第六章控制電機學習教案

1、會計學1第六章控制第六章控制(kngzh)電機電機第一頁，共25頁。 交流伺服電動機和直流伺服電動機。交流伺服電動機和直流伺服電動機。伺服電動機分類： 伺服電動機的作用是驅(qū)動控制對象。被控對伺服電動機的作用是驅(qū)動控制對象。被控對象的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速象的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速(zhun s)受信號電壓控制，信受信號電壓控制，信號電壓的大小和極性改變時，電動機的轉(zhuǎn)動速度號電壓的大小和極性改變時，電動機的轉(zhuǎn)動速度和方向也跟著變化。和方向也跟著變化。伺服電動機的作用(zuyng)第1頁/共25頁第二頁，共25頁。l 調(diào)速范圍寬廣，轉(zhuǎn)速能隨著控制電壓的改變，在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。l 轉(zhuǎn)子的慣性小，能實現(xiàn)迅速的啟動(qd

2、ng)、停止。l 控制功率小，過載能力強，可靠性好。交流(jioli)伺服電機的特點：第2頁/共25頁第三頁，共25頁。 原理與兩相交流異步電機相同原理與兩相交流異步電機相同(xin tn)，定子上裝有兩個繞組，定子上裝有兩個繞組 勵磁繞組和控制繞組。勵磁繞組和控制繞組。勵磁繞組和控制勵磁繞組和控制(kngzh)繞組在空間相隔繞組在空間相隔90。第3頁/共25頁第四頁，共25頁。 兩相交流伺服電動機:鼠籠轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子。鼠籠轉(zhuǎn)子和三相(sn xin)鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相似，杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機的結(jié)構(gòu)如圖所示。第4頁/共25頁第五頁，共25頁。 勵磁繞組中串聯(lián)勵磁繞組中串聯(lián)(chunlin)電

3、容電容C的目的是為了產(chǎn)生的目的是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。兩相旋轉(zhuǎn)磁場。勵磁繞組的接線勵磁繞組的接線UCU1I1U放放大大器器控制繞組的接線控制繞組的接線檢檢測測元元件件控制信號控制信號2U2IU第5頁/共25頁第六頁，共25頁。 適當選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電適當選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流相位差接近流相位差接近9090，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在旋，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動(zhun dng)(zhun dng)起來。起來。 1UCU1I1U例：選擇電容，可使交流伺服電機電路中的電壓電流例：選擇電容，可使交流伺服電機電路中的電

4、壓電流(dinli)的相量關系如圖所示。的相量關系如圖所示。勵磁繞組的接線勵磁繞組的接線UCU1I1U第6頁/共25頁第七頁，共25頁。放放大大器器控制繞組的接線控制繞組的接線檢檢測測元元件件控制信號控制信號2U2IU 工作時兩個繞組中產(chǎn)生的電流工作時兩個繞組中產(chǎn)生的電流 和和 的相的相位差近位差近90，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。在旋轉(zhuǎn)磁場因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。1I2I控制電壓控制電壓 與與電源電壓電源電壓 兩兩者頻率相同，相者頻率相同，相位相同或反相。位相同或反相。2UU第7頁/共25頁第八頁，共25頁。U2= 0 時，轉(zhuǎn)子應該時，轉(zhuǎn)子應該(

5、ynggi)停止轉(zhuǎn)動。停止轉(zhuǎn)動。這時，雖然這時，雖然U2 =0VU2 =0V，U1U1仍存在，成單相運行狀態(tài)仍存在，成單相運行狀態(tài)(zhungti)(zhungti)，但和單相異步機不同。若單相電機啟動運，但和單相異步機不同。若單相電機啟動運行后，出現(xiàn)單相后仍轉(zhuǎn)。行后，出現(xiàn)單相后仍轉(zhuǎn)。 伺服電機不同，單相電壓時設備不能轉(zhuǎn)。伺服電機不同，單相電壓時設備不能轉(zhuǎn)。原因：原因：交流伺服電機交流伺服電機 R2較大。較大。第8頁/共25頁第九頁，共25頁。02 s121 ss合成轉(zhuǎn)矩s01 s22 s21 s1T起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩為零為零2T正正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反stTTOn0nR2Tst nmaxTLT單相單相(d

6、n xin)異異步電動機步電動機交流伺服電動機的交流伺服電動機的T=f(s)T=f(s)曲線（曲線（U U2 2=0=0時）時）sT210sTTT021反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)第9頁/共25頁第十頁，共25頁。 當當U2=0VU2=0V時，脈動磁場時，脈動磁場分成的正反向旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)分成的正反向旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距生的轉(zhuǎn)距T T、T T 的合的合成轉(zhuǎn)矩成轉(zhuǎn)矩 T T 與單相異步機與單相異步機不同。合成轉(zhuǎn)矩的方向與不同。合成轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，所以電機旋轉(zhuǎn)方向相反，所以電機在在U2=0VU2=0V時，能立即停止，時，能立即停止，體現(xiàn)了控制信號體現(xiàn)了控制信號(xnho)(xnho)的作用的作用( (有控

7、制電壓時轉(zhuǎn)有控制電壓時轉(zhuǎn)動，無控制電壓時不轉(zhuǎn)動，無控制電壓時不轉(zhuǎn)) )，以免失控。以免失控。交流伺服電機交流伺服電機 R2 R2設計設計(shj)(shj)得較大，得較大，使使Sm1Sm1，TstTst大，啟動迅速，穩(wěn)定運行范圍大。大，啟動迅速，穩(wěn)定運行范圍大。交流伺服電動機的交流伺服電動機的T=f(s)T=f(s)曲線（曲線（U U2 2=0=0時）時）sT210sTTT021反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)stTTOn0nR2Tst nmaxTLT第10頁/共25頁第十一頁，共25頁。交流伺服電動機的機械特性曲線交流伺服電動機的機械特性曲線( U1=const )nTU20.8 U20.6 U20.4 U

8、2Tn三種控制方法三種控制方法(fngf)：幅值控制、相位控制、幅值：幅值控制、相位控制、幅值相位控制。相位控制。幅值控制：控制電壓幅值控制：控制電壓 U2 U2 大小大小(dxio)(dxio)變化時，變化時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相應變化，轉(zhuǎn)速與電壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相應變化，轉(zhuǎn)速與電壓 U2 U2 成正比。成正比。U2 U2 的極性改變時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。的極性改變時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。第11頁/共25頁第十二頁，共25頁。 交流伺服電機的輸出功率一般為交流伺服電機的輸出功率一般為0.1-100 W，電，電源頻率分源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應用很廣泛，等多種。它的應用很廣泛，如用在自動控制如用在自動

9、控制(z dn kn zh)、溫度自動記錄、溫度自動記錄等系統(tǒng)中。等系統(tǒng)中。應用應用(yngyng)第12頁/共25頁第十三頁，共25頁。結(jié)構(gòu)：與直流電動機基本相同。為減小轉(zhuǎn)動慣量做結(jié)構(gòu)：與直流電動機基本相同。為減小轉(zhuǎn)動慣量做得細長得細長(x chn)一些。一些。工作原理：與直流電動機(dngj)相同。供電方式供電方式(fngsh)：他勵。勵磁繞組和電樞由兩個：他勵。勵磁繞組和電樞由兩個獨立電源供電：獨立電源供電：MU1IfIaU2放放大大器器UU1為勵磁電壓，為勵磁電壓，U2為電樞電壓。為電樞電壓。第13頁/共25頁第十四頁，共25頁。由機械特性可知：由機械特性可知：(1)U1（即磁通（即磁

10、通）不變時，一定的負載下，）不變時，一定的負載下，U2,n。(2)U2=0時，電機時，電機(dinj)立即停轉(zhuǎn)。立即停轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)：電樞電壓反轉(zhuǎn)：電樞電壓(diny)的極性改變，電機的極性改變，電機反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)。直流伺服電機的機械特直流伺服電機的機械特性性(txng)公式與他勵公式與他勵直流電機一樣：直流電機一樣：TKKRKUnTEaE22機械特性曲線U20.8U20.6U20.4U2nT第14頁/共25頁第十五頁，共25頁。 直流伺服電機的特性較交流伺服電機硬。經(jīng)常直流伺服電機的特性較交流伺服電機硬。經(jīng)常用在功率稍大的系統(tǒng)中，它的輸出功率一般用在功率稍大的系統(tǒng)中，它的輸出功率一般(ybn)(ybn

11、)為為1-600W1-600W。它的用途很多，如隨動系統(tǒng)中。它的用途很多，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。的位置控制等。應用(yngyng)：第15頁/共25頁第十六頁，共25頁。 力矩電動機就是一種能和負載(fzi)直接連接產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，能帶動負載(fzi)在堵轉(zhuǎn)或大大低于空載轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)的電動機。工作原理和普通伺服電動機相同，只是在結(jié)構(gòu)和外形尺寸上有所不同。為了能在相同體積和電樞(din sh)電壓的前提下，產(chǎn)生比較大的轉(zhuǎn)矩及較低的轉(zhuǎn)速，一般都做成扁平狀。力矩大、精度高、反應速度快、線性度好。調(diào)速范圍可達0.00017rmin(即4天轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn))25rmin。特點：特點：第16頁/共25頁第十七頁，共

12、25頁。 直線電動機是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換(zhunhun)為直線運動的伺服驅(qū)動元件。按工作原理來分，可分為直線異步電動機、直線直流電動機和直線同步電動機三種。直線電動機與旋轉(zhuǎn)電動機在原理基本相同。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(jigu)：第17頁/共25頁第十八頁，共25頁。第18頁/共25頁第十九頁，共25頁。 當初級的多相繞組通入多相電流后，會產(chǎn)生一個氣隙磁場，這個磁場的磁感應強度(qingd)按通電的相序順序作直線移動，該磁場稱為行波磁場。這個速度稱之為同步線速。在行波磁場切割下，次級導條將產(chǎn)生感應(gnyng)電勢相電流，所有導條的電流和氣隙磁場相互作用，產(chǎn)生切向電磁力。第19頁/共25頁第二十頁，共2

13、5頁。優(yōu)點：(1)直線電動機無需中間傳動機構(gòu)，因而使整個機構(gòu)得到簡化，提高了精度，減少了振動和噪聲。(2)響應快速。用直線電動機拖動時，由于不存在中間傳動機構(gòu)的慣量和阻力矩(l j)的影響，因而加速和減速時間短，可實現(xiàn)快速啟動和正反向運行。(3)散熱良好，額定值高，電流密度可取很大，對啟動的限制小。(4)裝配靈活性大，往往可將電動機和其他機體合成一體。缺點：直線電動機和旋轉(zhuǎn)電動機相比較，它存在著效率和功率因數(shù)低、電源功率大及低速性能差等缺點。第20頁/共25頁第二十一頁，共25頁。測速發(fā)電機是一種微型發(fā)電機，它的作用是將轉(zhuǎn)速(zhun s)變?yōu)殡妷盒盘?。在理想狀態(tài)下，測速發(fā)電機的輸出電壓可以用下式表示： 測速發(fā)電機主要有兩種用途： (1)測速發(fā)電機的輸出電壓與轉(zhuǎn)速(zhun s)成正比，因而可以用來測量轉(zhuǎn)速(zhun s)故稱為測速發(fā)電機； (2)如果以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度為參數(shù)變量，則可作為機電微分、積分器。 測速發(fā)電機廣泛用于速度和位置控制系統(tǒng)中。dtdoKKKnU第21