项目 5 其它常用电机的应用与维修

1. 任务5.1 单相交流电动机的应用与维修 任务5.2 步进电动机的应用与维修 任务5.3 伺服电动机的应用与维修 任务5.4 直线电动机 项目5 其它常用电机的应用与维修

2. 任务5.1 单相交流电动机的应用与维修 任务引入：单相异步电动机出现转速降低的问题，请查找故障原因并排除。 任务分析：单相异步电动机是指一相定子绕组通电的异步电动机，它的调速方法包括串电抗器调速、抽头法调速和晶闸管调速等。单相异步电动机速度出现了问题，就需要从单相电动机的结构、工作原理、机械特性等着手分析才能够正确排除电机的故障。

3. 相关知识 • 5.1.1单相异步电动机的基本结构 • 单相异步电动机在结构上与三相笼形异步电动机类似，转子绕组也为一笼形转子。定子上有一个单相工作绕组和一个启动绕组，为了能产生旋转磁场，在启动绕组中还串联了一个电容器，其结构如图5.2所示。 图5.2单相异步电动机结构图

4. 5.1.2单相异步电动机的基本工作原理 一相定子绕组通电的异步电动机就是指单相异步电动机定子上的主绕组(工作绕组)是一个单相绕组。当主绕组外加单相交流电后，在定子气隙中就产生一个脉振磁场(脉动磁场)，该磁场振幅位置在空间固定不变，大小随时间做正弦规律变化，如图5.3所示。 1. 一相定子绕组通电的异步电动机 a) 正半周 b) 负半周 c) 脉振磁势变化曲线 图5.3 单相绕组通电时的脉振磁场

5. 2. 单相异步电动机的机械特性 图5.4 单相感应电动机的T-s曲线 当为拖动转矩，为制动转矩时，其机械特性具有下列特点： 1) 当转子转动时，n=0，，T=+=0，表明单相异步电动机一相绕组通电时无启动转矩，不能自行启动。 2) 旋转方向不固定时，由外力矩确定旋转方向，并一经启动，就会继续旋转。当n＞0，T＞0时机械特性在第一象限，电磁转矩属拖动转矩，电动机正转运行。当n＜0，T＜0时机械特性在第二象限，T仍是拖动转矩，电动机反转运行。 3) 由于存在反向电磁转矩起制动作用，因此，单相异步电动机的过载能力、效率、功率因数较低。

6. 5.1.3单相异步电动机的启动方法 常用的方法有分相式和罩极式两种。 单相电阻分相启动异步电动机 单相电容分相启动异步电动机 分相式 单相分相式异步电动机 单相电容运转异步电动机 常用的方法 单相双值电容异步电动机 罩极式 单相罩极式(磁通分相式)异步电动机 图5.5 两相绕组通入两相电流时的旋转磁场

7. 单相分相式异步电动机 单相分相式异步电动机结构特点是定子上有两套绕组，一相称主绕组(工作绕组)，另一相为副绕组(辅助绕组)，它们的参数基本相同，在空间相位相差90°的电角，如果通入两相对称相位相差90°的电流，就能实现单相异步电动机的启动，如图5.5所示。 图5.5 两相绕组通入两相电流时的旋转磁场

8. 1.单相电阻分相启动异步电动机 单相电阻分相启动异步电动机的定子上嵌放两椭圆磁动势单相异步绕组，如图5.7所示。两个绕组接在同一单相电源上，副绕组(辅助绕组)中串一个离心开关。开关作用是当转速上升到80%的同步转速时，断开副绕组使电动机运行在只有主绕组工作的情况下。 图5.7 单相电阻分相启动

9. 2.单相电容分相启动异步电动机 单相电容分相启动异步电动机的电路，如图5.8所示。从图5.8中可以看出，当副绕组中串联一个电容器和一个开关时，如果电容器容量选择适当，则可以在启动时通过副绕组的电流在时间和相位上超前主绕组电流90°电角，这样在启动时就可以得到一个接近圆形的旋转磁场，从而有较大启动转矩。电动机启动后转速达到75%～85%同步转速时副绕组通过开关自动断开，主绕组进入单独稳定运行状态。机转向，只要把主绕组或副绕组中任何一个绕组电源接线对调，就能改变气隙磁场，达到改变转向目的。 图5.8 单相电容分相异步电动机

10. 3.单相电容运转异步电动机 若单相异步电动机辅助绕组不仅在启动时起作用，而且在电动机运转中也长期工作，则这种电动机称为单相电容运转异步电动机，如图5.9所示。 图5.9 单相电容运转异步电动机

11. 结束 4.单相双值电容异步电动机(单相电容启动及运转异步电动机) 如果想要单相异步电动机在启动和运行时都能得到较好的性能，则可以采用将两个电容并联后再与副绕组串联的接线方式，这种电动机称为单相电容启动和运转电动机，如图5.10所示。图中启动电容器C1容量较大，C2为运转电容，电容量较小。启动时C1和C2并联，总电容器容量大，所以有较大的启动转矩，启动后，C1切除，只有C2运行，因此电动机有较好运行性能。对电容分相式异步电动机，如果要改变电动机转向，只要使主绕组或副绕组的接线端对调即可，对调接线端后旋转磁场方向改变，因而电动机转向也随之改变。 图5.10 单相电容启动及运转电动机

12. 单相罩极式(磁通分相式)异步电动机 单相罩极式异步电动机的结构有凸极式和隐极式两种，其中以凸极式结构最为常见，如图5.11所示。 图5.11 单相罩极式异步电动机

13. 5.1.4单相异步电动机的调速方法 1.串电抗器调速 在电动机的电源线路中串联起分压作用的电抗器，通过调速开关选择电抗器绕组的匝数来调节电抗值，从而改变电动机两端的电压，达到调速的目的，如图5.14所示。串电抗器调速，其优点是结构简单，容易调整调速比，但消耗的材料多，调速器体积大。 图5.14 串电抗器调速接线图

14. 2.抽头法调速 如果将电抗器和电机结合在一起，在电动机定子铁心上嵌入一个中间绕组(或称调速绕组)，通过调速开关改变电动机气隙磁场的大小及椭圆度，可达到调速的目的。根据中间绕组与工作绕组和启动绕组的接线不同，常用的有T形接法和L形接法，如图5.15所示。 抽头法调速与串电抗器调速相比较，抽头法调速时用料省，耗电少，但是绕组嵌线和接线比较复杂。 a）T形接法 b）L形接法 图5.15 抽头法调速接线图 3.晶闸管调速 利用改变晶闸管的导通角，来实现加在单相异步电动机上的交流电压的大小，从而达到调节电动机转速的目的，这种方法能实现无级调速，缺点是会产生一些电磁干扰。目前常用于吊式风扇的调速上。

15. 5.1.5单相异步电动机的的常见故障及维修

17. 任务5.2 步进电动机的应用与维修 任务引入：步进驱动是开环控制系统中最常选用的伺服驱动系统。在工作过程中有时候会出现工作噪声特别大，低频旋转时有进二退一现象，高速上不去，原因是什么？又将如何排除故障？ 任务分析：步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或直线位移的执行元件。每输入一个脉冲信号，步进电动机就转动一个角度或前进一步。因此，这种电动机也称为脉冲电动机。要进行步进电机的故障排除，就需要对步进电机的结构、工作原理、工作方式等着手分析。

18. A B C 相关知识 • 5.2.1反应式步进电动机 • 1．结构特点 反应式步进电动机和一般旋转电动机一样，分为定子和转子两大部分。定子由硅钢片叠成，装上一定相数的控制绕组；转子用硅钢片叠成或用软磁性材料做成凸极结构。图5.17所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图。定子上有6个磁极，每两个相对的磁极上绕有一相控制绕组，即有A、B、C三相绕组。转子上是4个均匀分布的凸齿，上面没有绕组。 图5.17 三相反应式步进电动机的结构示意图

19. 2．工作原理 步进电动机的工作原理，其实就是电磁铁的工作原理。如图5.18所示。设先对A相绕组通电，B相和C相都不通电。由于磁通总是要沿着磁阻最小的路径闭合。图5.18a中转子齿1和3的轴线与定子A极轴线对齐，即在电磁吸力作用下，将转子1、3齿吸引到A极下，此时，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被自锁在这个位置上，此时，B、C 两相的定子齿则和转子齿在不同方向各错开30º。随后，如果A相断电，B相控制绕组通电，则转子齿就和B相定子齿对齐，转子顺时针旋转30º（见图5.18b）。然后使B相断电，C相通电，同理转子齿就和C相定子齿对齐，转子又顺时针旋转30º（见图5.18c）。可见，通电顺序为A—B—C—A时，转子便按顺时针方向一步一步转动。每换接一次，则转子前进一个步距角(30º)。电流换接3次，磁场旋转一周，转子前进一个齿距角（90º）。欲改变旋转方向，则只要改变通电顺序即可。例如通电顺序改为A—C—B—A，转子就反向转动。 a) A相通电 b) B相通电 c) C相通电 图5.18 反应式步进电动机的工作原理

20. 3．通电方式 步进电动机的精度和转速既取决于控制绕组通电的频率，也取决于绕组通电方式，三相步进电动机一般有单三拍、单双六拍及双三拍等通电方式。 “单”是指每次通电时，只有一相绕组通电；“双”是指每次有两相绕组通电；而从一种通电状态转换到另一种通电状态叫做“一拍”，此时电动机转子转过的空间角度称为步距角θs。步进电动机若按A—B—C—A方式通电，因为定子绕组为三相，每一次只有一相绕组通电，而每一个循环只有3次通电，故称为三相单三拍通电方式。在这种通电方式下，三相步进电动机的步距角θs为30º，如图5.18所示 。如果按照A—AB—B—BC—C—CA—A的方式循环通电，就称为三相六拍（或单双六拍）方式，如图5.19所示。 a) A相通电 b）A、B相通电 c）B相通电 图5.19 单、双六拍工作示意图

21. 4.小步距角的三相反应式步进电动机 设转子的齿数为Z，则齿距为 （5-3） 因为每通电一次（即运行一拍），转子就走一步， 故步距角为 （5-4） 式中，k——状态系数（单三拍、双三拍时，k=1； 单双六拍时k=2）。 例如：若步进电动机的齿数Z=40，三相单三拍运行时，其步距角 （5-5） 若按三相六拍运行时，其步距角 (5-6) 由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数m及运行拍数愈多，则步距角θs愈小，控制越精确。当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步时电动机就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为ƒ（单位Hz），则步进电动机的转速为 (5-7) 由此可见，若步进电动机的齿数和拍数一定时，电动机转速与输入脉冲的频率成正比，因此通常采用改变输入脉冲频率来控制步进电动机的转速。 图5.20 小步距角的三相反应式步进电动机

22. 5．型号表示 反应式步进电动机的型号表示为 例如110BF3代表该步进电动机为反应式，外径110mm，三相控制绕组。

23. 5.2.2 混合式步进电动机 1．结构特点 两相混合式步进电动机的定子一般有8个极或4个极，极面上均匀分布一定数量的小齿；极上的线圈都能以两个方向通电，形成A相和A（－）相，B相和B（－）相。它的转子轴上固定有圆柱形的永久磁钢，沿轴向充磁；磁钢两端安装由软磁性材料制成的带齿的导磁体，两块导磁体相互在圆周方向错开半个齿距（如图5.21），即左半边的齿廓对着右半边的齿槽，左半边的齿槽对着右半边的齿廓。显然，同一端转子上的所有齿都具有相同极性，而转子两端导磁体的极性相反。 图5.21 混合式步进电动机结构及磁通回路图

24. 2．工作原理 图5.22是在电动机A、B处剖开的剖面图。每相绕组在8个定子磁极中的4个极上，如：A相绕组绕在1、3、5、7磁极上，则B相绕组绕在2、4、6、8磁极上，而且每相相邻的磁极以相反方向绕，即如果A相绕组流过正向电流，则3和7磁极的磁场径向向外，而1和5磁极的磁场径向向内。B相与A相情况类似。 图5.22 混合式步进电动机两端剖图示意图 在剖面图A-A中，转子磁钢的磁力线全部由外向内进入转子导磁体，所以此导磁体上的每个小齿都是S极。在剖面图B-B中，转子磁钢的磁力线全部由内向外穿过转子导磁体，所以此导磁体上的每一个小齿都是N极。

25. 3．混合式步进电动机与反应式步进电动机的比较3．混合式步进电动机与反应式步进电动机的比较 由于混合式步进电动机转子上有永久磁钢，产生同样大小的转矩，需要的励磁电流大大减小，所以对于同样体积的电动机，混合式步进电动机产生的转矩比反应式步进电动机大，加上混合式步进电动机的步距角常做得较小，因此在工作空间受到限制而需要小步距角和大转矩的应用中，常选用混合式步进电动机。混合式步进电动机的绕组未通电时，转子永久磁钢产生的磁通能产生自定位转矩，使其在切断电源时，仍能保持转子的原来位置。 而反应式步进电动机，因为它的转子上没有永久磁钢，所以转子的机械惯量比混合式步进电动机的转子惯量低，因此可以更快地加、减速。 4．混合式步进电动机的型号 例如：55BYG4表示该步进电动机是混合式，外径55mm，四相励磁绕组。

26. 5.2.3 步进电动机的主要工作特性 1．步进电动机的基本特点 1）步进电动机的输出转角与输入的脉冲个数严格成正比，故控制输入步进电动机的脉冲个数就能控制位移量，且步距角Өs愈小，控制精度越高。 2）步进电动机的转速只取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。当步进电动机的通电方式选定后，其转速只与输入脉冲频率成正比，改变脉冲频率就可以改变转速，故可进行无级调速，调速范围很宽。 3）同时步进电动机具有自锁能力，可以实现停车时转子定位，从而可省去机械制动装置。 4）改变通电相序即可改变电动机转向。 5）步进电动机存在齿间相邻误差，但是不会产生累积误差。 6）步进电动机转动惯量小，启动、停止迅速。 由于步进电动机有这些特点，所以在开环控制系统中获得广泛应用。

27. 2．矩角特性 矩角特性是反映步进电动机电磁转矩T随偏转角Ө变化的关系。定子一相绕组通以直流电后，如果转子上没有负载转矩的作用，转子齿和通电相磁极上的小齿对齐，这个位置称为步进电动机的初始平衡位置。当转子有负载作用时，转子齿就要偏离初始位置，由于磁力线有力图缩短的倾向，从而产生电磁转矩，直到这个转矩与负载转矩相平衡。转子齿偏离初始平衡位置的角度就叫转子偏转角Ө（空间角），若用电角度Өe表示，则由于定子每相绕组通电循环一周（360º电角度），对应转子在空间转过一个齿距（τ=360º/Z空间角度），故电角度是空间角度的Z倍，即Өe=ZӨ。而T= ƒ（Өe）就是矩角特性曲线。可以证明，此曲线可近似地用一条正弦曲线表示，如图5.23所示。

28. 3．脉冲信号频率特性 当脉冲信号频率很低时，控制脉冲以矩形波输入，电流波形比较接近于理想的矩形波，如图5.24a所示。如果脉冲信号频率增高，由于电动机绕组中的电感有阻止电流变化的作用，因此电流波形发生畸变，如图5.24b所示。在开始通电瞬间，由于电流不能突变，其值不能立即升起，故使转矩下降，使启动转矩减小，有可能启动不起来，在断电的瞬间，电流也不能迅速下降，而产生反转矩致使电动机不能正常工作。如果脉冲频率很高，则电流还来不及上升到稳定值就开始下降，于是，电流的幅值降低，变成图5.24c所示波形，产生的转矩减小，致使带负载能力下降。故频率过高会使步进电动机启动不了或运行时失步而停下。因此，对脉冲信号频率是有限制的。 4．转子机械惯性 机械惯性对瞬时运动的物体要发生作用，当步进电动机从静止到起步，由于转子部分的机械惯性作用，转子一下子转不起来，因此，要落后于它应转过的角度，如果落后不太大，还会跟上来，如果落后太多，或者脉冲频率过高，电动机将会启动不起来。 另外，即使电动机在运转，也不是每走一步都迅速地停留在相应的位置，而是受机械惯性的作用，要经过几次振荡后才停下来，如果这种情况严重，就可能引起失步。因此，步进电动机都采用阻尼方法，以消除（或减弱）步进电动机的振荡。

29. 5.2.4步进电动机驱动装置 步进电动机又称脉冲电动机，其驱动的输入信号是一系列的电脉冲。步进电动机驱动系统框图如图5.25所示。 图5.25 步进驱动装置框图

30. 1．环形分配器 1）硬件环形分配器 图5.26是硬件环形分配器与数控装置及步进电动机的连接图。图中环形脉冲分配器的输入、输出信号一般为TTL或COMS电平，输出信号为高电平，则表示相应的绕组通电，反之失电。CLK为数控装置所发脉冲信号，每个脉冲信号的上升沿或下降沿到来时，输出则改变一次绕组的通电状态；DIR为数控装置发出的方向信号，其电平的高低即对应电动机转向的改变；FULL/HALF用于控制步进电动机的整步或半步（即三拍或六拍）运行方式，一般情况下，根据需要将其接在固定电平上。 图5.26为国产CMOS脉冲分配器CH250集成芯片的引脚图和三相六拍接线图 主要管脚的作用如下： ①A、B、C——A、B、C相输出 ②R、R*——确定初始励磁相。若为“10”，则为A相；若为“01”，则为A、B相；若为“00”，则为环形分配器工作状态。 ③CL、EN——进给脉冲输入端。若CN=1，进给脉冲接CL，脉冲上升沿使环形分配器工作；若CL=0，进给脉冲接EN，脉冲下降沿使环形分配器工作；不符合上述规定，则环形分配器状态锁定（保持）。 ④J3r、J3l、J6r、J6l——分别为三拍、六拍的控制端。 ⑤UD、US——电源端。

31. a)管脚图 b)三相六拍接线图 图5.26 CH250管脚及三相六拍接线图 图5.26b所示为三相六拍工作方式。步进电动机初始励磁相为A、B；进给脉冲CP的上升沿有效；方向信号为1，则正转，为0则反转。

32. 2）软件环形分配器 图5.27所示为软件环分驱动装置与数控装置的连接。由图可知软件环形分配器是由数控装置的软件来完成的，即由数控装置直接控制步进电动机各相绕组的通断电。不同种类、不同相数、不同通电方式的步进电动机，只需编制不同的程序将其存入数控装置即可。 图5.27 软环分驱动与数控装置的连接

33. 2．驱动放大电路 目前功率放大电路的控制方式较多，常使用高低压双电源驱动、恒流斩波驱动、调频调压驱动等。 （1）高低压双电源型 高低压双电源型脉冲功率放大器的特点是：开始时先接通高压，以保证电动机中有较大的冲击波电流流过。然后再截断高压，由低压供电，以保证电动机绕组中稳态电流等于额定值，简单的说就是“高压建流，低压定流”。高、低压切换的原理和电流波形见图5.28。 高低压切换的动作过程是这样的：ubh和ubl同时由低电平跳到高电平，使三极管VTh和VTl同时导电，接通高压UH，电动机绕组L中电流迅速上升。当电流达到电动机额定电流之上时，ubh跳回低电平，关断VTh，二极管VD2导通由低压UL供电，于是绕组电流下降到额定电流值。通电结束后，ubl跳回低电平，电流按放电指数曲线下降到零。这种供电方法，高压供电时电流上升率比只用低电压供电时快，上升时间明显减少。 图5.28 高低压切换原理图和电流波形

34. （2）恒流斩波型 图5.29a是恒流斩波电路的原理框图。Re为采样电阻。当分配脉冲未来时，绕组L中电流为零，这时采样电阻Re上反馈电压U e为零，经整形放大后输出高电平，将与门控制门打开，当分配脉冲到来时，高低开关管VTh和VTl同时导通，接通高压UH，电动机绕组L中电流迅速上升，并很快达到IH值。同时，采样电阻上的电压U e亦随之上升，经整形电路后，输出变为低电平，从而封锁控制门，使高压开关管VTh截止，高压UH被截断，绕组L由低压电源UL供电，绕组电流又立即下降，当下降到IL值时，U e亦随之下降，经整形电路后，输出又变为高电平，从而打开控制门，使得高压开关管VTh又导通，电压UH又被接通，再次使绕组电流上升。如此不断反复，形成一个在额定电流上下波动的呈现锯齿状的绕组电流波形，如图5.29b所示，近似恒流，故称之为恒流斩波驱动电路。 图5.29 恒流斩波电路原理图和电流调整过程

35. （3）调频调压型 如果能设法使绕组的供电电压随着运行频率的升高而一起升高，以维持绕组在不同频率的导电周期内电流平均值基本相同，这样也可以达到在高频运行时，动态转矩不明显下降的目的。这种随着运行频率的升高电源电压自动升高的控制方式，称为调频调压方式。图5.30是调频调压驱动电路的原理框图。开关管VＴ1用做直流斩波器，采用PWM（脉宽调制）的办法实现绕组电压的调整。 图5.30调频调压驱动电路原理框图 从CP端输入的控制脉冲不仅送入环形脉冲分配器，而且送入F/V变换器（频率／电压变换器）．从F/V发出的直流信号Ｖ与控制脉冲频率F成正比．三角波发生器发出的三角波信号VΔ与F/V发出的直流信号Ｖ在比较器中相比较，可以得到宽度随频率F变化的矩形波，用此矩形脉冲控制直流斩波开关VＴ1的通断，即可控制电动机绕组电压的大小，频率越大，电压越高。

36. （4）三种脉冲功率放大器的比较 上面介绍了“高、低压双电源型”、“恒流斩波型”和“调频调压型”三种脉冲放大器的工作原理，下面对它们的性能做一比较。 “高、低压双电源型”脉冲放大器是一种基本的驱动放大器，其电路比较简单，成本低。但是，正如前面所介绍的那样，它不能解决由反电动势所引起的绕组电流顶部凹陷的问题，从而导致电动机转矩下降。 采用“恒流斩波型”脉冲功率放大器是为了解决电动机绕组电流顶部凹陷的问题。在电动机的运行频率较低时，它的应用效果将变差。另外，在“恒流斩波型”脉冲功率放大器中，由于引进了斩波频率，有时还会导致电动机运行时的噪声有所增加。 “调频调压型”脉冲功率放大器通过“低频低压、高频高压”的办法来同时兼顾电动机在高、低运行频率时对电动机绕组电压的要求，这种脉冲功率放大器，有效地提高了电动机在以较高频率运行时的转矩。但是采用这种方法时，要求给绕组供电的电源有较高的电压，否则就会发生高频时电压调不上去的现象。

37. 5.2.5步进驱动装置常见故障及排除

40. 5.2.6步进电动机的应用 图5.31 KT350步进电动机驱动装置的外形及接口图 图5.32 拨动开关示意图 控制信号输入插座 2-电源指示灯 3-脉冲信号指示灯 4-电动机输入端接线端子 5-驱动电源接线端子 6-四位拨动开关CBA

41. 图5.33 混合式步进电动机驱动装置的典型接线图

42. 任务5.3 伺服电动机的应用与维修 任务引入：由于微处理器技术、电力电子技术以及电机控制理论的发展，许多新型伺服电动机不断应用于现代生产机械上，常出现很多故障，比如电动机运行时噪声很大，原因有哪些？又如何排除呢？ 任务分析： 伺服电动机是一种把输入控制电压信号变为转轴的角位移或角速度输出的电动机，转轴的转向与转速随电压信号的方向和大小而改变；控制信号消失，转子立即停转；并且能带动一定大小的负载，在自动控制系统中作为执行元件，故伺服电动机又称为执行电动机。 根据供电电压和电机类型的不同，伺服电动机分直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。直流伺服电动机输出功率较大，一般可达几百瓦；交流伺服电动机输出功率较小，一般为几十瓦。 由于微处理器技术、电力电子技术以及电机控制理论的发展，许多新型伺服电动机不断出现，如直流无刷伺服电动机、交流永磁同步伺服电动机等。这里只对直流伺服电动机和交流伺服电动机做简要介绍。

43. 相关知识 • 5.3.1 直流伺服电动机 1.直流伺服电动机的结构 直流伺服电动机的基本结构与普通他励直流电动机一样，所不同的是直流伺服电动机的电枢电流很小，换向并不困难，因此都不装换向磁极，并且转子做得很细长，气隙较小，磁路不饱和，电枢电阻较大。 为了满足自动控制系统的要求，减小转子的转动惯量，其电枢结构常用型式有无槽电枢、盘型电枢、空心杯电枢等。结构图如图5.36所示。 1).盘形电枢直流伺服电动机 定子是由永久磁钢和前后磁轭组成的， 转轴上装有圆盘。 电机的气隙位于圆盘的两侧，圆盘上有电枢绕组， 绕组可分为印制绕组和绕线盘式绕组两种形式。盘形电枢上电枢绕组中的电流沿径向流过圆盘表面， 并与轴向磁通相互作用而产生转矩。 5.36 盘形电枢直流伺服电动机结构

44. 2).无槽电枢直流伺服电动机 无槽电枢直流伺服电动机的电枢铁心为光滑圆柱体， 其上不开槽， 电枢绕组直接排列在铁心表面，与电枢铁心粘成一个整体， 定转子间气隙大。 定子磁极采用永久磁铁或电磁式结构。 这种电动机的转动惯量大，动态性能较差。结构如图5.37 a）所示。 3).空心杯电枢直流伺服电动机 由一个外定子和一个内定子构成定子磁路。 通常外定子由两个半圆形的永久磁铁组成， 而内定子则由圆柱形的软磁材料制成。 空心杯电枢是一个用非磁性材料制成的空心杯形圆筒，直接装在电机轴上。当电枢绕组流过一定的电流时，空心杯电枢能在内定子间的气隙中旋转， 并带动电机转轴旋转。结构如图5.37 b）所示。 a）无槽电枢直流伺服电动机 b）空心杯电枢直流伺服电动机 图5.37 直流伺服电动机结构图

45. 2.直流伺服电动机的控制方式 直流伺服电动机的控制方法有两种：一种是电枢控制，就是改变电枢绕组电压的大小与方向实现对转子转速和转向的控制；另一种是磁场控制，通过改变励磁绕组电压的大小与方向实现对转子转速和转向的控制，这种控制方式主要针对电磁式直流伺服电动机。后者控制性能不如前者，所以很少采用。下面只介绍电枢控制时的直流伺服电动机特性。 电枢控制是励磁电压不变，控制电枢电压的控制方式。电枢控制图如图5.38所示。 图5.38 直流伺服电动机电枢控制图

46. 3. 直流伺服电动机的机械特性 根据式(5.4)，可以绘出不同控制电压下的机械特性如图5.39所示。 图5.39 直流伺服电动机的机械特性 由图5.39可见，直流伺服电动机的机械特性为一组平行的直线。随着控制电压的增加，直线的斜率保持不变，机械特性向上平移。当控制电压不变时，转矩增大时，转速降低，转矩的增加和转速的降低呈线性关系。改变电枢电压的极性，伺服电动机就反转。直流伺服电动机的这种机械特性是十分理想的。

47. 4. 直流伺服电动机的调节特性 直流伺服电动机的调节特性是指：在一定的转矩下，转子转速与控制电压之间的关系。根据式(5.8)便可绘出不同负载转矩下的调节特性如图5.40所示。 图5.40 直流伺服电动机的调节特性

48. 5.直流伺服电动机的故障诊断及维修

50. 5.3.2. 交流伺服电动机 1.交流伺服电动机的结构及工作原理 1）结构 永磁式交流伺服电动机的结构示意图如图5.41所示。主要由定子、转子和检测元件组成。其中定子具有齿槽，内有三相绕组，形状与普通异步电动机的定子相同，但其外形多呈多边形，且无外壳，以利于散热，从而避免电动机发热对机床精度的影响。转子由多块永久磁铁和冲片组成，这种结构的优点是气隙磁通密度较高，极数较多。 图5.41 永磁式交流伺服电动机结构示意图 1-定子 2-永久磁铁 3-轴向通风孔 4-转轴 5-铁心 6-定子三相绕组 7-脉冲编码器 8-接线盒 9-压