控制电机教案

《控制电机》教案教案2011-2012学年第1学期课程名称：控制电机课程编号：030132007学院、专业、年级：10030101~06任课教师：张大伟教师所在单位：信息学院沈阳理工大学信息学院课程简介课程编号030132007适用专业：自动化专业总学时数：32学时学分数：理论教学时数：28实验教学时数：4本课程为自动化专业必选课。主要讲述伺服电机、步进电机、自整角机、旋转变压器、永磁电机、开关磁阻电动机、低速同步电动机、直线电动机、实心转子与复合转子感应电动机的工作原理、结构及运行。通过本课程的学习使学生能熟练的掌握控制电机的工作原理、结构、运行控制及应用。为以后的工作打下良好基础。针对本课程的特点主要采用理教、实验参观和上机来完成教学环节。教学大纲课程名称：控制电机课程编号：030132007适用专业：自动化专业总学时数：32学时学分数：理论教学时数：28实验教学时数：4课程的性质、目的与任务本课程为自动化专业必选课。主要讲述伺服电机、步进电机、自整角机、旋转变压器、永磁电机、开关磁阻电动机、低速同步电动机、直线电动机、实心转子与复合转子感应电动机的工作原理、结构及运行。一、课程教学的基本要求通过本课程的学习使学生能熟练的掌握控制及特种电机的工作原理、结构、运行控制及应用。为以后的工作打下良好基础。针对本课程的特点主要采用理教、实验参观和上机来完成教学环节。基本内容绪论：主要讲述特种及控制电机概念、历史、发展及应用领域。第一章伺服电动机概述；直流伺服电机；无刷直流电动机；直流力矩电机；两相伺服电机；伺服电动机的应用举例第二章开关磁阻电动机及其控制。主要讲述开关磁阻电机结构、原理、设计及应用。开关磁阻电动机及其控制开关磁阻电动机传动系统的组成；开关磁阻电动机的工作原理。开关磁阻电动机传动系统的特点；国外发展概况和应用举例开关磁阻电动机的基本电磁关系理想化开关磁阻电动机模型的基本电磁关系；实际开关磁阻电动机的物理状态；开关磁阻电动机的数学模型开关磁阻电动机的运行状态与控制方式开关磁阻电动机的运行特性；开关磁阻电动机的起动运行。开关磁阻电动机的稳态运行；开关磁阻电动机的制动运行。开关磁阻电动机运行时的转距脉动与噪声。开关磁阻电动机的电磁设计与性能计算开关磁阻电动机的主要技术参数；开关磁阻电动机主要尺寸与转距之间的关系—输出方程；主要尺寸和主要参数的选择；开关磁阻电动机的转距计算；损耗计算；开关磁阻电动机电磁计算程序和算例。开关磁阻电动机传动系统的功率变换器、控制器及位置、电流检测器（一）功率变换器。（二）位置检测器。（三）控制器。（四）电流检测器第三章步进电机概述；反应式步进电动机的工作原理；反应式步进电动机的运行特性；驱动电源平面电机第四章直线电动机。主要讲述直线电机结构、原理、设计及应用。1、概述直线电动机的原理与分类；直线电动机的国内外发展概况。2、直线感应电动机的设计特点直线感应电动机的结构；直线感应电动机的纵向边缘效应；直线感应电动机的横向边缘效应；直线感应电动机的等效电路。直线感应电动机的电磁设计特点；直线感应电动机的电磁计算程序和算例3、直线感应电动机的应用直线感应电动机应用原则；直线感应电动机应用情况。4、直线直流电动机直线直流电动机的结构；直线直流电动机的设计特点；直线直流电动机的应用；直线直流电动机的传动控制电路第五章永磁电机主要讲述永磁电机结构、原理、设计及应用。永磁电机的主要特点和应用永磁同步发电机；高效永磁同步电动机；调速永磁同步电动机和无刷直流电动机；永磁直流电动机；永磁特种电动机永磁直流电机永磁直流电机的磁极结构；永磁直流电机磁路计算的主要系数。永磁直流电机的电枢反应；永磁直流电动机的设计特点。永磁直流测速发电机；永磁直流电动机电磁计算程序和实例永磁同步电动机永磁同步电动机的转子磁路结构；永磁同步电动机稳态性能。永磁同步电动机磁路分析与计算；永磁同步电动机的参数计算与分析；异步起动永磁同步电动机的起动过程。永磁同步电动机磁同步发电机的转子磁路结构；永磁同步发电机的运行性能第六章旋转变压器概述；正余弦旋转变压器的工作原理；线性旋转变压器；旋转变压器的误差及其改进 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ；旋转变压器的应用举例；感应移相器；多极旋转变压器和感应同步器第七章自整角机概述；力矩式自整角机的结构和运行性能；阻尼绕组；多台自整角接收机的并联使用；力矩式自整角机的应用举例；控制式自整角机的结构和运行性能；多台自整角变压器的并联使用；差动自整角机的结构和运行原理；差动自整角机的应用举例；无接触式自整角机；双通道自整角机三、课程与其它课程的联系与分工其主要先修课程为电路、电磁场、电机学、单片机原理等。电路、电磁场、电机学为本课程提供理论基础。本课程的控制部分以单片机控制为主。四、推荐教材及教学参考书教材：《控制电机及其应用》巫传专编电子工业出版社参考书：《特种电机及其控制》孙建忠主编中国水利水电出版社教案（首页）授课时间2012-2013学年第1学期教案编写时间2012年9月10日课程名称控制电机课程代码030132007学分课程性质必修课（√）选修课（）理论课（√）实验课（√）任课教师余发军职称助教授课对象自动化1001~06教材和主要参考资料教材：《控制电机及其应用》巫传专编电子工业出版社参考书：《特种电机及其控制》孙建忠主编中国水利水电出版社教学目的和教学要求本课程为电气工程及其自动化专业必选课。主要讲述伺服电机、步进电机、自整角机、旋转变压器、永磁电机、开关磁阻电动机、低速同步电动机、直线电动机、实心转子与复合转子感应电动机的工作原理、结构及运行。通过本课程的学习使学生能熟练的掌握控制及特种电机的工作原理、结构、运行控制及应用。为以后的工作打下良好基础。针对本课程的特点主要采用理教、实验参观和上机来完成教学环节。教学重点和教学难点本课程教学重点为直流伺服电机、开关磁阻电机、直线电机、步进电机等的工作原理、机构及运行。其中永磁电机、步进电机等特种电机的设计及应用为教学难点教学进程第次课授课章节学时备注10课程简介1.1直流伺服电动机原理21-221.1.1直流伺服运行控制方式21-331.2PWM调速原理及其控制21-1541.3无刷直流电动机的原理21-105实验一：直流伺服电动机控制实验2实验报告63.1步进电机原理23-1、3-473.2步进电机运行特性23-5、3-883.5步进电机控制23-139实验二：步进电机控制实验2实验报告104.1旋转变压器原理24-2、4-3114.2旋转变压器应用24-512试验三：旋转变压器控制实验2实验报告135.1力矩自整角机原理及应用25-3145.2控制自整角机原理及应用25-615习 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 课2166.1开关磁阻电机原理及运行状态26-4176.2开关磁阻电机控制方式26-9187.1直线电机原理27-3197.2直线电机应用27-420附录A信号检测与转换221附录BPID算法222总复习2教案（分教案）学时:8章节第一章直流伺服电机教学目的和教学要求1熟悉直流电动机的工作原理2熟悉电磁转矩和转矩平衡方程式3熟悉直流电动机的反电势和电压平衡方程式4掌握直流电动机的使用5熟悉直流伺服电动机及其控制方法6熟悉直流伺服电动机的稳态特性7熟悉直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态8熟悉直流伺服电动机的过渡过程教　学重点难点重点：直流电动机的工作原理和直流电动机的使用难点：直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）1.1直流电动机的工作原理直流电动机的基本结构和直流测速发电机相同，所不同的是电动机的输入为电压信号，输出为转速信号。1.2电磁转矩和转矩平衡方程式电磁力在电枢外圆的切线方向，产生的转矩为式中，l为导体在磁场中的长度，取电枢铁心长度；Bx为导体所在处的气隙磁通密度；ia为导体的电流；D为电枢直径。假设空气隙中平均磁通密度为Bp，电枢绕组总的导体数为N,则电机转子所受到的总转矩为式中，Bp用每极总磁通Φ表示，Bp=Φ/(τl),其中τ为极距，τ=πD/(2p),l为电枢铁心长；导体电流ia用电枢总电流Ia表示，ia=Ia/(2a),其中a为并联支路对数。1.2.1电磁转矩1.3直流电动机的反电势和电压平衡方程式直流电动机所产生的电磁转矩作为驱动转矩使电动机旋转。电动机轴上的转矩平衡方程式为或1.2.3发电机的电磁转矩下图是直流电机作为发电机运行的示意图。假定在外转矩T1的作用下，电机按顺时针方向旋转，此时电枢导体感应电势e的方向如图教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）所示(或⊙)。当电刷两端接上负载后，导体中便有电流ia流过，ia的方向和电势e的方向相同用⊙表示；在S极下，导体的电流方向由读者指向纸面，则用表示。根据左手定则，便可以确定电磁力F的方向，因而就可以确定电动机的旋转方向。输入转矩T1并不能全部转化成电磁转矩。直流发电机同样有机械摩擦，电枢旋转后铁心中也会产生磁滞、涡流损耗。所以，要使电机以某一速度旋转，输入转矩T1必须先克服电机本身的阻转矩T0。其转矩平衡方程式为T=T1-T0或T1=T+T01.3.1电枢绕组中的反电势因导体运动时要切割磁力线，所以导体中还产生感应电势e,其方向由右手定则确定，并用大圆内侧上的⊙或表示。由图3-3可知，感应电势的方向与电流方向相反，它有阻止电流流入电枢绕组的作用，因此电动机中的感应电势是一种反电势。虽然直流电动机感应电势的作用与直流发电机不同，但电枢导体切割磁通，产生感应电势的情形完全一样。所以电动机电刷两端感应电势Ea的公式也相同，即Ea=CeΦn式中，n为电枢转速；Φ为每极总磁通。1.3.2电动机的电压平衡方程式为了列出电压平衡方程式，需先作图以表示电动机各个电量的方向，见图3-4。由于电动机作为电源的负载，所以从电枢回路的外部来看，电动机端电压Ua和电枢电流Ia的方向一致，Ea为反电势，所以Ea与电流Ia方向相反。与直流发电机一样，电枢内阻Ra包括电枢绕组的电阻以及电刷和换向器之间的接触电阻，Ra在图中不再表示。励磁电压Uf为恒值。4直流电动机的使用1.4.1直流电动机的额定值额定功率Pn(W)、额定电压Un(Ｖ)、额定电流In(A)、额定转速nn(r/min)以及定额。1.4.2直流电动机的启动电动机从静止状态过渡到稳速运转的过程叫启动过程。对于电动机的启动性能，有以下几点要求：(1)启动时电磁转矩要大，以利于克服启动时的阻转矩，包括总阻转矩Ts和惯性转矩转矩Ts和惯性转矩教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）(2)启动时电枢电流不要太大；(3)要求电动机有较小的转动惯量和在加速过程中保持足够大的电磁转矩，以利于缩短启动时间。在启动的最初瞬间，因为转速n=0，反电势Ea=0，故电动机的端电压Ua全部降落在电枢电阻Ra上，此时的电枢电流3.4.3电动机的调速方法某些场合往往要求电动机的转速在一定范围内调节，例如电车、机床、吊车等，调速范围根据负载的要求而定。(1)改变电机端电压Ua,即改变电枢电源电压；(2)在电枢回路中串联调节电阻Rtj,(3)改变磁通Φ，即改变励磁回路的调节电阻Rfj以改变励磁电流If举例说明1.4.4改变电动机转向的方法要改变电动机的转向，必须改变电磁转矩的方向。根据左手定则可知，改变电磁转矩的方向有两种方法：(1)改变磁通的方向;(2)改变电枢电流的方向。请注意：如果磁通、电枢电流方向均变，则电磁转矩方向不变。所以要改变电动机的转向，必须单独改变电枢电流的方向或单独改变励磁电流的方向5直流伺服电动机及其控制方法当电动机负载转矩TL不变，励磁磁通Φ不变时，升高电枢电压Ua，电机的转速就升高，反之，降低电枢电压Ua,转速就下降。在Ua=0时，电机则不转。当电枢电压的极性改变时，电机就反转。因此，可以把电枢电压作为控制信号，实现电动机的转速控制。电枢电压Ua控制电动机转速变化的物理过程如下：开始时，电动机所加的电枢电压为Ua1，电动机的转速为n1，产生的反电势为Ea1电枢中的电流为Ia1，根据电压平衡方程式，则Ua1=Ea1+Ia1Ra=CeΦn1+Ia1Ra这时，电动机产生的电磁转矩T=CTΦIa1。由于电动机处于稳态，电磁转矩T和电动机轴上的总阻矩Ts相平衡，即T1=Ts。6直流伺服电动机的稳态特性1.6.1机械特性先以绪论中所述的天线控制系统中的直流电动机为例来说明什么是电动机的机械特性。设开始时天线在电动机的带动下跟踪飞机匀速旋转，7直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态为了分析控制系统的动态特性，不仅需要知道电机在过渡过程中的工作状态，而且还要进一步了解电机的转速、转矩、电流、功率等物理量在过渡过程中随时间变化的规律，教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）以及过渡过程时间和电机参数的关系。产生过渡过程的原因，主要是电机中存在两种惯性：机械惯性和电磁惯性。如上一节所述当电枢电压突然改变时，由于电机和负载有转动惯量，转速不能突变，需要有一个渐变的过程，才能达到新的稳态，因此转动惯量是造成机械过渡过程的主要因素。另外，由于电枢绕组具有电感，电枢电流也不能突变，也需要有一个过渡过程，所以电感是造成电磁过渡过程的主要因素。电磁过渡过程和机械过渡过程是相互影响的，这两种过渡过程交织在一起形成了电机总的过渡过程。但是一般来说，电磁过渡过程所需的时间要比机械过渡过程短得多。因此在许多场合，只考虑机械过渡过程，而忽略电磁过渡过程，在上一节中就是这样处理的。研究电机过渡过程的方法，是将过渡过程中的物理规律用微分方程表示出来，然后根据初始条件求解方程，找出各物理量与时间的 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 关系。下面即按照这种方法分析直流伺服电动机在电枢绕组加上阶跃电压时，转速和电流随时间增长的过程。8直流伺服电动机的过渡过程作　业练习题一、二、三、四、五技能题二、三、四主要参考资料教材：《特种电机及其控制》孙建忠主编中国水利水电出版社参考书：《控制电机及其应用》巫传专编电子工业出版社课后 自我总结 工作自我总结范文仓库保管员个人总结初二上学期总结员工试用期总结报告党员转正自我申请 分析通过本章的学习同学们需掌握直流电动机的工作原理；电磁转矩和转矩平衡方程式；直流电动机的反电势和电压平衡方程式；直流电动机的使用以及直流伺服电动机及其控制方法；直流伺服电动机的稳态特性；直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态。备注教案（分教案）学时:10章节第二章开关磁阻电动机教学目的和教学要求1、了解开关磁组电动机的传动系统2、掌握开关磁组电动机的电磁关系3、掌握开关磁组电动机的运行状态与控制4、了解开关磁组电动机的功率变换、控制器及位置、电流检测器教　学重点难点重点：开关磁组电动机的电磁关系难点：开关磁组电动机的运行状态与控制教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）2．1开关磁组电动机的传动系统开关磁阻电动机传动系统(简称SRD系统)主要由四部分组成：开关磁阻电动机、功率变换器、控制器和检测器。它们之间的关系如图3—1所示。开关磁阻电动机传动系统综合了感应电动机传动系统和直流电动机传动系统的优点，是这些传动系统的有力竞争者，其主要优点如下：1)开关磁阻电动机有较大的电机利用系数，可以是感应电动机利用系数的1.2～1.4倍。2)电动机的结构简单，转子上没有任何形式的绕组；定子上只有简单的集中绕组，端部较短，没有相间跨接线。因此，具有制造工序少、成本低、工作可靠、维修量小等特点。3)开关磁阻电动机的转矩与电流极性无关，只需要单向的电流激励。在理论上功率变换电路中每相可以只用一个开关元件，而且每个开关元件都与电动机绕组串联，不会出现像PWM逆变器那样电源有通过两个开关元件直通的危险，所以，SRD系统线路简单，可靠性高，成本低于PWM交流调速系统。4)SR电动机转子的结构形式对转速限制小。可制成高转速电动机。而且转子转动惯量小，在电流每次换相时叉可以随时改变相应转矩的大小和方向，因而系统有良好的动态响应。5)SRD系统可以通过对电流的导通、断开和幅值的控制，得到满足不同负载要求的机械特性，易于实现系统的软起动和四象限运行等功能，控制灵活。又由于SRD系统是自同步系统运行，不会像变频供电的感应电动机那样在低频时出现不稳定和产生振荡问题。6)由于SR电动机采用了独特的结构和设计方法以及相应的控制技巧，其单位出力可以与感应电动机相媲美，甚至还略占优势。SRD系统的效率和功率密度在宽广的速度和负载范围内都可维持在较高水平。2．2开关磁组电动机的电磁关系教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）一、理想线性化开关磁阻电动机模型的基本电磁关系开关磁阻电动机的电磁转矩是磁阻性质的，定、转子都是凸极结构，磁路是非线性的，加上运行时的开关性和可控性，使电动机内部的电磁关系和运行状态十分复杂，不同于常规电动机。为弄清SR电动机内部的基本电磁关系和基本特性，从简化的模型开始进行分析研究是十分必要的。分析时假设：①定子绕组的电感L与绕组电流i无关。②极尖的磁通边缘效应忽略不计。③忽略所有的功率损耗。④开关动作是瞬时完成的。⑤转子旋转角速度是常数。在上述假设条件下的电动机模型称为理想线性模型。下面各小节首先以此模型为基础进行讨论，然后给出实际关系。(一)电感与转子位置角的关系．由于开关磁阻电动机的定、转子都是凸极结构，转子与通电相定子齿极的相对位置(用转子位置角表示)不同时，电动机内的磁场分布不同，绕组电感L也随之变化。在理想线性模型中，忽略了磁通边缘效应和磁路的非线性，且认为铁心中的磁位差为零，绕组电感就等于气隙电感。2．3开关磁组电动机的运行状态与控制SR电动机运行时，主要有下列几种运行物理状态：1.起动运行状态。2.稳定运行状态。3.制动运行状态。按控制绕组通电的激励方式来分可分为：1.起动运行方式。2.斩波控制运行方式。3.角度位置控制运行方式。本节以四相8/6齿极SR电动机为例，简要说明各种运行方式的特点和控制策略。2．4开关磁组电动机的功率变换、控制器及位置、电流检测器一、功率变换器根据基本工作原理，可知功率变换器的作用有三个：起开关作用，使绕组与电源接通或断开；为绕组的储能提供回馈路径；为SR电动机提供电能量，以满足所需机械能的转换。它的输人端与电池或整流器等直流电源相连，输出端与SR电动机各相绕组相连。SRD系统的成本主要取决于功率变换器，因此合理设计功率变换器是整个SRD系统设计成败的关键。为此要求在电动机和功率变换器之间和在性能要求之间进行全面分析，找出最佳组合 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。对功率变换器的设计有如下要求：1)在电动机低速运行时，为了限制绕组电流的幅值，应能实现电流斩波控制的运行方式；2)在电动机高速运行时，能提供迅速建立绕组电流、实现角度位置控制的运行方式；3)能提供电动机各相绕组导通和断开的独立控制；4)能提供电动机实现四象限运行及为电动机在电流续流阶段提供能量反馈的路径；5)尽可能降低成本。(一)功率变换器的主电路形式三种基本的主电路原理图。所示功率变换器电路为单电源、单绕组型式，电动机的相绕组始终与两个开关元件相串联，它们一起导通或关断。教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）当两开关VT2同时导通时，电动机绕组两端电压为电源电压。电源向绕组输入电能；当两开关同时关断后，因绕组中的电流不能突变，还需要两只二极管VD构成续流电路，这时绕组两端电压为-us，这个续流过程直到绕组电流衰减到零结束。开关元件VT及二极管VD的最大反电压为us，以及接通、断开时的电压突变，元件的电压定额应为2us。。这种电路主要优点是开关元件的电压容量要求较低，缺点是开关元件数目多。在高压和大功率场合应用时，优点尤为明显。图3-35b所示功率变换器主电路中，每相仅有一只开关元件VT和一个续流二极管VD，但电动机必须是双绕组结构的单电源双绕组形式，它要求每相的次级绕组和初级绕组完全耦合(一般采用双股并绕)。当开关VT导通时，电源通过开关VT向初级绕组输入电能；当VT关断，通过次级绕组和二极管VD流通的感应电流向电源回馈：由图3-35b可看出，回馈续流时，开关元件VT的电压为2us,元件的电压定额应为4us。这种电路的缺点是电动机与功率变换器之间的连线较多，电动机绕组利用率降低，优点是开关元件比图3-35a减少了一半。图3-35c表示由裂相电源供电的电路，每相只有一个开关元_件和一个续流二极管。这种电路的相数应为偶数，以便使上下两个电源工作对称。当上臂导通时，电流经VT、绕组l和电源us流通，加到绕组1上的电压是上半部的us。；当VT1关断后，绕组1中的电流经过下半部电源us和二极管VD1流通，这时加在绕组l两端的电压为一us。在这种电路中,元件正常工作的最大反压为2us,由于通断时的电压突变，主开关元件的电压定额应为4us。作　业练习三、四、八技能题一、二主要参考资料教材：《特种电机及其控制》孙建忠主编中国水利水电出版社参考书：《控制电机及其应用》巫传专编电子工业出版社课后自我总结分析通过本章的学习了解开关磁组电动机的传动系统掌握开关磁组电动机的电磁关系；掌握开关磁组电动机的运行状态与控制；了解开关磁组电动机的功率变换、控制器及位置、电流检测器。为今后使用开关磁组电机打下一个良好基础。备注教案（分教案）学时:10章节第三章步进电动机教学目的和教学要求反应式步进电动机的工作原理和基本特点步进电动机的矩角特性和静态转矩步进电动机的单步运行状态步进电动机的连续脉冲运行和动特性电源及分配方式对电机性能的影响步进电动机主要性能指标其它类型的步进电动机教　学重点难点重点：步进电动机的矩角特性和静态转矩难点：步进电动机的连续脉冲运行和动特性教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）3.1反应式步进电动机的工作原理和基本特点反应式步进电动机的工作原理与反应式同步电动机一样，也是利用凸极转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的反应转矩而转动的。一、基本特点根据上述的工作原理可以归纳步进电动机基本特点如下：(1)步进电动机工作时，每相绕组由专门驱动电源通过“环形分配器”按一定规律轮流通电。例如一个按三相双三拍运行的环形分配器输入是一路，输出有A、B、C三路。若开始是A、B这两路有电压，输入一个控制电脉冲后，就变成B、C这两路有电压，再输入一个电脉冲，则变成C、A这两路有电压，再输入一个电脉冲，又变成A、B这两路有电压了。环形分配器输出的各路脉冲电压信号，经过各自的放大器放大后送入步进电动机的各相绕组，使步进电动机一步步转动。图11-10表示三相步进电动机控制方框图，图11-11表示三相双三拍运行时控制电脉冲及各相控制电压随时间变化的波形图。(2)每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角，用符号θb表示。从上面分析可见，当电机按四相单四拍运行，即按A-B-C-D-A……顺序通电时，若开始是A相通电，转子齿轴线与A相磁极的齿轴线对齐；换接一次绕组，转子转过的角度为1/4齿距角；转子需要走4步，才转过一个齿距角；此时转子齿轴线又重新与A相磁极的齿轴线对齐。当电机在四相八拍运行，即按A-AB-B-BC-C-CD-D-DA……顺序通电时，换接一次绕组，转子转过的角度为1/8齿距角；转子需要走8步才转过一个齿距角。由于转子相邻两齿间的夹角，即齿距角为(式中，ZR为转子齿数)，所以转子每步转过的空间角度(机械角度)，即步距角为教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）式中，N为运行拍数，N=km(k=1,2；m为相数)。(3)反应式步进电动机可以按特定指令进行角度控制，也可以进行速度控制。角度控制时，每输入一个脉冲，定子绕组就换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉冲数一致，输出轴转动的角位移量与输入脉冲数成正比。速度控制时，送入步进电动机的是连续脉冲，各相绕组不断地轮流通电，步进电机连续运转，它的转速与脉冲频率成正比。由式(11-1)可见，每输入一个脉冲，转子转过的角度是整个圆周角的1/(ZRN)，也就是转过1/(ZRN)转，因此每分钟转子所转过的圆周数，即转速为式中，f为控制脉冲的频率，即每秒输入的脉冲数。(4)步进电机具有自锁能力。当控制电脉冲停止输入，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时，电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上。这样，步进电动机可以实现停车时转子定位。综上所述，由于步进电动机工作时的步数或转速既不受电压波动和负载变化的影响(在允许负载范围内)，也不受环境条件(温度、压力、冲击、振动等)变化的影响，只与控制脉冲同步，同时它又能按照控制的要求，实现启动、停止、反转或改变转速。因此，步进电动机被广泛地应用于各种数字控制系统中。3.2步进电动机的矩角特性和静态转矩当控制脉冲不断送入，各相绕组按照一定程序轮流通电时，步进电动机转子就一步步地转动。当控制脉冲停止时，如果某些相绕组仍通入恒定不变的电流(可称为直通电流)，那末转子将固定于某一位置上保持不动，称为静止状态。静止状态时，即使有一个小的扰动，使转子偏离此位置，磁拉力也能把转子拉回来。对于多相步进电动机，定子控制绕组可以是一相通电，也可以是几相同时通电，下面分别进行讨论。一、单相通电时单相通电时，通电相极下的齿产生转矩，这些齿与转子齿的相对位置及所产生的转矩都是相同的，故可以用一对定、转子齿的相对位置来表示转子位置，电机总的转矩等于通电相极下各个定子齿所产生的转矩之和。二、多相通电时一般来说，多相通电时的矩角特性和最大静态转矩Tjmax与单相通电时不同。按照叠加原理，多相通电时的矩角特性近似地可以由每相各自通电时的矩角特性叠加起来求出。先以三相步进电机为例。三相步进电动机可以单相通电，也可以两相同时通电，下面推导三相步进电动机当两相通电时(如A、B两相)的矩角特性。如果转子失调角θe是指A相定子齿轴线与转子齿轴线之间的夹角，那末A相通电时的矩角特性是一条通过0点的正弦曲线(假定矩角特性可近似地看作正弦形)，可以用下式表示：TA=-Tjmaxsinθe3.3步进电动机的单步运行状态单步运行状态是指步进电动机在单相或多相通电状态下，仅改变一次通电状态时的运行方式，或输入脉冲频率非常之低，以至加第二脉冲之前，前一步已经走完，转子运行已经停止的运行状态。下面用矩角特性说明这种运行状态。一、步进电机的单步运行和最大负载能力仍以三相步进电机为例。假设矩角特性为正弦形，失调角θe是A相定子齿轴线与转子齿轴线之间的夹角，A相通电时的矩角特性如图11-20曲线A所示。教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）二、单步运行时转子振荡现象以上的分析认为当绕组切换时转子是单调地趋向新的平衡位置，但实际情况并非如此，可用下图说明。如果开始时A相通电，转子处于失调角为θe=0的位置。当绕组换接使B相通电时，这时B相定子齿轴线与转子齿轴线错开θbe角，矩角特性向前移动了一个步矩角θbe，转子在电磁转矩作用下由a点向新的平衡位置θe=θbe的b点(即B相定子齿轴线和转子齿轴线重合)的位置作步进运动。到达b点位置时，转矩就为0，但转速不为0。由于惯性作用，转子要越过平衡位置继续运动。3.4步进电动机的连续脉冲运行和动特性一、运行矩频特性步进电动机作单步运行时的最大允许负载转矩为Tq，但当控制脉冲频率逐步增加，电机转速逐步升高时，步进电动机所能带动的最大负载转矩值将逐步下降。这就是说，电机连续转动时所产生的最大输出转矩T是随着脉冲频率f的升高而减少的。T与f两者间的关系曲线称为步进电动机运行矩频特性，它是一条下降曲线。当输入脉冲频率比较低时，每相绕组通电和断电的周期T比较长，电流i的波形接近于理想的矩形波，如图11-29(a)所示。这时，通电时间内电流的平均值较大；当频率升高后，周期T缩短，电流i的波形就和理想的矩形波有较大的差别，如图11-29(b)；当频率进一步升高，周期T进一步缩短时，电流i的波形将接近于三角形波，幅值也降低，因而电流的平均值大大减小，如图11-29(c)。由式(11-10)可看出，转矩近似地与电流平方成正比。这样，频率越高，绕组中的平均电流越小，电机产生的平均转矩大大下降，负载能力也就大大下降了。二、静稳定区和动稳定区用矩角特性研究问题时，引入稳定区的概念有一定的帮助。当转子处于静止状态时，矩角特性如图11-30曲线n所示。若转子上没有任何强制作用，则稳定平衡点是坐标原点o。如果在外力矩作用下使转子离开平衡点，那末只要失调角在-π＜θe＜+π范围内，去掉外力矩后，在电磁转矩作用下转子仍能回到平衡位置0点；如果不满足这样的条件，即θe＞+π或θe＜-π时，转子就趋向前一齿或后一齿的平衡点运动，而离开了正确的平衡点θe=0，所以-π＜θe＜+π区域称作静稳定区。三、不同频率下的连续稳定运行和运行频率步进电动机在极低频率下运行时，运行情况为连续的单步运动。此时，控制脉冲的频率f较低，因而周期T较长，在控制脉冲作用下，转子将从θe=0处一步一步连续地向新的平衡位置转动。在前面讨论单步运动时已经知道，在有阻尼的情况下，此过程乃是一个衰减的振荡过程，最后趋向于新的平衡位置。当控制脉冲频率等于1/k转子振荡频率时，如果阻尼作用不强，即使电机不发生低频失步，也会产生强烈振动，这就是步进电机低频共振现象。图11-34就是表示转子振荡两次，而在第二次回摆时下一个脉冲到来的转子运动规律。可见，转子具有明显的振荡特性。共振时，电机就会出现强烈振动，甚至失步而无法工作，所以一般不容许电机在共振频率下运行。但是如果采用较多拍数，再加上一定的阻尼和干摩擦负载，电机振动的振教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）幅可以减小，并能稳定运行。为了削弱低频共振，很多电机专门设置了阻尼器，依靠阻尼器消耗振动的能量，限制振动的振幅。四、步进电机启动过程和启动频率(突跳频率)若步进电机原来静止于某一相的平衡位置上，当一定频率的控制脉冲送入时电机就开始转动，但其转速不是一下子就能达到稳定数值的，有一暂态过程，这就是启动过程。在一定负载转矩下，电机正常启动时(不丢步、不失步)所能加的最高控制频率称为启动频率或突跳频率，这也是衡量步进电机快速性能的重要技术指标。启动频率要比连续运行频率低得多。3.5电源及分配方式对电机性能的影响一、驱动电源对性能的影响如前所述，步进电动机是由专门的驱动电源供电的，驱动电源和步进电动机是一个有机整体，步进电动机的运行性能是电动机及其驱动电源二者配合的综合表现。驱动电源的基本部分包括变频信号源、脉冲分配器和脉冲功率放大器，如图所示。1）单一电压型电源2）高低压切换型电源高低压切换型电源的原理线路如图11-39所示。图中当分配器输出端出现控制信号Uka，要求绕组通电时，三极管V1、V2的基极都有信号电压输入，使V1和V2导通，于是，在高压电源作用下(这时，二极管V3两端承受的是反向电压，处于截止状态，可使低压电源不对绕组作用)绕组电流迅速上升，电流前沿很陡。当电流达到或稍微超过额定稳态电流时(对应于时间t0)，利用定时电路或电流检测反馈等措施使V1基极上信号电压消失。于是V1截止，而V2仍然导通。因此绕组电流立即转而由低压电源经过二极管V3供给。低压电源的电压值应使绕组中的电流限制在额定稳态电流Iwy值。3）其它型式的驱动电源除了上述两种常用的驱动电源外，目前国内外还试制了其它新型的驱动电源线路，如带有多次电流检测的高低压驱动电源，单电压斩波恒流型驱动电源，细分电路等。带有多次电流检测的高低压驱动电源可以消除绕组电流波顶部下凹的现象。这种电流波形下凹(如图11-41所示)，在步进电机运行过程中是经常遇见的，这主要是由于电机的旋转电势(电机转动时，由于磁导变化在绕组中所产生的电势)、相间互感等原因所造成的。二、分配方式对性能的影响分配方式对输出转矩也有很大影响。一般来说，同时通电的相数越多，转矩下降较少。例如，三相电机中三相双三拍及三相六拍分配方式的转矩都比三相单三拍的高。这是因为在绕组换接过程中，如AB→BC时，只是A相电流切断，C相电流导通；它们都是按指数曲线规律变化的，但B相电流在换接过程中仍保持稳态电流值不变，它对维持转矩不变起了较大作用。显然，同时通电的相数越多，维持电流不变的相数也越多，转矩就越高。另外，由于双拍制分配方式的步距角比单拍制减少一半，所以当电机产生的角加速度dω/dt及要克服的惯性矩Jdω/dt相同时，双拍制的控制频率比单拍制的可增加一倍。可见，采用双拍制分配方式对提高启动和连续运行频率是明显有利的。3.6步进电动机主要性能指标一、最大静转矩Tjmax最大静转矩是指步进电动机在规定的通电相数下矩角特性上的转矩最大值。绕组电流越大，最大静转矩也越大，如图11-46所示。通常技术数据中所规定的最大静转矩是指每相绕组通上额定电流时所得的值。一般说来，最大静转矩较大的电机，可以带动较大的负载。教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）二、步距角θb每输入一个电脉冲信号时转子转过的角度称为步距角。步距角大小会直接影响步进电动机的启动和运行频率。外型尺寸相同的电机，步距角小的往往启动及运行频率比较高，但转速和输出功率不一定高。步进电动机驱动对象多是直线运动，需加装如滚珠丝杠等机械装置将旋转变为直线运动。此时，步距角θb可根据系统要求的脉冲当量(每一脉冲步进电动机带动负载移动的直线位移量)和丝杠螺距由下式确定：式中，δp为脉冲当量(mm)；t为丝杠螺距(mm)；i为传动比三、静态步距角误差Δθb静态步距角误差即实际的步距角与理论的步距角之间的差值，通常用理论步距角的百分数或绝对值来衡量。静态步距角误差小，表示电机精度高。Δθb通常是在空载情况下测量的。四、启动频率fq和启动矩频特性启动频率又称突跳频率，是指步进电动机能够不失步启动的最高脉冲频率，是步进电动机的一项重要指标。产品目录上一般都有空载启动频率的数据。但在实际使用时，步进电动机大都要在带负载的情况下启动。这时，负载启动频率是一个重要指标。负载启动频率与负载转矩及惯量的大小有关。负载惯量一定，负载转矩增加，或负载转矩一定，负载惯量增加都会使启动频率下降。在一定的负载惯量下，启动频率随负载转矩变化的特性称为启动矩频特性，通常以表格或曲线形式给出。五、运行频率fy和运行矩频特性步进电动机启动后，控制脉冲频率连续上升而维持不失步的最高频率，称为运行频率。通常给出的也是空载情况下的运行频率。当电机带着一定负载运行时，运行频率与负载转矩大小有关，两者的关系称为运行矩频特性，在技术数据中通常也是以表格或曲线形式表示。提高运行频率对于提高生产率和系统的快速性具有很大的实际意义。由于运行频率比启动频率要高得多，所以使用时常通过自动升、降频控制线路先在低频(不大于启动频率)下使电机启动，然后逐渐升频到工作频率使电机处于连续运行。升频时间一般不大于1s。另外必须注意，步进电动机的启动频率、运行频率及其矩频特性都与电源型式有密切关系。使用时首先必须了解给出的性能指标是在怎样型式的电源下测定的。一般使用高低压切换型电源，其性能指标较高；如使用时改为单一电压型电源，则性能指标要作相应降低六、额定电流电机不动时每相绕组容许通过的电流定为额定电流。当电机运转时，每相绕组通的是脉冲电流，电流表指示的读数为脉冲电流平均值，并非为额定电流(此值比额定电流低)。绕组电流太大，电机温升会超过容许值。作　业练习题一、三、四、五、六、七、八、十主要参考资料教材：《特种电机及其控制》孙建忠主编中国水利水电出版社参考书：《控制电机及其应用》巫传专编电子工业出版社课后自我总结分析这种电机可以像反应式步进电动机那样做成小步距角，并有较高的启动频率，同时它又具有控制功率小的优点(这点对于航空设备来说特别重要)。备注教案（分教案）学时:6章节第四章直线电动机教学目的和教学要求1．熟练掌握直线感应电动机2．了解直线直流电动机3．了解直线和平面步进电动机教　学重点难点重点：直线感应电动机工作原理难点：直线直流电动机教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）4.1直线电动机概述1．直线电机的特点：与旋转电机传动相比，直线电机传动主要具有下列优点：（1）直线电机由于不需要中间传动机械，因而使整个机械得到简化，提高了精度，减少了振动和噪音；(2)快速响应：用直线电机驱动时，由于不存在中间传动机构的惯量和阻力矩的影响，因而加速和减速时间短，可实现快速启动和正反向运行；(3)仪表用的直线电机，可以省去电刷和换向器等易损零件，提高可靠性，延长使用寿命；(4)直线电机由于散热面积大，容易冷却，所以允许较高的电磁负荷，可提高电机的容量定额；(5)装配灵活性大，往往可将电机和其它机件合成一体。2．直线电机的分类直线电机有多种型式，原则上对于每一种旋转电机都有其相应的直线电机。一般，按照工作原理来区分，可分为直线感应电机、直线直流电机和直线同步电机(包括直线步进电机)三种。在伺服系统中，和传统元件相应，也可制成直线运动形式的信号和执行元件。4．2直线感应电动机4.2.1主要类型和结构直线感应电机主要有两种型式，即平板型和管型。平板型电机可以看作是由普通的旋转感应(异步)电动机直接演变而来的。图4-1(a)表示一台旋转的感应电动机，设想将它沿径向剖开，并将定、转子圆周展成直线，如图4-1(b)，这就得到了最简单的平板型直线感应电机。4.2.2工作原理由上所述，直线电机是由旋转电机演变而来的，因而当初级的多相绕组中通入多相电流后，也会产生一个气隙基波磁场，但是这个磁场的磁通密度波Bδ是直线移动的，故称为行波磁场，如图4-7所示。显然行波的移动速度与旋转磁场在定子内圆表面上的线速度是一样的，即为vs，称为同步速度，且vs=2fτcm/s(4-1)式中，τ为极距(cm)，f为电源频率(Hz)。在行波磁场切割下，次级导条将产生感应电势和电流，所有导条的电流和气隙磁场相互作用，便产生切向电磁力。如果初级是固定不动的，那末次级就顺着行波磁场运动的方向作直线运动。若次级移动的速度用v表示，则滑差率教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）表明直线感应电动机的速度与电机极距及电源频率成正比，因此改变极距或电源频率都可改变电机的速度。与旋转电机一样，改变直线电机初级绕组的通电相序，可改变电机运动的方向，因而可使直线电机作往复直线运动。直线电机的其它特性，如机械特性、调节特性等都与交流伺服电动机相似，通常也是靠改变电源电压或频率来实现对速度的连续调节，这些不再重复说明。4.3直线电动机直线直流电机主要有两种类型：永磁式和电磁式。前者多用在功率较小的自动记录仪表中，如记录仪中笔的纵横走向的驱动，摄影机中快门和光圈的操作机构，电表试验中探测头，电梯门控制器的驱动等，而后者则用在驱动功率较大的机构。4.3.1永磁式随着高性能永磁材料的出现，各种永磁直线直流电机相继出现。由于它具有结构简单，无旋转部件，无电刷，速度易控，反应速度快，体积小等优点，在自动控制仪器仪表中被广泛的采用。图4-8表示框架式永磁直线电机的3种结构型式，它们都是利用载流线圈与永久磁场间产生的电磁力工作的。图4-8(a)采用的是强磁铁结构，磁铁产生的磁通经过很小的气隙被框架软铁所闭合，气隙中的磁场强度分布很均匀。4.3.2电磁式当功率较大时，上述直线电机中的永久磁钢所产生的磁通可改为由绕组通入直流电励磁所产生，这就成为电磁式直线直流电机。图4-10表示这种电机的典型结构，其中图(a)是单极电机；图(b)是两极电机。此外，还可做成多极电机。由图可见，当环形励磁绕组通上电流时，便产生了磁通，它经过电枢铁心、气隙、极靴端板和外壳形成闭合回路，如图中虚线所示。电枢绕组是在管形电枢铁心的外表面上用漆包线绕制而成的。对于两极电机，电枢绕组应绕成两半，两半绕组绕向相反，串联后接到低压电源上。当电枢绕组通入电流后，载流导体与气隙磁通的径向分量相互作用，在每极上便产生轴向推力。若电枢被固定不动，磁极就沿着轴线方向作往复直线运动(图示的情况)。当把这种电机应用于短行程和低速移动的场合时，可省掉滑动的电刷；但若行程很长，为了提高效率，应与永磁式直线电机一样，在磁极端面上装上电刷，使电流只在电枢绕组的工作段流过。作　业练习题一、二、四技能题二主要参考资料教材：《特种电机及其控制》孙建忠主编中国水利水电出版社参考书：《控制电机及其应用》巫传专编电子工业出版社课后自我总结分析通过本章的学习熟练掌握直线感应电动机结构、原理与应用；了解直线直流电动机；了解直线和平面步进电动机原理与应用。备注教案（分教案）学时:4章节第五章永磁电机教学目的和教学要求1、了解永磁电机的主要特点和应用2、掌握永磁直流电机、永磁同步电机的原理3、掌握永磁直流电动机的设计教　学重点难点重点：永磁直流电机、永磁同步电机的原理难点：永磁直流电动机的设计教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）5.1永磁电机的主要特点和应用与传统的电励磁电机相比，永磁电机，特别是稀土永磁电机具有结构简单,运行可靠，体积小，质量轻，损耗少，效率高，电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，因而应用范围极为广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。下面介绍几种典型永磁电机的主要特点及其主要应用场合一、永磁同步发电机永磁同步发电机制成后因难以调节磁场以控制其输出电压和功率因数，从而限制了它的应用范围。二、高效永磁同步电动机永磁同步电动机与感应电动机相比，不需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数(可达到1甚至容性)；可以减少定子电流和定子电阻损三、调速永磁同步电动机和无刷直流电动机与永磁同步发电机一样，永磁同步电动机制成后也难以调节磁场以控制其功率因数和无功功率，因而需要从其他方面采取措施。四、调速永磁同步电动机和无刷直流电动机在交流电动机中，永磁同步电动机的转速在稳定运行时与电源频率保持固定的关系，这一固有特性使得它可直接用于开环的变频调速系统，尤其适用于由同一变频电源供电的多台电机要求准确同步的传动系统中，可以简化控制系统，还可以实现无刷运行，而且较高的效率和功率因数可以减小价格昂贵的配套变频电源的容量，因而在各种调速系统中的应用越来越广泛。这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不设置起动绕组。五、永磁直流电动机直流电动机采用永磁励磁后，既保留了电励磁直流电动机的良好的调速特性和机械特性，还因省去了励磁绕组和励磁损耗而具有结构工艺简单、体积小、效率高等特点。六、永磁特种电机永磁直流电机种类很多，分类方法也多种多样。一般按用途可分为永磁直流发电机和永磁直流电动机。永磁直流发电机目前主要用作测速发电机。永磁直流电动机又分为控制用和传动用。按运动方式和结构特点又可分为直线式和旋转式，其中旋转式包括有糟结构和无槽结构。有槽结构包括普通永磁直流电机和永磁直流力矩电动机，无槽结构包括有铁心的无电枢永磁直流电机和无铁心的空心杯电枢永磁直流电机、印制绕组永磁直流电机及线绕盘式电枢永磁直流电机。本节以普通永磁直流电机为典型进行分析讨论，其主要内容可推广应用于其他结构的永磁直流电机。5.2永磁直流电机永磁直流测速发电机的设计方法与普通小型直流发电机基本相同，但其着重点在于降低输出特性的线性偏差和纹波系数：主要措施有：1)选用温度系数和回复磁导率都小的永磁材料。早期大多采用铝镍钴永磁，近年来纷纷改用低温度系数的钕铁硼永磁。对永磁体要进行老化和稳磁处理。2)转子齿部应设计在接近饱和处，以提高磁的稳定性；减弱磁通的脉振。3)选取较小的电负荷，并适当增大气隙长度以减弱电枢反应的去磁作用和降低齿谐波的影响。4)选用接触压降小的电刷，例如铜一石墨电刷’以缩小不灵敏区。电刷宽度要小，以缩小换向区域，改善换向。5)减小换向区的气隙磁通密度，以削弱换向电动势，降低纹波系数。教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）6)一般采用单波绕组，有利于减弱磁的不平衡。同时；电枢绕组电阻要小。7)在工艺允许的情况下，宜选取较多的槽，降低电压脉动幅值。一般采用奇数槽，同时还使极弧长度为齿距的整数倍，以降低磁通的纵向脉动。采用斜槽以减小磁阻变化，有利于削弱齿槽效应的影响。最后需要指出的是，所选用的材料性能和加工工艺的保证，尤为重要，如气隙不均匀、电枢偏心、电枢冲片尺寸超差等，均会引起较大的电压脉动。5.3永磁同步电动机永磁同步电动机分类方法比较多。按工作主磁场方向的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式。按电枢绕组位置的不同，可分为内转子式(常规式)和外转子式。按转子上有无起动绕组分，可分为无起动绕组的电动机(常称为调速永磁同步电动机)和有起动绕组的电动机(常称为异步起动永磁同步电动机)。按供电电流波形的不同，可分为矩形波永磁同步电动机和正弦波永磁同步电动机(简称为永磁同步电动机)。异步起动永磁同步电动机用于频率可调的传动系统时，形成一台具有阻尼(起动)绕组的调速永磁同步电动机。永磁同步电动机的转子磁路结构按照永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电动机的转子磁路结构一般可分为三种：表面式、内置式和爪极式。5.4永磁同步发电机根据机电能量转换原理，永磁同步电动机都可以作为永磁同步发电机运行。但由于发电机和电动机两种运行状态下对电机的性能要求不同，它们的磁路结构和运行性能计算既有相似之处，又有许多特点。本节分别对这些特点进行分析和讨论。作　业练习题三、四技能题一主要参考资料教材：《特种电机及其控制》孙建忠主编中国水利水电出版社参考书：《控制电机及其应用》巫传专编电子工业出版社课后自我总结分析通过本章的学习掌握了解永磁电机的主要特点和应用；掌握永磁直流电机、永磁同步电机的原理；掌握永磁直流电动机的设计备注教案（分教案）学时:4章节第六章旋转变压器教学目的和教学要求1了解旋转变压器的类型和用途2了解旋转变压器的结构特点3掌握正余弦旋转变压器的工作原理4掌握线性旋转变压器5熟悉旋转变压器的典型应用教　学重点难点重点：余弦旋转变压器的工作原理难点：线性旋转变压器教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）1旋转变压器的类型和用途若按电机极对数的多少来分,可将旋转变压器分为单极对和多极对两种。采用多极对是为了提高系统的精度。若按有无电刷与滑环间的滑动接触来分类,旋转变压器可分为接触式和无接触式两大类。2旋转变压器的结构特点旋转变压器的典型结构与一般绕线式异步电动机相似。它由定子和转子两大部分组成,每一大部分又有自己的电磁部分和机械部分3正余弦旋转变压器的工作原理与变压器类似,可忽略定子励磁绕组的电阻和漏电抗,则ED=Us1,空载时转子输出绕组电势等于电压UR1=kuUs1cosθ，UR2=-kuUs1sinθ二、负载后输出特性的畸变旋转变压器在运行时总要接上一定的负载,如图中Z3、Z4输出绕组接入负载阻抗ZL。由实验得出,旋转变压器的输出电压随转角的变化已偏离正弦关系,空载和负载时输出特性曲线的对比如图6-4所示。如果负载电流越大,两曲线的差别也越大。这种输出特性偏离理论上的正余弦规律的现象被称为输出特性的畸变。但是,这种畸变必须加以消除,以减少系统误差和提高精确度三、副边补偿的正余弦旋转变压器副边补偿的正余弦旋转变压器实质上就是副边对称的正余弦旋转变压器四、原边补偿的正余弦旋转变压器用原边补偿的方法也可以消除交轴磁通的影响。接线图如图6-6所示,此时定子D1-D2励磁绕组接通交流电压,定子交轴绕组D3-D4端接阻抗Z;转子Z3-Z4正弦绕组接负载ZL,并在其中输出正弦规律的信号电压;Z1-Z2绕组开路。五、原、副边都补偿的正余弦旋转变压器原边和副边都补偿时的正余弦旋转变压器如图所示,此时其四个绕组全部用上,转子两个绕组接有外接阻抗ZL和Z′,允许ZL