第六章控制电机

1、第六章第六章 控制电机控制电机 6.1 交流伺服电动机 6.2 直流伺服电动机 6.3 力矩电动机 6.4 小功率同步电动机 6.5 直线电动机 6.6 测速发电机 6.7 自整角机 控制电机控制电机的功能的功能 控制电机是在普通旋转电机基础上产生控制电机是在普通旋转电机基础上产生的特殊功能的小型旋转电机。控制电机在控的特殊功能的小型旋转电机。控制电机在控制系统中作为制系统中作为执行元件、检测元件和运算元执行元件、检测元件和运算元件。件。 控制电机的工作原理控制电机的工作原理 从工作原理上看，控制电机和普通电机从工作原理上看，控制电机和普通电机没有本质上的差异，但普通电机功率大，没有本质上的差

2、异，但普通电机功率大，侧重于电机的侧重于电机的启动、运行和制动启动、运行和制动等方面的等方面的性能指标，而控制电机输出功率较小，性能指标，而控制电机输出功率较小，侧侧重于电机控制精度和响应速度。重于电机控制精度和响应速度。 控控 制制 电电 机机的分类的分类 控制电机按其功能和用途可分为控制电机按其功能和用途可分为信号检测和信号检测和传递类传递类控制电机及控制电机及动作执行动作执行类控制电机两大类。类控制电机两大类。执行电机包括执行电机包括伺服电机、步进电机伺服电机、步进电机和和直线电机等直线电机等；信号检测和传递电机包括信号检测和传递电机包括测速发电机、旋转变压测速发电机、旋转变压器和自整角

3、机器和自整角机等。等。6.1 交流伺服电动机1. 两相交流伺服电动机的接线图两相交流伺服电动机的接线图2、杯形转子伺服电动机的基本结构、杯形转子伺服电动机的基本结构表表6.1 交流伺服电动机性能特点、应用范围交流伺服电动机性能特点、应用范围种类种类型型号号结构特结构特点点性能特点性能特点应用范围应用范围鼠笼式转 子SLSL类似于普通鼠笼转子，转子细长，转子为高电阻率材料励磁电流小，励磁电流小，体积小，机械强度高，低速运行不低速运行不稳定，速度有时稳定，速度有时快时慢的抖动快时慢的抖动小功率的自动控制系统空心杯转 子SKSK转子结构为薄壁园筒形，放于内外定子之间转动惯量小，运运行平滑，行平滑，无

4、抖动现象，励磁电流励磁电流大，体积大大，体积大要求运行平滑的系统3.交流伺服电动机性能特点、应用范围交流伺服电动机性能特点、应用范围4、基本工作原理、基本工作原理当两相绕组分别加上相位相差当两相绕组分别加上相位相差 90o 的额定电压时：的额定电压时： 两相通电两相通电 ic 和和 if 产生产生 旋转磁场旋转磁场产生产生 T 转子旋转。转子旋转。 如果如果 uc 反相，即改变反相，即改变 ic 和和 if 的相序的相序旋转磁场改变方向旋转磁场改变方向 n 的方向改变。的方向改变。 同时减小同时减小 uc 和和 uf 而保持其而保持其 90o 的相位差的相位差磁通势磁通势 的幅值的幅值 T n

5、 。SM 控制绕组控制绕组 励磁绕组励磁绕组 Uc Uf cfIcIf同步转速同步转速06 0/nfp 两相交流伺服电机存在“自转”现象。 消除“自转”的措施： 增大转子的电阻，转子导条采用高电阻材料。增大转子的电阻，转子导条采用高电阻材料。20mmSrnTf S时，（）为制动转矩5、消除自转现象、消除自转现象不同转子电阻的伺服电动机的机械特性不同转子电阻的伺服电动机的机械特性交流伺服电动机的机械特性交流伺服电动机的机械特性6.交流伺服电动机的控制特性交流伺服电动机的控制特性（1）控制类别：幅值控制、相位控制和幅值-相位控制（2）幅值控制的电路原理（3）幅值控制的机械特性曲线（4）交流伺服电动

6、机应用输出功率0.1100W，电源频率50Hz、400Hz。应用在数控机床、雷达的控制系统及机器人控制系统中等。1.直流伺服电动机的电路原理直流伺服电动机的电路原理2caeemURnTKK K（6-1）6.2 直流伺服电动机2.直流伺服电动机的应用直流伺服电动机的应用3.直流伺服电动机的机械特性直流伺服电动机的机械特性由机械特性可知：由机械特性可知：(1) Uf（即磁通（即磁通 ）不变时，）不变时，一定的负载下，一定的负载下，Uc ,n 。(2) Uc=0时，电机立即停转。时，电机立即停转。反转：反转：电枢电压的极性改变，电机反转。电枢电压的极性改变，电机反转。 直流伺服电机的特性较交流伺服电

7、机硬。经直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为为1-600W。它的用途很多，如随动系统中的它的用途很多，如随动系统中的位置控制等。位置控制等。应用：应用：6.3 力矩电动机特点：特点： 转矩大转矩大 转速低转速低 与负载直接连接； 能带动负载堵转堵转。力矩电动机交流力矩电动机直流力矩电动机异步同步1 .永磁直流力矩电动机的结构永磁直流力矩电动机的结构特点：特点： Dl 2.直流力矩电动机转矩大，转速低的原因直流力矩电动机转矩大，转速低的原因212222aaaaFBI lBI NlDDTNFNBI lDD lcDl

8、NlclNBI NlcTD又（6-2）（1）力矩大的原因）力矩大的原因（2）转速低的原因）转速低的原因000601201201aaaaeBlDnNBl DnUEUnNBlDnD又一匝线圈产生的感应电动势：N匝绕组产生的感应电动势：（6-3）3.直流力矩电动机的与应用直流力矩电动机的与应用运行特征：能在低速与堵转下运行，能产生足够大的堵转转矩而不损坏电机；精度高、反应快、线性度好；调速范围大，调速范围：0.00017r/min-25r/min应用：用于低速、可调转矩的随动系统作执行元件。6.4 小功率同步电动机 前面讨论过的伺服电动机，其转速是随控制信号转速是随控制信号或负载转矩的变化而变化的或

9、负载转矩的变化而变化的。而在传真机、磁带录音机和各种精确的计时或记录装置中，往往需要一种能在电源电压波动或负载转矩变化时仍可保持转速恒定电源电压波动或负载转矩变化时仍可保持转速恒定不变的电动机不变的电动机。额定功率从零点几瓦到数百瓦的各种小功率同步电动机小功率同步电动机就是在一定的输出功率范围内具有这种恒速特性恒速特性的连续运转同步电动机。运行特性运行特性：-连续运转；功率：功率： P 1W， P 100W；应用：应用： 恒速传动中传动电动机，控制系统中作为执行元件。分类：分类：转子结构材料分类：永磁式、反应式（磁阻式）、磁滞式等1.小功率同步电动机概述小功率同步电动机概述1）三相永磁式小功率

10、同步电动机原理接线图2）单相磁滞式小功率同步电动机原理接线图2. 永磁式同步电动机永磁式同步电动机1）永磁式小功率同步电动机结构2）工作原理1）异性相吸）异性相吸2）失步）失步3）永磁式同步电动机难起动的原因4）永磁式同步电动机异步起动1) 异步起动:2) 永磁铁:3. 磁阻式电磁减速同步电动机磁阻式电磁减速同步电动机1) 结构0022222/2srRssrrrsrsrsrrZZKZZZZZZZZZZfZZp（6-4）（6-5）（6-6）2) 工作原理6.5 直线电动机直线电动机1.直线电动机的结构直线电动机的结构628a旋转异步电动机旋转异步电动机 直线电动机直接实现直线运动，从而消除了旋转

11、电动机由旋转运动到直线运动的中间机构，使精度提高，结构简化，响应快速。直线电动机直线电动机短初级直线电动机短初级直线电动机短次级直线电动机短次级直线电动机2.直线电动机的工作原理直线电动机的工作原理222c o s2smssFK p ISf s（1 - S ）（1 - S ）（6-23）（6-24）6.6 测速发电机测速发电机0dUKnKKdt（7-1） 测量转速测量转速 机电微分、积分器机电微分、积分器6.6.1 异步交流测速发电机异步交流测速发电机1. 异步交流测速发电机的结构异步交流测速发电机的结构工作绕组或输出绕组工作绕组或输出绕组2. 异步交流测速发电机的原理异步交流测速发电机的原理20222000ppEnEEEnUEKn （6-8）（6-9）（6-10）（6-11）3.异步交流测速发电机应用中应注意的问异步交流测速发电机应用中应注意的问题题1）主要技术指标 a.剩余电压 b.线性误差 c.相位误差 d.输出斜率异步交流测速发电机的输出特性的线形度异步交流测速发电机的输出特性的线形度1. 工作原理图工作原理图6.6.2 直