劳动出版社《电机变压器原理与维修》-B02-1158课题八　特种电机

课题八 特种电机,任务 电磁调速异步电动机的使用与维护,学习目标,¤ 了解电磁调速异步电动机的基本结构。 ¤ 熟悉电磁调速异步电动机的工作原理。 ¤ 能正确使用和维护电磁调速异步电动机。,任务引入,本任务的主要内容是通过学习了解电磁调速异步电动机的结构、 工作原理等， 然后通过对电磁调速异步电动机的拆装， 学会正确使用和定期维护电磁调速异步电动机。,相关知识,一、 电磁调速异步电动机的结构 整个滑差电动机系统由三相笼式异步电动机、 电磁转差离合器和控制装置 （ 测速发电机） 三部分组成。,电磁调速异步电动机的结构 异步电动机 主动轴 法兰端盖 电枢 工作气隙 励磁绕组 磁极 测速发动机 测速机磁极 永久磁铁 输出轴 刷架 电刷 集电环,电磁转差离合器的结构 电枢 磁极 电刷与集电环 励磁绕组,二、 电磁转差离合器的工作原理及特点 工作原理 电磁调速电动机的无级调速主要是通过磁极 （ 电磁转差离合器） 来实现的。,转差离合器的工作原理图 异步电动机 电枢 励磁绕组 爪形磁极 集电环 输出轴 气隙, 电磁调速电动机的特点 （） 调速范围广， 启动性能好， 启动转矩大， 控制功率小。 （） 具有转速负反馈的自动调节系统， 调速平滑， 可以进行无级调速， 转速变化率小、调速精度高。 （） 结构简单， 运行可靠， 维修方便， 价格便宜。 （） 电磁转差离合器适用于通风机负载和恒转矩负载， 而不适用于恒功率负载。 （） 控制系统简单、 可靠。 （） 电磁调速异步电动机不适宜长时期处于低速运行。 （） 无失控区域， 能空载调整转速。,三、 电磁调速异步电动机的机械特性 电磁调速异步电动机自然机械特性 电磁调速异步电动机的机械特性主要取决于转差离合器。 带转速负反馈闭环系统的电磁调速电动机的机械特性 为了提高电磁调速电动机机械特性的硬度，扩大调速范围， 应采用带转速负反馈组成的闭环调速系统。,电磁调速异步电动机 的机械特性,带转速负反馈闭环系统的电 磁调速电动机的机械特性, 电磁调速异步电动机的调速特性 电磁调速异步电动机运行时， 最高速度不可能超过原动机的转速， 一般电磁调速电动机输出的最高转速为原动机转速的 80 95 ， 所以调速范围的大小主要取决于最低运行速度， 此最低速度一般为额定速度的 10 ， 因此调速范围为 10 左右。,任务 伺服电动机的使用与维护,学习目标,¤ 了解交流伺服电动机和直流伺服电动机的结构。 ¤ 熟悉交流伺服电动机和直流伺服电动机的工作原理。 ¤ 了解交流伺服控制系统的连接方法。 ¤ 能够正确使用和维护交流伺服电动机和直流伺服电动机。,任务引入,本任务的主要内容是了解其结构、 工作原理， 会正确使用和定期维护伺服电动机， 同时学会进行伺服电动机控制线路的安装。,相关知识,一、 交流伺服电动机 结构 它实质上就是一种微型交流异步电动机。 也是由定子和转子两部分组成。,交流伺服电动机 的实物图,交流伺服电动机的内部结构 外定子铁心 空心杯子 内定子铁心 轴承 转轴 绕组, 工作原理 交流伺服电动机的工作原理和单相电容运转式异步电动机相似， 如图所示。 （） 在没有控制信号时， 定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场， 转子上没有电磁转矩作用而静止不动。 （） 当有控制电压时， 定子就在气隙中产生一个旋转磁场， 并产生电磁转矩使转子沿旋转磁场的方向旋转。 负载一定时， 控制电压越高， 转速也越高。,交流伺服电动机 的工作原理, 工作特性 交流伺服电动机的工作特性由机械特性和调节特性来表征， 如图 所示， 控制电压一定时， 负载增加转速下降； 如图 所示， 负载一定时， 控制电压越高， 转速越高。,交流伺服电动机的特性曲线 ） 机械特性 ） 调节特性, 防止 “ 自转” 现象 两相异步电动机正常运行时， 若转子电阻较小， 当控制电压变为零时， 电动机便成为单相异步电动机， 会继续运行 （ 称为 “ 自转” 现象） 而不能立即停转。 增大转子电阻可以防止 “ 自转” 现象的发生， 当转子电阻增大到足够大时， 两相异步电动机的一相断电 （ 即控制电压等于零） 时电动机会停转。 为了使转子具有较大的电阻和较小的转动惯量， 交流伺服电动机的转子有三种形式： 高电阻率导条的笼型转子、 非磁性空心转子和铁磁性空心转子。, 交流伺服电动机的控制方法 交流伺服电动机的控制方法有以下三种： （） 幅值控制 即保持控制电压的相位不变， 仅改变其幅值来进行控制。 （） 相位控制 即保持控制电压的幅值不变， 仅改变其相位来进行控制。 （） 幅相控制 即同时改变幅值和相位来进行控制。,二、 直流伺服电动机 结构 它实质上就是一台他励式直流电动机， 其结构与一般直流电动机基本相同， 但气隙比较小， 电枢比较细长， 转动惯量小； 换向性能较好， 不需换向极。,直流伺服电动机的实物图,. 工作原理 直流伺服电动机的工作原理和普通他励直流电动机工作原理相同， 如图所示。,直流伺服电动机的工作原理, 工作特性 直流伺服电动机的工作特性由机械特性和调节特性来表征， 如图 所示， 励磁电压和电枢电压一定时， 负载增加转速下降； 如图 所示， 在一定负载转矩下， 当磁通不变时， 电枢电压升高， 转速升高。,直流伺服电动机的特性曲线 ） 机械特性 ） 调节特性,任务 测速发电机的使用与维护,学习目标,¤ 了解交流测速发电机和直流测速发电机的结构。 ¤ 熟悉交流测速发电机和直流测速发电机的工作特性。 ¤ 掌握测速发电机的工作原理。 ¤ 能够正确使用和维护交流测速发电机和直流测速发电机。,任务引入,本任务的主要内容是了解测速发电机的结构、 工作原理， 学会正确使用和定期维护测速电动机， 并通过完成直流测速发电机和交流测速发电机实验进一步掌握测速发电机的工作原理和应用。,相关知识,一、 交流测速发电机 结构 如图所示是交流测速发电机的外形结构， 它实质上就是一种微型交流异步发电机。,交流测速发电机的外形,空心杯转子异步交流测速发电机的内部结构 空心杯转子 外定子 内定子 励磁绕组 输出绕组,2工作原理 （1）转子静止时，励磁电流磁通 d 在转子中产生感应电动势Et和感应电流 It，感应电流产生的磁通 t 与励磁磁通 d 方向相同，不会在输出绕组中感应出电动势，输出绕组的输出电压为零，如图所示。,交流测速发电机转子静止时的工作原理图 定子 转子,（2）转子转动时，转子切割励磁磁力线运动，产生另外一个感应电动势 Er 和感应电流 It，这个感应电流产生的磁通 t 与励磁磁通 d 方向垂直，在输出绕组中产生感应电动势 E0，这个电动势就是交流测速发电机的输出电压，且输出电压与转速成正比，如图所示。,交流测速发电机转子转动时的工作原理图, 工作特性 工作特性即输出特性。 交流测速发电机的工作特性包括输出幅值特性和输出相位特性。,交流测速发电机输出幅值特性,交流测速发电机输出相位特性,二、 直流测速发电机 结构 如图所示是直流测速发电机外形图， 其结构与直流伺服电动机基本相同。,直流测速发电机外形, 工作原理 直流测速发电机的工作原理如图所示。,直流测速发电机的工作原理图, 工作特性 工作特性即输出特性。 直流测速发电机的工作特性主要是指输出幅值特性， 即直流测速发动机的输出电压与转速之间的关系。,直流测速发电机的工作特性,三、 测速发电机的使用与维护 交流测速发电机的使用与维护 （） 选用交流测速发电机时， 应根据它在系统中所起的作用提出不同的技术要求。 （） 交流测速发电机的主要技术数据很多都是空载时的指标， 只有在负载电阻阻抗远大于测速发电机的输出阻抗时， 才能直接应用这些数据， 否则需重新测定。 （） 应按照规定的使用环境条件使用。, 直流测速发电机的使用与维护 （） 为保证其线性误差不超过规定， 转速不应超过产品的最大线性工作转速， 负载电阻不应小于规定的最小负载电阻。 （） 永磁直流测速发电机不允许将电枢从电机定子中抽出， 以免失磁。 （） 应使直流测速发电机工作环境条件符合规定。,任务 步进电动机的使用与维护,学习目标,¤ 了解步进电动机的结构。 ¤ 掌握步进电动机的工作原理。 ¤ 掌握步进电动机的正确使用与维护方法。,任务引入,本任务的主要内容是通过学习了解步进电动机的结构、 工作原理， 掌握步进电动机的使用和维护， 并进行步进电动机的拆装。,相关知识,一、 步进电动机的的结构 如图所示是一台步进电动机的外形， 和一般旋转电动机一样， 也由定子和转子两大部分组成， 如图所示。,步进电动机的外形图,步进电动机实物解体图,定子由硅钢片叠成，转子本身没有励磁绕组的叫做反应式步进电动机， 如图所示。,步进电动机的内部结构,二、 步进电动机的工作原理 工作原理 如图所示是一台三相反应式步进电动机的工作原理图。 定子上装有六个均匀分布的磁极， 每个磁极上都绕有控制绕组， 绕组接成三相星形接法。 转子上没有绕组， 由硅钢片或软磁材料叠成。 转子具有四个均匀分布的齿， 如图所示。 通电顺序为 ABCA 时， 转子便按顺时针方向一步一步转动。 每换接一次，则转子前进一个步距角， 步距角是 30°。,步进电动机单三拍通电时的工作原理图 ） 相通电 ） 相通电 ） 相通电,2通电方式 以三相步进电动机为例： （1）单三拍 ABCA （2）双三拍 ABBCCAAB （3）单双六拍 AABBBCCCAA 由图可明显看出，三相单双六拍步距角为 15°。,步进电动机单双六拍通电时的工作原理图 ） 相通电 ） 相通电 ） 相通电,3步距角和转速 设转子齿数为 Z，则齿距为： 步距角为： （m相数；单三拍、双三拍，K=1；单双六拍，K=2） 转速为 ： （f 电脉冲频率） 因此，步进电动机的转速既取决于控制绕组通电的频率，也取决于绕组通电方式。,三、 步进电机的驱动电源 驱动电源的基本部分由变频信号源、 脉冲分配器和功率放大器三部分组成， 其原理方框图如图所示。,步进电动机的驱动电源,四、 步进电动机的使用与维护 步进电动机的引出线通常是用不同颜色加以区别。 启动时， 应在启动频率下启动之后逐渐上升到运行频率； 停止时， 应将频率逐渐降低到启动频率以下才能停止。 工作过程中， 应尽量使负载均匀， 避免负载突变引起误差。 注意冷却装置是否正常运行。, 发现失步时， 应首先检查负载是否过大， 电源电压是否正常， 各相电流是否相等，指标是否合理； 再检查驱动电源输出是否正常， 波形是否正常； 最后根据引起失步的原因处理。 在处理过程中， 不要任意更换元件或改变其规格。 负载的转动惯量对步进电动机的启动及运行频率有较大的影响， 选用时应注意厂家所给出的允许负载转动惯量。,