關于電機的種類及工作原理第1頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五7.1單相異步電動機內容要點：一、概述

1、

應用情況廣泛應用于家用電器（電風扇、電冰箱、洗衣機等）、空調設備、電動工具、醫療器械及輕工設備中。⒈了解單相感應電動機的結構特點、優缺點及應用情況；⒉掌握單相感應電動機的工作原理，弄清單相感應電動機為什么沒有起動轉矩？⒊重點掌握單相感應電動機的的起動方法與類型。第2頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五

2、優缺點

優點：結構簡單，成本低廉，噪音小。缺點：與同容量三相感應電動機相比較，體積較大，功率因數及過載能力都較低。故單相感應電動機只能作成小容量：微型：幾瓦～750瓦；小型：550瓦～3700瓦。第3頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五2、

結構繼續繼續

與三相感應電動機相似，包括定子和轉子兩大部分。轉子結構都是籠型的，定子鐵心由硅鋼片疊壓而成。定子鐵心上嵌有定子繞組。單相感應電動機正常工作時，一般只需要單相繞組即可，但單相繞組通以單相交流電時產生的磁場是脈動磁場，單相運行的電動機沒有起動轉矩。為使電動機能自行起動和改善運行性能，除工作繞組（又稱主繞組）外，在定子上還安裝一個輔助的起動繞組（又稱副繞組）。兩個繞組在空間相距900或一定的電角度。第4頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五第5頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五

二、基本工作原理1、單相繞組通入單相交流電時的情況

單相交流繞組通入單相交流電流將產生脈動磁勢，一個脈動磁勢可以分解為兩個大小相等、轉速相同、轉向相反的圓形旋轉磁勢。分別用F+、F-表示，建立起正轉和反轉磁場ф+、ф-，這兩個磁場切割轉子導體，產生感應電動勢和感應電流，從而形成正反向電磁轉矩Tem+、Tem-，疊加后即為推動轉子轉動的合成轉矩Tem。第6頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五返回第7頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五設電動機轉速為n，則對正轉磁場而言，轉差率s+為

對反轉磁場而言，轉差率s-為

第8頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五

單相異步電動機的T=f(s)曲線第9頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五分析：1）轉子靜止時，n=0,S=1，合成轉矩為0。單相感應電動機無起動轉矩，故單相異步電動機不能自行起動。

三相異步電動機電源斷一相，相當于一臺單相異步電動機，故不能起動。2）當s≠1時，T≠0，且T無固定方向，取決于s的正負。一旦旋轉，轉向依外力方向而定，即在外力矩作用下，電機可朝外力方向旋轉。

三相感應電動機運行中斷一相，電機仍能繼續運轉。3）由于存在負序轉矩，使合成轉矩減小，過載能力低，TF不變，n下降→S上升→I2`上升→I1上升→溫升增加。第10頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五7.1.2單相異步電動機的主要類型一、分相起動電動機

分相起動電動機包括電容起動電動機、電容電動機和電阻起動電動機

根據獲得旋轉磁場方式的不同，主要分為分相電動機和罩極電動機1、電容起動電動機

特點：

ⅰ）起動繞組和電容按短時工作設計；

ⅱ）電容起分相和提高功率因數的作用。

由于起動繞組和電容按短時工作設計，因此，當n達75～80%n1時，離心開關自動打開。第11頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五第12頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五2、電容電動機電容電動機實質是一臺兩相異步電動機，起動繞組和電容應按長期工作設計。第13頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五特點：ⅰ）起動繞組和電容器按長期工作設計；ⅱ）過載能力、功率因數和效率均較高；ⅲ）容量能做到五十瓦至幾千瓦；ⅳ）應用比較廣泛，如應用于壓氣機、空調等。第14頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五3電阻起動電動機

在起動繞組中串聯電阻來分相，即工作繞組電阻小，電抗大；起動繞組電阻大，電抗小。二、罩極電動機

1、結構特點：定子作成凸極式，由硅鋼片疊壓而成，工作繞組為集中繞組，套在定子磁極上，每個極靴表面1/3～1/4處開有一個小槽，放入罩極繞組（短路環），如下圖：第15頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五第16頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五2、工作原理

在時間上滯后一個角度Ψ，而兩個繞組在空間也相隔一個角度，產生旋轉磁場，轉向由未罩極部分轉向罩極部分。電機轉向也由未罩極部分轉向罩極部分。3、改變轉向的方法：

1）定子上繞制兩套起動繞組；

2）將定、轉子反向安裝。

4、優缺點：起動轉矩小，結構簡單，不需要電容器。

5、應用:用于小容量電動機中。如應用于小型風扇、電動模型和電唱機中。第17頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五小結：

1、單相異步電動機的結構特點、優缺點及應用情況，單相異步電動機廣泛應用于家電、醫療器械、輕工設備中；2、單相感應電動機的工作原理，為什么沒有起動轉矩？3、單相感應電動機的的起動方法與類型1）分相起動電動機；2）

罩極電動機。

第18頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五7.4伺服電動機7.4.1直流電動機一、直流伺服電機的結構分類：普通型直流伺服電機；盤型電樞直流伺服電動機；空心杯直流伺服電動機；無槽直流伺服電動機。第19頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五第20頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五第21頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五二、直流伺服電動機的運行特性1、機械特性定義：指在控制電壓保持不變的情況下，直流伺服電動機的轉速n隨轉矩變化的關系。式中：第22頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五

當轉速為零時，電機轉矩僅與電樞電壓有關，此時的轉矩稱為堵轉轉矩

當轉矩為零時，電機轉速僅與電樞電壓有關，此時的轉速稱為理想空載轉速第23頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五直流伺服電動機的機械特性如下：2、調節特性定義：指負載轉矩恒定時，電機轉速與電樞電壓的關系。直流伺服電動機的調節特性如上圖所示。第24頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五7.4.2

交流伺服電動機

一、交流伺服電機的工作原理

交流伺服電動機一般為兩相交流電機，由定子和轉子兩部分組成。轉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，一個為勵磁繞組，另一個為控制繞組。如下圖所示：第25頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五“自轉”現象及避免“自轉”現象方法：“自轉”現象：當勵磁電壓不為零，控制電壓為零時，伺服電動機相當于一臺單相異步電動機，若轉子電阻較小，則電機仍然旋轉。避免“自轉”現象方法：增大轉子電阻值。第26頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五二、交流伺服電機的控制方式

交流伺服電機的控制方式有三種：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磁電壓幅值均為額定值，通過改變控制電壓和勵磁電壓相位差，實現對伺服電動機的控制，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磁電壓的相位差控制伺服電機的轉速，這種控制方法稱為幅值—相位控制。第27頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五7.5測速發電機

分類：直流測速發電機和交流伺服電動機

分永磁式和電磁式兩種。7.5直流測速發電機一、直流測速發電機的輸出特性

輸出電壓與轉速之間的關系，稱為輸出特性，如圖所示。第28頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五減少誤差的方法：紋波的影響產生誤差的原因電樞反應電刷接觸電阻的影響二、直流測速發電機的誤差及減少誤差的方法第29頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五7.5.2交流異步測速發電機

分為同步測速發電機和異步測速發電機一、空心杯轉子異步測速發電機的工作原理第30頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五切割電動勢計算公式1、n=0電機不轉輸出電壓U2=02、n0電機旋轉切割電動勢大小:即：輸出繞組的感應電動勢的幅值正比于電機的轉速。第31頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五二、異步測速發電機的誤差主要包括幅值及相位誤差和剩余電壓誤差1、幅值及相位誤差產生原因：勵磁繞組存在漏電感。減小該誤差的方法：增大轉子電阻。第32頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五2、剩余電壓誤差產生原因：由于加工、裝配過程中存在機械上的不對稱及定子磁性材料性能的不一致性，使得測速發電機轉速為零時，實際輸出電壓并不為零，此時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：選擇高質量的各方向特性一致的磁性材料，在機加工和裝配過程中提高機械精度以及裝配補償繞組。第33頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五7.6自整角機分類：控制式自整角機和力矩式自整角機一、力矩式自整角機的結構與工作原理

自整角機是一種能對角位移或角速度的偏差自動整步的感應式控制電機。一般成對或多臺組合使用。7.6.1自整角機的結構與工作原理

通常采用兩極結構，絕大部分采用凸極式結構，頻率高、尺寸大的力矩式自整角機采用隱極式結構第34頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五

力矩式自整角機的三種結構：第35頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五圖7.6.2為自整角機的工作原理圖第36頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五發送機的轉子位置為θ1，接收機的轉子位置為θ2，失調角θ為

θ=θ1-θ2１．力矩式自整角機整步繞組中的電動勢與電流

每相整步繞組中的感應電動勢：發送機：接收機：第37頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五各相繞組中的總電動勢：第38頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五各相繞組中的電流：第39頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五2．力矩式自整角機整步繞組的磁動勢：第40頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五發送機的交軸磁動勢分量：發送機的直軸磁動勢分量：合成磁動勢的幅值：第41頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五同理可求得接收機的整步磁動勢為：3．力矩式自整角機的轉矩：式中：k1為轉矩系數，φ為直軸磁通與交軸磁動勢間的夾角。第42頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五二、控制式自整角機的結構與工作原理

控制式自整角機與力矩式自整角機的結構基本相同。

圖7.6.3為控制式自整角機的工作原理圖第43頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五7.6.2自整角機的誤差分析與選用時應注意的問題

力矩式自整角機的誤差：主要有零位誤差和靜態誤差。

控制式自整角機的誤差：主要有電氣誤差和零位電壓誤差。第44頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五7.7旋轉變壓器

旋轉變壓器是自動裝置中的一類精密控制微電機。分類：按有無電刷和滑環之間的滑動接觸來分：接觸式旋轉變壓器和非接觸式旋轉變壓器。按電機的極對數多少來分：單極對旋轉變壓器和多極對式旋轉變壓器。按使用要求來分：用于解算裝置的旋轉變壓器和用于隨動系統的旋轉變壓器。一、正余弦旋轉變壓器的工作原理7.7.1旋轉變壓器的結構與工作原理第45頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五1.正弦繞組第46頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五2.正余弦旋轉變壓器的工作原理

定子上放置兩套互差90空間角度的匝數、型式完全相同的正弦繞組，一個作為勵磁繞組，另一個作為交軸繞組。勵磁繞組上施加交流勵磁電壓，定義勵磁繞組的軸線方向為d軸，在氣隙中產生d軸磁通Фd，勵磁繞組中的感應電動勢為：（1）正余弦旋轉變壓器的空載運行

轉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軸磁通與轉子交鏈，產生變壓器電動勢，轉子繞組中的感應電動勢大小和轉子與勵磁繞組的相對位置有關。第47頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五將Фd分解為兩個分量：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。第48頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五正余弦旋轉變壓器輸出繞組的開路輸出電壓分別為：第49頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五（2）正余弦旋轉變壓器的負載運行第50頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五第51頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五一次補償與二次補償的概念第52頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五二、線性旋轉變壓器的工作原理輸出電壓的大小與轉子轉角α成正比關系第53頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五正弦繞組的開路輸出電壓：進行級數展開：第54頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五設ku=0.5,將級數展開式代入（1）式中，得：忽略轉角的高次項時，上式可寫為：第55頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五二次補償的線性旋轉變壓器：第56頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五7.7.2旋轉變壓器的誤差及其改進方法1、產生誤差的原因2、改進方法7.7.3旋轉變壓器的應用第57頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五

步進電動機用電脈沖信號進行控制，以實現對生產過程或設備的數字控制。7.8步進電動機7.8.1步進電動機的結構與工作原理根據作用原理和結構不同，分為兩大類型：（1）電磁型步進電機，僅靠電磁作用不能使電機的轉子作步進運行，必須加上相應的機械部件，才能產生步進的效果；（2）定子和轉子之間僅靠電磁作用就可以產生步進作用的電機。第58頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五

在第2類步進電機中，根據轉子結構形式，分為永磁式轉子電機和反應式轉子電機。

二、反應式步進電機的工作原理

圖7.8.1為一臺三相反應式步進電機，它由定子和轉子兩大部分組成。在定子上有三對磁極，磁極上裝有勵磁繞組。轉子由軟磁材料制成，在轉子上均勻分布四個凸極，極上步裝繞組，轉子的凸極也稱為轉子的齒。

第59頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五步距角：步進電機每改變一次通電狀態（一拍）轉子所轉過的角度稱為步距角。步距角的計算公式：式中：m為步進電機的相數；C為通電狀態系數，單拍或雙拍工作時C=1，單雙拍混合方式工作時C=2；Zr為步進電機轉子的齒數。步進電機的控制方式分三種：（1）三相單三拍工作方式，A-B-C-A;(2)三相單、雙六拍工作方式，

A-AB-B-BC-CA-A;(3)三相雙三拍工作方式，

AB-BC-CA-AB;第60頁，共69頁，2022年，5月20日，11點45分，星期五一、反應式步進電機的靜特性(1)矩角特性7.8.2反應式步進電動機的特性步進電機的矩角特性是指在不改變通電狀態的條件下，步進電機的靜轉矩與失調角之間的關系。用T=f(θ)表示。步進電機的轉速為：

式中：f為步進電機每秒的拍數，稱為步進電機通電脈沖頻率。第61頁，共69頁，2022年，5月20日，11點