第10章控制电机ppt课件

1、 伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。速度，驱动控制对象。 伺服电动机可控性好，反响迅速。是自动控伺服电动机可控性好，反响迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。 交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差它的定子上装有空间互差9090的两个绕组：励磁绕的两个绕组：励磁绕组和控制绕组，其构造如下图。组和控制绕组，其构造如下图。励磁绕组励磁绕

2、组控制绕组控制绕组杯形转子杯形转子内定子内定子放放大大器器检检测测元元件件2U2I+U+控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕组UCU1I1U+ 励磁绕组串联电容励磁绕组串联电容C , C , 是为了产生两相旋转磁场。是为了产生两相旋转磁场。 适中选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流适中选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近相位差接近9090, ,从而产生所需的旋转磁场。从而产生所需的旋转磁场。 1UCU1I1U1I2I2UU放放大大器器检检测测元元件件2U2I+U+控制绕组控制绕组0.8 U20.6 U2on 交流伺服电机的输出功率普通为交流伺服电机的输出功率普通为0.1-100 W0.

3、1-100 W，电源频率分电源频率分50Hz50Hz、400Hz400Hz等多种。它的运用很广等多种。它的运用很广泛，如用在各种自动控制、自动记录等系统中。泛，如用在各种自动控制、自动记录等系统中。供电方式：他励供电。励磁绕组和电枢分别由两供电方式：他励供电。励磁绕组和电枢分别由两个独立的电源供电。个独立的电源供电。U1为励磁电压，为励磁电压，U2为电枢电压为电枢电压MU1I1I2U2U+直流伺服电动机的接线图直流伺服电动机的接线图 直流伺服电机的机直流伺服电机的机械特性与他励直流电机械特性与他励直流电机一样一样，也可用下式一样一样，也可用下式表示表示TKKRKUnTEE2a2 机械特性曲线如

4、下图。机械特性曲线如下图。直流伺服电动机的直流伺服电动机的n=f(T)曲线曲线(U1=常数常数)U20.8U20.6U20.4U2nTO 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常运用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控运用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控制等。制等。 直流伺服电机输出功率普通为直流伺服电机输出功率普通为1-600W1-600W。 测速发电机是一种转速丈量传感器。在许多自动控制系统中，它被用来丈量旋转安装的转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信号电压。测速发电机分为交流和直流两种类型。测速发电机分为交流和直流两种类型。 交流测

5、速发电机又分为同步式和异步式两交流测速发电机又分为同步式和异步式两种，这里只分析异步式交流测速发电机的任务种，这里只分析异步式交流测速发电机的任务原理。原理。 1转子转子定子定子励磁绕组励磁绕组输出绕组输出绕组 异步式交流测速发电机的构造与杯形转子异步式交流测速发电机的构造与杯形转子交流伺服电机类似，它的定子上有两个绕组，交流伺服电机类似，它的定子上有两个绕组，一个是励磁绕组，一个是输出绕组。一个是励磁绕组，一个是输出绕组。输出输出绕组绕组2U+励磁励磁绕组绕组1U1I1+ 任务时，测速发电机的励磁绕组接交流电任务时，测速发电机的励磁绕组接交流电源源U1U1，由，由 U1 U1 4.44 f1

6、N1 4.44 f1N11 1 可知：可知：11U 当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转子切割子切割1 1产生转子感应电势产生转子感应电势ErEr和转子电流和转子电流IrIr，它们的大小与它们的大小与1 1和转子转速和转子转速 n n 成正比：成正比：nEI1rr 转子电流转子电流 Ir也产生磁通也产生磁通r ，r 在输出绕在输出绕组中感应出电压组中感应出电压U2 ， U2的大小与的大小与r成正比：成正比：r2 U 综合上述分析可知：综合上述分析可知：nUnU112 当当 U1U1恒定不变时，恒定不变时， U2U2与与n n 成正比，这样，成正比，这样，发电

7、机就把被测安装的转速信号转变成了电压发电机就把被测安装的转速信号转变成了电压信号，输出给控制系统。信号，输出给控制系统。 由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测速发电机的输出电压速发电机的输出电压 U2与与n 间存在着一定的非间存在着一定的非线性误差，运用时要留意加以修正。线性误差，运用时要留意加以修正。 直流测速发电机分永磁式和他励式两种。直流测速发电机分永磁式和他励式两种。两种电机的电枢一样，任务时电枢接负载电阻两种电机的电枢一样，任务时电枢接负载电阻RLRL。但永磁式的定子运用永久磁铁产生磁场，。但永磁式的定子运用永久磁铁产生磁场，因此没有励磁线圈；他励

8、式的构造与直流伺服因此没有励磁线圈；他励式的构造与直流伺服电机一样，任务时励磁绕组加直流电压电机一样，任务时励磁绕组加直流电压U1U1励磁。励磁。他励式直流测速发电机接线图他励式直流测速发电机接线图TGRLI2U2+Ra+EI1U1+ 当被测安装转动轴带动发电机电枢旋转时，当被测安装转动轴带动发电机电枢旋转时，电枢产生电动势电枢产生电动势E E，其大小为：，其大小为：nKE E 发电机的输出电压为：发电机的输出电压为：2a2a2 IRnKIREUE 上式中代入：上式中代入：L22RUI 于是于是nRRKUEL2a1 可见，当励磁电压可见，当励磁电压U1U1坚持恒定时坚持恒定时 亦恒亦恒定，假设

9、定，假设RaRa、RLRL不变，那么输出电压不变，那么输出电压U2U2的大小与的大小与电枢转速电枢转速 n n 成正比。这样，发电机就把被测装成正比。这样，发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制系统。系统。0nU2RL2RL1RL=RL2RL1 值得留意的是，由于直流电机中存在着电值得留意的是，由于直流电机中存在着电枢反响景象，使得输出电压枢反响景象，使得输出电压U2与转速与转速n 有一定有一定的线性误差。的线性误差。 RL越小、越小、n 越大，误差越大。因越大，误差越大。因此，在运用中应使此，在运用中应使RL和和 n的大小符合直流测速

10、的大小符合直流测速发电机的技术要求。发电机的技术要求。 步进电机是利用电磁铁的作用原理，将步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械挪动冲，步进电机转动一定角度，带动机械挪动一小段一小段间隔。间隔。 区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反响式步进电机的转子上没有励磁线圈。反响式步进电机的转子上没有励磁线圈。种类：励磁式和反响式两种。种类：励磁式和反响式两种。 下面以反响式步进电机为例阐明步进电机的下面以反响式步进电机为例阐明步

11、进电机的构造和任务原理。构造和任务原理。ABCIAIBIC 定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。转子有四个齿。定子定子转子转子CABBCA3412 A相绕组通电，B、C相不通电。由于在磁场作用下，转子总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情况下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A极对齐。CABBCA34121C342CABBA 按AB C A 的顺序给三相绕组轮番通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30(步距角)，每个通电循环周期(3拍)转过90(一个齿距角)。 按按A AAB AB B B BC BC C C CA CA的顺序给三相的顺序给三

12、相绕组轮番通电。这种方式可以获得更准确的控制绕组轮番通电。这种方式可以获得更准确的控制特性。特性。CABBCA3412CABBCA3412 A相通电，转子相通电，转子1、3齿与齿与A、A 对齐。对齐。 A、B一样时通电，一样时通电，A、A 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，齿，转子转过转子转过15，到达左图，到达左图所示位置。所示位置。CABBCA3412 B 相通电，转子相通电，转子2、4齿与齿与B、B 对齐对齐,又转又转过过15。3412CABBCA B、C一样时通电，一样时通电，C 、C 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转子再

13、转过齿，转子再转过15。 三相反响式步进电动机的一个通电循环周三相反响式步进电动机的一个通电循环周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每个循，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过环周期分为六拍。每拍转子转过15步距角，步距角，一个通电循环周期一个通电循环周期(6拍拍)转子转过转子转过90 (齿距角齿距角)。 与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需求准确定位的控制系统中。小，更适用于需求准确定位的控制系统中。 按按AB AB BC BC CACA的顺序给三相绕组轮番通的顺序给三相绕组轮番通电。每拍有两相绕组同时通电。电。每拍有两相绕组同时通电。AB通电通电CABBCA3412BC通电通电3412CABBCACA通电通电CABBCA3412 与单三拍方式类似，双三拍驱动时每个通电循与单三拍方式类似，双三拍驱动时每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过环周期也分为三拍。每拍转子转过30 (步距角步距角)，一个通电循环周期一个通电循环周期(3拍拍)转子转过转子转过90(齿距角齿距角)。 从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：mZr360 步距角步距角Zr 转子齿数转子齿数m 每个通电循环周期的拍数每个通电循环周期