1、機電傳動控制1第第3 3章章 控制電機控制電機3-1 3-1 伺服電動機伺服電動機3-2 3-2 微型同步電動機微型同步電動機3-3 3-3 測速發(fā)電機測速發(fā)電機3-4 3-4 步進電動機步進電動機3-5 3-5 直線電動機直線電動機3-6 3-6 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器3-7 3-7 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器機電傳動控制2 了解機電傳動控制系統(tǒng)中一些常用控制電機基本結(jié)構(gòu)；了解機電傳動控制系統(tǒng)中一些常用控制電機基本結(jié)構(gòu)； 掌握控制電機基本工作原理、主要運行特性及特點；掌握控制電機基本工作原理、主要運行特性及特點； 了解控制電機的應(yīng)用場所，以便正確選用和使用它們。了解控制電機的應(yīng)用場所，以便正確選用和

2、使用它們。 掌握常用控制電動機基本工作原理，運行特性與特點。掌握常用控制電動機基本工作原理，運行特性與特點。 交流伺服電動機交流伺服電動機“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象及消除該現(xiàn)象的原理。現(xiàn)象及消除該現(xiàn)象的原理。機電傳動控制3 控制電機與普通電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理大體相同；控制電機與普通電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理大體相同； 普通電機的主要作用是進行能量轉(zhuǎn)換，普通電機的主要作用是進行能量轉(zhuǎn)換， 控制電機的主要作用是完成信息的傳遞和變換?？刂齐姍C的主要作用是完成信息的傳遞和變換。 具有良好的可控性，即易于控制和調(diào)節(jié)；具有良好的可控性，即易于控制和調(diào)節(jié)； 具有快速的響應(yīng)性能，具有快速的響應(yīng)性能， 即要有較大的啟動

3、轉(zhuǎn)矩和較小的轉(zhuǎn)動慣量；即要有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和較小的轉(zhuǎn)動慣量； 精確度要高，誤差要小。精確度要高，誤差要小。機電傳動控制4交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)交流伺服電動機的結(jié)構(gòu) 是一種小型或微型是一種小型或微型 兩相異步電動機。兩相異步電動機。交流伺服電動機的交流伺服電動機的原理原理 與電容分相式與電容分相式 單相異步電動機相同。單相異步電動機相同。交流伺服電動機特點交流伺服電動機特點 結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、 維護簡便、轉(zhuǎn)動慣量小，維護簡便、轉(zhuǎn)動慣量小， 廣泛用于功率較小的廣泛用于功率較小的 控制系統(tǒng)中?？刂葡到y(tǒng)中。交流伺服電動機的原理圖交流伺服電動機的原理圖勵磁勵磁繞組繞組控制控制繞組繞組

4、SM機電傳動控制5 “自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象現(xiàn)象如果交流伺服電動機參數(shù)與一般的單相異步電動機一樣，如果交流伺服電動機參數(shù)與一般的單相異步電動機一樣，那么當控制信號消失時，電機轉(zhuǎn)速雖會下降些，但仍會那么當控制信號消失時，電機轉(zhuǎn)速雖會下降些，但仍會繼續(xù)不停地轉(zhuǎn)動。這種失控現(xiàn)象稱為繼續(xù)不停地轉(zhuǎn)動。這種失控現(xiàn)象稱為“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”。 “自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的消除現(xiàn)象的消除要求要求交流伺服電動機的交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子電阻值設(shè)計得很大，使電機轉(zhuǎn)子電阻值設(shè)計得很大，使電機在失去控制信號而單相運行時，正轉(zhuǎn)矩或負轉(zhuǎn)矩的最大在失去控制信號而單相運行時，正轉(zhuǎn)矩或負轉(zhuǎn)矩的最大值均出現(xiàn)在值均出現(xiàn)在sm1的地方。的地方。 交流伺服電動機的

5、轉(zhuǎn)速控制方式交流伺服電動機的轉(zhuǎn)速控制方式 幅值控制幅值控制 相位控制相位控制 幅相控制幅相控制機電傳動控制6勵磁和控制繞組通電勵磁和控制繞組通電勵磁繞組通電勵磁繞組通電運行運行 繞組通電繞組通電運行和起動運行和起動 繞組通電繞組通電“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象現(xiàn)象的消除的消除“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象現(xiàn)象機電傳動控制7幅值控制幅值控制接線圖接線圖相位控制相位控制接線圖接線圖幅值幅值-相位相位控制接線圖控制接線圖機電傳動控制8幅值控制幅值控制接線圖接線圖交流伺服電動機交流伺服電動機幅值控制時幅值控制時的機械特性的機械特性l 在一定的負載轉(zhuǎn)矩下，在一定的負載轉(zhuǎn)矩下， 控制電壓控制電壓 Uk 大小變化時，大小變化時， 轉(zhuǎn)

6、速轉(zhuǎn)速 n 與電壓與電壓Uk 成正比變化，成正比變化， Uk=0V時，能立即停止。時，能立即停止。機電傳動控制9 直流伺服電動機是一種小型直流電機，直流伺服電動機是一種小型直流電機， 它能將直流信號電壓轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸上的它能將直流信號電壓轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸上的 角位移或角速度，以完成一定的控制任務(wù)。角位移或角速度，以完成一定的控制任務(wù)。 其控制方式有其控制方式有電樞控制電樞控制和和磁場控制磁場控制兩種。兩種。 直流伺服電動機啟動轉(zhuǎn)矩大、直流伺服電動機啟動轉(zhuǎn)矩大、 特性較硬且線性度好、特性較硬且線性度好、 調(diào)節(jié)范圍廣、體積小、效率高，因此調(diào)節(jié)范圍廣、體積小、效率高，因此 一般用于功率較大的控制系統(tǒng)中。一般用

7、于功率較大的控制系統(tǒng)中。機電傳動控制10SM勵磁勵磁電壓電壓電樞電樞電壓電壓直流伺服電動機直流伺服電動機的機械特性的機械特性l 勵磁電壓勵磁電壓Uf 不變時，不變時， 在一定的負載轉(zhuǎn)矩下，在一定的負載轉(zhuǎn)矩下， 直流伺服電動機直流伺服電動機的原理圖的原理圖機電傳動控制11優(yōu)缺點比較：n直流伺服電動機：轉(zhuǎn)矩大，線性度好，機械特性硬；效率高，功率大；結(jié)構(gòu)復雜，維護困難，有無線干擾。n交流伺服電動機：非線性特性曲線，影響系統(tǒng)動態(tài)精度；體積大，效率低；結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護方便。機電傳動控制12 力矩電動機是一種能夠長期處于啟動力矩電動機是一種能夠長期處于啟動( (堵轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn)) ) 狀態(tài)下工作的低轉(zhuǎn)速、

8、大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行電機。狀態(tài)下工作的低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行電機。 直流力矩電動機的工作原理和直流伺服電動機相同，直流力矩電動機的工作原理和直流伺服電動機相同， 僅在結(jié)構(gòu)上有所區(qū)別，力矩電動機一般作成扁平形。僅在結(jié)構(gòu)上有所區(qū)別，力矩電動機一般作成扁平形。 它主要采用永磁式電樞控制方式。它主要采用永磁式電樞控制方式。 它反應(yīng)速度快、特性硬度大且線性度好、精度高，它反應(yīng)速度快、特性硬度大且線性度好、精度高， 能在堵轉(zhuǎn)和低速下運行，特別適用于對速度和位置能在堵轉(zhuǎn)和低速下運行，特別適用于對速度和位置 的控制精度要求很高的系統(tǒng)中。的控制精度要求很高的系統(tǒng)中。 它與高精度的檢測元件、放大元件和校正環(huán)節(jié)等組成它與高精

9、度的檢測元件、放大元件和校正環(huán)節(jié)等組成 的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其穩(wěn)定運行轉(zhuǎn)速低達每天轉(zhuǎn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其穩(wěn)定運行轉(zhuǎn)速低達每天轉(zhuǎn)1/41/4轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)， 調(diào)速范圍達幾萬至幾十萬，位置精度達到角度的秒級。調(diào)速范圍達幾萬至幾十萬，位置精度達到角度的秒級。 機電傳動控制13直流力矩電動機直流力矩電動機( (a) )分裝式分裝式( (b) )內(nèi)裝式內(nèi)裝式機電傳動控制14 微型同步電動機的微型同步電動機的 定子與異步電動機基本相同，有三相或單相之分；定子與異步電動機基本相同，有三相或單相之分； 轉(zhuǎn)子有永磁式、磁阻式和磁滯式之分；轉(zhuǎn)子有永磁式、磁阻式和磁滯式之分； 工作原理與一般同步電動機基本相同；工作原理與一般同步

10、電動機基本相同； 永磁式和磁阻式的啟動也常采用異步啟動法。永磁式和磁阻式的啟動也常采用異步啟動法。 永磁式的可用于高速或低速的自動裝置中，永磁式的可用于高速或低速的自動裝置中， 磁阻式電磁減速同步電動機常用于低速的場合，磁阻式電磁減速同步電動機常用于低速的場合， 廣泛應(yīng)用于儀器儀表及無線電設(shè)備中。廣泛應(yīng)用于儀器儀表及無線電設(shè)備中。機電傳動控制15 測速發(fā)電機是一種將轉(zhuǎn)速信號變換成電信號的元件，測速發(fā)電機是一種將轉(zhuǎn)速信號變換成電信號的元件， 輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。在自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。在自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 交流測速發(fā)電機主要是異步測速發(fā)電機，它的結(jié)構(gòu)與交流測速發(fā)電

11、機主要是異步測速發(fā)電機，它的結(jié)構(gòu)與 交流伺服電動機基本相同，區(qū)別僅在于定子上有一交流伺服電動機基本相同，區(qū)別僅在于定子上有一 個繞組是作為感應(yīng)電勢的輸出繞組；個繞組是作為感應(yīng)電勢的輸出繞組； 直流測速發(fā)電機結(jié)構(gòu)和原理與普通直流發(fā)電機基本相同。直流測速發(fā)電機結(jié)構(gòu)和原理與普通直流發(fā)電機基本相同。 交流異步測速發(fā)電機和直流測速發(fā)電機各有優(yōu)缺點，交流異步測速發(fā)電機和直流測速發(fā)電機各有優(yōu)缺點， 選用時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實際要求綜合考慮。選用時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實際要求綜合考慮。 機電傳動控制16 步進電動機與一般電動機相比，步進電動機與一般電動機相比， 它們的結(jié)構(gòu)相似，由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。它們的結(jié)構(gòu)相似，由定

12、子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 但步進電動機是一種將但步進電動機是一種將 轉(zhuǎn)換為角位移或直線運動的執(zhí)行部件。轉(zhuǎn)換為角位移或直線運動的執(zhí)行部件。 步進電動機定子上裝有一定相數(shù)的勵磁繞組，步進電動機定子上裝有一定相數(shù)的勵磁繞組， 轉(zhuǎn)子本身沒有勵磁繞組的叫轉(zhuǎn)子本身沒有勵磁繞組的叫“反應(yīng)式步進電動機反應(yīng)式步進電動機”， 用永久磁鐵做轉(zhuǎn)子的叫用永久磁鐵做轉(zhuǎn)子的叫“永磁式步進電動機永磁式步進電動機”。 機電傳動控制17小步距角小步距角三相反應(yīng)式三相反應(yīng)式步進電動機步進電動機三相反應(yīng)式三相反應(yīng)式步進電動機步進電動機結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖 機電傳動控制18 步進電動機的工作原理就是步進電動機的工作原理就是。 每當定子繞組接

13、收一個電脈沖時，每當定子繞組接收一個電脈沖時， 轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個固定的角度，這個角度即稱為步距角。轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個固定的角度，這個角度即稱為步距角。 因為每通電一次，即運行一拍，轉(zhuǎn)子就走一步，故因為每通電一次，即運行一拍，轉(zhuǎn)子就走一步，故 步距角：步距角： 式中，式中，為狀態(tài)系數(shù)為狀態(tài)系數(shù) （如單三拍、雙三拍時（如單三拍、雙三拍時K=1，單、雙六拍時，單、雙六拍時K=2）；）； 表示電動機的相數(shù)；表示電動機的相數(shù)； 為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 當電動機相數(shù)當電動機相數(shù)m和轉(zhuǎn)子齒數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)z一定（即電機結(jié)構(gòu)一定）時，一定（即電機結(jié)構(gòu)一定）時， 則步進電機的轉(zhuǎn)速取決于輸入電脈沖的頻率和通電方式，則

14、步進電機的轉(zhuǎn)速取決于輸入電脈沖的頻率和通電方式， 即：即： (r / /min) ，其中，其中， 為電脈沖的頻率。為電脈沖的頻率。機電傳動控制19 反應(yīng)式步進電機工作原理圖反應(yīng)式步進電機工作原理圖三相單三拍運行方式三相單三拍運行方式機電傳動控制2003060反應(yīng)式步進電機工作原理圖反應(yīng)式步進電機工作原理圖01530三相單、雙六拍三相單、雙六拍AABB CACBC三相單三拍三相單三拍 ABC 機電傳動控制21 電動機的定、轉(zhuǎn)子展開圖電動機的定、轉(zhuǎn)子展開圖小步距角小步距角三相反應(yīng)式三相反應(yīng)式步進電動機步進電動機機電傳動控制22 電動機的定、轉(zhuǎn)子展開圖電動機的定、轉(zhuǎn)子展開圖步進電動機的步進電動機的轉(zhuǎn)

15、矩與失調(diào)角的關(guān)系轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系機電傳動控制23 靜態(tài)運行特性靜態(tài)運行特性：不改變通電情況的運行狀態(tài)稱為靜態(tài)運行。不改變通電情況的運行狀態(tài)稱為靜態(tài)運行。失調(diào)角失調(diào)角 ：定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線之間的夾角定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線之間的夾角 ( (電角度電角度) )。矩角特性矩角特性：靜轉(zhuǎn)矩和失調(diào)角之間的特性曲線，靜轉(zhuǎn)矩和失調(diào)角之間的特性曲線，步進電動機的步進電動機的轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系機電傳動控制24 步進電動機步進電動機的矩角特性的矩角特性步進電動機的步進電動機的轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系機電傳動控制25 機電傳動控制26 機電傳動控制27 在實際應(yīng)用中，對于三相步進電動機

16、來說，在實際應(yīng)用中，對于三相步進電動機來說， 由于單三拍通電方式容易失步，穩(wěn)定性差，一般很少采用。由于單三拍通電方式容易失步，穩(wěn)定性差，一般很少采用。 三相六拍通電方式比三相單三拍通電方式步距角小一半，三相六拍通電方式比三相單三拍通電方式步距角小一半， 在切換時保持一相繞組通電，工作穩(wěn)定，在切換時保持一相繞組通電，工作穩(wěn)定， 比單三拍增大了穩(wěn)定區(qū)。比單三拍增大了穩(wěn)定區(qū)。 步距角步距角 最大靜轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩TSmax 空載啟動頻率空載啟動頻率fost 精度精度。 機電傳動控制28 直線電動機是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運動的直線電動機是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運動的 伺服驅(qū)動部件，與普通直流電動機、異步電動機等伺服驅(qū)動部件，與普通直流電動機、異步電動機等 的工作原理相同；的工作原理相同； 在結(jié)構(gòu)型式上一般把定子與轉(zhuǎn)子作成初級與次級在結(jié)構(gòu)型式上一般把定子與轉(zhuǎn)子作成初級與次級 長度不等的平面，把一方固定不動，而另一方在長度不等的平面，把一方固定不動，而另一方在 電磁力的推動