数字伺服控制系统的运动驱动器单元

目录·第六章

第六章控制电机

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测速发电机

6.6自整角机

6.7直线电动机第六章控制电机

①了解机电传动控制系统中一些常用控制电机基本结构；

②掌握控制电机基本工作原理、主要运行特性及特点；

③了解控制电机的应用场所，以便正确选用和使用它们。

掌握常用控制电动机基本工作原理，运行特性与特点。①交流伺服电动机“自转”现象及消除该现象的原理；②自整角机的工作原理。重点难点基本要求第六章控制电机概述控制电机与普通电机比较：

控制电机与普通电机的基本结构和工作原理大体相同；

普通电机的主要作用是进行能量转换，

控制电机的主要作用是完成信息的传递和变换。对控制电机的基本要求:

①具有良好的可控性，即易于控制和调节；

②具有快速的响应性能，即要有较大的启动转矩和较小的转动惯量；

③精确度要高，误差要小。第六章控制电机交流伺服电动机的结构

是一种小型或微型两相异步电动机。交流伺服电动机的原理

与电容分相式单相异步电动机相同。交流伺服电动机特点结构简单、运行可靠、维护简便、转动惯量小，广泛用于功率较小的控制系统中。6.1交流伺服电动机交流伺服电动机的原理图励磁绕组控制绕组SM～第六章控制电机6.1交流伺服电动机

“自转”现象如果交流伺服电动机参数与一般的单相异步电动机一样，那么当控制信号消失时，电机转速虽会下降些，但仍会继续不停地转动。这种失控现象称为“自转”。

“自转”现象的消除要求交流伺服电动机的转子电阻值设计得很大，使电机在失去控制信号而单相运行时，正转矩或负转矩的最大值均出现在sm＞1的地方。

交流伺服电动机的转速控制方式①幅值控制②相位控制③幅相控制交流伺服电动机的机械特性第六章控制电机6.1交流伺服电动机“自转”现象的消除①励磁和控制绕组通电②励磁绕组通电①②转子电阻设计得很大②运行绕组通电①运行和起动绕组通电普通单相电动机的机械特性第六章控制电机6.1交流伺服电动机幅值控制接线图相位控制接线图幅值-相位控制接线图交流伺服电动机的转速控制方式f－励磁绕组k－控制绕组第六章控制电机6.1交流伺服电动机幅值控制接线图交流伺服电动机幅值控制时的机械特性在一定的负载转矩下，控制电压Uk

大小变化时，转速n与电压Uk

成正比变化，Uk=0V时，能立即停止。Uk

的极性改变时，转子的转向改变。Uk

＝U1＞U2＞U3

＞U4f－励磁绕组k－控制绕组第六章控制电机6.2直流伺服电动机

直流伺服电动机是一种小型直流电机，它能将直流信号电压转换成转轴上的角位移或角速度，以完成一定的控制任务。

其控制方式有电枢控制和磁场控制两种。直流伺服电动机启动转矩大、特性较硬且线性度好、调节范围广、体积小、效率高，因此一般用于功率较大的控制系统中。第六章控制电机6.2直流伺服电动机SM—励磁电压电枢电压直流伺服电动机电枢控制时的机械特性励磁电压Uf

不变时，在一定的负载转矩下，电枢电压Uk

大小变化时，转速n与电压Uk

成正比变化，

Uk=0V时，能立即停止。

Uk

的极性改变时，电枢的转向改变。

Uk

＝

U1＞U2＞U3

直流伺服电动机的原理图第六章控制电机伺服电动机应用举例数控机床伺服系统组成第六章控制电机半闭环脉冲比较伺服系统结构框图闭环脉冲比较伺服系统结构框图数控机床的位置控制伺服电动机应用举例检测驱动装置旋转角度检测运动部件实际位置第六章控制电机数控机床的位置控制伺服电动机应用举例半闭环脉冲比较伺服系统结构框图半闭环相位比较伺服系统框图第六章控制电机闭环相位比较伺服系统框图数控机床的位置控制伺服电动机应用举例半闭环相位比较伺服系统框图第六章控制电机数控机床的位置控制伺服电动机应用举例半闭环相位比较伺服系统框图半闭环幅值比较伺服系统框图第六章控制电机闭环幅值比较伺服系统框图数控机床的位置控制伺服电动机应用举例半闭环幅值比较伺服系统框图第六章控制电机6.3力矩电动机

力矩电动机是一种能够长期处于启动(堵转)

状态下工作的低转速、大转矩的执行电机。

直流力矩电动机的工作原理和直流伺服电动机相同，仅在结构上有所区别，力矩电动机一般作成扁平形。

它主要采用永磁式电枢控制方式。

它反应速度快、特性硬度大且线性度好、精度高，能在堵转和低速下运行，特别适用于对速度和位置的控制精度要求很高的系统中。

它与高精度的检测元件、放大元件和校正环节等组成的闭环控制系统，其稳定运行转速低达每天转1/4转，调速范围达几万至几十万，位置精度达到角度的秒级。

第六章控制电机6.3力矩电动机直流力矩电动机(a)分装式(b)内装式第六章控制电机6.4小功率同步电动机

小功率同步电动机的定子与异步电动机基本相同，有三相或单相之分；转子有永磁式、磁阻式和磁滞式之分；

工作原理与一般同步电动机基本相同；永磁式和磁阻式的启动也常采用异步启动法。永磁式的可用于高速或低速的自动装置中，磁阻式电磁减速同步电动机常用于低速的场合，广泛应用于仪器仪表及无线电设备中。第六章控制电机6.5测速发电机

测速发电机是一种将转速信号变换成电信号的元件，输出电压与转速成正比。在自动控制系统中应用广泛。交流测速发电机主要是异步测速发电机，它的结构与交流伺服电动机基本相同，区别仅在于定子上有一个绕组是作为感应电势的输出绕组；

直流测速发电机结构和原理与普通直流发电机基本相同。交流异步测速发电机和直流测速发电机各有优缺点，选用时应根据系统的实际要求综合考虑。

第六章控制电机6.6自整角机在自动控制系统中，常常需要指示位置和角度的数值，或者需要远距离调节执行机构的速度，或者需要某根轴随着另外的与其无机械连接的轴同步转动，这样就出现了自整角机，即用来实现自动指示角度和同步传输角度的一类控制电机。自整角机是一种对角位移偏差具有自整步能力的控制电机。通常成对运行，一台作为发送机，另一台作为接收机。运行方式上可分为力矩式和控制式两种。第六章控制电机6.6自整角机力矩式自整角机系统中，发送机和接收机的定子绕组用导线对接起来，转子绕组接在同一交流电源上。

当发送机转子偏转某一角度时，其定子绕组输出一个相应的电压，使接收机的转子沿同一方向偏转同一角度。当发送机的转子以某一速度旋转时，接收机的转子也以同一速度跟随旋转，

使两者的转轴协调动作，始终保持同步偏转或旋转。这种同步联结系统有时亦称为电轴系统，

它用来进行远距离的信号传输和指示。

第六章控制电机力矩式自整角机接线图6.6自整角机液位指示器示意图1.浮子；2.自整角发电机；3.自整角接收机；4.平衡锤；5.滑轮第六章控制电机6.6自整角机控制式自整角机系统中，发送机和接收机的定子绕组用导线对接起来，发送机的转子绕组接交流电源，而接收机的转子绕组则作为信号输出。将发送机轴上的转角信号按一定的转换系数转换成接收机转子绕组上的电压信号，通过放大器放大后，作为异步伺服电动机的控制信号控制转速和转向，并在其带动负载运动的同时，带动接收机旋转，直到负载准确到达发送机给定的位置为止。由于在此闭环调节系统中加入了放大环节，所以精度较高。

第六章控制电机6.6自整角机控制式自整角机应用实例图1-发送机2-接收机(自整角变压器)3-放大器；4-交流伺服电动机第六章控制电机6.7直线电动机

直线电动机是一种能直接将电能转换为直线运动的伺服驱动部件，与普通直流电动机、异步电动机等的工作原理相同；

在结构型式上一般把定子与转子作成初级与次