電機與拖動技術第十章

電機與拖動技術DIANJIYUTUODONGJISHU新世紀應用型高等教育教材編審委員會組編新世紀應用型高等教育教材編審委員會

10.1單相異步電動機

10.2伺服電動機

10.3力矩電動機第9章電動機的選擇

10.4測速發(fā)電機

10.5步進電動機

10.6旋轉變壓器

10.7自整角機

10.8直線電動機

10.9開關磁阻電機第9章電動機的選擇

10.10無刷直流電動機

10.11盤式電動機第10章微特電機微特電機是自動控制系統(tǒng)、遙控和解算裝置中重要的元件，在系統(tǒng)中具有執(zhí)行、檢測和解算的功能。從基本理論上講，微特電機與普通電機沒有本質上的區(qū)別，但其主要作用是完成控制信號的傳遞和轉換，注重高精度和快速響應。各類微型驅動電機和控制電機主要包括：單相異步電動機、伺服電動機、測速發(fā)電機、步進電動機、旋轉變壓器、自整角機、直線電動機、力矩電動機、開關磁阻電機、無刷直流電機以及盤式電動機。微特電機從總體上分為兩大類：一類是驅動微電機：在電力拖動系統(tǒng)中作為執(zhí)行機構使用，如單相異步電機、伺服電機、力矩電機、直線電機以及超聲波電機等；另一類是控制電機：在電力拖動系統(tǒng)中以完成信號的轉換和傳遞為目的，如測速發(fā)電機、自整角機以及旋轉變壓器等。10.1單相異步電動機單相異步電動機是單相電源供電異步電動機的總稱。它一般是由定子兩相繞組和轉子鼠籠繞組組成。10.1.1單相繞組通電時異步電動機的磁場與機械特性單相異步電動機的結構如圖10-1所示。定子包括兩相繞組：一相為主繞組（又稱為工作繞組）；另一相為起動繞組（又稱為輔繞組），兩相定子繞組空間互差90°，轉子為鼠籠式結構。第10章微特電機(a)結構

(b)脈振磁勢的分解圖10-1單相異步電動機的結構圖與磁場情況10.1單相異步電動機對主繞組單獨通電、起動繞組開路時異步電動機所產生電磁轉矩進行分析：單相繞組通以單相正弦交流電流將產生脈振磁勢。該脈振磁勢可分解為兩個幅值相等（大小為脈振磁勢幅值的一半）、轉速相同（均為同步速）且轉向相反的旋轉磁勢。其解析表達式為兩個旋轉磁勢、將分別產生兩個轉向相反的旋轉磁場。定子旋轉磁場與轉子感應電流相互作用分別在轉子上產生正、反轉的電磁轉矩和。其中，對正向旋轉磁場而言，轉子的轉差率為：對于反向旋轉磁場而言，轉子的轉差率為第10章微特電機10.1單相異步電動機借助于三相異步電機的等效電路便可得到單相異步電動機的等效電路為圖10-2單相異步電動機的等效電路根據(jù)圖10-2的等效電路，同時忽略激磁電流，單相異步電動機的電磁轉矩表達式為：轉子電流為：第10章微特電機10.1單相異步電動機第10章微特電機圖10-3單相異步電動機的曲線與機械特性

10.1單相異步電動機對于單相繞組，當轉速為零時，合成電磁轉矩為零。亦即單相繞組通電不會產生起動轉矩。一旦在外力作用下轉子沿某一方向開始旋轉，則合成電磁轉矩將不再為零。即使外力去掉，轉子仍將沿該方向繼續(xù)旋轉。因此，轉子的轉向取決于剛開始施加外力的方向。理想空載轉速低于同步速，表明單相異步電動機的額定轉差率高于普通三相異步電動機。第10章微特電機10.1單相異步電動機理想空載轉速低于同步速，表明單相異步電動機的額定轉差率高于普通三相異步電動機。1.兩相繞組通電時異步電動機的旋轉磁場設單相異步電動機主、輔繞組空間互成90°，其有效匝數(shù)分別為、，主、輔繞組分別通入如下電流：主、副繞組所產生的定子基波磁勢可分別表示為：第10章微特電機10.1.2兩相繞組通電時異步電動機的磁場與機械特性10.1單相異步電動機第10章微特電機10.1.2兩相繞組通電時異步電動機的磁場與機械特性圖10-4定子電流產生的橢圓形旋轉磁勢

定子基波合成磁勢的軌跡為：由此可知兩相定子繞組通以兩相對稱電流所產生的定子基波合成磁勢為橢圓形旋轉磁勢。10.1單相異步電動機2.兩相繞組異步電動機的機械特性圖10-5為兩相繞組異步電動機當主、副繞組分別通以幅值不同（或相位不同）的電流，且時的機械特性。當主、副繞組分別通以幅值不同（或相位不同）的電流時，兩相繞組異步電動機則產生起動轉矩。第10章微特電機圖10-5兩相繞組異步電動機的機械特性10.1單相異步電動機3.單相異步電動機的類型（1）電阻分相式單相電動機電阻分相式單相電動機的結構如圖10-6所示，其具有如下特點：1）主、輔繞組（或起動繞組）空間互差90°。2）輔繞組的電阻與電抗的比值比主繞組高，以確保同一電壓作用下兩繞組所流過的電流相位不同。第10章微特電機圖10-6電阻分相式單相異步電動機圖10-7電阻分相式單相異步電動機的典型機械特性曲線10.1單相異步電動機（2）電容起動式單相電動機電容單相起動式異步電動機的主、輔繞組的匝數(shù)一般相等（也可以不同）；副繞組是通過與電容C以及離心開關K串聯(lián)后與電源并聯(lián)。如下圖所示。第10章微特電機圖10-8電容單相起動式異步電動機圖10-9電容起動式單相異步電動機的典型機械特性曲線10.1單相異步電動機電容起動與運轉式異步電動機的輔繞組中采用了兩個電容器，一個是運行電容；一個為起動電容，且僅起動電容與離心開關串聯(lián)。上述方案可確保起動與運行時均獲得接近圓形的氣隙合成旋轉磁勢，從而既可以獲得較大的起動轉矩又可以提高運行時的最大電磁轉矩。第10章微特電機圖10-10電容起動與運轉式異步電動機的接線圖

圖10-11電容起動與運轉式異步電動機的典型機械特性曲線

10.1單相異步電動機（3）罩極式單相電動機由圖10-12可見，單相罩極式異步電動機的定子采用凸極式結構，主磁極上裝有工作繞組，而且在每個磁極的約1/3處開有小槽，其上套有銅短路環(huán)（相當于起動繞組）。第10章微特電機圖10-12罩極式單相異步電動機

10.2伺服電動機伺服電動機是一種把輸入控制信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚪撬俣容敵龅碾妱訖C。總體上可以分為直流伺服電動機和交流伺服電動機，交流伺服電動機又包括永磁直流無刷伺服電動機、交流異步伺服電動機以及交流永磁同步伺服電動機。第10章微特電機10.2.1直流伺服電動機直流伺服電動機主要采用兩種控制方式，即電樞控制方式和磁場控制。電樞控制是將定子繞組作為激磁繞組、電樞繞組作為控制繞組的一種控制方式。設控制電壓為，主磁通保持不變，忽略電樞反應，則直流伺服電動機的機械特性為由上式，便可以分別獲得直流伺服電動機的機械特性和調節(jié)特性，如下圖所示。10.2伺服電動機圖10-13直流伺服電動機的機械特性圖10-14直流伺服電動機的調節(jié)特性第10章微特電機10.2.1直流伺服電動機10.2伺服電動機第10章微特電機10.2.2交流伺服電動機從結構上來看，交流伺服電動機的定子兩相繞組空間互成90°。一相繞組作為激磁繞組，直接接至單相交流電源上；另一相作為控制繞組，其輸入為控制電壓。1.對交流伺服電動機的特殊要求1）機械特性為線性；2）控制信號消失后轉子無“自轉”現(xiàn)象。對于普通異步電動機，其機械特性如下圖中的曲線1所示。為了滿足交流伺服電動機線性機械特性的要求，通常的做法是：加大轉子電阻，以使得產生最大電磁轉矩時的轉差率。相應的交流伺服電動機的機械特性如圖10-15中的曲線2所示。10.2伺服電動機第10章微特電機控制信號消失后轉子無“自轉”現(xiàn)象是指：伺服電動機在控制信號為零時，能夠自行停車。圖10-16為普通驅動異步電動機一相繞組通電時的機械特性和兩相繞組交流伺服電動機一相通電（即控制電壓為零）且轉子電阻較大時的機械特性。圖10-15異步電動機的機械特性

10.2伺服電動機第10章微特電機與一般異步電動機相比，兩相交流伺服電動機的轉子電阻較大，因而其機械特性在整個調速范圍內接近線性，且一相繞組通電（即控制電壓為零）時轉子無“自轉”現(xiàn)象發(fā)生。圖10-16兩相交流異步電動機一相供電時的機械特性10.2伺服電動機第10章微特電機2.控制方式與運行特性在保持勵磁電壓不變的條件下，交流伺服電動機的控制方式有三種：幅值控制、相位控制及幅-相控制。1）幅值控制時的運行特性設控制繞組的外加電壓為，其額定電壓為，則有效信號系數(shù)可定義為：1）當時，相應的氣隙合成磁勢為圓形旋轉磁勢；2）當時，由于定子繞組僅勵磁繞組一相供電，相應的氣隙合成磁勢為脈振磁勢；3）當時，相應的氣隙合成磁勢為橢圓形旋轉磁勢。

10.2伺服電動機第10章微特電機為不同值時的機械特性曲線和采用幅值控制時交流伺服電動機的調節(jié)特性曲線如圖10-18所示。圖10-18交流伺服電動機幅值控制時的機械特性與調節(jié)特性10.2伺服電動機第10章微特電機（2）相位控制時的運行特性圖10-19交流伺服電動機相位控制時的接線圖

10.2伺服電動機第10章微特電機圖10-17交流伺服電動機幅值控制時的接線圖

10.2伺服電動機第10章微特電機設控制電壓滯后與勵磁電壓的相位為，則定義為相位控制時的信號系數(shù)。1）當時，相應的氣隙合成磁勢為圓形旋轉磁勢；2）當時，相應的氣隙合成磁勢為脈振磁勢；3）當時，氣隙合成磁勢為橢圓形旋轉磁勢，合成電磁轉矩取決于橢圓度。交流伺服電動機采用相位控制時的機械特性曲線和調節(jié)特性曲線如圖10-20所示。圖10-20交流伺服電動機相位控制時的機械特性與調節(jié)特性10.2伺服電動機第10章微特電機（3）幅-相控制時的運行特性交流伺服電動機采用幅-相控制時的接線圖、機械特性和調節(jié)特性如下圖所示。圖10-21交流伺服電動機幅-相控制時的接線圖圖10-22交流伺服電動機幅-相控制時的機械特性與調節(jié)特性10.3力矩電動機第10章微特電機在控制要求高的系統(tǒng)中，需要一種力矩較大的伺服電機來直接拖動負載，這種電機就叫力矩電動機。力矩電動機是一種特殊的伺服電機，其轉速低，轉矩較大，勿需齒輪等減速機構減速，可以直接驅動負載低速運行，負載轉速受控于控制電壓信號。力矩電動機響應快，精度高，調節(jié)性能好，調速范圍很大，它的機械特性和調節(jié)特性的線性度好，可以低速長期穩(wěn)定可靠運行。力矩電動機分為直流力矩電動機和交流力矩電動機兩大類。直流力矩電動機按總體結構形式不同可分為分裝式和內裝式兩種。力矩電動機為能產生較大的轉矩，通常把電機做成扁平式結構，外形軸向長度短，徑向長度大，極數(shù)較多。直流力矩電動機一般做成多極永磁式，在設計直流力矩電動機時，盡量增加電樞槽數(shù)、串聯(lián)導體數(shù)及換向片數(shù)。圖10-23為典型永磁式直流力矩電動機的結構示意圖。10.3力矩電動機第10章微特電機1—銅環(huán)2—定子3—電刷4—電樞繞組5—槽楔兼換向片6—轉子圖10-23典型永磁式直流力矩電動機的結構交流力矩電動機又分同步和異步兩類，同步力矩電動機定子和轉子都有許多槽(齒)，與步進電機類似；異步力矩電動機工作原理與普通交流伺服電動機相同，通常設計為多極，并盡量增加槽數(shù)。

10.4測速發(fā)電機第10章微特電機測速發(fā)電機是一種把機械轉速按比例轉換為電壓信號的控制電機，可分為直流測速發(fā)電機和交流測速發(fā)電機兩大類。10.4.1直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機的工作原理與一般他勵直流發(fā)電機相同，由勵磁繞組通電產生恒定磁場，電樞繞組在外力拖動下切割磁力線感應電勢，其大小為

空載時，即輸出電壓與轉速成正比。負載后，若負載電阻為，則正、負電刷之間的輸出電壓為：整理得：10.4測速發(fā)電機第10章微特電機根據(jù)上式可以繪出一定負載電阻下直流測速發(fā)電機的輸出特性曲線，如下圖所示。

圖10-24直流測速發(fā)電機的接線圖圖10-25直流測速發(fā)電機的輸出特性

10.4測速發(fā)電機第10章微特電機交流測速發(fā)電機的定子采用空間互差90°的兩相分布繞組組成。其中，一相繞組為激磁繞組，另一相為輸出繞組。轉子采用空心杯結構。為減小主磁路的磁阻，空心杯轉子內部還有一個由硅鋼片疊壓而成的內定子作為定子鐵心。圖10-26為一臺空心杯轉子異步測速發(fā)電機的結構示意圖。10.4.2交流測速發(fā)電機1—空心杯轉子2—定子3—內定子4—機殼5—端蓋圖10-26空心杯轉子異步測速發(fā)電機的結構示意圖圖10-27空心杯轉子異步測速發(fā)電機的工作原理圖10.5步進電動機第10章微特電機步進電動機，又稱為脈沖電動機，可看作是一種特殊運行方式的小功率(微型)同步電動機，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。其作用是將電脈沖信號轉換成直線位移或角位移。電脈沖由專用驅動電源供給，每輸入一個脈沖，步進電動機就前進一步，故稱之為步進電動機。步進電動機角位移量或轉速與電脈沖數(shù)或頻率成正比。步進電動機的種類很多，主要有反應式步進電動機、永磁式步進電動機、動機和平面步進電動機等。10.5步進電動機第10章微特電機在自動控制系統(tǒng)中，對步進電動機的基本要求是：1）步進電動機在電脈沖的控制下能迅速啟動、正反轉、停轉及在很寬的范圍內進行轉速調節(jié)。2）為了提高精度，要求一個脈沖對應的位移量小，并要準確、均勻。3）動作快速——即不僅啟動、停步、反轉快，并能連續(xù)高速運轉以提高勞動生產率。4）輸出轉矩大，可直接帶動負載。目前反應式步進電動機具省步距角小、結構簡單等特點。10.5步進電動機第10章微特電機單段三相反應式步進電動機的結構分成定子和轉子兩大部分，如下圖所示。定、轉子鐵心由軟磁材料或硅鋼片疊成凸極結構，定、轉子磁極上均有小齒，定、轉子的齒數(shù)相等。定子磁極上套有星形連接的三相控制繞組，每兩個相對的磁極為一相，轉子上沒有繞組。轉子用軟成材料制成，也是凸極結構。10.5.1反應式步進電動機的基本結構圖10-28三相反應式步進電動機模型示意圖

10.5步進電動機第10章微特電機單段三相反應式步進電動機的工作原理如下圖所示。由于磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合，因此會在磁力線扭曲時產生切向力而形成磁阻轉矩，使轉子轉動，這就是反應式步進電動機旋轉的原理。10.5.2反應式步進電動機的工作原理（a）A相通電（b）B相通電（c）C相通電圖10-29反應式步進電動機的工作原理圖10.5步進電動機第10章微特電機當A相繞組通電時，氣隙中生成以A-A為軸線的磁場。在磁阻轉矩的作用下，轉子轉到使1、3兩轉子齒與磁極A-A對齊的位置上。如果A相繞組不斷電，1、3兩轉子齒就一直被磁極A-A吸引住而不改變其位置，即轉子具有自鎖能力。當A相繞組斷電、B繞組通電時，氣隙中生成以B-B為軸線的磁場。在磁阻轉矩的作用下，轉子又會轉動，使距離磁極B-B最近的2、4兩轉子齒轉到與磁極B-B對齊的位置上。轉子轉過的角度為式中——步距角，即控制繞組改變一次通電狀態(tài)后轉子轉過的角度N——拍數(shù)，即通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變的次數(shù)

Zr——轉子齒數(shù)同理，B相繞組斷電，C相繞組通電時，轉子又轉過30°。10.5步進電動機第10章微特電機以上通電方式中，通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變三次，每次只有單獨一相控制繞組通電，稱之為三相單三拍運行方式。由于單獨一相控制繞組通電時容易使轉子在平衡位置附近來回擺動——振蕩，會使運行不穩(wěn)定，因此實際上很少采用三相單三拍的運行方式。此外，還有三相雙三拍運行方式和三相六拍運行方式。三相雙三拍運行方式的每個通電狀態(tài)都有兩相控制繞組同時通電，通電狀態(tài)切換時總有一相繞組不斷電，不會產生振蕩。10.5步進電動機第10章微特電機三相六拍運行方式的通電順序為其原理與單三拍、雙三拍運行方式的原理相同。只是其通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變的次數(shù)增加了一倍

，其步距角因此減為原來的一半。步進電動機的轉速為式中NZr——轉子旋轉一周所需的脈沖數(shù)；f——脈沖頻率。10.5步進電動機第10章微特電機3）最大突跳頻率：在轉子不失步的情況下，電動機能增加和減小的最大頻率。4）步距差：理想的步矩角與實際的步矩角之差。5）輸出轉矩：電動機軸上的輸出轉矩的大小步進電動機的輸出轉矩與脈沖頻率的函數(shù)關系稱為矩頻特性。10.6旋轉變壓器第10章微特電機無刷旋轉變壓器由旋轉變壓器的二次側繞組為解算器的轉子勵磁繞組提供旋轉激磁。通過解算器的兩相定子繞組分別輸出與轉子角度的正、余弦成正比的電壓信號。10.6.1工作原理1.正-余弦旋轉變壓器正-余弦旋轉變壓器因兩個轉子繞組的輸出電壓分別為轉子轉角的正、余弦函數(shù)而得名，其原理圖如下圖所示。圖10-30有刷旋轉變壓器的電路原理圖圖10-31無刷式旋轉變壓器的電路原理圖10.6旋轉變壓器第10章微特電機（1）空載運行分析當定子激磁繞組D外加交流電壓時，繞組內便產生激磁電流，并在d軸上建立脈振磁勢和氣隙磁通。當為任意值時，由于氣隙磁通與A、B兩相繞組所匝鏈的磁通分別為和，因此在激磁繞組D、轉子A和B繞組中所感應電勢的有效值分別為：當轉子A、B兩相繞組空載時，其輸出電壓分別為：10.6旋轉變壓器第10章微特電機（2）負載運行分析

圖10-32負載后的正-余弦旋轉變壓器根據(jù)圖10-32，轉子磁勢可沿d軸和q軸分解為如下兩個分量：要在氣隙中建立新的脈振磁場，它所產生的磁通最大值為：10.6旋轉變壓器第10章微特電機與轉子A、B兩相繞組所匝鏈的磁通分別為和。它們在A、B兩相繞組中所感應電勢的有效值分別為：為了消除輸出電壓的畸變，可以在定子側或轉子側進行補償。圖10-33為一種將定子繞組短接的定子側補償方案。圖10-33帶有定子側補償?shù)恼?余弦旋轉變壓器

10.6旋轉變壓器第10章微特電機2.線性旋轉變壓器輸出電壓與轉子轉角之間呈線性關系的旋轉變壓器稱為線性旋轉變壓器。當轉子逆時針轉過角時，由于定子繞組Q的補償作用，轉子繞組B中的負載電流所產生的磁勢對氣隙磁場的影響較小。氣隙磁通主要是由定子激磁繞組D所產生的直軸磁通。它在激磁繞組D、轉子A和B繞組中所感應電勢的有效值分別為、和。根據(jù)圖10-34所假定的正方向，于是有：圖10-34線性旋轉變壓器的原理電路圖10.6旋轉變壓器第10章微特電機當負載阻抗較大時，輸出電壓為：根據(jù)上式繪出輸出電壓與轉子轉角之間的特性曲線如圖10-35所示。圖10-35線性旋轉變壓器的輸出電壓與轉子轉角之間的關系曲線10.7自整角機第10章微特電機自整角機是一種對角位移偏差具有自整步能力的控制電機。一般情況下，自整角機是成對使用的，一臺作為發(fā)送機使用，另一臺作為接收機使用。通過發(fā)送機將轉角轉換為電信號，然后再由接收機將電信號轉變?yōu)檗D角或電信號輸出，從而實現(xiàn)角度的遠距離傳輸或轉換。自整角機具有如下的結構特點：1）轉子采用單相交流激磁繞組，嵌入到凸極或隱極式轉子鐵心中，并通過轉子滑環(huán)和電刷引出；2）定子采用三相對稱分布繞組（又稱為整步繞組）。三相整步繞組接成星形，并通過出線端引出。自整角機整體上可以分為兩類：一類是力矩式自整角機：其輸出是轉角；另一類是控制式自整角機：其輸出是電壓信號。10.7自整角機第10章微特電機1.失調角的概念將a1相整步繞組軸線與激磁繞組軸線之間的夾角作為轉子的位置角。兩自整角機轉子位置角偏差稱為失調角，即

。2.協(xié)調位置的概念當失調角為零（即兩臺自整角機轉子位置角相同）時，各相整步繞組中的定子電流（又稱為均衡電流）為零，相應的電磁轉矩也為零，此時轉子的位置稱為協(xié)調位置。10.7.1力矩式自整角機圖10-36力矩式自整角機的工作原理圖10.7自整角機第10章微特電機3.整步轉矩的概念與力矩式自整角機的工作原理當發(fā)送機轉子逆時針轉過一個角度后，兩自整角機轉子之間將存在一個失調角。于是，發(fā)送和接收機整步繞組中所感應的線電勢將不再相等，兩繞組之間便有均衡電流流過。均衡電流與兩轉子激磁繞組所建立的磁場相互作用便產生電磁轉矩（又稱為整步轉矩）。整步轉矩力圖使失調角趨向于零。于是，接收機轉子將跟隨發(fā)送機轉子轉過角，從而使兩轉子的轉角又保持一致，力矩式自整角機又重新達到新的協(xié)調位置。我們假定氣隙磁密是按正弦分布的，其次忽略鐵心飽和和整步繞組磁勢對激磁磁勢的影響。當發(fā)送機和接收機轉子之間的位置角分別為和不等時，轉子激磁磁場在定子各整步繞組內所感應變壓器電勢的有效值分別為：對于發(fā)送機10.7自整角機第10章微特電機對于接收機考慮到發(fā)送機和接收機均為星形連接的三相對稱繞組，各相回路的合成電勢分別為：設整步繞組每相的等效阻抗為，則定子各相繞組中的均衡電流為：10.7自整角機第10章微特電機三相整步繞組的電流在d軸和q軸上的分量分別為：對于發(fā)送機對于接收機圖10-37為轉子交軸、直軸磁場與定子交軸、直軸電流相互作用所產生電磁轉矩的示意圖。圖10-37d、q軸磁場與d、q軸電流相互作用所產生的電磁轉矩10.7自整角機第10章微特電機鑒于直軸磁勢（或電流）較小，可以忽略不計，而轉子激磁磁通主要集中在d軸上，即，因此整步轉矩的大小可由下式給出：發(fā)送機和接收機的整步轉矩分別為根據(jù)上式繪出靜態(tài)整步轉矩與失調角之間的關系曲線如圖10-38所示。圖10-38自整角機的靜態(tài)整步轉矩特性10.7自整角機第10章微特電機控制式自整角機的作用是將發(fā)送機轉子軸上的轉角轉換為接收機轉子繞組上的電壓信號。在發(fā)送機定子繞組感應電勢的作用下，接收機定子繞組中便有電流流過并產生磁勢和磁通。所產生的磁通與接收機的轉子繞組相匝聯(lián)，并在接收機轉子繞組中感應電勢，最終輸出電壓。由于接收機是處于變壓器運行狀態(tài)，故接收機又稱為自整角變壓器。在自整角變壓器中，取轉子繞組軸線與a2相整步繞組軸線垂直的位置作為基準電氣零位。相應的失調角為零，兩轉子處于協(xié)調位置，自整角變壓器輸出電壓為零。若將發(fā)送機轉子相對于整步繞組逆時針方向轉過一個轉角，自整角變壓器轉子將從基準零位逆時針方向轉過一個轉角，則相應的失調角為：

在發(fā)送機轉子激磁繞組的磁勢和磁場作用下，各相整步繞組中將感應變壓器電勢，其有效值分別為10.7.2控制式自整角機10.7自整角機第10章微特電機設發(fā)送機整步繞組中每相的等效電抗為，而自整角變壓器整步繞組中每相的等效電抗為，則各整步繞組回路中的電流有效值分別為對于自整角變壓器，考慮到其三相整步繞組中的電流與發(fā)送機中的電流大小相同，方向相反，故每相整步繞組所產生基波磁勢的幅值分別為10.7自整角機第10章微特電機通常將整步繞組中的各相磁勢按投影分解到直軸（或d軸）和交軸（或q軸）上。于是有整步繞組合成磁勢的幅值為合成磁勢與d軸之間的夾角為根據(jù)上式，繪出自整角變壓器三相整步繞組的合成磁勢的位置如圖10-39所示。圖10-39自整角變壓器整步繞組合成磁勢的空間位置10.7自整角機第10章微特電機自整角變壓器三相整步繞組合成磁勢的空間位置總是與發(fā)送機轉子的實際空間位置相一致。圖10-40為由控制式自整角機和伺服電機組成隨動系統(tǒng)。圖10-40由控制式自整角機和伺服電機組成的隨動系統(tǒng)10.8直線電動機第10章微特電機直線電動機是一種能夠直接輸出直線運動的電動機。大體上可以分為直線直流電動機、直線異步電動機、直線同步電動機以及直線步進電動機。1—永久磁鐵2—極靴3—鐵芯4—磁軛5—磁通6—可動線圈圖10-41直線直流電動機的結構示意圖直線電動機包括框架式和音圈式兩種主要結構形式，其中框架式又包括動圈式和動鐵式兩種結構。直線直流電動機的機械特性、調節(jié)特性以及動態(tài)特性的分析與第3章介紹的直流旋轉電動機基本相同。只需用直線位移代替角位移、用力代替轉矩即可。10.8.1直線直流電動機10.8直線電動機第10章微特電機直線異步電動機是從旋轉式異步電動機演變而來的。當在直線異步電動機的初級三相繞組中通入三相對稱電流時，則在初級和次極之間的氣隙中便產生類似于旋轉磁場的行波磁場，如下圖所示。10.8.2直線異步電動機圖10-42由旋轉式異步電動機向直線電動機的演變過程1—初級2—次級3—行波磁場圖10-43直線異步電動機的工作原理示意圖10.8直線電動機第10章微特電機行波磁場的移動速度為同步速，為式中，為繞組節(jié)距(m)；為電源頻率。為確保相對切割，動子的移動速度總是低于行波磁場的同步速，其差異可用轉差率來表示，即：

動子的移動速度為：10.8.2直線異步電動機10.8直線電動機第10章微特電機10.8.2直線異步電動機圖10-44具有長動子、短定子的扁平式結構直線異步電動機圖10-45管形結構的直線異步電動機10.8直線電動機第10章微特電機直線步進電動機是一種將輸入脈沖轉變?yōu)椴竭M式直線運動的電動機。其初級定子繞組每輸入一個脈沖，動子則移動一直線步長。圖10-46給出了一種混合式直線步進電動機的工作原理示意圖?；旌鲜街本€步進電機是一種將脈沖信號轉換成直線運動的數(shù)字脈沖電機，即使在開環(huán)條件下，無須直線位移傳感器，也能夠做到精確定位控制。10.8.3直線步進電動機圖10-46混合式直線步進電動機的工作原理10.9開關磁阻電機第10章微特電機開關磁阻電機是一種新型調速電機，調速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調速系統(tǒng)的優(yōu)點，是繼變頻調速系統(tǒng)、無刷直流電動機調速系統(tǒng)的最新一代無極調速系統(tǒng)。它的結構簡單堅固，調速范圍寬，調速性能優(yōu)異，且在整個調速范圍內都具有較高效率，系統(tǒng)可靠性高。主要有開關磁阻電機、功率變換器、控制器與位置檢測器四部分組成。開關磁阻電機結構簡單，性能優(yōu)越，可靠性高，覆蓋功率范圍10W~5MW的各種高低速驅動調速系統(tǒng)。使的開關磁阻電機存在許多潛在的領域，在各種需要調速和高效率的場合均能得到廣泛使用。10.9開關磁阻電機第10章微特電機具體特點如下：1）其結構簡單，價格便宜，電機的轉子沒有繞組和磁鐵。2）電機轉子無永磁體，允許較高的溫升。由于繞組均在定子上，電機容易冷卻。效率高，損耗小。3）轉矩方向與電流方向無關，只需單方相繞組電流，每相一個功率開關，功率電路簡單可靠。4）轉子上沒有電刷結構堅固，適用于高速驅動。5）轉子的轉動慣量小，有較高轉矩慣量比。6）調速范圍寬，控制靈活，易于實現(xiàn)各種再生制動能力。7）并具頻繁啟動（1000次／小時），正向反向運轉的特殊場合使用。10.9開關磁阻電機第10章微特電機具體特點如下：8）且啟動電流小，啟動轉矩大，低速時更為突出。9）電機的繞組電流方向為單方向，電力控制電路簡單，具有較高的經(jīng)濟性和可靠性。10）可通過機和電的統(tǒng)一協(xié)調設計滿足各種特殊使用要求。

10.10無刷直流電動機第10章微特電機無刷直流電機即是以電子方式控制交流電換相，得到類似直流電機特性又沒有直流電機機構上缺失的一種應用。從目前直流電機的發(fā)展趨勢來看，直流有刷電機逐步被淘汰，無刷直流電機成為直流電機的主流。10.10.1無刷直流電動機簡介直流無刷電機是同步電機的一種，也就是說電機轉子的轉速受電機定子旋轉磁場的速度及轉子極數(shù)(P)影響：。在轉子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉磁場的頻率f就可以改變轉子的轉速。直流無刷電機即是將同步電機加上電子式控制(驅動器)，控制定子旋轉磁場的頻率并將電機轉子的轉速回授至控制中心反復校正，以期達到接近直流電機特性的方式。10.10無刷直流電動機第10章微特電機無刷直流電動機是一種無級變速電機，它由一臺同步電機和一組逆變橋所組成。無刷直流電動機的構造一般是內藏檢測轉子位置用的磁氣元件（霍爾IC）或光學編碼器。由此位置傳感器向驅動電路發(fā)出信號。電動機線圈是3相星形結線。此外，轉子使用永久磁鋼。圖10-47無刷直流電機的結構

10.10無刷直流電動機第10章微特電機