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机床电气与PLC控制技术第1章机床传动控制中的电动机1.1交流异步电动机1.2直流电动机1.3伺服控制电动机1.1交流异步电动机1.1.1三相异步电动机的工作原理及机械性能分类绕线式异步电动机笼型异步电动机(鼠笼型)由于笼型电动机具有结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、运行可靠等许多优点，在机床中得到了极其广泛的应用。我们主要介绍这种类型的交流异步电动机。1.1.2三相异步电动机的工作原理(1)旋转磁场产生、转向、转速根据上面的分析：当定子绕组中通入三相电流后，它们共同产生的合成磁场是随电流的交变而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。磁场转向与通入绕组的三相电流有关：如果将同三相电源联接的三根导线中的任意两根一端对调位置，则电动机的三相绕组旋转磁场反转。旋转磁场的极数(P)：由每相绕组串联线圈数决定。异步电动机的同步转速与磁极对数关系：n0=60f1/P(r/min)（2）异步电动机的工作原理右手定则判断导条中产生的感应电动势；左手定则判断转子导条受到的电磁力F。（3）转差率1.1.3三相异步电动机的固有机械特性1.1.4三相异步电动机的一般调速方法n=(1-s)n0=(1-s)60f1/p(1)变极调速:极数P减小一半,则旋转磁场的转速n0便提高一倍,转子转速n差不多也提高一倍,它是有极调速,多用于双速电动机,如镗床、磨床、铣床等(2)变频调速：无极调速，频率调整范围为0.5~320HZ(3)变转差率调速：优点设备简单，投资小，但能耗较大，一般应用于起重设备中。Y-∆换接起动，起动时第相绕组上电压降到正常工作电压的降压起动，电流为直接起动的1/3，转矩也减少到1/3311.2直流电动机1.2.1直流电动机的工作原理由上可见：任何电动机的工作原理，都是建立在电磁力和电磁感应这个基础上的。换向器（整流子）是直流电动机中一种特殊装置，这是直流电动机的基本构造特征。直流电动机的分类1.2.2直流电动机的一般调速方法(他励.并励）EaaKRIUn（1）改变电枢供电电压U•在负载转矩一定的情况下，电压变化越小，速度变化也越小；当电源连续变化时，便实现了无级变速。（2）改变磁通Φ调速（3）串入电枢回路外加电阻Ra调速1.3伺服电动机1.3.1步进电动机1.3.2单相异步电动机的结构单相异步电动机中，专用电机占有很大比例，它们的结构各有特点，形式繁多。但就其共性而言，电动机的结构都由固定部分---定子、转动部分----转子、支撑部分---端盖和轴承等三大部分组成。1、机座2、铁心3、绕组4、端盖5、轴承6、离心开关或起动继电器和PTC起动器7、铭牌1、机座机座结构随电动机冷却方式、防护型式、安装方式和用途而异。按其材料分类，有铸铁、铸铝和钢板结构等几种。铸铁机座，带有散热筋。机座与端盖联接，用螺栓紧固。铸铝机座一般不带有散热筋。钢板结构机座，是由厚为1.5-2.5毫米的薄钢板卷制、焊接而成，再焊上钢板冲压件的底脚。有的专用电动机的机座相当特殊，如电冰箱的电动机，它通常与压缩机一起装在一个密封的罐子里。而洗衣机的电动机，包括甩干机的电动机，均无机座，端盖直接固定在定子铁心上。2、铁心铁心包括定子铁心和转子铁心，作用与三相异步电动机一样，是用来构成电动机的磁路。3、绕组单相异步电动机定子绕组常做成两相：主绕组（工作绕组）和副绕组（启动绕组）。两种绕组的中轴线错开一定的电角度。目的是为了改善启动性能和运行性能。定子绕组多采用高强度聚脂漆包线绕制。转子绕组一般采用笼型绕组。常用铝压铸而成。4、端盖相应于不同的机座材料、端盖也有铸铁件、铸铝件和钢板冲压件。5、轴承轴承有滚珠轴承和含油轴承。6、离心开关或起动继电器和PTC起动器（1）离心开关在单相异步电动机中，除了电容运转电动机外，在起动过程中，当转子转速达到同步转速的70%左右时，常借助于离心开关，切除单相电阻起动异步电动机和电容起动异步电动机的起动绕组，或切除电容起动及运转异步电动机的起动电容器。离心开关一般安装在轴伸端盖的内侧。（2）起动继电器有些电动机，如电冰箱电动机，由于它与压缩机组装在一起，并放在密封的罐子里，不便于安装离心开关，就用起动继电器代替。继电器的吸铁线圈串联在主绕组回路中，起动时，主绕组电流很大，衔铁动作，使串联在副绕组回路中的动合触点闭合。于是副绕组接通，电动机处于两相绕组运行状态。随着转子转速上升，主绕组电流不断下降，吸引线圈的吸力下降。当到达一定的转速，电磁铁的吸力小于触点的反作用弹簧的拉力，触点被打开，副绕组就脱离电源。（3）PTC起动器最新式的启动元件是“PTC”，它是一种能“通”或“断”的热敏电阻。PTC热敏电阻是一种新型的半导体元件，可用作延时型起动开关。使用时，将PTC元件与电容起动或电阻起动电机的副绕组串联。在起动初期，因PTC热敏电阻尚未发热，阻值很低，副绕组处于通路状态，电机开始起动。随着时间的推移，电机的转速不断增加，PTC元件的温度因本身的焦耳热而上升，当超过居里点Tc（即电阻急剧增加的温度点），电阻剧增，副绕组电路相当于断开，但还有一个很小的维持电流，并有2-3瓦的损耗，使PTC元件的温度维持在居里点Tc值以上。当电机停止运行后，PTC元件温度不断下降，约2-3分钟其电阻值降到Tc点以下，这时有可以重新启动，这一时间正好是电冰箱和空调机所规定的两次开机间的停机时间。PTC起动器的优点：无触点、运行可靠、无噪无电火花，防火、防爆性能好。且耐振动、耐冲击、体积小、重量轻、价格低。7、铭牌包括：电机名称、型号、标准编号、制造厂名、出厂编号、额定电压、额定功率、额定电流、额定转速、绕组接法、绝缘等级等。、单相异步电动机的工作原理当给三相异步电动机的定子三相绕组通入三相交流电时，会形成一个旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子将获得启动转矩而自行启动。当三相异步电动机通入单相交流电时就不能产生旋转磁场。下面来分析单相异步电动机定子绕组通入单相交流电时产生的磁场情况。如下图所示为一台简单的单相异步电动机原理图，定子铁心上布置有单相定子绕组，转子为鼠笼结构。交流电流波形电流正半周产生的磁场电流负半周产生的磁场当向单相异步电动机的定子绕组中通入单相交流电后，由上图可见，当电流在正半周及负半周不断交变时，其产生的磁场大小及方向也在不断变化（按正弦规律变化），但磁场的轴线则沿纵轴方向固定不动，这样的磁场称为脉动磁场。当转子静止不动时转子导体的合成感应电动势和电流为0，合成转矩为0，因此转子没有启动转矩。故单相异步电动机如果不采取一定的措施，单相异步电动机不能自行启动，如果用一个外力使转子转动一下，则转子能沿该方向继续转动下去。