《機(jī)電控制技術(shù)》教學(xué)參考講稿教案-第4章

第4章控制電機(jī)教學(xué)要求了解步進(jìn)電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、分類、驅(qū)動電源、主要性能指標(biāo)和使用的基本原則，以及開環(huán)和閉環(huán)控制方案等內(nèi)容。掌握常用的幾種控制電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。教學(xué)重點常用的幾種控制電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，其中包括自整角機(jī)、交流和直流伺服電動機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器等新型電機(jī)。教學(xué)難點控制電機(jī)傳動系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用。課時安排本章安排4課時。教學(xué)內(nèi)容4.1控制電機(jī)的種類和特點4.1.1控制電機(jī)的種類控制電機(jī)的種類很多，除了自整角機(jī)、直流伺服電動機(jī)和直流測速發(fā)電機(jī)外，還包含交流伺服電動機(jī)、交流測速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器和步進(jìn)電動機(jī)等。根據(jù)它們在自動控制系統(tǒng)中的作用，可以將它們分成執(zhí)行元件和測量元件。4.1.2控制電機(jī)的特點控制電機(jī)的種類很多，但是這些電機(jī)的基本原理都是建立在以下兩個基本規(guī)律的基礎(chǔ)上：（1）電磁轉(zhuǎn)化規(guī)律。電磁轉(zhuǎn)化規(guī)律是指在一定條件下電和磁可以相互轉(zhuǎn)化。（2）通電導(dǎo)體在磁場中要受到力的作用。4.2步進(jìn)電動機(jī)4.2.1步進(jìn)電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子由硅鋼片疊成，裝上一定相數(shù)的控制繞組，工作時由環(huán)形分配器送來的電脈沖對多相定子繞組輪流進(jìn)行勵磁。轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊成或由軟磁性材料制作成凸極結(jié)構(gòu)。4.2.2步進(jìn)電動機(jī)的工作原理步進(jìn)電動機(jī)的工作原理，其實就是電磁鐵的工作原理。步進(jìn)電動機(jī)工作時，首先控制經(jīng)過環(huán)形分配器送來的脈沖信號，對定子繞組輪流通電。4.2.3步進(jìn)電動機(jī)的分類步進(jìn)電動機(jī)按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理分可分為反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)、永磁式步進(jìn)電動機(jī)和混合式步進(jìn)電動機(jī)；按控制繞組的數(shù)量分可分為二相步進(jìn)電動機(jī)、三相步進(jìn)電動機(jī)、四相步進(jìn)電動機(jī)、五相步進(jìn)電動機(jī)和六相步進(jìn)電動機(jī)；按電流的極性分可分為單極性步進(jìn)電動機(jī)和雙極性步進(jìn)電動機(jī)；按運動的形式分可分為旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電動機(jī)、直線步進(jìn)電動機(jī)和平面步進(jìn)電動機(jī)。4.2.4步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源步進(jìn)電動機(jī)需配置一個專用的電源供電，電源的作用是讓步進(jìn)電動機(jī)的控制繞組按照特定的順序通電，即受輸入的電脈沖控制而動作，這個專用電源稱為驅(qū)動電源。步進(jìn)電動機(jī)及其驅(qū)動電源是一個互相聯(lián)系的整體，步進(jìn)電動機(jī)的運行性能是由電動機(jī)和驅(qū)動電源兩者配合所形成的綜合效果。4.2.5步進(jìn)電動機(jī)的主要性能指標(biāo)和使用的基本原則（1）步距角是指每給一個電脈沖信號，步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子所應(yīng)轉(zhuǎn)過角度的理論值。不同的應(yīng)用場合，對步距角大小的要求不同。它的大小直接影響步進(jìn)電動機(jī)的啟動和運行頻率。（2）步進(jìn)電動機(jī)的精度有兩種表示方法：一種是用步距角誤差的最大值來表示的；另一種是用步距累積誤差的最大值來表示的。（3）轉(zhuǎn)矩包括保持轉(zhuǎn)矩、靜轉(zhuǎn)矩和動轉(zhuǎn)矩。4.2.6步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動機(jī)是由電脈沖控制而動作的，通過環(huán)形分配器按一定的順序加到步進(jìn)電動機(jī)的各相繞組上。步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖4-9所示。圖4-9步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)框圖4.3自整角機(jī)4.3.1力矩式自整角機(jī)的工作原理4.3.2控制式自整角機(jī)的工作原理4.4伺服電動機(jī)4.4.1交流伺服電動機(jī)交流伺服電動機(jī)就是一臺兩相交流異步電動機(jī)，通常做成鼠籠式，但轉(zhuǎn)子的電阻比一般交流異步電動機(jī)大得多。為了使交流伺服電動機(jī)對輸入信號能有快速地反應(yīng)，必須盡量減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，所以轉(zhuǎn)子一般做得細(xì)而長。4.4.2直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理與普通直流電動機(jī)基本相同。但直流伺服電動機(jī)與普通直流電動機(jī)相比又有其本身的特點，即氣隙較小、電樞電阻較大、機(jī)械特性為軟特性、電樞比較細(xì)長、轉(zhuǎn)動慣量小、換向性能較好以及不需換向極等。4.5旋轉(zhuǎn)變壓器4.5.1旋轉(zhuǎn)變壓器的基本結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器是一種旋轉(zhuǎn)式的小型交流電動機(jī)，它由定子和轉(zhuǎn)子組成。4.5.2旋轉(zhuǎn)變壓器的基本工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器是根據(jù)互感原理工作的。它的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造保證了定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)的磁通分布呈正(余)弦規(guī)律，當(dāng)定子繞組上加交流勵磁電壓(交變電壓，頻率為2～4kHz)時，通過互感在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。其輸出電壓的大小取決于定子與轉(zhuǎn)子兩個繞組軸線在空間的相對位置，兩者平行時互感最大，副邊的感應(yīng)電動勢也最大；兩者垂直時互感為零，副邊的感應(yīng)