任務(wù)4-特種電機(jī)的選擇與使用

學(xué)習(xí)情境4特種電機(jī)（單相/伺服/測速/步進(jìn)電機(jī)）的選擇與使用任務(wù)4.1單相異步電動機(jī)的選擇與使用任務(wù)4.2單相異步電動機(jī)控制實例—電風(fēng)扇控制任務(wù)4.3伺服電機(jī)、測速發(fā)電機(jī)的選擇與使用任務(wù)4.4步進(jìn)電機(jī)的使用與選擇電機(jī)控制與維修化學(xué)工業(yè)出版社

【任務(wù)目標(biāo)】技能目標(biāo)：1.能根據(jù)使用場合選擇合適單相交流電動機(jī)；2.能根據(jù)要求選擇合適的伺服、測速、步進(jìn)電機(jī)。知識目標(biāo)：1.能定性描述特種電機(jī)的轉(zhuǎn)動原理；2.熟悉特種電機(jī)的特點(diǎn)、選擇與應(yīng)用。電機(jī)控制與維修學(xué)習(xí)情境4特種電機(jī)（單相/伺服/測速/步進(jìn)電機(jī)）的選擇與使用任務(wù)4.1單相異步電動機(jī)的選擇與使用

【任務(wù)描述】

單相異步電動機(jī)是用單相交流電源供電的一類驅(qū)動用電機(jī)，凡是有普通民用電器的地方都可以使用。它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運(yùn)行可靠、維修方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。所以廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)和人們的日常生活中，與人們的工作、學(xué)習(xí)和生活有著極密切的關(guān)系。本任務(wù)主要研究單相異步電動機(jī)的基本原理和結(jié)構(gòu)以及調(diào)速和反轉(zhuǎn)等。電機(jī)控制與維修【子任務(wù)目標(biāo)】技能目標(biāo)：1.學(xué)會單相異步電動機(jī)的接線和操作使用；2.能根據(jù)負(fù)載要求和應(yīng)用場合選擇合適的電動機(jī)容量和型式。知識目標(biāo)：1.了解單相異步電動機(jī)的特點(diǎn)和用途；2.熟悉單相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理；3.掌握單相異步電動機(jī)的起動、反轉(zhuǎn)與調(diào)速控制方法。

電機(jī)控制與維修任務(wù)4.1單相異步電動機(jī)的選擇與使用

（一）單相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理1.單相異步電動機(jī)的工作原理單相異步電動機(jī)僅僅是指由單相交流電源供電的異步電動機(jī)，并不表示電機(jī)的定子上只有一相繞組，因為這種異步電動機(jī)不能產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩，因此單相電動機(jī)的定子上必須有兩套繞組，一個稱為主繞組，另一個稱為副繞組，主、副繞組在定子空間布置上相差電度角，同時使兩套繞組中的電流在時間上也有不同相位。例如在副繞組上串聯(lián)一個適當(dāng)?shù)碾娙萜骷纯蛇_(dá)到上述目的。這樣，兩套繞組就共同產(chǎn)生一個相差電度角的兩相旋轉(zhuǎn)磁場，從而在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，用以起動電動機(jī)。電動機(jī)轉(zhuǎn)動起來后起動裝置適時地自動將輔助繞組從電源斷開，僅剩下主繞組在線路上工作。電機(jī)控制與維修任務(wù)4.1單相異步電動機(jī)的選擇與使用【知識準(zhǔn)備】電機(jī)控制與維修

（b）（c）圖4.1.1兩相繞組產(chǎn)生的兩相旋轉(zhuǎn)磁場任務(wù)4.1之

【知識準(zhǔn)備】放大

圖（a）中，兩個電流在相位上相差90°，（b）中所示為在空間布置上相差電度角的兩相繞組。將通入繞組A-X，通入繞組B-Y。線端A、B為繞組首端，線端X、Y為末端。正電流從繞組的首端流入，負(fù)電流從繞組的末端流入。（c）中顯示了與兩個電流5個瞬時所產(chǎn)生的磁場情況，從圖中可以看出，當(dāng)電流變化一周時，磁場也旋轉(zhuǎn)了一周。綜上所述，我們只要將相位上相差的兩個電流通入在空間相差電度角的繞組，就能使單相異步電動機(jī)產(chǎn)生一個兩相旋轉(zhuǎn)磁場。在其作用下，轉(zhuǎn)子得到起動轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動。

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任務(wù)4.1之

【知識準(zhǔn)備】2.單相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)

單相異步電動機(jī)由兩個基本部分組成：定子和轉(zhuǎn)子。（1）定子部分單相異步電動機(jī)的定子部分包括機(jī)座、鐵芯和繞組三大部分。機(jī)座主要用來支撐定子鐵芯和固定端蓋、機(jī)座有鑄鐵、鑄鋁和鋼板結(jié)構(gòu)等幾種。定子繞組是由帶有絕緣的高強(qiáng)度漆包線繞制而成。定子繞組型式常為單層、雙層、單雙層繞組和正弦繞組。定子繞組一般為兩相繞組，即主繞組和副繞組。主、副繞組的軸線在空間一般相隔電度角。為了改善性能，有時把兩相繞組的軸線設(shè)計成非正交。（2）轉(zhuǎn)子部分

轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等部分。轉(zhuǎn)子繞組一般采用籠型繞組，通常用鋁壓鑄或離心澆鑄而成。風(fēng)扇用來加強(qiáng)電機(jī)的通風(fēng)散熱。一般由聚丙烯注塑而成。電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.1之

【知識準(zhǔn)備】（二）單相異步電動機(jī)類型與特性單相異步電動機(jī)本身沒有起動轉(zhuǎn)矩，不能自行起動的起動，要使電動機(jī)起動就必須有一個旋轉(zhuǎn)磁場，也就是要使定子產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，最好是產(chǎn)生一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場。有了旋轉(zhuǎn)磁場，單相異步電動機(jī)就能起動。常用的辦法是在電動機(jī)的定子上安放兩相定子繞組，使兩相繞組在圓周上相差電角度，并將單相電源通過電阻、電容和電抗的合理配合分為有相位差的兩相電源，將它們分別接在兩繞組上，兩相電源加在兩繞組上以后，能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在籠型轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩。根據(jù)使定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的方法，可將單相異步電動機(jī)分為電阻分相式電動機(jī)、電容分相式電動機(jī)和罩極式電動機(jī)三類。電機(jī)控制與維修

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【知識準(zhǔn)備】1.罩極式電動機(jī)

1）結(jié)構(gòu)與原理

罩極式電動機(jī)在單相異步電動機(jī)中結(jié)構(gòu)最簡單。其轉(zhuǎn)子為籠型，在用硅鋼片沖壓而成的轉(zhuǎn)子鐵芯槽中鑄有鋁制籠型繞組。其定子也是用硅鋼片沖壓而成，主要制成凸極式和隱極式兩種形式。罩極式電動機(jī)的工作原理如圖所示，定子上有凸出的磁極，主繞組就安置在這個磁極上。在磁極表面的1/3處開有一個凹槽，將磁極分成大小兩部分，并在磁極小的部分套著一個短路銅環(huán)，磁極的一部分被罩起來，它相當(dāng)于一個輔助繞組。當(dāng)定子繞組中接入單相電源后，則磁極中將會產(chǎn)生交變磁通，從而銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個相位滯后的感應(yīng)電流。電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.1之

【知識準(zhǔn)備】這樣被罩部分和未罩部分就產(chǎn)生了兩個空間位置不一致，且在時間上有一定相位差的交變磁通，在電機(jī)氣隙中構(gòu)成一個近似的旋轉(zhuǎn)磁場呈脈動變化。這個旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子后，使轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。載有電流的轉(zhuǎn)子繞組與定子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用的結(jié)果，使轉(zhuǎn)子得到起動轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子由磁極未罩部分向被罩部分旋轉(zhuǎn)。電機(jī)控制與維修

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【知識準(zhǔn)備】圖4.1.2單相罩極式電動機(jī)工作原理圖放大2）主要特性

（1）起動轉(zhuǎn)矩單相罩極電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩很小，通常只有滿載轉(zhuǎn)矩的30％～50％。因此，只能拖動輕負(fù)載起動的機(jī)電器械。（2）效率單相罩極電動機(jī)的效率很低，與其他型式的比較，大約要低8％～15％。（3）功率因數(shù)由于效率低，功率因數(shù)也就比較低。（4）額定電流單相罩極電動機(jī)在空載、滿載和堵住時。電流的變化都很小，因此，就是將電動機(jī)轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)，罩極電動機(jī)也不會發(fā)生任何故障。（5）額定轉(zhuǎn)速單相罩極電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速略低于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。電機(jī)控制與維修

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【知識準(zhǔn)備】2.分相式電動機(jī)1）結(jié)構(gòu)與原理單相分相式電動機(jī)的轉(zhuǎn)子為籠型結(jié)構(gòu)，定子采用齒槽式。一般主繞組占定子總槽數(shù)的2/3，輔助繞組占1/3，如圖。單相分相式電動機(jī)在起動時為了使起動用輔助繞組電流與運(yùn)行用主繞組電流在時間上產(chǎn)生相位差，通常用增大輔助繞組本身的電阻或在輔助繞組回路中串聯(lián)電阻的方法達(dá)到。以電阻分相式為例，由于兩套繞組中的電阻和電抗電機(jī)控制與維修

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【知識準(zhǔn)備】圖4.1.3分相式電動機(jī)繞組布置圖放大不同，所以電阻大電抗小的輔助繞組中的電流，比主繞組中的電流先期達(dá)到最大值。因而在兩套繞組之間出現(xiàn)一定的相位差，形成了兩相電流。結(jié)果就建立起了一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子就因電磁感應(yīng)作用而旋轉(zhuǎn)。單相分相式電動機(jī)的起動依賴定子鐵芯上相差電度角的主、輔助繞組來完成，一般將輔助繞組選用細(xì)導(dǎo)線來增加電阻，因此，輔助繞組導(dǎo)線的電流密度都比主繞組大，所以能短時間工作。單相分相式電動機(jī)的起動，可以用離心開關(guān)或多種類型的起動繼電器來完成。

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【知識準(zhǔn)備】2）主要特性（1）起動轉(zhuǎn)矩分相式電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩一般是滿載轉(zhuǎn)矩的兩倍，因此應(yīng)用范圍很廣，如電冰箱的配套電動機(jī)。

（2）額定轉(zhuǎn)速分相式電動機(jī)的轉(zhuǎn)速很穩(wěn)定，它的大小隨定子極數(shù)和電源頻率而變。它加速過程很快，不到一秒鐘即可達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。（3）效率分相式電動機(jī)的效率因設(shè)計性能、容量大小和轉(zhuǎn)速高低的不同而改變，一般約為50％～60％。（4）功率因數(shù)分相式電動機(jī)的功率因數(shù)，也隨電機(jī)的設(shè)計性能、容量大小、轉(zhuǎn)速高低而不同。一般在滿載時約為0.5～0.6。因此，電動機(jī)在接近滿載時運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)。（5）起動電流起動電流大是分相電動機(jī)的一大缺點(diǎn)約為滿載電流的6～7倍。電機(jī)控制與維修

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【知識準(zhǔn)備】（6）過載容量分相式電動機(jī)過載時溫升都很高，因此，一般過載容量不得超過滿載轉(zhuǎn)矩的25％，時間不超過5min。3.電容式電動機(jī)1）結(jié)構(gòu)與原理

單相電容式電動機(jī)具有三種型式，即：電容起動式；電容運(yùn)轉(zhuǎn)式；電容起動、運(yùn)轉(zhuǎn)式。電容電動機(jī)和同樣功率的分相電動機(jī)，在外形尺寸、定、轉(zhuǎn)子鐵心、繞組、機(jī)械結(jié)構(gòu)等都基本相同，只是添加了1～2個電容器而己。電容電動機(jī)的輔助繞組中串聯(lián)一只電容器，它的電流在相位上就將比線路電壓超前。將繞組和電容器容量適當(dāng)設(shè)計，兩套線圈相互就完全可以達(dá)到相位差的最佳狀況。

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【知識準(zhǔn)備】電機(jī)控制與維修

起動方式：對于電容啟動時式電動機(jī)，電容器經(jīng)過離心開關(guān)接入起動用輔繞組，接通電源，電動機(jī)即運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的70％～80％時，離心開關(guān)動作，切斷輔助繞組的電源。對于電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動機(jī)，電容器與起動用副繞組中沒有串接起動裝置，因此電容器與輔助繞組將和主繞組一起長期運(yùn)行在電源線路上。對于電容起動與運(yùn)轉(zhuǎn)式電動機(jī)，起動用輔助繞組經(jīng)過運(yùn)行電容與電源接通，并經(jīng)過離心開關(guān)與容量較大的起動電容并聯(lián)。接通電源時，兩個電容器都串接在起動繞組回路中。這時電動機(jī)開始起動，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的70％～80％時，離心開關(guān)動作將起動電容從電源線路切除，而運(yùn)行電容則仍留在電路中運(yùn)行。

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【知識準(zhǔn)備】2）主要特性（1）電容起動式電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩一般可達(dá)到滿載轉(zhuǎn)矩的3～5倍，故能適用于滿載起動的場合。由于它的電容器和副繞組只在起動時接入電路，所以運(yùn)轉(zhuǎn)特性與同樣大小并有相同設(shè)計的分相式電動機(jī)基本相同。（2）單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩較低，但功率因數(shù)和效率均比較高。體積小、重量輕、運(yùn)行乎穩(wěn)、振動與噪聲小、可反轉(zhuǎn)、能調(diào)速，適用于直接與負(fù)載聯(lián)接的場合。如電風(fēng)扇、通風(fēng)機(jī)、錄音機(jī)及各種空載或輕載起動的機(jī)械，但不適于空載或輕載運(yùn)行的負(fù)載。（3）單相電容起動與運(yùn)轉(zhuǎn)式電動機(jī)具有較好的起動性能，較高的功率因數(shù)、效率和過載能力，可以調(diào)速。適用于帶負(fù)載起動和要求低噪聲的場合，如小型機(jī)床、家用電器等。電機(jī)控制與維修

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【知識準(zhǔn)備】（三）單相異步電動機(jī)調(diào)速與反轉(zhuǎn)1.調(diào)速（1）變極調(diào)速變極調(diào)速接線原理如圖4.1.4所示。單相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為式中

n——單相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速；

n1——同步轉(zhuǎn)速；

s——單相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差率；

f1——電源頻率；

p——電動機(jī)極對數(shù)。這種調(diào)速電動機(jī)的引出線很多，要用專門的調(diào)速開關(guān)才能保證接頭的迅速切換，轉(zhuǎn)速可以成倍的變化。

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任務(wù)4.1之

【知識準(zhǔn)備】

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對于同一套繞組當(dāng)采用庶極接法時，將比用顯極接法的極對數(shù)要多一倍。因此，如在電動機(jī)定子的一套繞組中運(yùn)用顯、庶極兩種接法的變換，即可得到極數(shù)成倍的兩種轉(zhuǎn)速。圖4.1.4單相顯、庶極雙速接線圖圖4.1.5主繞組降壓調(diào)速任務(wù)4.1之

【知識準(zhǔn)備】放大放大

（2）自耦變壓器調(diào)速接法利用自耦變壓器的調(diào)壓特性來直接降低主、輔繞組的電壓或者只降低主繞組的電壓，均能對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速。具體接線方法有以下三種。

圖4.1.5所示為主繞組降壓調(diào)速接線圖。自耦變壓器是通過對主繞組的電壓調(diào)控進(jìn)行調(diào)速的。圖4.1.6所示為主、輔繞組同電壓降壓調(diào)速接線圖。自耦變壓器是以同一電壓對電動機(jī)的主、輔繞組作電壓調(diào)控進(jìn)行調(diào)速。圖4.1.7所示為主、輔繞組異電壓降壓調(diào)速接線固。自耦變壓器是分別以不同電壓施加到主、輔繞組上進(jìn)行降壓降速。采用自耦變壓器降壓調(diào)速方法，能使單相電動機(jī)的起動性能和電能消耗有較大改善，其缺點(diǎn)是在增加自耦變壓器后使整體成本大力增加。電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.1之

【知識準(zhǔn)備】電機(jī)控制與維修

圖4.1.6主、副繞組同電壓降壓調(diào)速圖4.1.7主、副繞組異電壓降壓調(diào)速

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【知識準(zhǔn)備】放大放大（3）電抗器調(diào)速接法將電抗器串接到電動機(jī)單相電源電路中，通過變換電抗器的線圈抽頭來實現(xiàn)降壓調(diào)速，如圖4.1.8所示。當(dāng)調(diào)速開關(guān)S轉(zhuǎn)到c時，主繞組與電抗器L串接到電源上，電源電壓的一部分將降落在電抗器L的ac段上，因而主繞組的工作電壓降低了，主繞組產(chǎn)生的磁場減弱，電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)速顯著降低。當(dāng)調(diào)速開關(guān)S轉(zhuǎn)到a時，主繞組在額定電壓下運(yùn)行，轉(zhuǎn)速達(dá)到最高速。調(diào)速開關(guān)轉(zhuǎn)到b時，此時的主繞組和副繞組的工作電壓介于高速和低速之間，因而作中速運(yùn)行。（4）繞組抽頭調(diào)速接法單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動機(jī)現(xiàn)已普遍采用定子繞組抽頭調(diào)速的方法。這種調(diào)速方法具有不同于自耦變壓器或電抗器調(diào)速，而只需改變定子繞組接線的特點(diǎn)。

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任務(wù)4.1之

【知識準(zhǔn)備】所以它有用料省、重量輕、耗電少等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是工藝性差、繞組的嵌線、接線較麻煩，使其應(yīng)用范圍受到某些限制。采用這種接法的電動機(jī)，定子上除嵌放有主繞組和副繞組外，還另外加一套調(diào)速繞組，由于輔助繞組的線徑般較細(xì)而槽滿率偏低，所以調(diào)速繞組多嵌于副繞組同一槽內(nèi)。通過改變調(diào)速繞組抽頭的方法來改變主繞組的電壓降及磁場強(qiáng)度，從而實現(xiàn)單相電動機(jī)的調(diào)速。

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圖4.1.8主、副繞組異電壓降壓調(diào)速

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【知識準(zhǔn)備】放大2.反轉(zhuǎn)要改變單相電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，通常只需將副繞組或主繞組的兩根引線端互換，單相分相式電動機(jī)和電容式電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向即可反轉(zhuǎn)。單相罩極式電動機(jī)的反轉(zhuǎn)有三種方式：集中式磁極罩極電動機(jī)的反轉(zhuǎn)、分布繞組罩極式電動機(jī)的反轉(zhuǎn)和雙主繞組罩極電動機(jī)的反轉(zhuǎn)。1）集中式對罩極式電動機(jī)的反轉(zhuǎn)，必須將罩極式、電動機(jī)定子調(diào)頭后再裝進(jìn)轉(zhuǎn)子才能達(dá)到。2）分布繞組式在罩極式電動機(jī)的定子槽中嵌放一套分布式主繞組和兩套分布式罩極繞組。3）雙主繞組式在罩極電動機(jī)定子槽中嵌放兩套主繞組和一套罩極繞組。電機(jī)控制與維修

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【知識準(zhǔn)備】1.實施地點(diǎn)：教室、電機(jī)實訓(xùn)室2.實施所需器材

1）多媒體設(shè)備；2）每組罩極式、電容式、分相式單相異步電動機(jī)各一臺。3）單相異步電動機(jī)工作特測試用儀器儀表一套。3.實施內(nèi)容與步驟：1）學(xué)生分組：4人左右一組，指定組長。工作始終各組人員盡量固定。2）教師布置工作任務(wù)。學(xué)生閱讀學(xué)習(xí)指導(dǎo)書，了解工作內(nèi)容，明確工作目標(biāo)，制定實施方案。

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任務(wù)4.1之【任務(wù)實施】引導(dǎo)問題為：（1）單相電動機(jī)是如何工作的？根據(jù)使定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的方法，可將單相異步電動機(jī)分為哪幾類？（2）變單相電動機(jī)有哪幾種調(diào)速方法？各有什么特點(diǎn)？（3）如何實現(xiàn)單相電動機(jī)的反轉(zhuǎn)？3）教師通過圖片、實物或多媒體分析演示讓學(xué)生了解單相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)、原理、銘牌參數(shù)以及啟動、調(diào)速方法并舉例，或指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。4）實際觀察幾種單相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)，并作工作特性測試。（1）觀察給定的單相異步電動機(jī)，并注意各類型單相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與適用場合，觀察結(jié)果記錄在表4-1-1中。

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任務(wù)4.1之【任務(wù)實施】（2）注意事項①認(rèn)真觀察，注意區(qū)別；②訓(xùn)練過程中遵守規(guī)定、注意安全。電機(jī)控制與維修

電動機(jī)類型型號應(yīng)用場合起動轉(zhuǎn)矩起動電流過載容量調(diào)速與反轉(zhuǎn)特點(diǎn)罩極式電容式分相式表4-1-1單相異步電動機(jī)觀察記錄表

任務(wù)4.1之【任務(wù)實施】3.實施內(nèi)容與步驟：1.單相異步電動機(jī)同三相異步電動機(jī)一樣，也是感應(yīng)電動機(jī)，也是依據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的，它若要自行起動必須有一個旋轉(zhuǎn)磁場；2.電動機(jī)的反轉(zhuǎn)有三種方式：集中式磁極罩極電動機(jī)的反轉(zhuǎn)、分布繞組罩極式電動機(jī)的反轉(zhuǎn)和雙主繞組罩極電動機(jī)的反轉(zhuǎn)。3.單相異步電動機(jī)的調(diào)速有四種：變極調(diào)速、自耦變壓器調(diào)速、電抗器調(diào)速和繞組抽頭調(diào)速。各種調(diào)速方法有其各自的特點(diǎn)，應(yīng)用時要權(quán)衡利弊，綜合考慮，決定采用哪種方法調(diào)速。電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.1之【學(xué)習(xí)小結(jié)】4.2-1怎樣改變單相電容式電動機(jī)和罩極式電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向？4.2-2為什么單相異步電動機(jī)不能自行起動?怎樣才能使它起動?4.2-3單相異步電動機(jī)的特點(diǎn)是什么?為什么具備這些特點(diǎn)?電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.1之【自我評估】電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.1單相異步電動機(jī)的選擇與使用【評價標(biāo)準(zhǔn)】項目內(nèi)容配分考核要求扣分標(biāo)準(zhǔn)得分實訓(xùn)態(tài)度1.實訓(xùn)的積極性；2.安全操作規(guī)程地遵守情況；3.紀(jì)律遵守情況30積極參加實訓(xùn)，遵守安全操作規(guī)程和勞動紀(jì)律，有良好的職業(yè)道德和敬業(yè)精神違反操作規(guī)程扣20分；不遵守勞動紀(jì)律扣10分觀察單相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)1.觀察電動機(jī)特性記錄數(shù)據(jù)2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與區(qū)別50觀察認(rèn)真；找出區(qū)別；記錄完整觀察不認(rèn)真扣10分；找不出區(qū)別扣20分；記錄不完整各扣10分工具的整理與環(huán)境清潔1.工具整理情況；2.環(huán)境清潔情況；3.完成技能訓(xùn)練報告20要求工具碼放整齊，工作臺周圍無雜物；；技能訓(xùn)練報告符合要求工具碼放不整齊1件扣1分；有雜物1件扣1分；；技能訓(xùn)練報告不符合要求扣10分合計100注各項配分扣完為止表4-1-2任務(wù)4.1綜合評價表【任務(wù)描述】隨著人民生活水平的不斷提高，不論城市或農(nóng)村，使用電風(fēng)扇已是極其普通的事情了。原因是功率最小的冷氣機(jī)，耗電量也在300W以上，工作3.4小時，就得耗用1kWh。一把電風(fēng)扇，其功率充其量不過幾十瓦，購置一把電風(fēng)扇的費(fèi)用，很容易在一年半載所節(jié)省的電費(fèi)中得到補(bǔ)償。更主要的還在于冷氣機(jī)不能滿足夏日多變天氣的要求，不少時候，使用電風(fēng)扇倒覺得比開冷氣機(jī)來得舒適。有些人還認(rèn)為，冷氣加風(fēng)扇，更能使室溫均勻調(diào)和，空氣流暢。電風(fēng)扇所使用的單相電動機(jī)是多式多樣的，其調(diào)速方法頗具代表性。本任務(wù)主要研究電風(fēng)扇使用與控制。任務(wù)4.2單相異步電動機(jī)控制實例-電風(fēng)扇控制電機(jī)控制與維修【子任務(wù)目標(biāo)】技能目標(biāo)：1.會使用與控制電風(fēng)扇，2.會電風(fēng)扇控制元件的使用。知識目標(biāo)：1.掌握單相異步電動機(jī)降壓調(diào)速原理與方法；2.掌握電風(fēng)扇的控制原理與方法。電機(jī)控制與維修任務(wù)4.2單相異步電動機(jī)控制實例-電風(fēng)扇控制任務(wù)4.2單相異步電動機(jī)控制實例-電風(fēng)扇控制【知識準(zhǔn)備】

（一）降壓調(diào)速的可能性

電風(fēng)扇除能促使氣流流通外，并無致冷降溫作用。電風(fēng)扇能使人感到?jīng)隹欤饕请婏L(fēng)扇加速了人體表皮水份的蒸發(fā)。在不同的氣溫、濕度、氣壓和人體的不同狀態(tài)下（如靜坐、用膳期間、運(yùn)動后或從事各種不同的工作），人體表皮所含的水份不相同，使人感到?jīng)隹於璧娘L(fēng)量、風(fēng)速也不相同，單速電風(fēng)扇難以和人體的涼快感相適應(yīng)。因此，電風(fēng)扇一般都具備3～4檔轉(zhuǎn)速（臺扇、座地扇），甚至多達(dá)7～8檔轉(zhuǎn)速（吊扇），以便使用者能有最佳選擇。

電機(jī)控制與維修

拖動風(fēng)扇扇葉和為生產(chǎn)機(jī)器提供原動力的單、三相感應(yīng)電動機(jī)，轉(zhuǎn)速是與其外施電壓的平方成正比的，只要改變輸入電動機(jī)的電壓，即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。電風(fēng)扇的調(diào)速就是通過改變其工作電壓這一簡便的方法來實現(xiàn)的。而生產(chǎn)機(jī)械卻是利用變速箱中不同齒數(shù)的齒輪搭配、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)或改變傳動皮帶輪直徑等方法進(jìn)行調(diào)理。為什么電風(fēng)扇可用改變電壓的方法進(jìn)行調(diào)速而生產(chǎn)機(jī)械卻不采用這一方法？這問題可用感應(yīng)電動機(jī)及其拖動負(fù)荷的機(jī)械特性來說明。電機(jī)控制與維修任務(wù)4.2之【知識準(zhǔn)備】圖所示為感應(yīng)電動機(jī)工作特性的M-n曲線，即機(jī)械特性曲線，曲線的A1-B1段為電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，B1-C1段為不穩(wěn)定區(qū)。電動機(jī)只能在穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)工作，在這一范圍內(nèi)，電動機(jī)能自動調(diào)節(jié)負(fù)荷力矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系。電機(jī)控制與維修

圖4.2.1感應(yīng)電動機(jī)機(jī)械特性曲線

任務(wù)4.2之【知識準(zhǔn)備】放大若電動機(jī)的拖動負(fù)荷是某一生產(chǎn)機(jī)械，該機(jī)械作用于電動機(jī)軸上的反轉(zhuǎn)矩為ML，則ML與AL-BL的交點(diǎn)K即為電動機(jī)的工作點(diǎn)，電動機(jī)在轉(zhuǎn)速nK下穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)施于電動機(jī)上的電壓U1降U2到時，輸出轉(zhuǎn)矩也將大為降低，特性曲線由A1-B1-C1下降到A1-B2-C2，但對所拖動的機(jī)械來說，其作用于電動機(jī)軸上的反力矩是額定不變的，曲線A1-B2-C2的最大轉(zhuǎn)矩B2點(diǎn)，也比ML較小，電動機(jī)無法拖動負(fù)荷被逼停止運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，拖動負(fù)荷力矩為恒定值的電動機(jī)，不能用改變電壓的方法進(jìn)行調(diào)速。

對于電風(fēng)扇這種風(fēng)機(jī)類負(fù)荷，它們的機(jī)械特性與上述機(jī)械大不相同，風(fēng)扇在高轉(zhuǎn)速時，風(fēng)量大，扇葉的負(fù)荷重；低轉(zhuǎn)速時，扇葉送風(fēng)量小，負(fù)荷輕，其機(jī)械特性如圖中的曲線MF所示。

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.2之【知識準(zhǔn)備】這種特性，正好和電動機(jī)高壓、高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩和低壓、低轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的特性相吻合。所以，只要電壓不是下降得過低，曲線MF與電動機(jī)在各種不同電壓下的機(jī)械特性均有穩(wěn)定的工作點(diǎn)，所以電風(fēng)扇可以在不超過額定電壓而又高于最低驅(qū)動電壓的各種不同電壓下，以不同速度穩(wěn)定運(yùn)行。電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速常有快、中、慢三檔或快、中、稍慢、慢四檔。一般設(shè)計電容式風(fēng)扇的慢檔轉(zhuǎn)速為快檔的70％，罩極式風(fēng)扇的慢擋轉(zhuǎn)速為快檔的80％，而中檔轉(zhuǎn)速則沒有具體規(guī)定，只要求與快、慢檔速度有明顯的區(qū)別即可。按調(diào)速的方法不同，可分為電抗器調(diào)速、繞組抽頭調(diào)速（改變繞組每匝伏數(shù)調(diào)速）和電子調(diào)速等幾種。不論哪一種調(diào)速方法，都是利用降低風(fēng)扇電動機(jī)工作電壓這一基本原理。電機(jī)控制與維修任務(wù)4.2之【知識準(zhǔn)備】電機(jī)控制與維修（二）降壓調(diào)速的方法1.電抗器降壓圖4.2.2為電抗器調(diào)速原理圖?？鞕n時，電抗器不接入，電動機(jī)全壓運(yùn)行，轉(zhuǎn)速最高，風(fēng)量最大。中檔和慢檔時，分別串入匝數(shù)不同即阻抗不同的電抗線圈，產(chǎn)生不同的電壓降，使風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速降低，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。隨著電容式電風(fēng)扇的普遍使用，電抗器調(diào)速電路也不斷改進(jìn)。圖4.2.2電抗器降壓調(diào)速原理圖圖4.2.3不帶指示燈調(diào)速電路任務(wù)4.2之【知識準(zhǔn)備】放大放大目前使用的電抗調(diào)速電路分為不帶指示燈和帶指示燈兩種，圖4.2.3為不帶指示燈的調(diào)速電路，帶指示燈的電抗器又分為單獨(dú)線圈式和自耦變壓器式，其接線圖分別如圖和圖4.2.5所示。在單獨(dú)線圈式中電抗器除用于降壓調(diào)速外，還作為指示燈變壓器的初級繞組，指示燈由線圈的感應(yīng)電壓點(diǎn)亮。電機(jī)控制與維修圖4.2.4帶指示燈單獨(dú)線圈式調(diào)速電路圖4.2.5帶指示燈自耦變壓器調(diào)速線路任務(wù)4.2之【知識準(zhǔn)備】放大放大2.電動機(jī)繞組抽頭調(diào)速電抗調(diào)速器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速效果好、且易于調(diào)整。但與電動機(jī)繞組抽頭調(diào)速比較，卻要多使用一個部件，電抗器本身亦因發(fā)熱而消耗部分電能，故直接從電動機(jī)繞組中抽取抽頭進(jìn)行調(diào)速的方法出現(xiàn)后，采用者日益增加。抽頭調(diào)速由于工藝上的波動，盡管各風(fēng)扇的匝數(shù)和抽頭位置相同，繞組阻抗卻往往不相等，致使備臺風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速有所差異。但只要加強(qiáng)控制繞線質(zhì)量，調(diào)速亦甚穩(wěn)定。這種調(diào)速方法最大的好處是省去電抗器、成本較低，這是制造商樂于采用的原因。電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.2之【知識準(zhǔn)備】繞組抽頭調(diào)速方法是在定子繞組（電容式電動機(jī)）或磁場繞組（罩極式電動機(jī)）抽取抽頭，利用不同的抽頭改變電動機(jī)每伏匝數(shù)。抽頭調(diào)速一般用于使用最多的4極電容式或罩極式風(fēng)扇中。吊扇極數(shù)較多（常在16極以上），調(diào)速開關(guān)與風(fēng)扇電動機(jī)的距離較遠(yuǎn)，所以不宣采用抽頭調(diào)速。4極以上的罩極式風(fēng)扇，因磁場的平衡、繞組的分段、調(diào)速檔位的決定等都較難處理，亦不宜用抽頭調(diào)速。抽頭調(diào)速電動機(jī)的定子繞組上，通常繞有主繞組、中間和副繞組三個繞組。

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.2之【知識準(zhǔn)備】圖4.2.6是一臺電容式風(fēng)扇的調(diào)速方法，在主繞組和副繞組之間，加繞有中間繞組，調(diào)速開關(guān)打到快速位置時，運(yùn)行繞組全壓工作，同時，運(yùn)行繞組和中間繞組組成一個升壓自耦變壓器，使副繞組支路的電壓高于電源電壓。慢檔時，副繞組支路的電壓降為電源電壓，中間繞組則成為運(yùn)行繞組的電抗線圈，故運(yùn)行繞組的電壓亦相應(yīng)降低，兩繞組的磁場強(qiáng)度同時減弱，轉(zhuǎn)速顯著下降。中間繞組有幾種不同的嵌線方法，最常用的是把中間繞組嵌于主繞組同一槽內(nèi)，繞組節(jié)距與所嵌槽數(shù)與主繞組相同。電機(jī)控制與維修

圖4.2.6抽頭調(diào)速接線圖

任務(wù)4.2之【知識準(zhǔn)備】放大1.實施地點(diǎn)：教室、電機(jī)實訓(xùn)室2.實施所需器材1）多媒體設(shè)備；2）風(fēng)扇用單相異步機(jī)、導(dǎo)線、萬用表和相應(yīng)數(shù)量的閘刀開關(guān)、調(diào)速開關(guān)等。3）或一臺電風(fēng)扇散件配以調(diào)速開關(guān)。3.實施內(nèi)容與步驟：1）學(xué)生分組：4人左右一組，指定組長。工作始終各組人員盡量固定。2）教師布置工作任務(wù)。學(xué)生閱讀學(xué)習(xí)指導(dǎo)書，了解工作內(nèi)容，明確工作目標(biāo)，制定實施方案。

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.2之【任務(wù)實施】引導(dǎo)問題為：（1）什么叫降壓調(diào)速？電風(fēng)扇的調(diào)速是通過什么方法來實現(xiàn)的？（2）降壓調(diào)速有哪幾種方法？各有什么特點(diǎn)？3）教師通過圖片、實物或多媒體分析演示讓學(xué)生了解常用電風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、原理及調(diào)速方法并舉例，或指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。4）實際電風(fēng)扇調(diào)速訓(xùn)練（1）電抗器調(diào)速訓(xùn)練。①按圖4.2.2接線，學(xué)生先自己檢查，再經(jīng)教師檢查確認(rèn)。②先將調(diào)速開關(guān)置于低速檔，合上電源開關(guān)，觀察并測量轉(zhuǎn)速，記錄在表4-2-1中。電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.2之【任務(wù)實施】③再將調(diào)速開關(guān)分別置于中、高速檔，觀察并測量轉(zhuǎn)速，記錄在表4-2-1中。（2）繞組抽頭調(diào)速訓(xùn)練①按圖4.2.6接線，學(xué)生先自己檢查，再經(jīng)教師檢查確認(rèn)。②先將調(diào)速開關(guān)置于低速檔，合上電源開關(guān)，觀察并測量轉(zhuǎn)速，記錄在表4-2-2中。

電機(jī)控制與維修

銘牌參數(shù)額定功率（W）額定電壓（V）額定電流（A）額定轉(zhuǎn)速（r/min）備注轉(zhuǎn)速檔位快中慢斷開轉(zhuǎn)速記錄表4-2-1電抗器降壓調(diào)速訓(xùn)練記錄表任務(wù)4.2之【任務(wù)實施】電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.2之

【任務(wù)實施】③再將調(diào)速開關(guān)分別置于中、高速檔，觀察并測量轉(zhuǎn)速，記錄在表4-2-2中。（3）注意事項①通電前應(yīng)將電動機(jī)放穩(wěn)，并稍加固定；②訓(xùn)練過程中注意電動機(jī)軸頭或風(fēng)扇扇葉劃傷；③接線牢靠，避免電傷。

銘牌參數(shù)額定功率（W）額定電壓（V）額定電流（A）額定轉(zhuǎn)速（r/min）備注抽頭位置快中慢斷開轉(zhuǎn)速記錄表4-2-2繞組抽頭調(diào)速訓(xùn)練記錄表

3.實施內(nèi)容與步驟：1.電抗器降壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速效果好、且易于調(diào)整。電抗器必須和風(fēng)扇電動機(jī)及扇葉特性匹配才能獲得良好的調(diào)速效果；2.繞組抽頭調(diào)速方法是在定子繞組或磁場繞組抽取抽頭，利用不同的抽頭改變電動機(jī)每伏匝數(shù)的方法來調(diào)速。這種方法省去電抗器，成本較低。

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.2之【學(xué)習(xí)小結(jié)】

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.2之【自我評估】4.2-1試述電抗調(diào)速和繞組抽頭調(diào)速的原理？4.2-2電抗調(diào)速和繞組抽頭調(diào)速各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？4.2-3為什么電風(fēng)扇可用改變電壓的方法進(jìn)行調(diào)速而生產(chǎn)機(jī)械卻不用？電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.2之

【評價標(biāo)準(zhǔn)】項目內(nèi)容配分考核要求扣分標(biāo)準(zhǔn)得分實訓(xùn)態(tài)度1.實訓(xùn)的積極性；2.安全操作規(guī)程地遵守情況；3.紀(jì)律遵守情況30積極參加實訓(xùn)，遵守安全操作規(guī)程和勞動紀(jì)律，有良好的職業(yè)道德和敬業(yè)精神違反操作規(guī)程扣20分；不遵守勞動紀(jì)律扣10分電抗器調(diào)速1.按圖連接電路；2.選用儀表；3.測量轉(zhuǎn)速30看懂電路圖，并能夠根據(jù)電路圖連接電源、電路；正確選用儀表；準(zhǔn)確測量轉(zhuǎn)速電路連接不對扣10分；選用儀表不對扣10分；轉(zhuǎn)速測量不準(zhǔn)確扣10分繞組抽頭調(diào)速1.按圖連接電路；2.選用儀表；3.測量轉(zhuǎn)速20看懂電路圖，并能夠根據(jù)電、路圖連接電源、電路；正確選用儀表；準(zhǔn)確測量轉(zhuǎn)速電路連接不對扣10分；選用儀表不對扣10分；轉(zhuǎn)速測量不準(zhǔn)確扣10分工具的整理與環(huán)境清潔1.工具整理情況；2.環(huán)境清潔情況；3.完成訓(xùn)練報告20要求工具碼放整齊，工作臺周圍無雜物；技能訓(xùn)練報告符合要求工具碼放不整齊1件扣1分；有雜物1件扣1分；技能訓(xùn)練報告不符合要求扣10分合計100注各項配分扣完為止表4-2-4任務(wù)4.2綜合評價表任務(wù)4.3伺服電機(jī)、測速發(fā)電機(jī)的選擇與使用【任務(wù)描述】

在現(xiàn)代的生產(chǎn)技術(shù)，空間技術(shù)和電子計算機(jī)技術(shù)中使用各種各樣的特種電機(jī)。它們在自動控制系統(tǒng)中，計算裝置中分別作為測量和比較元件、放大元件、執(zhí)行和解算元件。這類電機(jī)也稱為控制電機(jī)。特種電機(jī)的種類很多，若按電流分類、可分為直流和交流兩種。按用途分類，直流控制電機(jī)又可分為電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、伺服電動機(jī)和測速發(fā)電機(jī)三種；交流控制電機(jī)可分為自整角機(jī)、伺服電動機(jī)、測速電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)等。特種電機(jī)著重于輸出量的大小，特性的精確度和快速反應(yīng)。本任務(wù)主要研究伺服電機(jī)與測速電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、工作特性及應(yīng)用。電機(jī)控制與維修【子任務(wù)目標(biāo)】技能目標(biāo)：學(xué)會伺服電機(jī)、測速發(fā)電機(jī)的基本操作使用方法。知識目標(biāo)：1.了解伺服電機(jī)、測速發(fā)電機(jī)的作用和用途；2.了解伺服電機(jī)、測速發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。電機(jī)控制與維修任務(wù)4.3伺服電機(jī)、測速發(fā)電機(jī)的選擇與使用任務(wù)4.3伺服電機(jī)、測速發(fā)電機(jī)的選擇與使用【知識準(zhǔn)備】（一）伺服電機(jī)伺服電機(jī)具有一種服從控制信號的要求而動作的職能，無信號時靜止，有信號時運(yùn)行，因其“伺服”性而得名。伺服電動機(jī)在自動控制系統(tǒng)中擔(dān)任執(zhí)行元件，它的作用是把輸入電壓信號變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出。1.直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī)是指使用直流電源的伺服電動機(jī)。一般的直流伺服電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)裝有磁極的定子、可以旋轉(zhuǎn)的電樞和換向器等組成。按勵磁方式之不同可分為電磁式和永磁式兩種。電機(jī)控制與維修1）盤形電樞直流伺服電動機(jī)這種電機(jī)的定子是由永久磁鐵和前后磁軛所組成，磁鐵可在圓盤的一側(cè)放置，也可以在兩側(cè)同時放置。電機(jī)的氣隙就位于圓盤的兩邊。轉(zhuǎn)子呈薄片圓盤狀，厚度為1.5～2mm。圓盤上有電樞繞組，可分為印制繞組和線繞式繞組兩種型式。盤形電樞上電樞繞組中的電流是沿徑向流過圓盤表面，并與軸向磁通相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。因此，繞組的徑向段為有效部分，彎曲段為端接部分。在這種電機(jī)中也常用電樞繞組有效部分的裸導(dǎo)體表面兼做換向器，它同電刷直接接觸。

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.3之

【知識準(zhǔn)備】盤形電樞直流伺服電動機(jī)性能特點(diǎn)是：（1）電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。（2）起動轉(zhuǎn)矩大，由于電樞繞組全部在氣隙中，散熱良好，其繞組電流密度比一般直流伺服電動機(jī)高10倍以上，因此容許起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩也大。（3）力矩波動小，低速運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)速范圍廣而平滑。這主要是由于這種電機(jī)沒有齒槽效應(yīng)以及電樞元件數(shù)、換向片數(shù)很多的緣故。（4）換向性能好，電樞由非磁性材料組成，換向元件電感小，所以換向火花小。（5）電摳轉(zhuǎn)動慣量小，反應(yīng)快。屬中等低慣量伺服電動機(jī)。電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.3之

【知識準(zhǔn)備】2）空心杯電樞永磁式直流伺服電動機(jī)空心杯形電樞直流伺服電動機(jī)有一個外定子和一個內(nèi)定子。通常外定子是由兩個半圓形的永久磁鐵所組成；而內(nèi)定子則為圓柱形的軟磁性材料做成，僅作為磁路的一部分?？招谋姌猩系碾姌欣@組可采用印制繞組，也可以先繞成單個成型線圈，然后將它們沿圓周的軸向方向排列成空心杯形，再用環(huán)氧樹脂熱固化成型?？招谋姌兄苯友b在電機(jī)軸上，在內(nèi)、外定子間的氣隙中旋轉(zhuǎn)。電樞繞組接到換向器上，由電刷引出。

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.3之

【知識準(zhǔn)備】3）無槽電樞直流伺服電動機(jī)無槽電樞直流伺服電動機(jī)的電樞鐵芯上并不開槽，電樞繞組直接排列在鐵芯表面，再用環(huán)氧樹脂把它與電樞鐵芯粘成一個整體。定子磁極可以用永久磁鐵做成，也可以采用電磁式結(jié)構(gòu)。直流伺服電動機(jī)的控制方法有電樞控制和磁場控制兩種方式。電樞控制就是電動機(jī)勵磁繞組接固定的直流電壓勵磁，而電樞電壓繞組接控制電壓；磁場控制方式則與之相反。以電樞控制為例，其原理如圖4.3.1所示。電機(jī)控制與維修圖4.3.1伺服電機(jī)電樞控制原理圖任務(wù)4.3之

【知識準(zhǔn)備】放大電機(jī)控制與維修當(dāng)電樞電壓的極性改變時，電樞中的電流方向隨之改變。由左手定則可知，電樞繞組所受的電磁轉(zhuǎn)矩的方向也改變，因此電動機(jī)反轉(zhuǎn)。如果改變磁通方向，電樞電壓方向不變，同樣可以達(dá)到改變電動機(jī)轉(zhuǎn)向的目的。當(dāng)電樞電壓升高時，電機(jī)轉(zhuǎn)速就升高；反之，轉(zhuǎn)速則下降。2.交流伺服電動機(jī)交流伺服電動機(jī)的定子結(jié)構(gòu)是在定子鐵芯內(nèi)圓上均勻布有槽，在定子槽中分別裝有勵磁繞組和控制繞組。其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式主要有鼠籠式轉(zhuǎn)子和空心杯形轉(zhuǎn)子。鼠籠式的結(jié)構(gòu)與普通鼠籠式異步電動機(jī)相同，不過為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，需要做得細(xì)而長。任務(wù)4.3之

【知識準(zhǔn)備】空心杯式交流伺服電機(jī)的外定子與鼠籠式的定子相同，內(nèi)定子由環(huán)形硅鋼片疊壓在一個端蓋上，一般不做繞組，只是代替鼠籠轉(zhuǎn)子的鐵芯，作為磁路的一部分，其作用是減小磁路的磁阻。在內(nèi)外定子中間有細(xì)長的空心轉(zhuǎn)子裝在轉(zhuǎn)軸上，空心轉(zhuǎn)子做成杯子形狀，故稱為空心杯形轉(zhuǎn)子。交流伺服電動機(jī)的工作原理與單相異步電動機(jī)相似。在系統(tǒng)個運(yùn)行時，勵磁繞組固定地接到電源上。在控制電壓為零肘，氣隙內(nèi)磁場為脈振磁場，電動機(jī)無起動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子不動。若有控制電壓加在控制繞組上，且控制繞組內(nèi)流過的電流和勵磁繞組內(nèi)的電流不同相，則在氣隙內(nèi)建立一定大小的旋轉(zhuǎn)磁場。因此電動機(jī)有了起動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)起來。

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.3之

【知識準(zhǔn)備】交流伺服電動機(jī)的控制方式有三種：（1）幅值控制這種控制方式是通過調(diào)節(jié)控制電壓的大小來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（2）相位控制這種控制方式是通過調(diào)節(jié)控制電壓的相位，即調(diào)節(jié)控制電壓與勵磁電壓之間相位差來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（3）幅值—相位控制這是一種同時調(diào)節(jié)控制電壓的幅值和相位，從而控制轉(zhuǎn)速的方法。電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.3之

【知識準(zhǔn)備】（二）測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)是一種將轉(zhuǎn)速信號變換成電壓信號的元件，它的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。在自動控制系統(tǒng)和計算裝置中應(yīng)用甚廣，其主要用途為：①產(chǎn)生加速或減速信號，②在計算裝置中作計算元件，③對旋轉(zhuǎn)機(jī)械作恒速控制等。

1.直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理與一般直流發(fā)電機(jī)相同，如圖4.3.2所示，其輸出特性如圖4.3.3所示。

電機(jī)控制與維修

圖4.3.2直流測速發(fā)電機(jī)原理圖

圖4.3.3直流測速發(fā)電機(jī)輸出特性任務(wù)4.3之

【知識準(zhǔn)備】放大在恒定磁場中，有負(fù)載時，因為電樞電阻及電刷和換向器有接觸電阻等，會引起一定電壓降。因此測速發(fā)電機(jī)輸出比空載時小，從而導(dǎo)致輸出電壓與轉(zhuǎn)速不再成正比，會使輸出特性向下彎曲。為了改善輸出特性，削弱電樞的去磁影響，盡量使氣隙磁通不變，可以采取一下措施：（1）對電磁式直流測速發(fā)電機(jī)，可在電子磁極上裝補(bǔ)償繞組。（2）設(shè)計中，取較小的線負(fù)荷，適當(dāng)加大電機(jī)氣隙。（3）負(fù)載電阻不應(yīng)小于規(guī)定值。電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.3之

【知識準(zhǔn)備】2.交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)分為同步測速發(fā)電機(jī)和異步測速發(fā)電機(jī)。同步測速發(fā)電機(jī)有永磁式、感應(yīng)子式和脈沖式。永磁式和感應(yīng)子式測速發(fā)電機(jī)，其感應(yīng)電動勢隨轉(zhuǎn)速變化麗變化，因而，可以用來測速。不宜用在自動控制系統(tǒng)中。永磁式多作指示計式轉(zhuǎn)速計。感應(yīng)子式常經(jīng)橋式整流后輸出直流電壓作為速度信號而用于自動控制系統(tǒng)。脈沖式測速發(fā)電機(jī)是以脈沖頻率作為輸出信號的，其速度分辨率較高，特別適用于鑒頻鎖相穩(wěn)速系統(tǒng)。異步測速發(fā)電機(jī)按其結(jié)構(gòu)可分為籠型轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種?；\型轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)多用于精度要求不高的系統(tǒng)中。杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)在自控系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.3之

【知識準(zhǔn)備】電機(jī)控制與維修

交流測速發(fā)電機(jī)在一定的勵磁和負(fù)載條件下，輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，稱為輸出特性。理想情況下，輸出特性應(yīng)為一直線。同樣，輸出電壓和勵磁電壓應(yīng)是同相的，且在轉(zhuǎn)速為零時，沒有輸出電壓，即所謂剩余電壓為零。實際上測速電機(jī)因加工、材料等原因，將會破壞輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速間的線性關(guān)系。為了減小誤差及減小工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)輸出電壓相位移的變化值，應(yīng)當(dāng)采取減少定子漏阻抗和增大轉(zhuǎn)子電阻兩種方法，還可以采取增大異步測速發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即提高發(fā)電機(jī)勵磁電源頻率的方法。關(guān)于增大轉(zhuǎn)子電阻的方法，可如前述，用高電阻率的材料做杯形轉(zhuǎn)子。

任務(wù)4.3之

【知識準(zhǔn)備】

異步測速發(fā)電機(jī)輸出電壓中的剩余電壓會給系統(tǒng)帶來不利影響，使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作，引起隨動系統(tǒng)的靈敏度降低。所以必須設(shè)法減小異步測速發(fā)電機(jī)的剩余電壓。通常采用如下一些措施：（1）選用較低磁通密度的鐵心。（2）采用單層集中繞組和可調(diào)鐵心結(jié)構(gòu)。（3）定子鐵心采用旋轉(zhuǎn)疊裝法。（4）提高定子鐵心和轉(zhuǎn)子空心杯加工精度。（5）采用補(bǔ)償繞組。（6）外接補(bǔ)償裝置，產(chǎn)生附加電壓，其大小接近于剩余電壓的固定分量，而相位相反。

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.3之

【知識準(zhǔn)備】1.實施地點(diǎn)：教室、電機(jī)實訓(xùn)室2.實施所需器材

1）多媒體設(shè)備；2）每組各類伺服電機(jī)和測速電機(jī)各1～2臺。3.實施內(nèi)容與步驟：1）學(xué)生分組：4人左右一組，指定組長。工作始終各組人員盡量固定。2）教師布置工作任務(wù)。學(xué)生閱讀學(xué)習(xí)指導(dǎo)書，了解工作內(nèi)容，明確工作目標(biāo)，制定實施方案。電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.3之

【任務(wù)實施】引導(dǎo)問題為：（1）什么叫伺服電機(jī)？有何用途？如何分類？（2）什么叫測速發(fā)電機(jī)？有何用途？如何分類？3）教師通過圖片、實物或多媒體分析演示讓學(xué)生了解伺服電機(jī)、測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理與用途并舉例，或指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。4）實際觀察各類伺服電機(jī)和測速電機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。觀察給定的伺服電機(jī)和測速發(fā)電機(jī)，注意結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，記錄銘牌數(shù)據(jù)。觀察結(jié)果記錄在表4-3-1中。

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.3之

【任務(wù)實施】3.實施內(nèi)容與步驟：電機(jī)控制與維修

電機(jī)名稱額定功率（W）額定電壓（V）額定電流（A）額定轉(zhuǎn)速（r/min）主要用途觀察體會直流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)直流測速電機(jī)交流測速電機(jī)表4-3-1電機(jī)觀察結(jié)果記錄表

任務(wù)4.3之

【任務(wù)實施】1.伺服電動機(jī)在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，把輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換位軸上的角位移和角速度輸出。它可分為交流伺服電動機(jī)和直流伺服電動機(jī)。交流伺服電動機(jī)的基本特點(diǎn)是可控性好，采用杯形轉(zhuǎn)子可以提高快速響應(yīng)，提高起動轉(zhuǎn)矩。直流伺服電動機(jī)實質(zhì)是一臺他勵式直流電動機(jī)，電樞控制方式的機(jī)械特性與調(diào)節(jié)特性均為線性的。勵磁功率小，響應(yīng)迅速。2.測速發(fā)電機(jī)是一種測量轉(zhuǎn)速的信號元件，它將輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。測速發(fā)電機(jī)分為兩類，一是交流測速發(fā)電機(jī)，主要用于交流伺服系統(tǒng)中的測速元件和用作計算元件。二是直流測速發(fā)電機(jī)，它在自動控制系統(tǒng)中主要用作檢測元件，即將轉(zhuǎn)速信號變?yōu)殡妷盒盘枴ｋ姍C(jī)控制與維修

任務(wù)4.3之

【學(xué)習(xí)小結(jié)】

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.3之

【自我評估】4.3-1伺服電機(jī)和測速電機(jī)的作用分別是什么？4.3-2試述直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)？4.3-3交流伺服電動機(jī)與單相分相電動機(jī)有何區(qū)別?4.3-4直流伺服電動機(jī)與直流電機(jī)有何異同，直流伺服電動機(jī)有哪些特殊的優(yōu)點(diǎn)?4.3-5為什么直流測速發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻要盡可能大?電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.3伺服電機(jī)、測速發(fā)電機(jī)的選擇與使用【評價標(biāo)準(zhǔn)】項目內(nèi)容配分考核要求扣分標(biāo)準(zhǔn)得分實訓(xùn)態(tài)度1.實訓(xùn)的積極性；2.安全操作規(guī)程地遵守情況；3.紀(jì)律遵守情況30積極參加實訓(xùn)，遵守安全操作規(guī)程和勞動紀(jì)律，有良好的職業(yè)道德和敬業(yè)精神違反操作規(guī)程扣20分；不遵守勞動紀(jì)律扣10分特種電機(jī)觀察與操作觀察各種電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，記錄參數(shù)，簡單操作40觀察認(rèn)真，記錄完整，操作正確觀察不認(rèn)真扣10分；記錄不完整扣10分；操作不正確扣20分；工具的整理與環(huán)境清潔1.工具整理情況；2.環(huán)境清潔情況；3.完成技能訓(xùn)練報告30要求工具碼放整齊，工作臺周圍無雜物；技能訓(xùn)練報告符合要求工具碼放不整齊1件扣1分；有雜物1件扣1分；技能訓(xùn)練報告不符合要求扣10分合計100注各項配分扣完為止表4-3-2任務(wù)4.3綜合評價表

步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中的關(guān)鍵組件之一，是一種性能良好的數(shù)字化執(zhí)行元件。隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、電子技術(shù)和自動控制技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域中的普及與深入，步進(jìn)電機(jī)的需要量越來越大。本任務(wù)主要研究步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用。

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.4步進(jìn)電動機(jī)的使用與選擇

【任務(wù)描述】

技能目標(biāo)：學(xué)會步進(jìn)電動機(jī)的操作使用方法。知識目標(biāo)：1.了解步進(jìn)電動機(jī)的作用和用途；2.了解步進(jìn)電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。

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任務(wù)4.4步進(jìn)電動機(jī)的使用與選擇

【子任務(wù)目標(biāo)】步進(jìn)電動機(jī)在本質(zhì)上是一臺反應(yīng)式或永磁式的同步電動機(jī)。由于這種電動機(jī)的輸入電源是一種脈沖電壓，每輸入一個脈沖信號，電動機(jī)就相應(yīng)轉(zhuǎn)過一個固定角度，即向前邁進(jìn)了一步。因而這種電機(jī)也稱為脈沖電動機(jī)。由于步進(jìn)電動機(jī)的這一工作性能正好符合數(shù)字控制系統(tǒng)的要求，同時，電子技術(shù)的發(fā)展也解決了步進(jìn)電機(jī)的電源問題，因此步進(jìn)電機(jī)隨著數(shù)字計算技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用也日益廣泛。目前它在數(shù)控機(jī)床、軋鋼機(jī)、軍事工業(yè)、鐘表工業(yè)以及自動記錄儀表等方面都有廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電動機(jī)主要用于開環(huán)系統(tǒng)，也可加速速度和位置檢測裝置，用于閉環(huán)系統(tǒng)。在選擇時要合理選擇轉(zhuǎn)矩的大小和負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量，步進(jìn)電動機(jī)才能獲得滿意的運(yùn)行性能。

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.4之

【知識準(zhǔn)備】（一）步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和分類方法很多，一般根據(jù)勵磁方式可分為永磁式、永磁感應(yīng)子式和反應(yīng)式。1.永磁式步進(jìn)電動機(jī)永磁式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖4.4.1所示，定子的凸極無小齒，裝有兩相或多相繞組。轉(zhuǎn)子為星形永久磁鋼。轉(zhuǎn)子極數(shù)與定子每相極數(shù)相同，圖中定子為兩相繞組，每相有兩對磁極，因此轉(zhuǎn)子也是兩對磁極的永磁轉(zhuǎn)子。這種電動機(jī)步距角較大，起動和運(yùn)行頻率較低，且需要供給正、負(fù)脈沖電源，消耗功率比反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)小，具有定位轉(zhuǎn)矩。電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.4之

【知識準(zhǔn)備】電機(jī)控制與維修

圖4.4.1永磁式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖4.4.2感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖放大放大任務(wù)4.4之

【知識準(zhǔn)備】2.感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電動機(jī)感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖4.4.2所示。其定子結(jié)構(gòu)與單段反應(yīng)式相同。轉(zhuǎn)子由環(huán)形磁鋼和兩端鐵芯組成，兩端轉(zhuǎn)子鐵芯上沿周圍開有小齒，它們彼此相錯齒距。定、轉(zhuǎn)子齒數(shù)配合與單段式相同。這種電動機(jī)步距角可較小，有較高的起動和運(yùn)行頻率，需正、負(fù)脈沖供電，消耗功率較小，有定位轉(zhuǎn)矩。它兼有反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，但工藝復(fù)雜。3.反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)（1）單段式反應(yīng)步進(jìn)電動機(jī)單段式又稱徑向分相式。其定子磁極數(shù)通常為相數(shù)的2倍，即，每個磁極上有一個控制繞組，并接成相。定子磁極極面上開有均布小齒，轉(zhuǎn)子沿圓周也有均布小齒，其齒形和齒距與定子相同。

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任務(wù)4.4之

【知識準(zhǔn)備】（2）多段式反應(yīng)步進(jìn)電動機(jī)多段式又稱軸向分相式。按其磁路特點(diǎn)，又分為軸向磁路多段式和徑向磁路多段式兩種，其結(jié)構(gòu)分別如圖4.4.3中（a）和（b）所示。軸向磁路多段式的每段定子鐵芯為形，在其中置一相為環(huán)形控制繞組。電機(jī)控制與維修

1-線圈2-定子3-轉(zhuǎn)子4-引出線圖4.4.3多段式步進(jìn)電機(jī)

放大任務(wù)4.4之

【知識準(zhǔn)備】定、轉(zhuǎn)子鐵芯均沿電機(jī)軸向按相數(shù)分段，定、轉(zhuǎn)子圓周上沖有齒形相近和齒數(shù)相同的均布小齒槽。這種結(jié)構(gòu)使電機(jī)定子空間利用率較好，環(huán)形繞組易于制造，轉(zhuǎn)子慣性低，因此其起動和運(yùn)行頻率較高，但制造工藝復(fù)雜。徑向磁路多段式的定、轉(zhuǎn)子沿電機(jī)軸向按相數(shù)分m段，每段定子鐵芯上僅繞一相控制繞組，定子（或轉(zhuǎn)子）鐵芯與相連段鐵芯錯開1/m齒距，一段鐵芯上每個極的定、轉(zhuǎn)子齒相對位置相同。也可以在一段鐵芯上有兩、三相控制繞組，實質(zhì)上它是多臺單段式電機(jī)的組合。這種結(jié)構(gòu)對于相數(shù)多而直徑和長度又受到限制的反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)來說，在結(jié)構(gòu)布置上比前述形式靈活。

（二）步進(jìn)電動機(jī)的工作原理

以三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)為例，其定、轉(zhuǎn)子鐵芯由硅鋼片疊成，定子上有六個極，每兩個相對的極裝有一相繞組，共有三相繞組，定子的三相繞組為控制繞組。轉(zhuǎn)子有四極，

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.4之

【知識準(zhǔn)備】其上無繞組，本身無磁性。工作時，電源將脈沖信號電壓按一定的順序輪流加到定子三相繞組上。按其通電順序的不同，三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)有三種運(yùn)行方式。以三相單三拍運(yùn)行方式為例來說明。其工作原理圖如圖4.4.4所示。

電機(jī)控制與維修

圖4.4.4三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)工作原理圖放大任務(wù)4.4之

【知識準(zhǔn)備】（二）步進(jìn)電動機(jī)的工作原理當(dāng)U相控制繞組通電時，定子磁極U、U‘軸線若與轉(zhuǎn)子1.3齒不對應(yīng)時，總有一磁拉力使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到1.3齒與定子磁極U、U’重合。重合時，僅有徑向力而無切向力，致使轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)；當(dāng)U相斷電，V相控制繞組通電時，轉(zhuǎn)子將在空間逆時針轉(zhuǎn)過30°，轉(zhuǎn)子齒2.4與定子極V、V‘對齊；如再使V相斷電，W相控制繞組通電，轉(zhuǎn)子又在空間逆時針旋轉(zhuǎn)30°，使轉(zhuǎn)子1.3齒與定子極W、W’對齊。若如此循環(huán)往復(fù)，并按U—V—W—U順序通電，轉(zhuǎn)子則按逆時針不斷轉(zhuǎn)動。其轉(zhuǎn)速取決于控制繞組與電源接通和斷開的變化頻率。若通電順序改變?yōu)閁—W—V—U順序時，則電機(jī)按順時針方向轉(zhuǎn)動。定子繞組每改變一次通電方式即稱為一拍，“單”是指每次只對一相控制繞組通電，“三拍”指經(jīng)過三次切換控制繞組的通電狀態(tài)為一個循環(huán)。此外，還有“雙三拍”“單、雙六拍”通電方式。所謂“雙三拍”即按UV—VW—WU—UV的通電順序，這種方式的步距角仍為30°。

電機(jī)控制與維修

任務(wù)4.4之

【知識準(zhǔn)備】（二）步進(jìn)電動機(jī)的工作原理“單、雙六拍”是按U—UV—VW—W—WU—U的順序控制，則電機(jī)為六拍一循環(huán)。步進(jìn)電機(jī)每改變一次通電狀態(tài)（一拍）轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度稱為步進(jìn)電機(jī)