控制电机课件

控制电机

特点：动作灵敏、精度高、体积较小。主要是应用于自动控制系统中的一些执行元件。它们功率一般不大，完成控制信号的传递和变换。§6.1交流伺服电机

§6.1交流伺服电机伺服（随动）：随控制信号而动（执行）当有控制信号时

转，信号大转速上升当无控制信号时

停

§6.1交流伺服电机特点（与普通电机相比）1、调速范围广2、惯性小3、控制信号（功率）小

§6.1交流伺服电机§6.1.1两相交流伺服电机的结构

§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构

一、定子：

与单相电容式的异步电机的结构相似有两组相差90的绕组励磁绕组FW加励磁电源控制绕组CW加控制信号FW与CW的电流频率相同但电源不同

§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构二、转子：

笼型转子：与异步相似空心杯型转子：空心薄壁筒特点：惯量小细而长

§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构三、接线方式

FW（励磁绕组）串电容后接励磁电源CW（控制绕组）接控制信号 符号SM表示伺服电机FWCWUfSM～Uc

§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构§6.1.2工作原理§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构

§6.1.2工作原理与单相类似>当励磁FW

接固定电压后>控制CW

有信号时，产生旋转磁场，转动起来§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构

§6.1.2工作原理要求：

对于普通单相电机启动后是不会自己停下来的而伺服电机当CW没有信号时应自动停止不转这叫自转现象需要消除它。§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构

§6.1.2工作原理§6.1.3自转的消除措施

§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构§6.1.2工作原理

§6.1.3自转的消除措施消除措施是想办法在控制电压Uc＝0时电机自己产生制动转矩

方法是增大转子电阻R2由Sm=R2/X20知当R2↑Sm↑（即nm↓）当Sm>1时（即nm<0）特性见图>这时，负方向也类似(S)nn0(0)T-1(1)0TT+

§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构§6.1.2工作原理

§6.1.3自转的消除措施当Uc＝0单相运行时两个方向相反的旋转磁场在转子上产生的合力矩与转动方向相反（即制动）当Uc≠0时加强了一个方向的旋转磁场的强度使合力矩变成了与转动方向相同的方向从而转动起来Uc↑合力矩↑当Uc相位改变180度时，加强了另一个方向的旋转磁场，使转子反转。

§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构§6.1.2工作原理

§6.1.3自转的消除措施所以: 1、交流伺服电机的笼型转子采用电阻率很大的材料做（黄铜等）R2很大2、杯型转子做成薄壁型（0.2-0.8mm）R2大惯量小

§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构§6.1.2工作原理

§6.1.3自转的消除措施3、当Uc≠0时机械特性在Ⅰ,Ⅲ象限 当Uc＝0时机械特性在Ⅱ,Ⅳ象限

§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构§6.1.2工作原理

§6.1.3自转的消除措施§6.1.4

特性应用

§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构§6.1.2工作原理

§6.1.3自转的消除措施一、控制特性1．三种控制方法:UFWCWCSM～1、)幅值控制Uc的幅值变化2、)相位控制Uc与Uf的相差φ,当φ大时加强,φ在0-90度之间比较复杂3、)幅、相控制

§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构§6.1.2工作原理

§6.1.3自转的消除措施§6.1.4特性应用§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构§6.1.2工作原理§6.1.3自转的消除措施§6.1.4特性应用一、控制特性1、三种控制方法2．幅值控制的方法简单方法如图这时当Uc变化时特性曲线如图UC↑§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构§6.1.2工作原理§6.1.3自转的消除措施§6.1.4特性应用一、控制特性二、应用举例：

种类励磁方式产品型号机构特点性能特点适用范围一般直流伺服电动机电磁或永磁SZ或SY与普通直流电动机相同，但电枢铁心长度与直径之比大一些，气隙较小。具有下垂的机械和线性的调节特性，对控制信号的响应快速。一般直流伺服系统无槽电枢直流伺服电动机电磁或永磁SWC电枢铁心为光滑圆柱体，电枢绕组用环氧树脂粘在电枢铁心表面，气隙较大。具有一般直流伺服电动机的特点，而且转动惯量和机电时间常数小，换向良好。需要快速动作、功率较大的直流伺服系统。空心杯形电枢直流伺服电动机永磁SYK电枢绕组用环氧树脂浇注成杯型，置于内、外定子之间，内、外定子分别用软磁材料和永磁材料做成。具有一般直流伺服电动机的特点，且转动惯量和机电时间常数小，低速运转平滑，换向好。需要快速动作的直流伺服系统。印刷绕组直流伺服电动机永磁SN在圆盘形绝缘薄板上印制裸露的绕组构成电枢，磁极轴向安装。转动惯量小，机电时间常数小，低速运行性能好。低速和启动、反转频繁的控制系统。无刷直流伺服电动机永磁SW由晶体管开关电路和位置传感器代替电刷和换向器，转子用永久磁铁做成，电枢绕组在定子上，且做成多相式。既保持了一般直流伺服电动机的优点，又克服了换向器和电刷带来的缺点。寿命长，噪音低。要求噪音低、对无线电不产生干扰的控制系统。§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构§6.1.2工作原理§6.1.3自转的消除措施§6.1.4特性应用一、控制特性二、应用举例三、交流伺服电机功率比较小（0.1~100W）

但结构简单§6.1交流伺服电机

§6.1.1两相交流伺服电机的结构§6.1.2工作原理§6.1.3自转的消除措施§6.1.4特性应用§6.2直流伺服电机

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机

当功率大的系统中（1-600W）用直流伺服电机§6.1交流伺服电机

§6.2直流伺服电机一、分类：电磁式永磁式§6.1交流伺服电机

§6.2直流伺服电机一、分类二、原理：

与普通直流相同只是转子细长以减小转动惯量（改善动态特性）因n=Uc/（Keφ）-R/（KeKmφ2）T

知当Uc=0时n=0（T为反抗转矩）§6.1交流伺服电机

§6.2直流伺服电机一、分类二、原理三、控制：电枢控制：改变电枢电压U

磁场控制：改变励磁电流I§6.1交流伺服电机

§6.2直流伺服电机一、分类二、原理三、控制四、交、直流比较交流：结构简单可靠功率小直流：特性硬、线性好、结构复杂（有换向器）

§6.1交流伺服电机

§6.2直流伺服电机§6.3

力矩电机

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机

§6.3力矩电机一般电机n

比较高（n小时不稳定）当工作中n不高时，可用减速器，但复杂,动态不好力矩电机就是能输出低速大扭矩的伺服电机

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机

§6.3力矩电机分类：

交流力矩电机

直流力矩电机异步力矩电机

同步力矩电机

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机

§6.3力矩电机§6.3.1永磁式直流力矩电动机的结构特点

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.3.1永磁式直流力矩电动机的结构特点1、扁平形状

2、轴向短径向长3、永磁励磁

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.3.1永磁式直流力矩电动机的结构特点§6.3.2转矩和转速

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.3.1永磁式直流力矩电动机的结构特点

§6.3.2转矩和转速一、转矩当磁极中的B（磁感应强度）一定时单根导线受力大小：F＝BIL＝BIaL

（L为绕组有效长度）电枢扭矩：

T=FND/2=((BIaNL)/2)D

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.3.1永磁式直流力矩电动机的结构特点

§6.3.2转矩和转速一、转矩T=FND/2=((BIaNL)/2)D当体积不变时由πD2L=C所以D↑L↓当耗铜量不变（导线总长度及直径不变时）应L↓N↑NL不变所以T＝KD

既D↑时T扭矩增加

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.3.1永磁式直流力矩电动机的结构特点

§6.3.2转矩和转速一、转矩结论：相同体积和用铜量（材料用量）情况下D越大扭矩T↑

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.3.1永磁式直流力矩电动机的结构特点

§6.3.2转矩和转速一、转矩二、转速由反电势

ef=BLV

（V为切割线速度）V=πDn/60（周长和转速）而电枢电压平衡为：

U＝ef＋IaR

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.3.1永磁式直流力矩电动机的结构特点

§6.3.2转矩和转速一、转矩二、转速当 T＝0时n=n0

Ia=0U＝ef=(1/2)BNLπDn0/60n0=(120/π)(Ua/NBLD)=K/D既当D↑时,n0↓

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.3.1永磁式直流力矩电动机的结构特点

§6.3.2转矩和转速§6.3.3特点应用

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.3.1永磁式直流力矩电动机的结构特点

§6.3.2转矩和转速§6.3.3特点应用

★适于低速大扭矩★堵转时不易损坏（制造时）★精度高反应快★调速范围宽

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.3.1永磁式直流力矩电动机的结构特点

§6.3.2转矩和转速§6.3.3特点应用§6.4小功率同步电机

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.4小功率同步电机应用于小型而有恒速要求的装置中如记录纸，走纸机构、电唱机、录音机（高级）结构：定子同异步转子：无绕组

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.4小功率同步电机分类按转子工作原理

永磁式（高速）

磁阻式（低速）

磁滞式

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.4小功率同步电机§6.4.1永磁式

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.4小功率同步电机

§6.4.1永磁式一、结构与大功率原理相同只是转子用永久磁铁来取代电磁励磁

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.4小功率同步电机

§6.4.1永磁式一、结构二、启动：与大功率一样有笼型启动绕组但这时由于有磁场会产生一定的制动转矩所以启动时负载小

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.4小功率同步电机

§6.4.1永磁式§6.4.2磁阻式减速同步电机

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.4小功率同步电机

§6.4.1永磁式§6.4.2磁阻式减速同步电机一、结构>定子：有内齿Zd导磁材料制造有三相绕组>转子：有外齿Zr导磁材料制造>齿数:Zr>Zd且不为整数倍

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.4小功率同步电机

§6.4.1永磁式§6.4.2磁阻式减速同步电机一、结构二、工作原理

由于Zr>Zd

>当旋转磁场在A点时，转子与A对应磁阻最小

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.4小功率同步电机

§6.4.1永磁式§6.4.2磁阻式减速同步电机一、结构二、原理>当旋转磁场在B点时，磁场转过角2π/Zd转子齿与定子B齿对齐（磁场的作用使磁阻最小）转过2π/Zd-2π/Zr=θ

§6.1交流伺服电机§6.2直流伺服电机§6.3力矩电机

§6.4小功率同步电机

§6.4.1永磁式§6.4.2磁阻式减速同步电机一、结构二、原理>旋转磁场转速n0与转子转速n之比n0/n=KR=(2