海南风光第七章直流电动机单相异步电动机步进电机清华大学电机系电工学教研室 唐庆玉编第七章 电动机
§ 7.2 直流电动机
7.2.1 概述
7.2.2 工作原理
7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系
7.2.4 电磁转矩
7.2.5 机械特性
7.2.6 直流电动机的调速
7.2.7 直流电动机的使用和额定值
§ 7.3单相异步电动机
§ 7.4步进电机本课作业
7-13
7-14
7-18
10
7.2.1 概述与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。
直流电机的优点：
（ 1）调速性能好,调速范围广，易于平滑调节。
（ 2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。
（ 3）易于控制。
应用：
（ 1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。
（ 2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。
（ 3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具
7.2.2 工作原理一,工作原理
U
+
–
N
S
电刷换向片直流电源 电刷 换向器 线圈
I
I
注意,换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。
电刷压在换向片上。
由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，
使线圈逆时针旋转。
F
FU
+
–
N
S
电刷换向片
I
I
F
FU
+
–
N
S
电刷换向片
I
I
E
E
由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。
直流发电机 用右手定则判感应电动势 Ea的方向
U
+
–
N
S
E
E
Ia
电枢绕组电阻 Ra
nKE E
感应电动势
aa RIEU
输出电压二,直流电机的构成直流电机由定子、转子和机座等部分构成。
机座磁极励磁绕组转子励磁式直流电动机结构
1,转子 （又称电枢）
由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。
2,定子定子的分类：
永磁式：由永久磁铁做成。
励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中通过直流电，形成电磁铁。
励磁的定义,磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。
根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：
他励电动机,励磁线圈与转子电枢的电源分开。
并励电动机,励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。
串励电动机,励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。
复励电动机,励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。
M
他励
Uf
If Ia
U M
并励
U
If M
串励
U M
复励
U
7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用 E表示）。
一,电枢中的感应电动势
F
FU
+
–
N
S
电刷换向片
I
I
E
E
根据右手定则知,E和原通入的电流方向相反，
其大小为：
nKE E
KE：与电机结构有关的常数
n：电动机转速
：磁通单位,?（韦伯）,n（转 /每分）,E（伏）
F
FU
+
–
N
S
电刷换向片
I
I
E
E
二,电枢绕组中电压的平衡关系因为 E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。
aa RIEU
U：外加电压
Ra:绕组电阻
M
Ra
Ia
E
+
–
+
–
U
以上两公式反映的概念：
(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想改变 E，只能改变? 或 n。
(2)若忽略绕组中的电阻 Ra，则,
可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反比，通过改变?可调速。
Φ nKEU E
nKE E
7.2.4 电磁转矩
aT Φ IKT?
KT：与线圈的结构有关的常数
（与线圈大小，磁极的对数等有关）
：线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流一、电磁转矩单位,? （韦伯）,Ia（安培）,T（牛顿?米）
由转矩公式可知：
(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。
(2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者改变磁通的方向。
二,转矩平衡关系电磁转矩 T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即
0TTT L
TL,负载转矩
T0,空载转矩转矩平衡过程,当负载转矩（ TL）发生变化时，
通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动调整，以实现新的平衡。
例,设外加电枢电压 U 一定,T=TL+ T0(平衡 )，这时，
若 TL突然增加，则调整过程为：
与原平衡点相比，新的平衡点,Ia?,P入?
TL? n? E?
Ia?T?
最后达到新的平衡点。
aT Φ IKT?
aa RIEU
机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，
下边以他励和串励电机为例说明。
他励电动机和并励电动机的特性一样。
7.2.5 机械特性一,他励电动机的机械特性即：
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
aT
E
aa
Φ IKT
Φ nKE
RIEU
T
ΦKK
R
ΦK
Un
ET
a
E
2
M
他励
Uf
If Ia
U
n0,理想空载转速,即 T=0时的转速。（实际工作时,由于有空载损耗，电机的 T不会为 0。）
当 T?时 n?，但由于他励电动机的电枢电阻 Ra很小，
所以在负载变化时,转速 n 的变化不大,属硬机械特性。
根据 n-T 公式画出特性曲线
n0
nN
TN T
n
n
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。
二,串励电动机的机械特性设磁通和电流成正比，即? =K? Ia,则据此公式做出 T-n 曲线
aa
aΦTaT
aΦEE
RIEU
IKKΦ IKT
nIKKΦ nKE
2
n
T
ΦE
a
ΦE
T
KK
R
TKK
UK
n
M
串励
U Ia
(1) T=0时，在理想情况下,n。但 实际上负载转矩不会为 0，不会工作在 T=0 的状态，
但空载时 T 很小,n 很高。串励不允许空载运行，以防转速过高。
串励特性：
(2) 随转矩的增大,n 下降得很快，这种特性属软机械特性。 n
T
(2) 恒功率负载（ P 一定时,T 和 n 成反比），
要选软特性电机拖动。如：电气机车等。
直流电动机特性类型的选择,
(1) 恒转矩的生产机械 (TL一定，和转速无关） 要选硬特性的电动机，如,金属加工、起重机械等。
7.2.6 直流电动机的调速与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。
下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。
（ 1）调速均匀平滑，可以无级调速。
（ 2）调速范围大，调速比可达 200 （他励式）以上
（调速比等于最大转速和最小转速之比）。
直流电动机调速的主要优点是：
由该式可知,n 和? 有关，在 U 一定的情况下，改变? 可改变 n 。在励磁回路中串上电阻 Rf，改变 Rf大小调节励磁电流，从而改变? 的大小。
一、改变磁通（调磁）
1.原理
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
M
他励
Uf
If Ia
U
其中,?=K?If
Rf If n?,但在额定情况下,? 已接近饱和,If 再加大，对? 影响不大，所以这种增加磁通的办法一般不用。
Rf If n?,减弱磁通是常用的调速方法。
If的调节有两种情况：
概念,改变磁通调速的方法 —
减小磁通,n只能上调。
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
2.特性的变化所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。
，因为：
Φn
1
0? 2
1
Φ
n
（
减小
）
0n
''0n
'0n
TL
Rf
增加
T
n
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
调速过程,U一定,则
Rf E? Ia?
T?n?Ia? E?
暂时
T > TL
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
最后达到新的平衡
T =TL
（ 1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，
受机械本身强度所限,n不能太高。
（ 2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多），
调节控制方便。
3.减小? 调速的特点：
二、改变电枢电压调速由转速特性方程知：
调电枢电压 U,n0
变化，斜率不变，
所以调速特性是一组平行曲线。
1.特性曲线
n
n0"
n0'
n0 电压降低
T
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
2.改变电枢电压调速的特点
（ 1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超过 UN，，而 n? U,所以调速只能向下调 。
（ 2）可得到平滑、无级调速。
（ 3）调速幅度较大。
MUf
If Ia
U变压 整流220V~ 整流 调压 220V~
Uf=110V
固定
U=0~110V
可调改变电枢电压调速方案举例：
例,已知他励电动机的 PN=2.2KW,UN=220V,IaN=12.4A
Ra=0.5?,nN=1500r/min。 求：
（ 1） TL=0.5TN 时,n=? （ 2）? =0.8? N 时,n=?
解：（ 1） TL=0.5TN 时
aaE RIUnKE
143.01 5 0 0 4.125.0220
N
aa
E n
RIU
n
EΦK
Nm141 5 0 02.29 5 5 09 5 5 0
N
N
N n
PT
aTN Φ IKT?
13.14.1214
a
N
T I
TΦK T
ΦKK
R
ΦK
Un
ET
a
E
2
m in )/r(8.151666.2146.1538
2
14
13.1143.0
5.0
143.0
220
22
T
ΦKK
R
ΦK
U
n
TE
a
E
（ 2）?=0.8? N 时
m i n )/r(1 8 8 984.331 9 2 3
14
8.013.11 4 3.0
5.0
1 4 3.08.0
2 2 0
2
n
这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。
串励电机也可用类似的方法调速。
三、改变转子电阻调速在电枢中串入电阻，
使? n?,n0不变，即电机的特性曲线变陡
（斜率变大），在相同力矩下,n?
n
n0 Ra
Ra + R
T
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
7.2.7 直流电动机的使用和额定值限制 Iast的措施：
（ 1）启动时在电枢回路串电阻。
（ 2）启动时降低电枢电压。
一、使用
1.启动启动时,n= 0? Ea=0，若加入额定电压，则
aN
a
N
a st IR
UI
Iast太大会使换向器产生严重的火花，烧坏换向器。一般 Iast限制在 (2-2.5)IaN 内。
(1)若电动机原本静止，由于励磁转矩 T = KT? Ia，
而 0,电机将不能启动，因此，反电动势为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被烧毁的危险。
直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，
不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：
注意：
（ 2）如果电动机在有载运行时磁路突然断开，
则 E,Ia,T 和,可能不满足 TL的要求，电动机必将减速或停转，使
Ia更大，也很危险。
（ 3）如果电机空载运行，可能造成飞车。
EIaT?>> T0? n?飞车措施：
他励直流电动机一定要有 失磁保护 。
一般在励磁绕组加失压继电器或欠流继电器。当失压或欠流时，自动切断电枢电源 U。
M
他励
Uf
If Ia
U
2.反转电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。
（ 1）改变励磁电流的方向。
（ 2）或改变电枢电流的方向。
改变直流电机转向的方法：
（ 1）反接制动
3.制动制动的所采用的方法：
反接制动、能耗制动、发电回馈制动
M
U
Uf
If
+ –
R
运行制动电阻 R 的作用是限制电源反接制动时电枢的电流过大。
（ 2）能耗制动 — 电枢断电后立即接入一个电阻。
M
U
Uf
If
+–
R
运行制动
K
停车时，电枢从电源断开,接到电阻上，这时：由于惯性电枢仍保持原方向运动，
感应电动势方向也不变，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。
特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时，
在重力的作用下 n?n0（ n0理想空载转速），这时电动机变成发电机，电磁转矩成为阻转矩，从而限制电机转速过分升高。
(3) 发电回馈制动直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别。
4.连接
（ 1）绕组的阻值范围
电枢绕组 的阻值在 零点几欧姆到 1~2欧姆 。
他励 /并励电机的励磁绕组 的阻值有 几百欧姆 。
串励电机的励磁绕组 的阻值 与电枢绕组的相当 。
自学
（ 2）绕组的符号
S1
T1
B1
C1
H1
BC1
Q1
S2
T2
B2
C2
H2
BC2
Q2
电枢绕组他励绕组并励绕组串励绕组换向极绕组补偿绕组启动绕组始端 绕组名称末端二、额定值
1,额定功率 PN,电机轴上输出的机械功率。
2,额定电压 UN,额定工作情况下的电枢上加的直流电压。（例,110V,220V,440V）
3,额定电流 IN,额定电压下，轴上输出额定功率时的电流（并励应包括励磁电流和电枢电流）
三者关系,PN=UNIN? （?：效率）
注意,调速时对于没有调速要求的电机，最大转速不能超过 1.2nN 。
4.额定转速 nN,在 PN,UN,IN 时的转速。直流电机的转速等级一般在 500r/min 以上。特殊的直流电机转速可以做到很低（如：每分钟几转）
或很高（每分钟 3000转以上）。
7.3 单相异步电动机一,单相异步电动机的工作原理结构,定子放单相绕组（其中通 220V单相交流电）
转子一般用鼠笼式。
定子
转子定子绕组
1i
t
220V~ 1i
N
S
当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反
，所以没有起动转矩。
在电流正半周 在电流负半周？
转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。 其原理分析如下：
定子绕组产生的脉动磁场（?），可用 正、反两个旋转磁场合成而等效。即：
-ΦΦΦ
+? -
t
m?
=? +? - =? m/2
脉动磁场的分解
④
④
⑥
⑥
⑧
⑧
②
②
-? +
③
③
⑦
⑦
⑨
⑨
⑤
⑤
①
①
+? -
02?s
121 ss
1T
2T
正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩
s
起动转矩为零。
01?s
22?s
21?s
（正向）
（反向）
正转转反电容分相式起动二、单相异步电动机的起动
~
K
DU?
1I?
2I?
C
W
ST
W,主绕组（工作绕组）
ST：启动绕组
K：离心开关
A
X
A' X'
W
ST
A X
A'
X'
~
K
DU?
1I?
2I?
C
W
ST
U?
1I?
2I?
1?
2?
接近 90°
电容分相式单相异步 电动机起动原理
1i
t
2i
1i
t
2i
~
K
DU?
1I?
2I?
C
W
ST
A
X
A' X' W
ST
A X
A'
X'
t=t0
NS
1i
t
2i
t=t0
W
ST
A X
A'
X'
NS W
ST
A X
A'
X'
N
S
t=t1
磁场逆时针方向旋转
t=t0 t=t1
启动时开关 K闭合，使两绕组电流相位差约为 90°,从而产生旋转磁场，电机转起来；
转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断，而电机仍按原方向继续转动。
工作原理
~
K
DU?
1I?
2I?
C
W
ST
A
X
A' X'
罩极式单相电机定子磁极转子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。
图中电机的转动方向：顺时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。
单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。
三、单相电机的使用三相异步电动机的单相运行三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，
电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，
必须赶快排除故障。
第 7章 控制电机概述
§ 7,4 步进电动机
7.4.1 结构
7.4.2 工作方式
7.4.3 小步距角的步进电动机
§ 7.5 伺服电动机
7.5.1 交流伺服电动机
7.5.2 直流伺服电动机前面介绍的异步电动机,直流电动机等都是作为动力使用的,其主要任务是能量转换,例如将电能转换为机械能 。 本章介绍控制电机 。
概述如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速；
步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。
控制电机的主要功能是转换和传递信号。
控制电机的种类很多，本章主要介绍 步进机、伺服机。
对控制电机的主要要求,动作灵敏、准确、
重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。
§ 7.4 步进电动机机理,步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机 。 每来一个电脉冲,电机转动一个角度,带动机械移动一小段距离 。
特点,(1)来一个脉冲，转一个步距角。
(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。
(3)改变脉冲顺序，改变方向。
种类,
有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。
应用：
步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动绘图仪等设备中都得到应用。
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理 。
7.4.1 结构步进机主要由两部分构成：定子和转子 。 它们均由磁性材料构成,其上分别有六个,四个磁极 。
定子转子定子绕组定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。
注意,这里的相和三相交流电中的,相,的概念不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数的区别。
A
B
C
定子转子
IA
IBIC
7.4.2 工作方式步进电机的工作方式可分为,三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。
一、三相单三拍
（ 1）三相绕组联接方式,Y 型
（ 2）三相绕组中的通电顺序为：
A 相? B 相? C 相通电顺序也可以为：
A 相? C 相? B 相
（ 3）工作过程化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。
A 相通电,A 方向的磁通经转子形成闭合回路。
若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁
A 相通电使转子 1,3齿和 AA' 对齐。
C
A'
B
B' C'
A
3
4
1
2
C
A'
B
B' C'
A
同理,B相通电，转子 2,4齿和 B相轴线对齐，
相对 A相通电位置转 30?； C相通电再转 30?。
C'
C
A'
B
B'
A
这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，
而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。
三相单三拍的特点：
（ 1）每来一个电脉冲，转子转过 30?。此角称为步距角，用?S表示。
（ 2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，
改变通电顺序即可改变转向。
二、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：
A?AB?B?BC?C?CA?A 共六拍。
工作过程：
A相通电,转子 1,3齿和 A相对齐。
C
A'
B
B' C'
A
3
4
1
2
所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对 AA'
通电，转子转了 15° 。
（ 1） BB' 磁场对 2,4 齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针方向转动。
A,B相同时通电
（ 2） AA' 磁场继续对 1,3齿有拉力。
C
A'
B
B' C'
A
总之,每个循环周期,有六种通电状态,所以称为三相六拍,步距角为 15?。
C
A'
B
B' C'
A
B相通电,转子 2,4齿和 B相对齐，又转了 15?。
三、三相双三拍三相绕组的通电顺序为：
AB? BC? CA? AB 共三拍。
AB通电
C
A'
B
B' C'
A
C
A'
B
B' C'
A
BC通电以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。
工作方式为三相双三拍时,每通入一个电脉冲,转子也 是转
30?,即?S = 30?。
CA通电
C
A'
B
B' C'
A
7.4.3 小步距角的步进电动机实际采用的步进电机的步距角多为 3度和 1.5
度，步距角越小，机加工的精度越高。
为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，
图中转子 40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁极上也有五个齿。
转子的齿距 等于 360?/ 40=9?,齿宽、齿槽各 4.5?。
为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，
齿宽和齿槽和转子相同。
工作原理,假设是单三拍通电工作方式。
（ 1） A 相通电时，定子 A 相的五个小齿和转子对齐。此时,B 相和 A 相空间差 120?，含
120?/9? = 齿
A 相和 C 相差 240?，含 240?/ 9? = 个齿。所以,A 相的转子、定子的五个小齿对齐时,B 相,C 相不能对齐,B相的转子、
定子相差 1/3 个齿（ 3?）,C相的转子、定子相差 2/3个齿（ 6?）。
3
113
3
226
若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，
转子只转 1.5? 。
异步机的转动方向仍由相序决定。
同理,C 相通电再转 3?……
（ 2） A 相断电,B 相通电后,转子只需转过 1/3个齿 （ 3?）,使 B 相转子,定子对齐 。
f,电脉冲的频率转速
360
60 sfn
步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为步距角。
m:一个周期的运行拍数
Zr：转子齿数mZ
r
S
360?
如,Zr=40,m=3 时
3
340
360
S?
步距角
§ 7.5 伺服电动机交流伺服电动机和直流伺服电动机。
伺服电动机分类,
伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化 。
伺服电动机的作用
7.5.1 交流伺服电动机原理 与两相交流异步电机相同，定子上装有两个绕组 — 励磁绕组和控制绕组。
励磁绕组和控制绕组在空间相隔 90?。
控制绕组励磁绕组转子励磁绕组中串联电容 C的目的是为了产生两相旋转磁场。
接线：
励磁绕组的接线
U?
CU?1I?
1U?
放大器控制绕组的接线检测元件控制信号
2U?
2I?
U?
适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近 90?，因此便产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。
1
U?
CU?
1I?1U?
例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电流的相量关系如图所示。
励磁绕组的接线
U?
CU?
1I?
1U?
放大器控制绕组的接线检测元件控制信号
2U?
2I?
U?
工作时两个绕组中产生的电流 和 的相位差近 90°,因此便产生旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子转动起来。
1I? 2I?
控制电压 与电源电压 两者频率相同，相位相同或反相。
2U?
U?
（ 1） U2= 0 时，转子停止。
这时，虽然 U2 =0V,U1仍存在，似乎成单相运行状态，但和单相异步机不同。 若单相电机启动运行后，出现单相后仍转。伺服电机不同，单相电压时设备不能转。
交流伺服电动机的特点：
原因,交流伺服电机 R2设计得较大。所以在 U2=0时，交流伺服电机的 T=f(s)曲线如下页图：
当 U2=0V时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距 T?,T? 的合成转矩 T 与单相异步机不同。合成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机在 U2=0V时，
能立即停止，体现了控制信号的作用 (有控制电压时转动，无控制电压时不转 )，以免失控。
交流伺服电动机的
T=f(s)曲线（ U2=0时）
s'
T
2
1
0
s"
T"
T'
T 02
1
反转正转
（ 3）控制电压 U2 大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压 U2 成正比。 U2的极性改变时，转子的转向改变。
（ 2） 交流伺服电机 R2设计得较大，使 Sm>1,Tst大，
启动迅速，稳定运行范围大。
交流伺服电动机的机械特性曲线 ( U1=const )
n
T T
n
交流伺服电机的输出功率一般为 0.1-100 W，电源频率分 50Hz,400Hz等多种。它的应用很广泛，
如用在自动控制、温度自动记录等系统中。
应用
7.5.2 直流伺服电动机结构,与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长一些。
工作原理,与直流电动机相同。
供电方式,他励。励磁绕组和电枢由两个独立电源供电：
M U1
IfIa
U2放大器
U
U1为励磁电压,U2为电枢电压。
由机械特性可知：
(1)U1（即磁通?）不变时，一定的负载下,U2?,n?。
(2)U2=0时，电机立即停转。
反转,电枢电压的极性改变，电机反转。
直流伺服电机的机械特性公式与他励直流电机一样：
T
KK
R
K
Un
TE
a
E
2
2
机械特性曲线
n
T
直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为 1-
600W。它的用途很多，如随动系统中的位置控制等。
应用：
§ 7.2 直流电动机
7.2.1 概述
7.2.2 工作原理
7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系
7.2.4 电磁转矩
7.2.5 机械特性
7.2.6 直流电动机的调速
7.2.7 直流电动机的使用和额定值
§ 7.3单相异步电动机
§ 7.4步进电机本课作业
7-13
7-14
7-18
10
7.2.1 概述与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。
直流电机的优点：
（ 1）调速性能好,调速范围广，易于平滑调节。
（ 2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。
（ 3）易于控制。
应用：
（ 1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。
（ 2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。
（ 3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具
7.2.2 工作原理一,工作原理
U
+
–
N
S
电刷换向片直流电源 电刷 换向器 线圈
I
I
注意,换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。
电刷压在换向片上。
由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，
使线圈逆时针旋转。
F
FU
+
–
N
S
电刷换向片
I
I
F
FU
+
–
N
S
电刷换向片
I
I
E
E
由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。
直流发电机 用右手定则判感应电动势 Ea的方向
U
+
–
N
S
E
E
Ia
电枢绕组电阻 Ra
nKE E
感应电动势
aa RIEU
输出电压二,直流电机的构成直流电机由定子、转子和机座等部分构成。
机座磁极励磁绕组转子励磁式直流电动机结构
1,转子 （又称电枢）
由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。
2,定子定子的分类：
永磁式：由永久磁铁做成。
励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中通过直流电，形成电磁铁。
励磁的定义,磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。
根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：
他励电动机,励磁线圈与转子电枢的电源分开。
并励电动机,励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。
串励电动机,励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。
复励电动机,励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。
M
他励
Uf
If Ia
U M
并励
U
If M
串励
U M
复励
U
7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用 E表示）。
一,电枢中的感应电动势
F
FU
+
–
N
S
电刷换向片
I
I
E
E
根据右手定则知,E和原通入的电流方向相反，
其大小为：
nKE E
KE：与电机结构有关的常数
n：电动机转速
：磁通单位,?（韦伯）,n（转 /每分）,E（伏）
F
FU
+
–
N
S
电刷换向片
I
I
E
E
二,电枢绕组中电压的平衡关系因为 E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。
aa RIEU
U：外加电压
Ra:绕组电阻
M
Ra
Ia
E
+
–
+
–
U
以上两公式反映的概念：
(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想改变 E，只能改变? 或 n。
(2)若忽略绕组中的电阻 Ra，则,
可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反比，通过改变?可调速。
Φ nKEU E
nKE E
7.2.4 电磁转矩
aT Φ IKT?
KT：与线圈的结构有关的常数
（与线圈大小，磁极的对数等有关）
：线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流一、电磁转矩单位,? （韦伯）,Ia（安培）,T（牛顿?米）
由转矩公式可知：
(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。
(2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者改变磁通的方向。
二,转矩平衡关系电磁转矩 T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即
0TTT L
TL,负载转矩
T0,空载转矩转矩平衡过程,当负载转矩（ TL）发生变化时，
通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动调整，以实现新的平衡。
例,设外加电枢电压 U 一定,T=TL+ T0(平衡 )，这时，
若 TL突然增加，则调整过程为：
与原平衡点相比，新的平衡点,Ia?,P入?
TL? n? E?
Ia?T?
最后达到新的平衡点。
aT Φ IKT?
aa RIEU
机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，
下边以他励和串励电机为例说明。
他励电动机和并励电动机的特性一样。
7.2.5 机械特性一,他励电动机的机械特性即：
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
aT
E
aa
Φ IKT
Φ nKE
RIEU
T
ΦKK
R
ΦK
Un
ET
a
E
2
M
他励
Uf
If Ia
U
n0,理想空载转速,即 T=0时的转速。（实际工作时,由于有空载损耗，电机的 T不会为 0。）
当 T?时 n?，但由于他励电动机的电枢电阻 Ra很小，
所以在负载变化时,转速 n 的变化不大,属硬机械特性。
根据 n-T 公式画出特性曲线
n0
nN
TN T
n
n
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。
二,串励电动机的机械特性设磁通和电流成正比，即? =K? Ia,则据此公式做出 T-n 曲线
aa
aΦTaT
aΦEE
RIEU
IKKΦ IKT
nIKKΦ nKE
2
n
T
ΦE
a
ΦE
T
KK
R
TKK
UK
n
M
串励
U Ia
(1) T=0时，在理想情况下,n。但 实际上负载转矩不会为 0，不会工作在 T=0 的状态，
但空载时 T 很小,n 很高。串励不允许空载运行，以防转速过高。
串励特性：
(2) 随转矩的增大,n 下降得很快，这种特性属软机械特性。 n
T
(2) 恒功率负载（ P 一定时,T 和 n 成反比），
要选软特性电机拖动。如：电气机车等。
直流电动机特性类型的选择,
(1) 恒转矩的生产机械 (TL一定，和转速无关） 要选硬特性的电动机，如,金属加工、起重机械等。
7.2.6 直流电动机的调速与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。
下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。
（ 1）调速均匀平滑，可以无级调速。
（ 2）调速范围大，调速比可达 200 （他励式）以上
（调速比等于最大转速和最小转速之比）。
直流电动机调速的主要优点是：
由该式可知,n 和? 有关，在 U 一定的情况下，改变? 可改变 n 。在励磁回路中串上电阻 Rf，改变 Rf大小调节励磁电流，从而改变? 的大小。
一、改变磁通（调磁）
1.原理
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
M
他励
Uf
If Ia
U
其中,?=K?If
Rf If n?,但在额定情况下,? 已接近饱和,If 再加大，对? 影响不大，所以这种增加磁通的办法一般不用。
Rf If n?,减弱磁通是常用的调速方法。
If的调节有两种情况：
概念,改变磁通调速的方法 —
减小磁通,n只能上调。
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
2.特性的变化所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。
，因为：
Φn
1
0? 2
1
Φ
n
（
减小
）
0n
''0n
'0n
TL
Rf
增加
T
n
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
调速过程,U一定,则
Rf E? Ia?
T?n?Ia? E?
暂时
T > TL
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
最后达到新的平衡
T =TL
（ 1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，
受机械本身强度所限,n不能太高。
（ 2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多），
调节控制方便。
3.减小? 调速的特点：
二、改变电枢电压调速由转速特性方程知：
调电枢电压 U,n0
变化，斜率不变，
所以调速特性是一组平行曲线。
1.特性曲线
n
n0"
n0'
n0 电压降低
T
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
2.改变电枢电压调速的特点
（ 1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超过 UN，，而 n? U,所以调速只能向下调 。
（ 2）可得到平滑、无级调速。
（ 3）调速幅度较大。
MUf
If Ia
U变压 整流220V~ 整流 调压 220V~
Uf=110V
固定
U=0~110V
可调改变电枢电压调速方案举例：
例,已知他励电动机的 PN=2.2KW,UN=220V,IaN=12.4A
Ra=0.5?,nN=1500r/min。 求：
（ 1） TL=0.5TN 时,n=? （ 2）? =0.8? N 时,n=?
解：（ 1） TL=0.5TN 时
aaE RIUnKE
143.01 5 0 0 4.125.0220
N
aa
E n
RIU
n
EΦK
Nm141 5 0 02.29 5 5 09 5 5 0
N
N
N n
PT
aTN Φ IKT?
13.14.1214
a
N
T I
TΦK T
ΦKK
R
ΦK
Un
ET
a
E
2
m in )/r(8.151666.2146.1538
2
14
13.1143.0
5.0
143.0
220
22
T
ΦKK
R
ΦK
U
n
TE
a
E
（ 2）?=0.8? N 时
m i n )/r(1 8 8 984.331 9 2 3
14
8.013.11 4 3.0
5.0
1 4 3.08.0
2 2 0
2
n
这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。
串励电机也可用类似的方法调速。
三、改变转子电阻调速在电枢中串入电阻，
使? n?,n0不变，即电机的特性曲线变陡
（斜率变大），在相同力矩下,n?
n
n0 Ra
Ra + R
T
T
ΦKK
Rn
ET
a
2ΦK
Un
E
0nnn 0
其中,
7.2.7 直流电动机的使用和额定值限制 Iast的措施：
（ 1）启动时在电枢回路串电阻。
（ 2）启动时降低电枢电压。
一、使用
1.启动启动时,n= 0? Ea=0，若加入额定电压，则
aN
a
N
a st IR
UI
Iast太大会使换向器产生严重的火花，烧坏换向器。一般 Iast限制在 (2-2.5)IaN 内。
(1)若电动机原本静止，由于励磁转矩 T = KT? Ia，
而 0,电机将不能启动，因此，反电动势为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被烧毁的危险。
直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，
不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：
注意：
（ 2）如果电动机在有载运行时磁路突然断开，
则 E,Ia,T 和,可能不满足 TL的要求，电动机必将减速或停转，使
Ia更大，也很危险。
（ 3）如果电机空载运行，可能造成飞车。
EIaT?>> T0? n?飞车措施：
他励直流电动机一定要有 失磁保护 。
一般在励磁绕组加失压继电器或欠流继电器。当失压或欠流时，自动切断电枢电源 U。
M
他励
Uf
If Ia
U
2.反转电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。
（ 1）改变励磁电流的方向。
（ 2）或改变电枢电流的方向。
改变直流电机转向的方法：
（ 1）反接制动
3.制动制动的所采用的方法：
反接制动、能耗制动、发电回馈制动
M
U
Uf
If
+ –
R
运行制动电阻 R 的作用是限制电源反接制动时电枢的电流过大。
（ 2）能耗制动 — 电枢断电后立即接入一个电阻。
M
U
Uf
If
+–
R
运行制动
K
停车时，电枢从电源断开,接到电阻上，这时：由于惯性电枢仍保持原方向运动，
感应电动势方向也不变，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。
特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时，
在重力的作用下 n?n0（ n0理想空载转速），这时电动机变成发电机，电磁转矩成为阻转矩，从而限制电机转速过分升高。
(3) 发电回馈制动直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别。
4.连接
（ 1）绕组的阻值范围
电枢绕组 的阻值在 零点几欧姆到 1~2欧姆 。
他励 /并励电机的励磁绕组 的阻值有 几百欧姆 。
串励电机的励磁绕组 的阻值 与电枢绕组的相当 。
自学
（ 2）绕组的符号
S1
T1
B1
C1
H1
BC1
Q1
S2
T2
B2
C2
H2
BC2
Q2
电枢绕组他励绕组并励绕组串励绕组换向极绕组补偿绕组启动绕组始端 绕组名称末端二、额定值
1,额定功率 PN,电机轴上输出的机械功率。
2,额定电压 UN,额定工作情况下的电枢上加的直流电压。（例,110V,220V,440V）
3,额定电流 IN,额定电压下，轴上输出额定功率时的电流（并励应包括励磁电流和电枢电流）
三者关系,PN=UNIN? （?：效率）
注意,调速时对于没有调速要求的电机，最大转速不能超过 1.2nN 。
4.额定转速 nN,在 PN,UN,IN 时的转速。直流电机的转速等级一般在 500r/min 以上。特殊的直流电机转速可以做到很低（如：每分钟几转）
或很高（每分钟 3000转以上）。
7.3 单相异步电动机一,单相异步电动机的工作原理结构,定子放单相绕组（其中通 220V单相交流电）
转子一般用鼠笼式。
定子
转子定子绕组
1i
t
220V~ 1i
N
S
当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反
，所以没有起动转矩。
在电流正半周 在电流负半周？
转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。 其原理分析如下：
定子绕组产生的脉动磁场（?），可用 正、反两个旋转磁场合成而等效。即：
-ΦΦΦ
+? -
t
m?
=? +? - =? m/2
脉动磁场的分解
④
④
⑥
⑥
⑧
⑧
②
②
-? +
③
③
⑦
⑦
⑨
⑨
⑤
⑤
①
①
+? -
02?s
121 ss
1T
2T
正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩
s
起动转矩为零。
01?s
22?s
21?s
（正向）
（反向）
正转转反电容分相式起动二、单相异步电动机的起动
~
K
DU?
1I?
2I?
C
W
ST
W,主绕组（工作绕组）
ST：启动绕组
K：离心开关
A
X
A' X'
W
ST
A X
A'
X'
~
K
DU?
1I?
2I?
C
W
ST
U?
1I?
2I?
1?
2?
接近 90°
电容分相式单相异步 电动机起动原理
1i
t
2i
1i
t
2i
~
K
DU?
1I?
2I?
C
W
ST
A
X
A' X' W
ST
A X
A'
X'
t=t0
NS
1i
t
2i
t=t0
W
ST
A X
A'
X'
NS W
ST
A X
A'
X'
N
S
t=t1
磁场逆时针方向旋转
t=t0 t=t1
启动时开关 K闭合，使两绕组电流相位差约为 90°,从而产生旋转磁场，电机转起来；
转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断，而电机仍按原方向继续转动。
工作原理
~
K
DU?
1I?
2I?
C
W
ST
A
X
A' X'
罩极式单相电机定子磁极转子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。
图中电机的转动方向：顺时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。
单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。
三、单相电机的使用三相异步电动机的单相运行三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，
电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，
必须赶快排除故障。
第 7章 控制电机概述
§ 7,4 步进电动机
7.4.1 结构
7.4.2 工作方式
7.4.3 小步距角的步进电动机
§ 7.5 伺服电动机
7.5.1 交流伺服电动机
7.5.2 直流伺服电动机前面介绍的异步电动机,直流电动机等都是作为动力使用的,其主要任务是能量转换,例如将电能转换为机械能 。 本章介绍控制电机 。
概述如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速；
步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。
控制电机的主要功能是转换和传递信号。
控制电机的种类很多，本章主要介绍 步进机、伺服机。
对控制电机的主要要求,动作灵敏、准确、
重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。
§ 7.4 步进电动机机理,步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机 。 每来一个电脉冲,电机转动一个角度,带动机械移动一小段距离 。
特点,(1)来一个脉冲，转一个步距角。
(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。
(3)改变脉冲顺序，改变方向。
种类,
有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。
应用：
步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动绘图仪等设备中都得到应用。
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理 。
7.4.1 结构步进机主要由两部分构成：定子和转子 。 它们均由磁性材料构成,其上分别有六个,四个磁极 。
定子转子定子绕组定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。
注意,这里的相和三相交流电中的,相,的概念不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数的区别。
A
B
C
定子转子
IA
IBIC
7.4.2 工作方式步进电机的工作方式可分为,三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。
一、三相单三拍
（ 1）三相绕组联接方式,Y 型
（ 2）三相绕组中的通电顺序为：
A 相? B 相? C 相通电顺序也可以为：
A 相? C 相? B 相
（ 3）工作过程化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。
A 相通电,A 方向的磁通经转子形成闭合回路。
若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁
A 相通电使转子 1,3齿和 AA' 对齐。
C
A'
B
B' C'
A
3
4
1
2
C
A'
B
B' C'
A
同理,B相通电，转子 2,4齿和 B相轴线对齐，
相对 A相通电位置转 30?； C相通电再转 30?。
C'
C
A'
B
B'
A
这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，
而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。
三相单三拍的特点：
（ 1）每来一个电脉冲，转子转过 30?。此角称为步距角，用?S表示。
（ 2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，
改变通电顺序即可改变转向。
二、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：
A?AB?B?BC?C?CA?A 共六拍。
工作过程：
A相通电,转子 1,3齿和 A相对齐。
C
A'
B
B' C'
A
3
4
1
2
所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对 AA'
通电，转子转了 15° 。
（ 1） BB' 磁场对 2,4 齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针方向转动。
A,B相同时通电
（ 2） AA' 磁场继续对 1,3齿有拉力。
C
A'
B
B' C'
A
总之,每个循环周期,有六种通电状态,所以称为三相六拍,步距角为 15?。
C
A'
B
B' C'
A
B相通电,转子 2,4齿和 B相对齐，又转了 15?。
三、三相双三拍三相绕组的通电顺序为：
AB? BC? CA? AB 共三拍。
AB通电
C
A'
B
B' C'
A
C
A'
B
B' C'
A
BC通电以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。
工作方式为三相双三拍时,每通入一个电脉冲,转子也 是转
30?,即?S = 30?。
CA通电
C
A'
B
B' C'
A
7.4.3 小步距角的步进电动机实际采用的步进电机的步距角多为 3度和 1.5
度，步距角越小，机加工的精度越高。
为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，
图中转子 40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁极上也有五个齿。
转子的齿距 等于 360?/ 40=9?,齿宽、齿槽各 4.5?。
为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，
齿宽和齿槽和转子相同。
工作原理,假设是单三拍通电工作方式。
（ 1） A 相通电时，定子 A 相的五个小齿和转子对齐。此时,B 相和 A 相空间差 120?，含
120?/9? = 齿
A 相和 C 相差 240?，含 240?/ 9? = 个齿。所以,A 相的转子、定子的五个小齿对齐时,B 相,C 相不能对齐,B相的转子、
定子相差 1/3 个齿（ 3?）,C相的转子、定子相差 2/3个齿（ 6?）。
3
113
3
226
若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，
转子只转 1.5? 。
异步机的转动方向仍由相序决定。
同理,C 相通电再转 3?……
（ 2） A 相断电,B 相通电后,转子只需转过 1/3个齿 （ 3?）,使 B 相转子,定子对齐 。
f,电脉冲的频率转速
360
60 sfn
步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为步距角。
m:一个周期的运行拍数
Zr：转子齿数mZ
r
S
360?
如,Zr=40,m=3 时
3
340
360
S?
步距角
§ 7.5 伺服电动机交流伺服电动机和直流伺服电动机。
伺服电动机分类,
伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化 。
伺服电动机的作用
7.5.1 交流伺服电动机原理 与两相交流异步电机相同，定子上装有两个绕组 — 励磁绕组和控制绕组。
励磁绕组和控制绕组在空间相隔 90?。
控制绕组励磁绕组转子励磁绕组中串联电容 C的目的是为了产生两相旋转磁场。
接线：
励磁绕组的接线
U?
CU?1I?
1U?
放大器控制绕组的接线检测元件控制信号
2U?
2I?
U?
适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近 90?，因此便产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。
1
U?
CU?
1I?1U?
例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电流的相量关系如图所示。
励磁绕组的接线
U?
CU?
1I?
1U?
放大器控制绕组的接线检测元件控制信号
2U?
2I?
U?
工作时两个绕组中产生的电流 和 的相位差近 90°,因此便产生旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子转动起来。
1I? 2I?
控制电压 与电源电压 两者频率相同，相位相同或反相。
2U?
U?
（ 1） U2= 0 时，转子停止。
这时，虽然 U2 =0V,U1仍存在，似乎成单相运行状态，但和单相异步机不同。 若单相电机启动运行后，出现单相后仍转。伺服电机不同，单相电压时设备不能转。
交流伺服电动机的特点：
原因,交流伺服电机 R2设计得较大。所以在 U2=0时，交流伺服电机的 T=f(s)曲线如下页图：
当 U2=0V时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距 T?,T? 的合成转矩 T 与单相异步机不同。合成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机在 U2=0V时，
能立即停止，体现了控制信号的作用 (有控制电压时转动，无控制电压时不转 )，以免失控。
交流伺服电动机的
T=f(s)曲线（ U2=0时）
s'
T
2
1
0
s"
T"
T'
T 02
1
反转正转
（ 3）控制电压 U2 大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压 U2 成正比。 U2的极性改变时，转子的转向改变。
（ 2） 交流伺服电机 R2设计得较大，使 Sm>1,Tst大，
启动迅速，稳定运行范围大。
交流伺服电动机的机械特性曲线 ( U1=const )
n
T T
n
交流伺服电机的输出功率一般为 0.1-100 W，电源频率分 50Hz,400Hz等多种。它的应用很广泛，
如用在自动控制、温度自动记录等系统中。
应用
7.5.2 直流伺服电动机结构,与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长一些。
工作原理,与直流电动机相同。
供电方式,他励。励磁绕组和电枢由两个独立电源供电：
M U1
IfIa
U2放大器
U
U1为励磁电压,U2为电枢电压。
由机械特性可知：
(1)U1（即磁通?）不变时，一定的负载下,U2?,n?。
(2)U2=0时，电机立即停转。
反转,电枢电压的极性改变，电机反转。
直流伺服电机的机械特性公式与他励直流电机一样：
T
KK
R
K
Un
TE
a
E
2
2
机械特性曲线
n
T
直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为 1-
600W。它的用途很多，如随动系统中的位置控制等。
应用：
