工信版(中职）电机与控制第五章教学课件.ppt

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1、YCF(中职）电机与控制第五章教学课件第五章其他类型的电动机简介第五章其他类型的电动机简介第一节第一节 单相同步电动机单相同步电动机第二节第二节 步进电动机步进电动机返回第五章其他类型的电动机简介第五章其他类型的电动机简介本章概述本章概述本章主要讲述了单相同步电动机、步进电动机等类型电动机的相关知本章主要讲述了单相同步电动机、步进电动机等类型电动机的相关知识，以拓展学生对多种电动机知识的了解和掌握。识，以拓展学生对多种电动机知识的了解和掌握。教学目标教学目标1.了解单相同步电动机的工作原理。了解单相同步电动机的工作原理。2.掌握步进电动机的结构和工作原理。掌握步进电动机的结构和工作原理。返回第

2、一节第一节 单相同步电动机单相同步电动机在第二章和第四章介绍的是异步电动机。所谓在第二章和第四章介绍的是异步电动机。所谓“异步异步”，就是电动机，就是电动机与旋转磁场之间存在着转速差。而所谓与旋转磁场之间存在着转速差。而所谓“同步同步”电动机，就是电动机电动机，就是电动机的转速与旋转磁场的转速相同。由前面内容可知，如果电动机的转速的转速与旋转磁场的转速相同。由前面内容可知，如果电动机的转速等于旋转磁场的转速，则在额定功率以内转速基本不受负载等因素的等于旋转磁场的转速，则在额定功率以内转速基本不受负载等因素的影响，只由交流电源的频率来决定，而又由于我国交流电源的频率是影响，只由交流电源的频率来决

3、定，而又由于我国交流电源的频率是固定的固定的(50 Hz)，所以同步电动机的转速是恒定的。也就是说，同步电，所以同步电动机的转速是恒定的。也就是说，同步电动机具有动机具有绝对绝对“硬硬”的机械特性。所以同步电动机常被应用于电子的机械特性。所以同步电动机常被应用于电子钟、定时器、传真机、电唱机、录音机等要求转速恒定、计时或记录钟、定时器、传真机、电唱机、录音机等要求转速恒定、计时或记录较精确的电器中。较精确的电器中。下一页返回第一节第一节 单相同步电动机单相同步电动机那么，同步电动机是如何使转子的转速与旋转磁场转速同步的呢那么，同步电动机是如何使转子的转速与旋转磁场转速同步的呢?如如果定子和异步

4、电动机一样产生旋转磁场，而转子绕组通入直流电流，果定子和异步电动机一样产生旋转磁场，而转子绕组通入直流电流，直流励磁产生恒定的磁极，那么利用异性磁极相吸的原理，转子就会直流励磁产生恒定的磁极，那么利用异性磁极相吸的原理，转子就会在定子旋转磁场的牵引下同步转动起来。因此，从原理上讲，同步电在定子旋转磁场的牵引下同步转动起来。因此，从原理上讲，同步电动机是定子用交流励磁以建立旋转磁场，转子用直流励磁动机是定子用交流励磁以建立旋转磁场，转子用直流励磁(或用永久或用永久磁铁磁铁)构成旋转磁极的一种双边励磁的交流电动机。构成旋转磁极的一种双边励磁的交流电动机。单相同步电动机的定子与单相异步电动机的定子结

5、构基本相同，为产单相同步电动机的定子与单相异步电动机的定子结构基本相同，为产生旋转磁场，其定子也分为电容式和罩极式两种。若按转子结构的不生旋转磁场，其定子也分为电容式和罩极式两种。若按转子结构的不同，又可分为永磁式、反应式和磁滞式三种。同，又可分为永磁式、反应式和磁滞式三种。上一页 下一页返回第一节第一节 单相同步电动机单相同步电动机一、永磁式同步电动机一、永磁式同步电动机永磁式同步电动机的转子由永久磁钢制成凸极式，当定子绕组通入单永磁式同步电动机的转子由永久磁钢制成凸极式，当定子绕组通入单相交流电流产生旋转磁场时，转子永久磁场将产生与旋转磁场相同的相交流电流产生旋转磁场时，转子永久磁场将产生

6、与旋转磁场相同的磁极数，从而被定子旋转磁场拖动同步旋转。磁极数，从而被定子旋转磁场拖动同步旋转。图图5-1所示为两极旋转所示为两极旋转磁场的同步电动机运转原理，由图可见定子磁极与转子磁极的轴线之磁场的同步电动机运转原理，由图可见定子磁极与转子磁极的轴线之间存在一夹角间存在一夹角,角的大小会随负载的变化而变化，但只要负载不超角的大小会随负载的变化而变化，但只要负载不超过限定值，转子就始终跟随定子旋转磁场以恒定的同步转速旋转。过限定值，转子就始终跟随定子旋转磁场以恒定的同步转速旋转。永磁式同步电动机的启动方式有两种。永磁式同步电动机的启动方式有两种。上一页 下一页返回第一节第一节 单相同步电动机单

7、相同步电动机如果在转子凸极的边沿装上笼型导条制成笼型转子，在启动过程中依如果在转子凸极的边沿装上笼型导条制成笼型转子，在启动过程中依靠笼型转子产生异步启动转矩的，称为靠笼型转子产生异步启动转矩的，称为“异步启动式异步启动式”;如果电动机如果电动机的磁极数多、转子惯性小，一般在定子接通电源的半个周期内即可启的磁极数多、转子惯性小，一般在定子接通电源的半个周期内即可启动并随即被牵入同步的，则称为动并随即被牵入同步的，则称为“自启动式自启动式”。永磁式同步电动机常使用在日用电器中的电动定时程控器中，如洗衣永磁式同步电动机常使用在日用电器中的电动定时程控器中，如洗衣机的电动定时器、电冰箱的化霜定时器。

8、还有用作驱动转页扇导风轮机的电动定时器、电冰箱的化霜定时器。还有用作驱动转页扇导风轮的电动机的电动机(见见图图5-2)，转页扇导风轮电动机和传动机构装在同一机壳内，转页扇导风轮电动机和传动机构装在同一机壳内，电动机有电动机有10极和极和12极两种，转速分别为极两种，转速分别为600 r/min和和500 r/min，经传，经传动机构减速至动机构减速至5 r/min带动导风轮旋转。带动导风轮旋转。上一页 下一页返回第一节第一节 单相同步电动机单相同步电动机二、反应式同步电动机二、反应式同步电动机反应式同步电动机的转子是用软磁性材料制成凸极式，转子本身无磁反应式同步电动机的转子是用软磁性材料制成凸

9、极式，转子本身无磁性，转子的磁极由定子磁场磁化而来，所以称为性，转子的磁极由定子磁场磁化而来，所以称为“反应式反应式”同步电动同步电动机，其运转原理如机，其运转原理如图图5-3所示。在定子旋转磁场的作用下，转子先异所示。在定子旋转磁场的作用下，转子先异步启动，至转速接近同步转速时，转子被旋转磁场磁化并产生磁极步启动，至转速接近同步转速时，转子被旋转磁场磁化并产生磁极;当旋转磁场的轴线与转子的纵轴方向一致时，磁通通过的路径最短，当旋转磁场的轴线与转子的纵轴方向一致时，磁通通过的路径最短，磁阻最小，如磁阻最小，如图图5-3(a)所示所示;当转子转速与同步转速稍有差异时，就当转子转速与同步转速稍有差

10、异时，就会使磁感应线扭曲，转子的纵轴与旋转磁场的轴线形成夹角会使磁感应线扭曲，转子的纵轴与旋转磁场的轴线形成夹角，如，如图图5-3(b)所示。所示。上一页 下一页返回第一节第一节 单相同步电动机单相同步电动机由于磁通通过的路径被拉长，磁阻增大，根据磁通总是力图沿磁阻最由于磁通通过的路径被拉长，磁阻增大，根据磁通总是力图沿磁阻最小的路径通过的原理，便产生迫使转子纵轴与旋转磁场轴线重合的磁小的路径通过的原理，便产生迫使转子纵轴与旋转磁场轴线重合的磁阻转矩，从而使转子与旋转磁场同步旋转，所以反应式同步电动机又阻转矩，从而使转子与旋转磁场同步旋转，所以反应式同步电动机又称为称为“磁阻式磁阻式”同步电动

11、机。同步电动机。反应式同步电动机应用于电子钟、自动记录装置、复印机等设备中。反应式同步电动机应用于电子钟、自动记录装置、复印机等设备中。三、磁滞式同步电动机三、磁滞式同步电动机磁滞式同步电动机的转子是由硬磁性材料制成圆柱形，在转子中间开磁滞式同步电动机的转子是由硬磁性材料制成圆柱形，在转子中间开槽使转子沿不同方向的磁阻不同，在定子旋转磁场的作用下，将产生槽使转子沿不同方向的磁阻不同，在定子旋转磁场的作用下，将产生一个磁阻转矩。一个磁阻转矩。上一页 下一页返回第一节第一节 单相同步电动机单相同步电动机同时，由于转子是由硬磁性材料制成，具有较强的磁滞效应，又会产同时，由于转子是由硬磁性材料制成，具

12、有较强的磁滞效应，又会产生磁滞转矩，生磁滞转矩，如图如图5-4所示。所示。图图(a)所示为转子刚被定子旋转磁场磁化所示为转子刚被定子旋转磁场磁化的情况的情况;图图(b)所示为当定子旋转磁场转过了一个角度所示为当定子旋转磁场转过了一个角度后，转子上已后，转子上已被磁化的磁性尚未消失，表现为旋转磁场与转子磁极的轴线之间出现被磁化的磁性尚未消失，表现为旋转磁场与转子磁极的轴线之间出现一个空间位置的夹角一个空间位置的夹角(磁滞角磁滞角),磁滞角磁滞角的存在，使气隙中旋转磁场的存在，使气隙中旋转磁场对转子磁极的作用力对转子磁极的作用力F分解为径向作用力分解为径向作用力F1和切线方向的作用力和切线方向的作

13、用力F2.F2可形成磁滞转矩，驱使转子朝着旋转磁场的方向旋转。由此可见，可形成磁滞转矩，驱使转子朝着旋转磁场的方向旋转。由此可见，磁滞式同步电动机是由磁滞转矩和磁阻转矩共同驱动旋转的。磁滞式同步电动机是由磁滞转矩和磁阻转矩共同驱动旋转的。上一页 下一页返回第一节第一节 单相同步电动机单相同步电动机磁滞式同步电动机具有结构简单、工作可靠、机械强度好、适合于高磁滞式同步电动机具有结构简单、工作可靠、机械强度好、适合于高速运转、启动电流小、电磁噪声低等优点速运转、启动电流小、电磁噪声低等优点;其缺点是重量和体积都较其缺点是重量和体积都较大、价格高、效率和功率因数都较低。这种电动机适合应用于恒速传大、

14、价格高、效率和功率因数都较低。这种电动机适合应用于恒速传动装置和自动控制系统中，也应用于仪表和电子钟、电唱机、录音机、动装置和自动控制系统中，也应用于仪表和电子钟、电唱机、录音机、传真机等电器中。传真机等电器中。上一页返回第二节第二节 步进电动机步进电动机 一般电动衫提连续旋转的，而步进电动衫提一步步转动的。向定子绕一般电动衫提连续旋转的，而步进电动衫提一步步转动的。向定子绕组供给一个电脉冲信号，转子就转过一定角度，如果连续输入脉冲信组供给一个电脉冲信号，转子就转过一定角度，如果连续输入脉冲信号，它就像走路一样，一步接一步转过一个角度又一个角度。所以，号，它就像走路一样，一步接一步转过一个角度

15、又一个角度。所以，步进电动衫提一种把电脉冲信号转变成机械的角位移或直线位移的元步进电动衫提一种把电脉冲信号转变成机械的角位移或直线位移的元件。件。步进电动机的种类很多，按运动方式可分为旋转运动、直线运动和平步进电动机的种类很多，按运动方式可分为旋转运动、直线运动和平面运动等几种面运动等几种;按工作原理可分为反应式、永磁式和永磁感应式等几按工作原理可分为反应式、永磁式和永磁感应式等几种。种。本节只介绍我国常用的反应式旋转运动步进电动机的结构、工作原理本节只介绍我国常用的反应式旋转运动步进电动机的结构、工作原理和应用范围。和应用范围。下一页返回第二节第二节 步进电动机步进电动机一、基本结构一、基本

16、结构图图5-5是三相反应式步进电动机的原理图。其定子、转子是用硅钢片是三相反应式步进电动机的原理图。其定子、转子是用硅钢片或其他软磁或其他软磁J性材料制成的。定子的每对极上绕有一对绕组成一相。性材料制成的。定子的每对极上绕有一对绕组成一相。这种结构的电动机，每转一步角度太大，不能适应一般要求。为了符这种结构的电动机，每转一步角度太大，不能适应一般要求。为了符合要求，常采用如合要求，常采用如图图5-6所示结构，它也是一种三相反应式步进电动所示结构，它也是一种三相反应式步进电动机。在定子磁极和转子上都开有齿分度相同的小齿。采用适当的齿数机。在定子磁极和转子上都开有齿分度相同的小齿。采用适当的齿数配

17、合，使当配合，使当A相磁极的小齿与转子小齿一一对正时，相磁极的小齿与转子小齿一一对正时，B相磁极的小齿相磁极的小齿与转子小齿相互错开与转子小齿相互错开1/3齿距，齿距，C相则错开相则错开2/3齿距。齿距。为了使每转一步的角度更小，反应式步进电动机分为单段式和多段式为了使每转一步的角度更小，反应式步进电动机分为单段式和多段式两种。两种。上一页 下一页返回第二节第二节 步进电动机步进电动机1.单段式单段式单段式步进电动机沿轴向只有一段铁芯。单段式步进电动机沿轴向只有一段铁芯。2.多段式多段式多段式又分为轴向磁路和径向磁路两种。多段式又分为轴向磁路和径向磁路两种。图图5-7和和图图5-8是两种多段式

18、是两种多段式步进电动机的典型结构。电动机沿轴向分为步进电动机的典型结构。电动机沿轴向分为m(相数相数)段。段。图图5-7的磁路为轴向磁路，每段铁芯上有一相环形控制绕组，定子、的磁路为轴向磁路，每段铁芯上有一相环形控制绕组，定子、转子圆周都有数量相同的齿，相邻段定子、转子相对位置错开转子圆周都有数量相同的齿，相邻段定子、转子相对位置错开1/m齿齿距。距。图图5-8的磁路为径向磁路，它实际上是多台单段式电动机的组合，但的磁路为径向磁路，它实际上是多台单段式电动机的组合，但不同的是，每段上只有一相控制绕组。相邻的定子、转子之间的相对不同的是，每段上只有一相控制绕组。相邻的定子、转子之间的相对位置也是

19、错开位置也是错开1/m齿距。齿距。上一页 下一页返回第二节第二节 步进电动机步进电动机二、工作原理与应用二、工作原理与应用如图如图5-5所示，当所示，当A相绕组通以直流电时，转子被磁化，并被拉至与相绕组通以直流电时，转子被磁化，并被拉至与A相绕组轴线重合的位置。如果改为相绕组轴线重合的位置。如果改为B相通电，转子就沿顺时针方向转相通电，转子就沿顺时针方向转过过600，转到，转到B相绕组的轴向位置。这就前进了一步，这个角度就叫步相绕组的轴向位置。这就前进了一步，这个角度就叫步距角。每转到一个位置，转子能够自锁。距角。每转到一个位置，转子能够自锁。从一相通电，换到另一相通电叫做一拍，这三相从一相通

20、电，换到另一相通电叫做一拍，这三相(不同于三相交流电不同于三相交流电的三相的三相)依次通电的运行方式，叫做三相单三拍运行方式。如果依次通电的运行方式，叫做三相单三拍运行方式。如果AB两两相同时通电，转子轴线便转至相同时通电，转子轴线便转至AB两相之间的轴线上。这种按两相之间的轴线上。这种按AB、BC、CA顺序两相同时通电运行方式，叫做三相双三拍运行方式。如顺序两相同时通电运行方式，叫做三相双三拍运行方式。如果按两者组合方式果按两者组合方式A、AB、B、BC、C、CA的方式通电，其步距角的方式通电，其步距角就变为原来的一半，这叫三相六拍运行方式。就变为原来的一半，这叫三相六拍运行方式。上一页 下

21、一页返回第二节第二节 步进电动机步进电动机为了减小步距角，常采用为了减小步距角，常采用图图5-6磁路结构，当磁路结构，当A相通电时，相通电时，A相磁极的相磁极的小齿与转子小齿一一对正。小齿与转子小齿一一对正。B相小齿与转子小齿互相错开相小齿与转子小齿互相错开1/3齿距。若齿距。若改为改为B相通电，则转子转过的角度为相通电，则转子转过的角度为1/3齿距，齿距，B相磁极小齿与转子小相磁极小齿与转子小齿一一对正。这时齿一一对正。这时C相绕组一对磁极下定子、转子齿的轴线只相距相绕组一对磁极下定子、转子齿的轴线只相距1/3齿距。所以在齿距。所以在B相断电，相断电，C相通电时，转子转过相通电时，转子转过1

22、/3齿距，使齿距，使C相磁极相磁极小齿与转子小齿一一对正。由此可见，当转子齿数为小齿与转子小齿一一对正。由此可见，当转子齿数为ZR时，时，N拍反应拍反应式步进电动机转子每转过一个齿距，相当于空间转过式步进电动机转子每转过一个齿距，相当于空间转过3600/ZR，而每，而每一拍转过的角度是齿距的一拍转过的角度是齿距的1/N，因此可知步距角，因此可知步距角:上一页 下一页返回第二节第二节 步进电动机步进电动机如果拍数增加一倍，步距角即减小一半。对如果拍数增加一倍，步距角即减小一半。对ZR=40的步进电动机，三的步进电动机，三相三拍运行的步距角为相三拍运行的步距角为=3600/(40 x3)=30;三

23、相六拍运行的步距角为三相六拍运行的步距角为=1.50。步进电动机广泛应用于各种工业数字控制系统中做执行元件。步进电动机广泛应用于各种工业数字控制系统中做执行元件。上一页返回图图5-1永磁式同步电动机运转原理永磁式同步电动机运转原理返回图5一1永磁式同步电动机运转原理图图5-2驱动转页扇导风轮的永磁式同步电驱动转页扇导风轮的永磁式同步电动机动机返回图5-2驱动转页扇导风轮的永磁式同步电动机图图5-3反应式同步电动机运转原理反应式同步电动机运转原理返回图5-3反应式同步电动机运转原理图图5-4磁滞式同步电动机运转原理磁滞式同步电动机运转原理返回图5-4磁滞式同步电动机运转原理图图5-5三相反应式步进电动机的原理图三相反应式步进电动机的原理图返回图5-5三相反应式步进电动机的原理图图图5-6三相反应式步进电动机的结构图三相反应式步进电动机的结构图返回图5-6三相反应式步进电动机的结构图图图5-7多段式轴向磁路反应式步进电动机多段式轴向磁路反应式步进电动机结构图结构图返回1-绕组;2-定子;3-转子;4-引出线图图5-8多段式径向磁路反应式步进电动机多段式径向磁路反应式步进电动机结构图结构图返回1-绕组;2-定子;3-转子