铁心产生磁场，这个磁场吸引转子铁心的凸齿，使转子一步步跟随定子三相绕组的通电顺序而转动。 2. 永磁式步进电动机 永磁式步进电动机一般为两相，即定子由四个磁极组成，每个磁极上绕有一组绕组，转子则由永久磁铁制成，为圆柱形结构。当改变定子绕组中的电流和方向时，通电定子绕组形成的磁场与转子磁极相互吸引，而使转子旋转。 第三节　伺服电动机 1 一、概述 　　伺服电动机的作用是将输入的电压信号（即控制电压）转换成轴上的角位移或角速度输出，在自动控制系统