控制电机暂不讲ppt课件

1、前面所讨论的三相和单相异步电动机，都是作为前面所讨论的三相和单相异步电动机，都是作为动力电机来运用的，主要义务是能量转换。动力电机来运用的，主要义务是能量转换。4.4 用于信号检测、变换和传送的小功率电机称为控用于信号检测、变换和传送的小功率电机称为控制电机。控制电机在自动控制系统中是必不可少的。制电机。控制电机在自动控制系统中是必不可少的。对控制电机的要求是：对控制电机的要求是：可靠性高、精度高、呼应速度快。可靠性高、精度高、呼应速度快。 常用的控制电机有：伺服电动机、步进电动机等。常用的控制电机有：伺服电动机、步进电动机等。 它们的功率普通小于它们的功率普通小于750W。本节重点引见它们的

2、特点和任务原理。本节重点引见它们的特点和任务原理。4.4 伺服电动机是把输入的电压信号转换成角位移或角伺服电动机是把输入的电压信号转换成角位移或角速度输出，改动输入电压信号的大小或极性相位可速度输出，改动输入电压信号的大小或极性相位可以改动伺服电动机的转速及转向。以改动伺服电动机的转速及转向。 对于伺服电动机的根本要求是：调速范围宽，运转对于伺服电动机的根本要求是：调速范围宽，运转特性接近线性，无自转景象控制电压消逝，伺服电动特性接近线性，无自转景象控制电压消逝，伺服电动机能立刻停顿转动，能快速呼应。机能立刻停顿转动，能快速呼应。 伺服电动机有直流和交流之分伺服电动机有直流和交流之分, ,交流

3、伺服电动机是两交流伺服电动机是两相异步电动机。相异步电动机。直流伺服电动机和交流伺服电动机的功率有所不同：直流伺服电动机和交流伺服电动机的功率有所不同：直流伺服电动机输出功率大一些，普通可达几百瓦；直流伺服电动机输出功率大一些，普通可达几百瓦；交流伺服电动机输出功率较小，普通为几十瓦。交流伺服电动机输出功率较小，普通为几十瓦。 直流伺服电动机是一种微型的直流电动机。直流伺服电动机是一种微型的直流电动机。直流伺服直流伺服 电动机电动机定子定子转子转子( (电枢电枢)分量较轻，转动惯量小分量较轻，转动惯量小 永磁式永磁式 磁极是永久磁铁磁极是永久磁铁电磁式电磁式 磁极是电磁铁磁极是电磁铁铁心铁心绕

4、组绕组具有很好的快速呼应特性具有很好的快速呼应特性4.4TCCRCUn2Teae 直流伺服电动机常采用电枢控制方式，即磁通不变，直流伺服电动机常采用电枢控制方式，即磁通不变，经过改动电枢电压来控制直流伺服电动机的运转形状。经过改动电枢电压来控制直流伺服电动机的运转形状。 U1U2U3Tn10nT2n2n3U1U2U3电压电压U U 越大，转速越大，转速 n n 越高。越高。 对应某一负载转矩，电动机对应某一负载转矩，电动机有一始动电压。有一始动电压。4.41可控无自转可控无自转 当控制电压当控制电压Uk= 0 时时, 转速转速 n = 0；2灵敏度高灵敏度高 转速与转向随控制电压的大小和转速与

5、转向随控制电压的大小和4功率小功率小 通常为零点几瓦通常为零点几瓦 几十瓦；几十瓦；5运转稳定运转稳定 n在在 (0 n0 之间延续稳定运转；之间延续稳定运转；6起动电压小起动电压小 Ust = UN (3 。3呼应快速呼应快速 由于转动惯量小，起动转矩大，由于转动惯量小，起动转矩大，交流伺服电动机的控制电压为交流电压交流伺服电动机的控制电压为交流电压, 特点为：特点为：所以电动机起动快；所以电动机起动快；极性而改动；极性而改动；4.4交流交流伺服伺服电动机电动机定子定子转子转子定子绕组定子绕组转子铁心转子铁心定子铁心定子铁心转子绕组转子绕组转轴转轴机座机座笼形转子笼形转子杯形转子杯形转子励磁

6、绕组励磁绕组控制绕组控制绕组4.4 特点：笼型转子构造同普通笼型异特点：笼型转子构造同普通笼型异步电动机，只是转子细而长，并采用高步电动机，只是转子细而长，并采用高电阻率的导电资料作导条，以获得较小电阻率的导电资料作导条，以获得较小的转动惯量和较大电阻。的转动惯量和较大电阻。 杯型转子可看成由无数导条并联而成。杯型转子可看成由无数导条并联而成。两种转子伺服电动机的分析方法一样。两种转子伺服电动机的分析方法一样。当只在励磁绕组上参与交流电压当只在励磁绕组上参与交流电压转子转子 产生电流产生电流 if 产生脉振磁场产生脉振磁场 f 。ifik t04.4 当控制绕组也接入电源，即加上当控制绕组也接

7、入电源，即加上控制电压控制电压, 电流电流 ik 滞后滞后 if 90 产生产生的磁场的磁场k k 滞后滞后 f 90f 90。因此。因此可建立可建立起旋转磁场。这时电动机就可产生起旋转磁场。这时电动机就可产生起动转矩，转子也就转动起来了。起动转矩，转子也就转动起来了。 任务原理与单相异步电动机类似。任务原理与单相异步电动机类似。控制绕组控制绕组励磁励磁绕组绕组ifQCikSfk电动机无起动转矩，转子不能转动。电动机无起动转矩，转子不能转动。 励磁绕组与控制绕组在空间位置励磁绕组与控制绕组在空间位置相差相差90。4.4交流伺服电动机的机械特性曲线与单相异步电动机类似。交流伺服电动机的机械特性曲

8、线与单相异步电动机类似。 有两点不同：有两点不同： 由于转子电阻大，使临界转差率由于转子电阻大，使临界转差率 sm= 1 sm= 1， 交流伺服电动机的机械特性曲线的外形接近一条直线；交流伺服电动机的机械特性曲线的外形接近一条直线；nTT TT +0 1nTT TT +01由机械特性，加之转子的转动惯量小，使交流伺服由机械特性，加之转子的转动惯量小，使交流伺服电动机可以抑制电动机可以抑制“自转。自转。单相异步单相异步电动机电动机交流伺服电交流伺服电动机动机(sm=1)ssT 与伺服电动机的转向相反，成为制动转矩，且转子与伺服电动机的转向相反，成为制动转矩，且转子转动惯量小，所以电动机能立刻停转

9、。转动惯量小，所以电动机能立刻停转。4.4 一旦控制电压消逝，电动机应能立刻停转。假设电一旦控制电压消逝，电动机应能立刻停转。假设电动机还继续转动，称这种景象为动机还继续转动，称这种景象为“自转。自转。 交流伺服电动机可以抑制交流伺服电动机可以抑制“自转的缘由解释如下：自转的缘由解释如下：由交流伺服电动机的机械特性曲线合成电磁转矩，由交流伺服电动机的机械特性曲线合成电磁转矩，0.4UkNUkN0.8 UkN0.6UkNn0T0.8UkNnT0 1sa a4.4 (a) (a) 幅值控制幅值控制 控制绕组电压和励磁绕组电压之间的相位控制绕组电压和励磁绕组电压之间的相位差坚持不变，改动加在控制绕组

10、上电压幅值的大小；差坚持不变，改动加在控制绕组上电压幅值的大小； (b) (b)相位控制相位控制 坚持控制电压的幅值不变，仅改动其相位；坚持控制电压的幅值不变，仅改动其相位； (c) (c) 幅幅 - - 相控制相控制 同时改动控制电压的幅值和相位。同时改动控制电压的幅值和相位。 在三种控制方法中，幅值控制和相位控制方法都需求在三种控制方法中，幅值控制和相位控制方法都需求较复杂的安装，而幅值较复杂的安装，而幅值 - - 相位控制方法所需设备简单，成相位控制方法所需设备简单，成本较低，因此是最常用的一种控制方法。本较低，因此是最常用的一种控制方法。 交流伺服电动机的控制电压交流伺服电动机的控制电

11、压 Uk 可以控制电机转速的可以控制电机转速的大小和方向。在交流伺服电动机运转时，通常坚持励磁绕大小和方向。在交流伺服电动机运转时，通常坚持励磁绕组所接电压组所接电压Uf 的大小和相位不变，只改动控制绕组所加电的大小和相位不变，只改动控制绕组所加电压压Uk的大小和相位，实现对交流伺服电动机的转速和转向的大小和相位，实现对交流伺服电动机的转速和转向的控制。的控制。主要有以下三种控制方法：主要有以下三种控制方法：位置位置调理器调理器功率功率放大器放大器交流伺服交流伺服电动机电动机机械机械负载负载4.4位置指位置指令安装令安装位置反位置反馈安装馈安装位置随动位置随动系统框图系统框图 交流伺服系统常运

12、用于位置随动系统中，如数控机床的交流伺服系统常运用于位置随动系统中，如数控机床的定位控制及加工轨迹控制、火炮的瞄准、雷达天线的跟踪等。定位控制及加工轨迹控制、火炮的瞄准、雷达天线的跟踪等。位置指令安装位置指令安装 将希望的位移量转换成给定电信号；将希望的位移量转换成给定电信号；位置反响安装位置反响安装 将机械负载的实践位置转换成电信号；将机械负载的实践位置转换成电信号；比较环节比较环节 将位置信号与给定信号比较，得到偏向信号；将位置信号与给定信号比较，得到偏向信号；位置调理器位置调理器 保证系统稳定并具有称心的动态质量；保证系统稳定并具有称心的动态质量； 功率放大器功率放大器 控制伺服电动机，

13、向消除偏向的方向旋转。控制伺服电动机，向消除偏向的方向旋转。 位置随动系统是一个位置反响系统：位置随动系统是一个位置反响系统： 步进电动机可将输入的电脉冲信号转变成直线位步进电动机可将输入的电脉冲信号转变成直线位移或角位移，即每输入一个脉冲，步进电动机就转动一个移或角位移，即每输入一个脉冲，步进电动机就转动一个角度或前进一步。显然步进电动机的位移与输入脉冲的数角度或前进一步。显然步进电动机的位移与输入脉冲的数目成正比，它的速度与脉冲频率成正比。目成正比，它的速度与脉冲频率成正比。 本节只引见反响式步进电动机的构造和任务原理。本节只引见反响式步进电动机的构造和任务原理。速起动和制动的特点。被广泛

14、用于数控机床、绘图机和自速起动和制动的特点。被广泛用于数控机床、绘图机和自动记录仪表等场所。动记录仪表等场所。可以经过改动输入脉冲的频率进展调速，具有快可以经过改动输入脉冲的频率进展调速，具有快4.41324转子转子定子定子AA C C B B 绕组绕组定子定子转子：有四个齿转子：有四个齿 (或多个齿或多个齿) 无磁性也无绕组无磁性也无绕组三对磁极三对磁极每对磁极上有一相绕组每对磁极上有一相绕组 磁极磁极定子和转子都由硅钢片叠成。定子和转子都由硅钢片叠成。 定子磁极上绕组的数目定子磁极上绕组的数目即是步进电动机的相数。即是步进电动机的相数。 任务时将脉冲信号电压按任务时将脉冲信号电压按一定的顺

15、序加到三相绕组一定的顺序加到三相绕组A - A 、B - B 、C - C上。上。4.41324转子转子定子定子AA C C B B 绕组绕组磁极磁极三种运转方式：三种运转方式：tttuAAuBBuCC根据绕组通电的顺序，步进电动机有以下根据绕组通电的顺序，步进电动机有以下A相相B相相C相相通电顺序：通电顺序：A-B-C-A-4.4输入绕组的脉冲信号电压波形，通电三次为一个循环。输入绕组的脉冲信号电压波形，通电三次为一个循环。1324转子转子定子定子AA C C B B 绕组绕组磁极磁极三种运转方式：三种运转方式：tttuAAuBBuCC根据绕组通电的顺序，步进电动机有以下根据绕组通电的顺序，

16、步进电动机有以下输入绕组的脉冲信号电压波形，通电三次为一个循环。输入绕组的脉冲信号电压波形，通电三次为一个循环。通电顺序：通电顺序：AB-BC-CA-AB -4.41324转子转子定子定子AA C C B B 绕组绕组磁极磁极三种运转方式：三种运转方式：tttuAAuBBuCC根据绕组通电的顺序，步进电动机有以下根据绕组通电的顺序，步进电动机有以下输入绕组的脉冲信号电压波形，通电六次为一个循环。输入绕组的脉冲信号电压波形，通电六次为一个循环。通电顺序：通电顺序：A-AB-B-BC-C-CA-A-4.41243A C C B B A C C B B AA C C B B AA124312434.

17、4 0定子绕组通电顺序：定子绕组通电顺序：A-B-C-A 转子总是力图转到磁阻最小的位置。转子总是力图转到磁阻最小的位置。定子每个绕组通电一次，转子在空间转过定子每个绕组通电一次，转子在空间转过30 角。角。定子绕组通电三次完成一个循环。定子绕组通电三次完成一个循环。4.41243A C C B B A C C B B AA C C B B AA12431243 0定子绕组通电顺序：定子绕组通电顺序：A-C-B-A 定子绕组的通电顺序相反，转子的转向也相反。定子绕组的通电顺序相反，转子的转向也相反。定子绕组通电频率的大小，决议转子转速的快慢。定子绕组通电频率的大小，决议转子转速的快慢。4.41

18、243A C C B B A C C B B AA C C B B AA12431243定子绕组通电顺序：定子绕组通电顺序：AB-BC-CA-AB 转子总是力图转到磁阻最小的位置。转子总是力图转到磁阻最小的位置。定子绕组每通电一次，转子在空间转过定子绕组每通电一次，转子在空间转过 30 角。角。 0定子绕组每通电一次，转子在空间转过定子绕组每通电一次，转子在空间转过 15 角。角。定子绕组通电六次完成一个循环。定子绕组通电六次完成一个循环。4.4Z 齿数，齿数，N 拍数拍数 定子每输入一个脉冲，转子转过的角度称为步距角，定子每输入一个脉冲，转子转过的角度称为步距角，用用 表示，计算公式为表示，

19、计算公式为转速单位转速单位 转转/分分r/minf 输入脉冲的频率输入脉冲的频率Hz 小步距角步进电机是经过添加齿数来实现的。定子每个极上小步距角步进电机是经过添加齿数来实现的。定子每个极上也要相应地开几个齿，定转子上齿距一样。也要相应地开几个齿，定转子上齿距一样。ACABCB假设假设 Z = 40，三相三拍，三相三拍 N = 3，那么，那么有有4.4 3340360360NZ minr/50034010006060 NZfn假设采用三相六拍假设采用三相六拍 N = 6，那么有，那么有 5 . 1640360360NZ minr/25064010006060 NZfn步距角步距角转速转速步距角

20、步距角转速转速环形环形分配器分配器功率功率放大器放大器步进步进电动机电动机负负载载输入脉冲输入脉冲4.4方向指令方向指令 步进电动机的正常任务需求有一个驱动电源，为电机提供步进电动机的正常任务需求有一个驱动电源，为电机提供一定频率的脉冲信号，并按一定的通电顺序提供足够的功率。一定频率的脉冲信号，并按一定的通电顺序提供足够的功率。输入脉冲决议转动的速度，方向指令决议通电顺序输入脉冲决议转动的速度，方向指令决议通电顺序 (转向转向)。4.41相数相数 定子绕组的数目定子绕组的数目 2额定电压额定电压 通电时，每相定子绕组上的直流电压值通电时，每相定子绕组上的直流电压值3静态电流静态电流 静态时供应

21、电动机定子每相绕组的最大电流静态时供应电动机定子每相绕组的最大电流 4最大静转矩最大静转矩 一相绕组通电时转矩的最大值一相绕组通电时转矩的最大值最大转矩最大转矩Tmax与负载转矩与负载转矩T2的关系为的关系为5 . 03 . 02maxTT 5分配方式分配方式 步进电动机的通电运转方式步进电动机的通电运转方式 6步距角步距角 每输入一个脉冲时，转子转过的机械角度每输入一个脉冲时，转子转过的机械角度 7步距角误差步距角误差 空载时实践步距角与实际步矩角之差，空载时实践步距角与实际步矩角之差， 是步进电动机的重要精度目的是步进电动机的重要精度目的4.41抗干扰性强：步进电动机的转速直接受脉冲频率的

22、影抗干扰性强：步进电动机的转速直接受脉冲频率的影 响，不会受电源动摇、负载变化及温度变化等外部条响，不会受电源动摇、负载变化及温度变化等外部条 件的影响。件的影响。 2控制性好：在一定频率范围内，能按要求起动、运转、控制性好：在一定频率范围内，能按要求起动、运转、 反转和停顿，能在比较宽的范围内经过改动脉冲频率反转和停顿，能在比较宽的范围内经过改动脉冲频率 进展调速。进展调速。 3无误差积累：转子每转一圈后，累积误差等于零。无误差积累：转子每转一圈后，累积误差等于零。 4精度高：步进电动机不用负反响就能实现高精度的角精度高：步进电动机不用负反响就能实现高精度的角 度和转速控制，特别适用于开环控

23、制系统，从而降低度和转速控制，特别适用于开环控制系统，从而降低 了本钱。但在定位精度要求很高时，也可用于闭环控了本钱。但在定位精度要求很高时，也可用于闭环控 制系统。制系统。 4.4 步进电动机已成为很多数控系统中的主要执行元件。步进电动机已成为很多数控系统中的主要执行元件。 机床任务时，数控安装按照运转程序的数据和指令，机床任务时，数控安装按照运转程序的数据和指令，经过运算发出脉冲信号，驱动电源将脉冲信号放大，并以经过运算发出脉冲信号，驱动电源将脉冲信号放大，并以一定方式提供应步进电动机，从而带动丝杠系统，使任务一定方式提供应步进电动机，从而带动丝杠系统，使任务台以一定的速度挪动，完成加工义

24、务。台以一定的速度挪动，完成加工义务。 数控数控安装安装驱动驱动电源电源步进步进电动机电动机任务台任务台丝杠丝杠数控机床控制系统表示图数控机床控制系统表示图 丈量转速：它把转速输入转换为电压信号输出，丈量转速：它把转速输入转换为电压信号输出，且输出电压与转速成正比。电机测速发电机主要运用于且输出电压与转速成正比。电机测速发电机主要运用于速度和位置控制系统中。速度和位置控制系统中。测速发电机有直流和交流两大类：测速发电机有直流和交流两大类：4.4输出特性是线性的；转动惯量要小；灵敏度要高。输出特性是线性的；转动惯量要小；灵敏度要高。直流测速发电机直流测速发电机交流测速发电机交流测速发电机永磁式永磁式电磁式电磁式同步同步异步异步空心杯转子交流空心杯转子交流异步测速发电机异步测速发电机4.4励磁绕组励磁绕组W1W1输出绕组输出绕组 W2W2+ U1 + U2 W2W1Ir Ern r 1的轴线垂直，两者之间无匝链，的轴线垂直，两者之间无匝链，无互感，故输出绕组中并无感应无互感，故输出绕组中并无感应电动势产生，输出电压电动势产生，输出电压U2 = 0U2 = 0。4.4+ U1 + U2 W2W1Er Irn r 1 当测速发电机由转动轴驱动而以转速当测速发电机由转动轴驱动而以转速n n旋转时，由于转旋转时，由于转子切割磁力线，在转子中产生感应电动势子切割磁力线，在转子中产生感