驱动与控制用微特电机

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1、第12章驱动与控制用微特电机刘锦波山东大学控制科学与工程学院内容简介各类微型驱动电机和控制电机（单相异步电动机、交、直流伺服电动机、交、直流测速发电机、旋转变压器、自整角机、直线电动机以及超声波电动机）的结构、工作原理与运行特性。微特电机的分类：驱动微电机:在电力拖动系统中作为执行机构使用,如单相异步电机、伺服电机、力矩电机、直线电机以及超声波电机等；控制电机：在电力拖动系统中以完成信号的转换和传递为目的，如测速发电机、自整角机以及旋转变压器等。12.1单相异步电动机单相异步电动机：单相异步电动机是单相电

2、源供电异步电动机的总称。它一般是由定子两相绕组和转子鼠笼绕组组成。A、单相绕组通电时异步电动机的磁场与机械特性单相异步电动机的结构如图12.1a所示。图12.1单相异步电动机的结构图与磁场情况图12.1中，定子包括两相绕组：一相为主绕组（又称为工作绕组）；另一相为起动绕组（又称为辅绕组），两相定子绕组空间互差，转子为鼠笼式结构。主绕组单独通电、起动绕组开路时异步电动机所产生电磁转矩的分析：利用6.5节的结论：单相绕组通以单相正弦交流电流将产生脉振磁势。该脉振磁势可分解为两个幅值相等（大小为脉振磁势幅值的一

3、半）、转速相同（均为同步速）且转向相反的旋转磁势（见图12.1b），其解析表达式可由下式给出：（6-56）式中，两个旋转磁势、将分别产生两个转向相反的旋转磁场。旋转磁场分别切割转子绕组，在转子绕组中感应电势和电流。定子旋转磁场与转子感应电流相互作用分别在转子上产生正、反转的电磁转矩和。其中，对正向旋转磁场而言，转子的转差率为：（12-1）对于反向旋转磁场而言，转子的转差率为：（12-2）考虑到正、反转旋转磁势的幅值相等、且其幅值均为脉振磁势幅值的一半，因此相应的激磁电抗、漏电抗以及转子绕组电阻均可平均分配

4、。这样，借助于三相异步电机的等效电路便可得到单相异步电动机的等效电路，如图12.2所示。图12.2单相异步电动机的等效电路根据图12.2所示的等效电路，同时忽略激磁电流，则单相异步电动机的电磁转矩可通过下式求得：（12-3）其中，转子电流为：（12-4）图12.3分别给出了正向旋转磁场所产生的电磁转矩与转差率之间的关系和反向旋转磁场所产生的电磁转矩与转差率之间的关系，以及上述两条曲线的合成结果即单相异步电动机总的电磁转矩与转差率之间的关系。纵、横坐标颠倒即得到单相异步电动机的机械特性,如图12.3b所示。

5、图12.3单相异步电动机的曲线与机械特性结论：对于单相绕组，当转速为零时，合成电磁转矩为零。亦即单相绕组通电不会产生起动转矩；一旦在外力作用下转子沿某一方向开始旋转，则合成电磁转矩将不再为零。即使外力去掉，转子仍将沿该方向继续旋转。因此，转子的转向取决于刚开始施加外力的方向；理想空载转速低于同步速，即，表明单相异步电动机的额定转差率高于普通三相异步电动机。B、两相绕组通电时异步电动机的磁场与机械特性a、两相绕组通电时异步电动机的旋转磁场设单相异步电动机主、辅绕组（见图12.1a）空间互成，其有效匝数分别为

6、、，主、辅绕组分别通入如下电流：(12-5)根据6.5节，主、副绕组所产生的定子基波磁势可分别表示为：(12-6)(12-7)式中，主、辅绕组脉振磁势的基波幅值分别为：，式中，正向旋转磁势的幅值为；反向旋转磁势的幅值为。由于两种旋转磁势的幅值不相等，且转向相反，其合成磁势为一幅值变化的椭圆形旋转磁势，如图12.5所示。图12.5定子电流产生的椭圆形旋转磁势则定子基波合成磁势为：(12-8)图12.5中，定子合成磁势沿x轴、y轴的分量分别为：（12-9）则定子基波合成磁势的轨迹为：（12-10）结论：两相定

7、子绕组通以两相对称电流所产生的定子基波合成磁势为椭圆形旋转磁势。b、两相绕组异步电动机的机械特性根据上述椭圆形旋转磁场的结论并采用类似于12.1.1节的方法便可以获得两相绕组异步电动机的机械特性。图12.6给出了两相绕组异步电动机当主、副绕组分别通以幅值不同（或相位不同）的电流，且时的机械特性。图12.6两相绕组异步电动机的机械特性结论：当主、副绕组分别通以幅值不同（或相位不同）的电流时，两相绕组异步电动机则产生起动转矩。C、单相异步电动机的类型a、电阻分相式单相电动机图12.7电阻分相式单相异步电动机特

8、点：主、辅绕组（或起动绕组）空间互差；辅绕组的电阻与电抗的比值比主绕组高，以确保同一电压作用下两绕组所流过的电流相位不同；图12.7中的离心开关K为常闭触点，当接至单相交流电源时，由于两相绕组分别通以两相不对称电流，电动机会因椭圆形旋转磁场而产生起动转矩。一旦转子转速达75~80%额定转速时，离心开关K断开，辅绕组脱离电源，仅主绕组工作。图12.8给出了电阻分相式单相异步电动机的典型机械特性曲线。图12.8电阻分相式单相异步电