特种电机PPT课件
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特种电机及其控制绪论课件
特种电机及其控制绪论课件
4、特种电机的种类很多，而且仍在不断创新和发展 之中。一般来说，新工艺、新材料的采用，必然带 来电机设计方法的改变和电机运行性能的变化；而 即使采用同样的工艺和材料，特殊的设计也必然导 致特殊的电机性能。
稀土永磁电机、超导电机从设计到运行都与普通 电机有很大的差别。而稀土永磁同步电机可以设计 为宽调速电机——解决恒功率弱磁运行速度范围窄 的难题；也可以设计为高效电机——我国开发的超 高效稀土永磁同步电机的效率，比美国预计2007年 推出的最高效电动机的效率高2~4个百分点，而且小 一个机座号。
特种电机及其控制绪论课件
2）目前发展
❖ 日本在超声电机的研究和应用上都处于领先地位。 ❖ 美国、德国、法国、英国等都己经或正在投入大批的人力、
物力开发超声电机，努力追赶日本。特别是美国，仅 Pennysyvania州立大学在1994－1998年就投入1.5亿专门从 事压电材料和超声电机研究。德国GmbH公司的产品已用于奔 驰汽车自动窗门。 ❖ 我国超声电机研究是从二十世纪九十年代开始，其中清华大 学、哈尔滨工业大学、吉林工业大学、浙江大学、南京航空 航天大学先后开展了超声电机的研究，但尚未进入商业应用。 清华大学物理系超声电机项目研究组 http:/// 南京航天航空大学 超声电机研究中心
特种电机及其控制绪论课件
0.2 特种电机的应用
(1) 信息处理领域：配套微电机全世界年需求量约15 亿台(套)，绝大部分是精密永磁无刷电动机、精密步 进电动机。
(2) 交通运输领域:在高级汽车中，为了控制燃料和 改善乘车感觉以及显示有关装置状态的需要，要使 用40~50台电动机，而未来豪华轿车上的电机可多达 80台。汽车电器配套电机主要为永磁直流电机、无 刷直流电机等。电动车辆驱动用电机主要是无刷直 流电动机、开关磁阻电动机、永磁同步电动机等等， 这类电机的发展趋势是高效率、高出力、智能化。 在机车驱动、轮船推进中也取得了广泛应用，如直 线电机用于磁悬浮列车、地铁的驱动。
4、特种电机的种类很多，而且仍在不断创新和发展 之中。一般来说，新工艺、新材料的采用，必然带 来电机设计方法的改变和电机运行性能的变化；而 即使采用同样的工艺和材料，特殊的设计也必然导 致特殊的电机性能。
稀土永磁电机、超导电机从设计到运行都与普通 电机有很大的差别。而稀土永磁同步电机可以设计 为宽调速电机——解决恒功率弱磁运行速度范围窄 的难题；也可以设计为高效电机——我国开发的超 高效稀土永磁同步电机的效率，比美国预计2007年 推出的最高效电动机的效率高2~4个百分点，而且小 一个机座号。
特种电机及其控制绪论课件
2）目前发展
❖ 日本在超声电机的研究和应用上都处于领先地位。 ❖ 美国、德国、法国、英国等都己经或正在投入大批的人力、
物力开发超声电机，努力追赶日本。特别是美国，仅 Pennysyvania州立大学在1994－1998年就投入1.5亿专门从 事压电材料和超声电机研究。德国GmbH公司的产品已用于奔 驰汽车自动窗门。 ❖ 我国超声电机研究是从二十世纪九十年代开始，其中清华大 学、哈尔滨工业大学、吉林工业大学、浙江大学、南京航空 航天大学先后开展了超声电机的研究，但尚未进入商业应用。 清华大学物理系超声电机项目研究组 http:/// 南京航天航空大学 超声电机研究中心
特种电机及其控制绪论课件
0.2 特种电机的应用
(1) 信息处理领域：配套微电机全世界年需求量约15 亿台(套)，绝大部分是精密永磁无刷电动机、精密步 进电动机。
(2) 交通运输领域:在高级汽车中，为了控制燃料和 改善乘车感觉以及显示有关装置状态的需要，要使 用40~50台电动机，而未来豪华轿车上的电机可多达 80台。汽车电器配套电机主要为永磁直流电机、无 刷直流电机等。电动车辆驱动用电机主要是无刷直 流电动机、开关磁阻电动机、永磁同步电动机等等， 这类电机的发展趋势是高效率、高出力、智能化。 在机车驱动、轮船推进中也取得了广泛应用，如直 线电机用于磁悬浮列车、地铁的驱动。
特种电动机教学课件pptx
结构特点
定子和转子均由硅钢片叠压而成 ，转子上无绕组，定子上有集中 绕组，具有结构简单、坚固耐用
等优点。
工作原理
利用磁阻最小原理产生电磁转矩， 通过控制开关器件的通断来实现电 动机的运行。
应用领域
适用于各种需要调速和高效率的场 合，如纺织机械、印刷机械等。
直流无刷电动机
结构特点
采用电子换向器代替机械 换向器，具有无级调速、 高效率、低噪声等优点。
性能测试
对驱动系统进行性能测试，如 效率、噪音、可靠性等指标
优化改进
针对测试结果进行优化改进， 提高驱动系统性能
06
特种电动机应用领域探讨 与展望
新能源汽车领域应用现状及前景分析
01
新能源汽车市场现状及趋势
随着环保意识的提高和政策的推动，新能源汽车市场迅速增长，对特种
电动机的需求也日益增加。
02
包括电源、控制器、功率变换器 、电动机等部分
设计要求
高效率、低噪音、高可靠性、长 寿命等
特种电动机特点
如高速、高精度、大扭矩等，对 驱动系统提出更高要求
硬件电路设计实例分析
主电路设计
控制电路设计
保护电路设计
电磁兼容性设计
电源电路、功率变换器 电路等
控制器电路、信号调理 电路等
过流保护、过温保护等
减少电磁干扰，提高系 统稳定性
分类
根据工作原理和结构特点，特种 电动机可分为永磁同步电动机、 开关磁阻电动机、直线电动机、 超声波电动机等。
发展历程及现状
发展历程
从最初的直流电动机到交流电动机， 再到特种电动机的逐步发展，经历了 漫长的历程和不断的技术创新。
现状
随着科技的不断进步和应用需求的不 断提高，特种电动机在各个领域得到 了广泛的应用，并形成了多样化的产 品系列。
定子和转子均由硅钢片叠压而成 ，转子上无绕组，定子上有集中 绕组，具有结构简单、坚固耐用
等优点。
工作原理
利用磁阻最小原理产生电磁转矩， 通过控制开关器件的通断来实现电 动机的运行。
应用领域
适用于各种需要调速和高效率的场 合，如纺织机械、印刷机械等。
直流无刷电动机
结构特点
采用电子换向器代替机械 换向器，具有无级调速、 高效率、低噪声等优点。
性能测试
对驱动系统进行性能测试，如 效率、噪音、可靠性等指标
优化改进
针对测试结果进行优化改进， 提高驱动系统性能
06
特种电动机应用领域探讨 与展望
新能源汽车领域应用现状及前景分析
01
新能源汽车市场现状及趋势
随着环保意识的提高和政策的推动，新能源汽车市场迅速增长，对特种
电动机的需求也日益增加。
02
包括电源、控制器、功率变换器 、电动机等部分
设计要求
高效率、低噪音、高可靠性、长 寿命等
特种电动机特点
如高速、高精度、大扭矩等，对 驱动系统提出更高要求
硬件电路设计实例分析
主电路设计
控制电路设计
保护电路设计
电磁兼容性设计
电源电路、功率变换器 电路等
控制器电路、信号调理 电路等
过流保护、过温保护等
减少电磁干扰，提高系 统稳定性
分类
根据工作原理和结构特点，特种 电动机可分为永磁同步电动机、 开关磁阻电动机、直线电动机、 超声波电动机等。
发展历程及现状
发展历程
从最初的直流电动机到交流电动机， 再到特种电动机的逐步发展，经历了 漫长的历程和不断的技术创新。
现状
随着科技的不断进步和应用需求的不 断提高，特种电动机在各个领域得到 了广泛的应用，并形成了多样化的产 品系列。
【优秀版】特种电机演讲PPT
4因为相电流换向位置处的电感小，故换向冲击振 动和噪声较小。
双凸极永磁电机
1、DSPM 采用双极性功率变换器，以能提供正、负向电流，
绕组电感比SR电机要小很多。
不仅所用主开关器件多（每相至少要用两只主开关器件），
DSPM 缺点 电机（双凸极永磁电机 ）是磁阻电机而和永且磁存电在机的因有误机触结合发体使，上是开、关下磁桥阻电臂机直的通创造故性障发的展。隐患；
特种电机演讲16
DSPM 电机（双凸极永磁电机 ）是磁阻电机和永磁电 机的有机结合体，是开关磁阻电机的创造性发展。
开关磁阻电机的双凸极结构在转矩输出方面有一些问题，
主要表现在:
为了解决这些问
(1) 由于主开关必须在电感较大处关断，电流换相较慢，从 而降低了转矩输出；
题，90 年代初， 人们将永磁材料 嵌入转子(或定子)
5.由于主磁路中放有两块磁导率与空气相近的永磁体， 绕组电感比SR电机要小很多。
优点
双凸极永磁电机
1、结构简单，无刷，转子上无绕组和永磁体，可靠性高；
2、因主磁场由高性能永磁体建立,相绕组匝数较少、 相电流较小，铜耗较低，故可提高系统效率；
3、因在一个转子极距中，绕组均可通电工作，产生 电动转矩，故增大了输出转矩，提高了单位体积能 量转换密度和转矩密度；
设通入的三相电流为图2 （b）所示的“理想”方波 电流，
即在相绕阻永磁磁链
Ψpm 增加区通入幅值为Im 的“正向电流”增强Ψpm ， 在Ψpm 减少区通入幅值为 Im 的“负向电流”削弱 Ψpm。
双凸极永磁电机基本结构和工作原理
基于线性假设，以一相绕组单独通电为例进行分析 ，这时 相绕组磁链Ψph为永磁磁链Ψpm 与其自感磁链Ψi 之和， 即：
双凸极永磁电机
1、DSPM 采用双极性功率变换器，以能提供正、负向电流，
绕组电感比SR电机要小很多。
不仅所用主开关器件多（每相至少要用两只主开关器件），
DSPM 缺点 电机（双凸极永磁电机 ）是磁阻电机而和永且磁存电在机的因有误机触结合发体使，上是开、关下磁桥阻电臂机直的通创造故性障发的展。隐患；
特种电机演讲16
DSPM 电机（双凸极永磁电机 ）是磁阻电机和永磁电 机的有机结合体，是开关磁阻电机的创造性发展。
开关磁阻电机的双凸极结构在转矩输出方面有一些问题，
主要表现在:
为了解决这些问
(1) 由于主开关必须在电感较大处关断，电流换相较慢，从 而降低了转矩输出；
题，90 年代初， 人们将永磁材料 嵌入转子(或定子)
5.由于主磁路中放有两块磁导率与空气相近的永磁体， 绕组电感比SR电机要小很多。
优点
双凸极永磁电机
1、结构简单，无刷，转子上无绕组和永磁体，可靠性高；
2、因主磁场由高性能永磁体建立,相绕组匝数较少、 相电流较小，铜耗较低，故可提高系统效率；
3、因在一个转子极距中，绕组均可通电工作，产生 电动转矩，故增大了输出转矩，提高了单位体积能 量转换密度和转矩密度；
设通入的三相电流为图2 （b）所示的“理想”方波 电流，
即在相绕阻永磁磁链
Ψpm 增加区通入幅值为Im 的“正向电流”增强Ψpm ， 在Ψpm 减少区通入幅值为 Im 的“负向电流”削弱 Ψpm。
双凸极永磁电机基本结构和工作原理
基于线性假设，以一相绕组单独通电为例进行分析 ，这时 相绕组磁链Ψph为永磁磁链Ψpm 与其自感磁链Ψi 之和， 即：
电机学课件-特种电机
D1
U1 C
D2
副绕组
F2
F1
4. 电容起动运转式单相异步电动机
电容起动运转式单相异步电动机在副绕组回路 中串联两个互相并联的电容器, 其中一个为起 动电容和—个起动开关串联, 另—个为工作电 容, 使得电动机既具有较好的起动性能, 又具有 较好的运行性能, 如图4-14所示。
D1
主 绕
1
组 D2
n U2 Ra T
Ce CTCe 2
n n1
n2
U 2'
U
'' 2
U
''' 2
U
' 2
n3
U
'' 2
0
U
''' 2
T
7. 交流伺服电动机
交流伺服电动机就是两相异步电动机, 它的定 子上有空间相差90o两相分布绕组, 一相为励 磁绕组f, 与励磁电源连接, 另一相是控制绕组K, 与控制信号相连接 。
副绕组线径较细、匝数较少, 电抗小, 阻值大。 它们的轴线在空间相隔90°电角度, 启动电流不 同相, 形成椭圆磁场。
K D1
起动绕组与起动开关K串联后 和工作绕组并联按到同一单相
电源上, 如图所示。当电动机转
U1
主绕组
速上升到70～80％同步转速时, 通过起动开关K断开起动绕组
D2
电路, 使电机只有一个工作绕组
n
1 2
罩极电动机
1
2
3
k Ik Ek
罩极绕组 ——短路环
穿过短路环与不穿过短路环 的两部分磁场有时间相位 差——两个磁场在空间和时 间上不同相
合成磁场是椭圆形旋转磁 场 , 旋转方向从未罩极部分
特种电机课件02
特种电机测试方法及步骤
空载试验
在特种电机不带负载的情况下进行测试，主要检测电机的 空载电流、空载损耗、转速等参数。
负载试验
在特种电机带负载的情况下进行测试，通过逐步增加负载 来检测电机的负载能力、效率、温升等参数。
堵转试验
将特种电机转子堵住，使其无法旋转，然后施加额定电压 进行测试。通过检测堵转电流和堵转转矩来评价电机的启 动性能和最大转矩。
特种电机控制技术的发展历程
随着电力电子、微电子技术、控制理论等技术的发展，特种电机控制技术经历了从简单到 复杂、从低级到高级的发展过程。
特种电机控制技术的分类
根据不同的控制原理和实现方式，特种电机控制技术可分为矢量控制、直接转矩控制、智 能控制等多种类型。
特种电机控制策略及应用
矢量控制策略
通过坐标变换将电机定子电流分解为励磁电流和转矩电流，并分别进行控制，以实现电机的高效运行。该策 略广泛应用于高性能的特种电机控制系统中。
根据应用场景、负载特性、调速范围、精度要求等因素，选择合适的 特种电机类型，如伺服电机、步进电机、直线电机等。
考虑电机的性能指标
关注电机的额定功率、额定转速、额定扭矩、效率、温升等性能指标 ，确保所选电机满足实际需求。
了解电机的控制方式和驱动器
根据所选特种电机的控制方式和驱动器要求，选择合适的控制器和驱 动器，确保系统稳定性和性能。
润滑轴承和齿轮
根据特种电机的使用说明书要求，定 期对轴承和齿轮进行润滑，确保电机 运转顺畅。
定期检查电机绝缘性能
使用绝缘测试仪定期检查特种电机的 绝缘性能，确保电机安全可靠运行。
06
特种电机市场前景与展望
特种电机市场现状及竞争格局
市场规模
随着工业自动化、新能源汽车、航空航天等领域的快速发展 ，特种电机市场规模不断扩大，预计未来几年将保持稳步增 长。
《特种电机演讲》课件
电机转子
转子是电机中旋转的部分。转子 通常是通过自旋或外部驱动来旋 转的。
电磁力
电磁场是导致电机旋转的最基本 原理。其大小和方向根据运动的 位置和方向而定。
磁场力
磁场力是电机中导致旋转的主要 原理。在电机中，通常是由电磁 铁或磁铁来创建磁场。
特点与优势
特种电机在许多方面具有独特的优势，因此越来越多地被应用于各种领域。
步进电机可以准确地控制精度，适用于机器人 和印刷机器等需高精度的设备。
举例2：磁悬浮电机
磁悬浮电机可以实现非常高的转速和功率密度， 适用于高速列车、飞行器、发电机组等高性能 设备。
举例3：伺服电机
伺服电机可以实现高精度的位置调节和运动控 制，适用于机床、跟踪定位等领域。
举例4：电磁发动机
电磁发动机是一种应用广泛的旋转电机，适用 于许多家庭和商业电器以及其他应用。
1 小结1
特种电机被广泛应用于各 种领域，例如机器人、医 疗器械、电动汽车等。
2 小结2
特种电机具有高精度、高 效能和高性能等优点，在 未来仍将发挥越来越重要 的作用。
3 小结3
特种电机发展还有许多需 求，例如更高的精度、扭 矩和负载能力、更高的能 效、更低的噪声等。
磁悬浮电机相对于传统发动机具有体积小、重量 轻、转速高等优点，目前主要应用于高速飞行器 驱动。
案例4：伺服电机应用于工业机械
伺服电机广泛应用于自动化机械和数控机床等领 域，具有高精度、重复性好、控制精确等特点。
总结和展望
特种电机是现代工业和生活中不可或缺的一部分。随着技术的不断进步和发展，特种电机将在更多的领域得到 灵活、高效、精准应用。
高效节能
特种电机通常具有高效率、低 功耗和长寿命等优点，减少对 能源的消耗和对环境的影响。
第4章特种电机课件
性能评价与优缺点分析
1. 永磁体退磁风险
在高温或强磁场环境下，永磁体可能发生退磁现象，影响电机性能。
2. 控制复杂度高
为了实现高性能控制，PMSM需要采用复杂的控制算法和精确的传感器，增加了控制系统的复杂度和成本。
03
开关磁阻电机
工作原理及结构特点
工作原理
开关磁阻电机利用磁阻最小原理，通过控制电流脉冲的幅值、宽度和相位来实现电机转矩和转速的控 制。
驱动方式
直线电机的驱动方式主要有电压驱动、电流驱动和功率 驱动。电压驱动是通过改变电机的端电压来控制电机的 运动，具有简单、易实现的优点，但动态响应较慢。电 流驱动是通过改变电机的电流来控制电机的运动，具有 较快的动态响应，但需要较复杂的电流控制电路。功率 驱动则是通过同时改变电机的电压和电流来控制电机的 运动，具有较快的动态响应和较高的控制精度，但需要 更复杂的功率控制电路。
应用领域
主要用于微型机器人、智 能家居、玩具等领域。
光驱动微型特种电机
工作原理
应用领域
利用光能转换为机械能，通过光照射 驱动电机转动。
主要用于光控系统、微型机器人、精 密仪器等领域。
结构特点
由光电转换器件、微型电机和输出轴 等组成，具有非接触驱动、响应速度 快、精度高等优点。
THANKS
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结构特点
PMSM主要由定子、转子和永磁体组成。定子一般采用三相绕组，转子则采用 永磁体产生磁场。根据永磁体在转子上位置的不同，PMSM可分为表贴式和内 置式两种结构。
控制策略与调速方法
控制策略
PMSM的控制策略主要包括矢量控制（FOC）和直接转矩控 制（DTC）。矢量控制通过变换电流来控制电机转矩和磁通 ，实现高性能调速；直接转矩控制则直接对电机转矩进行控 制，具有快速响应特性。
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交流伺服电动机具有自转的能力。
交流伺服电动机原理图
9
二、直流伺服电动机
1.基本结构 直流伺服电动 机按控制方式可分为电枢控制 和磁极控制两种。
2.工作原理 图11-18是直 流伺服电动机的原理图。
3.直流伺服电动机的特性
直流伺服电动机剖面图
a)他励式
b)永磁式
1—磁极 2 —励磁绕组 3 —电枢绕组 4 —机壳 5 —电枢铁芯 6 —转轴
i 1，电容与V绕组串联，电流iV 超前 U近90°；
将开关切换到2，电容与U绕组串联，电流 i超U
前 近iV90°。如此便改变了旋转磁场的方向，实
现反转。
6
罩极式单相电机
结构：单相绕组绕在磁极 上，在磁极的约1/3部 分套一短路环
定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在 其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化， 致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了 相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。
两相绕组分布图
笼型转子导体
8
交流伺服电动机工作原理
交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动 机有相似之处。当交流伺服电动机的励磁绕组 “2” 接到“ uf” 上，如果控制绕组加上控制 电压为 “0” 时，所产生的是脉动的磁通势， 建立的是脉动磁埸，电动机无启动转矩。当控 制绕组加上控制电压 “ uf” 且产生的控制电流与励磁电流的相位不同，建 立起椭圆形旋转磁埸，于是产生了起动转矩， 电动机转子就转动起来了。如果控制电压消失， 转速会下降，但不会停止。
10
直流伺服电动机的工作原 理 工作原理：
直流伺服电动机的工作 原理和普通直流电动机相 同，其励磁方式一般采用 他励式，也有不用励磁绕 组而用永久磁铁的永磁式。
工作时将励磁绕组接在 固定的直流电源上，而将 控制电加压在电枢绕组上，这种
方式称电枢控制。改变电
枢电 的大小和方向，电动 转压矩大机小方向也随之改变， 当控制电压为零，电动机停 转。
电，然后是V相通电，接着是V、W两相同时通
电…当U相单独通电时，转子将转到图11-24a所
示的位置。
3.三相双三拍控制 双三拍控制方式是每次有
两相绕组同时通电，即按照UV→VW→WU→U
V…顺序通电。 三相反应式步进电动机结构示意图
12
1.三相单三拍控制 “三相”指三相步进电动机；“单”指每次只给一相绕 组通电，“三拍”指通电三次完成一个通电循环。
2
二、 同步电动机
旋转原理：当电枢绕组通以三相电源时，气隙中产生旋转磁埸。 同时转子绕组通过直流励磁电流，产生转子磁埸，它在气隙旋转磁 埸的带动下，以与旋转磁埸相同的速度同向旋转，它们之间无相对 运动，所以称同步。
因为转子的转速总是等于旋转磁埸的同步转速，故同步电动机 具有绝对硬的机械特性。
启动：同步电动机的缺点是没有自启动能力。即当转子静止而 电枢通电时，电枢旋转磁埸以很高的同步转速相对于转子的磁极旋 转，因转子有惯性，靠旋转磁埸和转子磁极的异性相吸作用不能拉 动转子转动，所以不能自启动。它必须依靠外力或辅助设备启动。
变的恒定磁埸。磁埸经转子铁芯、转
同
子与定子间的气隙、定子铁芯而构成
步 发
闭合回路。在原动机的拖动下，发电
电
机转子转动后，在气隙中便形成幅值 不变的旋转磁埸，这个旋转磁埸依次
机 接 线
切割三相定子绕组；在定子绕组中感
图
应出交变的电动势。由于定子的电枢
绕组三相对称，转子转速恒定，所以
感应电动势也对称，即幅值相等、频 率相同、相位依次相差1200。
直流伺服电动机的原理图
直流伺服电动机电枢控制线路图
11
第四节 步进电动机
1.三相单三拍控制 “三相”指三相步进电动
一、步进电动机的结构 机；“单”指每次只给一相绕组通电，三拍”指
通电三次完成一个通电循环。
2.三相单、双六拍控制 这种控制方式中通电
顺序按U→UV→V→VW→W→WU→U…进行，
即一开始U相绕组通电，而后是U、V两相同时通
3
第二节 单相异步电机
定子绕组产生的脉动磁场（），
结构：定子为单相绕组（通单相交流 可用正、反两个旋转磁场合成而等效
电）转子一般用鼠笼式。
。 Φ = Φ+ +Φ-
转子
定子
m
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
t
定子 绕组
定子中通入单相交 流电后，形成脉动 磁场。其磁感应强 度按正弦分布，且 随时间按正弦变化
-
+
三相单三拍控制时步进电动机工作原理图
a)U相通电 b)V相通电 c)W相通电
13
2.三相单、双六拍控制 这种控制方式中通电顺序按U→UV→V→VW→W →WU→U…进行，即一开始U相绕组通电。
双三拍控制时步进电动机的工作原理
a)U和V相通电 b)V和W相通电 c)W和U相通
14
3.三相双三拍控制双三拍控制方式是每次有两相绕组同时通电，即按照UV→VW→ WU→UV…顺序通电。
步进电动机典型结构图
15
步进电动机应用实例
1.石英手表中的步进电动机 第三代石英电子手表是用石英振荡器、CMOS 电路和特微型步进电动机(体积大约为2mm2×5mm或2mm2×3mm)来代替传统 机械手表的发条、游丝和擒纵机构等高精度零部件。
2.数控机床中的步进电动机 目前，利用步进电动机在电子数字控制机床工作 台中作进退刀驱动。
短路 环
转子
定子 磁极
7
第三节 伺服电动机
一、交流伺服电动机
1.基本结构 交流伺服电动机 实质上是一个两相异步电动机。
2.工作原理 交流伺服电动机 的电气原理图如图11-6所示，1是 控制绕组，2是励磁绕组，3是笼 型转子。
3.交流伺服电动机特性:交流 伺服电动机的输出功率一般是0.1 ～100W。
- = + = m
4
分
电容分相式异步电动机
相
在电动机定子中放置一个起动绕组B，与工作绕组在
空间相隔 90°，起动绕组B与电容器串联，使两个绕
组中的电流在相位上近于相差90°，这就是分相。由
这两相电流也能产生旋转磁场
A
A
N
B
S
B
t = 0
t = 45
5
实现正反转
改变C的串联位置，可使电动机反转。将开关合在
第十章 特种电机
第一节 同步电机 所谓同步电机：即转子的转速与同步转速相同。 一、同步发电机 构造： 定子：主要由机座、定子铁芯、定子绕组、电刷装置等。 转子：主要由转子铁芯、励磁绕组、滑环等。转子有隐极式和凸
极式两种。
1
同步发电机的工作原
理 当同步发电机直流励磁绕组通以
直流电流时，转子便产生一个幅值不
交流伺服电动机原理图
9
二、直流伺服电动机
1.基本结构 直流伺服电动 机按控制方式可分为电枢控制 和磁极控制两种。
2.工作原理 图11-18是直 流伺服电动机的原理图。
3.直流伺服电动机的特性
直流伺服电动机剖面图
a)他励式
b)永磁式
1—磁极 2 —励磁绕组 3 —电枢绕组 4 —机壳 5 —电枢铁芯 6 —转轴
i 1，电容与V绕组串联，电流iV 超前 U近90°；
将开关切换到2，电容与U绕组串联，电流 i超U
前 近iV90°。如此便改变了旋转磁场的方向，实
现反转。
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罩极式单相电机
结构：单相绕组绕在磁极 上，在磁极的约1/3部 分套一短路环
定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在 其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化， 致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了 相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。
两相绕组分布图
笼型转子导体
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交流伺服电动机工作原理
交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动 机有相似之处。当交流伺服电动机的励磁绕组 “2” 接到“ uf” 上，如果控制绕组加上控制 电压为 “0” 时，所产生的是脉动的磁通势， 建立的是脉动磁埸，电动机无启动转矩。当控 制绕组加上控制电压 “ uf” 且产生的控制电流与励磁电流的相位不同，建 立起椭圆形旋转磁埸，于是产生了起动转矩， 电动机转子就转动起来了。如果控制电压消失， 转速会下降，但不会停止。
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直流伺服电动机的工作原 理 工作原理：
直流伺服电动机的工作 原理和普通直流电动机相 同，其励磁方式一般采用 他励式，也有不用励磁绕 组而用永久磁铁的永磁式。
工作时将励磁绕组接在 固定的直流电源上，而将 控制电加压在电枢绕组上，这种
方式称电枢控制。改变电
枢电 的大小和方向，电动 转压矩大机小方向也随之改变， 当控制电压为零，电动机停 转。
电，然后是V相通电，接着是V、W两相同时通
电…当U相单独通电时，转子将转到图11-24a所
示的位置。
3.三相双三拍控制 双三拍控制方式是每次有
两相绕组同时通电，即按照UV→VW→WU→U
V…顺序通电。 三相反应式步进电动机结构示意图
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1.三相单三拍控制 “三相”指三相步进电动机；“单”指每次只给一相绕 组通电，“三拍”指通电三次完成一个通电循环。
2
二、 同步电动机
旋转原理：当电枢绕组通以三相电源时，气隙中产生旋转磁埸。 同时转子绕组通过直流励磁电流，产生转子磁埸，它在气隙旋转磁 埸的带动下，以与旋转磁埸相同的速度同向旋转，它们之间无相对 运动，所以称同步。
因为转子的转速总是等于旋转磁埸的同步转速，故同步电动机 具有绝对硬的机械特性。
启动：同步电动机的缺点是没有自启动能力。即当转子静止而 电枢通电时，电枢旋转磁埸以很高的同步转速相对于转子的磁极旋 转，因转子有惯性，靠旋转磁埸和转子磁极的异性相吸作用不能拉 动转子转动，所以不能自启动。它必须依靠外力或辅助设备启动。
变的恒定磁埸。磁埸经转子铁芯、转
同
子与定子间的气隙、定子铁芯而构成
步 发
闭合回路。在原动机的拖动下，发电
电
机转子转动后，在气隙中便形成幅值 不变的旋转磁埸，这个旋转磁埸依次
机 接 线
切割三相定子绕组；在定子绕组中感
图
应出交变的电动势。由于定子的电枢
绕组三相对称，转子转速恒定，所以
感应电动势也对称，即幅值相等、频 率相同、相位依次相差1200。
直流伺服电动机的原理图
直流伺服电动机电枢控制线路图
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第四节 步进电动机
1.三相单三拍控制 “三相”指三相步进电动
一、步进电动机的结构 机；“单”指每次只给一相绕组通电，三拍”指
通电三次完成一个通电循环。
2.三相单、双六拍控制 这种控制方式中通电
顺序按U→UV→V→VW→W→WU→U…进行，
即一开始U相绕组通电，而后是U、V两相同时通
3
第二节 单相异步电机
定子绕组产生的脉动磁场（），
结构：定子为单相绕组（通单相交流 可用正、反两个旋转磁场合成而等效
电）转子一般用鼠笼式。
。 Φ = Φ+ +Φ-
转子
定子
m
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
t
定子 绕组
定子中通入单相交 流电后，形成脉动 磁场。其磁感应强 度按正弦分布，且 随时间按正弦变化
-
+
三相单三拍控制时步进电动机工作原理图
a)U相通电 b)V相通电 c)W相通电
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2.三相单、双六拍控制 这种控制方式中通电顺序按U→UV→V→VW→W →WU→U…进行，即一开始U相绕组通电。
双三拍控制时步进电动机的工作原理
a)U和V相通电 b)V和W相通电 c)W和U相通
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3.三相双三拍控制双三拍控制方式是每次有两相绕组同时通电，即按照UV→VW→ WU→UV…顺序通电。
步进电动机典型结构图
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步进电动机应用实例
1.石英手表中的步进电动机 第三代石英电子手表是用石英振荡器、CMOS 电路和特微型步进电动机(体积大约为2mm2×5mm或2mm2×3mm)来代替传统 机械手表的发条、游丝和擒纵机构等高精度零部件。
2.数控机床中的步进电动机 目前，利用步进电动机在电子数字控制机床工作 台中作进退刀驱动。
短路 环
转子
定子 磁极
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第三节 伺服电动机
一、交流伺服电动机
1.基本结构 交流伺服电动机 实质上是一个两相异步电动机。
2.工作原理 交流伺服电动机 的电气原理图如图11-6所示，1是 控制绕组，2是励磁绕组，3是笼 型转子。
3.交流伺服电动机特性:交流 伺服电动机的输出功率一般是0.1 ～100W。
- = + = m
4
分
电容分相式异步电动机
相
在电动机定子中放置一个起动绕组B，与工作绕组在
空间相隔 90°，起动绕组B与电容器串联，使两个绕
组中的电流在相位上近于相差90°，这就是分相。由
这两相电流也能产生旋转磁场
A
A
N
B
S
B
t = 0
t = 45
5
实现正反转
改变C的串联位置，可使电动机反转。将开关合在
第十章 特种电机
第一节 同步电机 所谓同步电机：即转子的转速与同步转速相同。 一、同步发电机 构造： 定子：主要由机座、定子铁芯、定子绕组、电刷装置等。 转子：主要由转子铁芯、励磁绕组、滑环等。转子有隐极式和凸
极式两种。
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同步发电机的工作原
理 当同步发电机直流励磁绕组通以
直流电流时，转子便产生一个幅值不