常用控制電機(jī)（課堂PPT）

1、下一頁(yè) 4.1 伺服電動(dòng)機(jī) 4.2 測(cè)速發(fā)電機(jī) 4.3 步進(jìn)電機(jī)上一頁(yè) 下一頁(yè) 控制電機(jī)是在普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的具有特殊用途的小功率電機(jī)，也稱特種電機(jī)，控制電機(jī)的種類很多，按電流分類，可分為直流和交流兩種；按用途分類，直流控制電機(jī)又可分為直流伺服電動(dòng)機(jī)、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和直流力矩電動(dòng)機(jī)等上一頁(yè) 下一頁(yè)返回伺服電動(dòng)機(jī)亦稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，它用于把輸入的電壓信號(hào)變換成電動(dòng)機(jī)軸的角位移或者轉(zhuǎn)速輸出。 它具有一種服從控制信號(hào)的要求而動(dòng)作的職能，在信號(hào)來(lái)到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)；信號(hào)來(lái)到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)信號(hào)消失，轉(zhuǎn)子立刻自行停轉(zhuǎn)。 上一頁(yè) 下一頁(yè)返回4.1.1 直流伺服電動(dòng)機(jī)1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理 普通

2、直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與小型普通直流電動(dòng)機(jī)基本相同，分為永磁式和他勵(lì)式兩種，其實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)。與普通直流電動(dòng)機(jī)相比，直流伺服電動(dòng)機(jī)有以下特點(diǎn)：氣隙小，磁路不飽；電樞電阻大，機(jī)械特性為軟特性；電樞細(xì)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。2控制方式 直流伺服電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別裝在定子和轉(zhuǎn)子上，直流伺服電動(dòng)機(jī)有電樞控制和磁場(chǎng)控制兩種控制方式。 圖4-1 直流伺服電動(dòng)機(jī)原理圖 圖4-2 電樞控制原理 上一頁(yè) 下一頁(yè)返回3運(yùn)行特性 下面以電樞控制方式為例，簡(jiǎn)要分析其主要的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性，以便正確使用直流伺服電動(dòng)機(jī)。 1）機(jī)械特性：機(jī)械特性是指控制電壓恒定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系 MMN

3、TeaNeCTnTCCRCUn02 2）調(diào)節(jié)特性：調(diào)節(jié)特性是指電磁轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與控制電壓之間的關(guān)系 aeaeCICRCUn圖4-3 電樞控制特性a）機(jī)械特性 b）調(diào)節(jié)特性上一頁(yè) 下一頁(yè)返回4.1.2 交流伺服電動(dòng)機(jī)1基本結(jié)構(gòu)交流伺服電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上為兩相異步電動(dòng)機(jī)，其定子上有空間相差90電角度的兩相繞組。 圖4-4 杯形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)1端蓋 2機(jī)殼 3內(nèi)定子4外定子 5定子繞組 6杯形轉(zhuǎn)子常用的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：高電阻籠型轉(zhuǎn)子和非磁性空心杯轉(zhuǎn)子。 上一頁(yè) 下一頁(yè)返回2工作原理 交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與單相異步電動(dòng)機(jī)相似，其原理如圖4-5所示。 圖4-5 交流伺服電動(dòng)機(jī)原理 3控制方法

4、伺服電動(dòng)機(jī)不僅須具有起動(dòng)和停止的伺服性，而且還須具有轉(zhuǎn)速的大小和方向的可控性。 1）幅值控制 2）相位控制 3）幅一相控制 上一頁(yè) 下一頁(yè)返回測(cè)速發(fā)電機(jī)在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速，即把機(jī)械轉(zhuǎn)速信號(hào)變換成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，反饋到控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和控制。測(cè)速發(fā)電機(jī)有直流和交流兩大類。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回 1基本結(jié)構(gòu)及工作原理 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與普通小型直流發(fā)電機(jī)相同。按勵(lì)磁方式可分為永磁式和他勵(lì)式兩種。 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理與一般直流發(fā)電機(jī)相同，圖4-6所示為他勵(lì)測(cè)速發(fā)電機(jī)的原理圖。勵(lì)磁繞組中流過(guò)直流電流時(shí)，產(chǎn)生沿空間分布的恒定磁場(chǎng)，電樞由被測(cè)機(jī)械拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以恒定速度切割磁

5、場(chǎng)，在電樞繞組中感生電動(dòng)勢(shì)。圖4-6 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理圖上一頁(yè) 下一頁(yè)返回 2輸出特性 輸出特性表征電樞電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系，即Ua=f（n）。它是測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要特性之一。 3誤差 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓U與轉(zhuǎn)速n成線性關(guān)系的條件是、Ra、和RL保持不變。實(shí)際上，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，周圍環(huán)境溫度的變化、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)有負(fù)載時(shí)電樞反應(yīng)圖4-7 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性的去磁作用、電刷與換向器接觸電阻的變化都將在輸出特性上引起線性誤差 。 圖4-7 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性a) 理想特性 b) 實(shí)際特性上一頁(yè)下一頁(yè)返回 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)又分為同步機(jī)和異步機(jī)兩種。同步測(cè)速發(fā)電機(jī)，由于輸

6、出電壓頻率隨轉(zhuǎn)速而改變，不適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)，通常交流測(cè)速發(fā)電機(jī)就是指異步測(cè)速發(fā)電機(jī)。本節(jié)介紹應(yīng)用日益廣泛的空心杯轉(zhuǎn)子交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)。 1基本結(jié)構(gòu) 異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與普通異步電動(dòng)機(jī)相似。定子上安裝兩對(duì)稱繞組，轉(zhuǎn)子為籠形或杯形兩種結(jié)構(gòu)。相比之下，籠形轉(zhuǎn)子的慣性大、特性較差。因此，對(duì)精度要求較高的控制系統(tǒng)多采用杯形轉(zhuǎn)子?？招谋D(zhuǎn)子交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相同，見圖4-4。定子上有兩相互相垂直的繞組，其中一相為勵(lì)磁繞組，另一相為輸出繞組。轉(zhuǎn)子為空心杯結(jié)構(gòu)，用高電阻率的硅錳青銅或鋁鋅青銅制成，是非磁性材料，壁厚0.20.3mm。杯子里還有一個(gè)內(nèi)定子，目的是減小磁路

7、的磁阻。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回 2基本原理 空心杯形轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理如圖4-8所示。圖中，勵(lì)磁繞組的軸線為d軸，輸出繞組的軸線為q軸。工作時(shí)，勵(lì)磁繞組接單相交流電源，頻率為f，d軸方向的脈振磁通為，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為n。圖4-8 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理上一頁(yè)下一頁(yè)返回 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將輸入脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出軸的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。這種電動(dòng)機(jī)每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，輸出軸便轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度，即向前邁進(jìn)一步，故稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或脈沖電動(dòng)機(jī)。因而，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)過(guò)的角位移量與輸入脈沖數(shù)量成正比，而輸出軸的轉(zhuǎn)速或線速度與脈沖頻率成正比。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多，按工作原理

8、分，有反應(yīng)式、永磁式和永磁感應(yīng)子式三種。其中反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有步距小、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)記錄儀、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等數(shù)控設(shè)備。上一頁(yè)下一頁(yè)返回 1反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 圖4-9是反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理。定子和轉(zhuǎn)子均為疊片式結(jié)，定子上有六個(gè)磁極均勻分布，每個(gè)極上都繞有控制繞組，由兩個(gè)相對(duì)的磁極組成一相，同一相的控制繞組可以串聯(lián)或并聯(lián)，組成三個(gè)獨(dú)立的繞組，稱為三相繞組，獨(dú)立繞組數(shù)稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)。除三相以外，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還可以做成四、五、六等相數(shù)。為簡(jiǎn)單方便，假設(shè)轉(zhuǎn)子上只有四個(gè)齒，齒上不裝繞組，只構(gòu)成主磁路。 由圖4-9可見，由于結(jié)構(gòu)的原因，沿轉(zhuǎn)子

9、圓周表面各處氣隙不同，因而磁阻不相等，齒部磁阻小，兩齒之間磁阻大。當(dāng)控制繞組中流過(guò)脈沖電流時(shí)，產(chǎn)生的主磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，即經(jīng)轉(zhuǎn)子齒、鐵心形成閉合回路。因此，轉(zhuǎn)子齒會(huì)受到切向磁拉力而轉(zhuǎn)過(guò)一定的機(jī)械角度，稱步距角s。如果控制繞組按一定的脈沖分配方式連續(xù)通電，電機(jī)就按一定的角頻率運(yùn)行。改變控制繞組的通電順序，電機(jī)就可反轉(zhuǎn)。 圖4-9 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回 1）三相單三拍運(yùn)行方式：三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最簡(jiǎn)單的運(yùn)行方式為三相單三拍。所謂“三相”是指三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有三相定子繞組；“單”是指每次只有一相繞組通電；“三拍”指通電三次完成一個(gè)通電循環(huán)。也就是說(shuō)，這種運(yùn)行方式是按UVWU或相反順序通電的。其工作過(guò)程如圖4-10所示。 圖4-10 三相單三拍運(yùn)行方式 上一頁(yè)下一頁(yè)返回 2）三相雙三拍運(yùn)行方式：這種運(yùn)行方式是按UVVWWUUV或相反的順序通電的，即每次同時(shí)給兩相繞組通電。其工作原理如圖4-11所示。 圖4-11 三相雙三拍運(yùn)行方式 3）單、雙六拍運(yùn)行方式：這種運(yùn)行方式是按UUVVVWWWUU或相反順序通電的，