1、機電傳動控制教案6課件機電傳動控制教案6課件2022/9/11機械工程學(xué)院控制電機簡介控制電機用于自動控制、自動調(diào)節(jié)、遠距離測量、隨動系統(tǒng)以及計算機裝置中的微特電機。功率和體積都比普通電機小得多，一般功率從1w到幾百w分類：測量元件、放大元件、執(zhí)行元件和校正元件.對控制電機的基本要求：精度高、響應(yīng)快和性能穩(wěn)定可靠。 2022/9/9機械工程學(xué)院控制電機簡介控制電機用于自動控2022/9/11機械工程學(xué)院學(xué)習(xí)本章主要考慮的問題結(jié)構(gòu)上的特殊性原理上的特殊性應(yīng)用上的特殊性2022/9/9機械工程學(xué)院學(xué)習(xí)本章主要考慮的問題結(jié)構(gòu)上的特2022/9/11機械工程學(xué)院61 交流伺服電動機一、伺服電動機也稱為

2、執(zhí)行電動機，在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，將電信號轉(zhuǎn)換為軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，以帶動控制對象。有交流和直流兩種，最大特點是可控。轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向隨輸入電壓信號的大小和方向的變化而變化。 2022/9/9機械工程學(xué)院61 交流伺服電動機一、伺服電2022/9/11機械工程學(xué)院伺服電動機的特點1、可控性好；2轉(zhuǎn)子慣性小，響應(yīng)快，轉(zhuǎn)速的高低和方向隨控制電壓信號變化快反應(yīng)靈敏；3、 穩(wěn)定性好。轉(zhuǎn)速能隨轉(zhuǎn)矩的增大均勻下降；4、調(diào)速范圍大。轉(zhuǎn)速能根據(jù)電壓信號的變化在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；5、控制功率小、過載能力強，可靠性好，重量輕，體積小，耗電省。2022/9/9機械工程學(xué)院伺服電動機的特點1、可控性好；2022/9/11機

3、械工程學(xué)院伺服電動機的分類直流伺服電動機：用于功率稍大的系統(tǒng)，輸出功率為1w600w；交流伺服電動機：輸出功率為0.1w100w, 功率較小2022/9/9機械工程學(xué)院伺服電動機的分類直流伺服電動機2022/9/11機械工程學(xué)院二、兩相交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)和原理勵磁繞組2022/9/9機械工程學(xué)院二、兩相交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)和原2022/9/11機械工程學(xué)院兩相交流伺服電動機性能特點、應(yīng)用范圍種類型號結(jié)構(gòu)特點性能特點應(yīng)用范圍鼠籠式轉(zhuǎn)子SL類似于普通鼠籠轉(zhuǎn)子，但細長，電阻率高勵磁電流小，體積小，機械強度高，低速不穩(wěn)定，速度有抖動小功率的自動控制系統(tǒng)空心杯轉(zhuǎn)子SK薄壁圓筒形，放于內(nèi)外定子之間轉(zhuǎn)動慣

4、量小，運行平滑，無抖動現(xiàn)象，勵磁電流大，體積大要求運行平滑的系統(tǒng)2022/9/9機械工程學(xué)院兩相交流伺服電動機性能特點、應(yīng)用2022/9/11機械工程學(xué)院兩相交流伺服電動機的基本工作原理一個空間軸線固定而大小按正弦規(guī)律變化的脈動磁場，可以分解成兩個大小相等而方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場。TL2022/9/9機械工程學(xué)院兩相交流伺服電動機的基本工作原理2022/9/11機械工程學(xué)院基本原理及自轉(zhuǎn)現(xiàn)象橢圓磁場2022/9/9機械工程學(xué)院基本原理及自轉(zhuǎn)現(xiàn)象橢圓磁場2022/9/11機械工程學(xué)院消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施：增大轉(zhuǎn)子電阻脈動磁場橢圓磁場當(dāng)Wc0，旋轉(zhuǎn)磁場 脈動磁場 自轉(zhuǎn)現(xiàn)象2022/9/9機械工程學(xué)院消除

5、自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施：增大轉(zhuǎn)子電阻2022/9/11機械工程學(xué)院增大轉(zhuǎn)子電阻的優(yōu)點 1、利于消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，使單相供電時合成的電磁轉(zhuǎn)矩在二、四象限，成為制動轉(zhuǎn)矩；2、使穩(wěn)定運行段加寬，啟動轉(zhuǎn)矩增大，有利于調(diào)速和啟動。 2022/9/9機械工程學(xué)院增大轉(zhuǎn)子電阻的優(yōu)點 1、利于消除2022/9/11機械工程學(xué)院單相異步電動機的Tf(S)曲線2022/9/9機械工程學(xué)院單相異步電動機的Tf(S)曲線2022/9/11機械工程學(xué)院特性和應(yīng)用1、控制特性2022/9/9機械工程學(xué)院特性和應(yīng)用1、控制特性2022/9/11機械工程學(xué)院2、應(yīng)用舉例啟動、停止控制 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的高低 改變電動機的轉(zhuǎn)向 2022/9/9機

6、械工程學(xué)院2、應(yīng)用舉例啟動、停止控制 2022/9/11機械工程學(xué)院62 直流伺服電動機直流伺服電動機，通常用于功率稍大的系統(tǒng)中?；窘Y(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流他勵電動機相同，只是它做得比較細長一些，以便滿足快速響應(yīng)的要求。2022/9/9機械工程學(xué)院62 直流伺服電動機直流伺服電2022/9/11機械工程學(xué)院直流伺服電動機原理2022/9/9機械工程學(xué)院直流伺服電動機原理2022/9/11機械工程學(xué)院2022/9/9機械工程學(xué)院2022/9/11機械工程學(xué)院轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制方法 電樞控制：改變控制電壓。響應(yīng)迅速、機械特性硬、調(diào)速特性好； 磁場控制：改變磁通。2022/9/9機械工程學(xué)院轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)

7、向的控制方法 電樞控制：2022/9/11機械工程學(xué)院直流伺服電動機的機械特性機械特性的特點1 堵轉(zhuǎn)矩大，線性度好，機械特性較硬；2、有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易產(chǎn)生無線電干擾。 2022/9/9機械工程學(xué)院直流伺服電動機的機械特性機械特性2022/9/11機械工程學(xué)院63 力矩電動機力矩電動機是一種能和負載直接連接產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，能帶動負載在堵轉(zhuǎn)或大大低于空載轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)的電動機。低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩廣泛應(yīng)用在各種位置及速度伺服系統(tǒng)中作為驅(qū)動電動機。2022/9/9機械工程學(xué)院63 力矩電動機力矩電動機是一2022/9/11機械工程學(xué)院力矩電動機的分類直流力矩電動機：應(yīng)用廣泛，具有良好的低速平穩(wěn)性、線性的機

8、械特性及調(diào)節(jié)特性交流力矩電動機1、異步型：多極扁平型結(jié)構(gòu)，工作可靠，低速性能需完善。有兩相和三相之分，在小功率伺服系統(tǒng)中多采用兩相的，在一般工業(yè)（如紡織、印染、造紙等行業(yè)）中多采用三相的。2、同步型：主要做成磁阻式電磁減速同步電動機 2022/9/9機械工程學(xué)院力矩電動機的分類直流力矩電動機2022/9/11機械工程學(xué)院永磁式直流力矩電動機結(jié)構(gòu)特點：電樞多做成扁平狀分類：分裝式：定子、轉(zhuǎn)子和刷架內(nèi)裝式：與一般的直流電動機相同2022/9/9機械工程學(xué)院永磁式直流力矩電動機結(jié)構(gòu)特點：2022/9/11機械工程學(xué)院直流力矩電動機轉(zhuǎn)矩大轉(zhuǎn)速低的原因1.轉(zhuǎn)矩大的原因2. 轉(zhuǎn)速低的原因2022/9/9機

9、械工程學(xué)院直流力矩電動機轉(zhuǎn)矩大轉(zhuǎn)速低的原因2022/9/11機械工程學(xué)院直流力矩電動機的特點和應(yīng)用優(yōu)點：堵轉(zhuǎn)矩大而不損壞電機，精度高，反應(yīng)速度快，線性度好。應(yīng)用于數(shù)控機床、衛(wèi)星天線、雷達天線的驅(qū)動等。2022/9/9機械工程學(xué)院直流力矩電動機的特點和應(yīng)用優(yōu)點2022/9/11機械工程學(xué)院64 小功率同步電動機一、小功率同步電動機 一種連續(xù)運轉(zhuǎn)的同步電動機，將不變的交流電信號變換為轉(zhuǎn)速恒定的機械運動，功率從幾W到幾百W。 主要用于需要恒轉(zhuǎn)速，小功率（100瓦以下）的執(zhí)行元件。 在傳動的裝置中用作傳動電動機，在自動控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件。2022/9/9機械工程學(xué)院64 小功率同步電動機一、小功2

10、022/9/11機械工程學(xué)院結(jié)構(gòu)永磁鐵硬磁材料分類：1、根據(jù)定子旋轉(zhuǎn)磁場分類：三相、單相、罩極2、根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)材料分類：永磁式反應(yīng)式（磁阻式）磁滯式啟動困難（除磁滯式和磁阻減速電機） 2022/9/9機械工程學(xué)院結(jié)構(gòu)永磁鐵硬磁材料分類：2、根據(jù)2022/9/11機械工程學(xué)院小功率同步電動機特點一、永磁式同步電動機 特點：不需要電刷和滑環(huán)，因而結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，效率較高，但起動特性不好，體積也比較大。 應(yīng)用范圍：適用于要求轉(zhuǎn)速恒定場合。例如化纖紡織設(shè)備、自動化裝置、自動記錄儀表。在這些設(shè)備和裝置中，主要作為驅(qū)動元件。 二、磁阻式同步電動機特點：結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，起動特性較好，轉(zhuǎn)子采用凸極結(jié)構(gòu)

11、，交軸磁阻大，勵磁電流大，因而功率因數(shù)低，效率不高。應(yīng)用范圍：適用于大容量轉(zhuǎn)速恒定的場合。例如音響設(shè)備、攝影、記錄，通信裝置。 2022/9/9機械工程學(xué)院小功率同步電動機特點一、永磁式同2022/9/11機械工程學(xué)院小功率同步電動機特點三、磁滯式同步電動機 磁滯：鐵磁體在反復(fù)磁化的過程中,它的磁感應(yīng)強度的變化總是滯后于它的磁場強度的現(xiàn)象。 特點：不需要起動裝置就能自行起動；在整個起動階段磁滯轉(zhuǎn)矩恒定不變，能將轉(zhuǎn)動慣量較大的負載平穩(wěn)地拉入同步。此外，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，運行噪音低，但功率因數(shù)和效率都不高。應(yīng)用范圍：廣泛用于恒速系統(tǒng)中，如自動計時、儀表、亦可用于轉(zhuǎn)動慣量大的傳動裝置 、例如陀螺儀

12、等。在這些裝置和系統(tǒng)中主要用作驅(qū)動元件。 當(dāng)它在異步狀態(tài)運行時，還可用作伺服元件。2022/9/9機械工程學(xué)院小功率同步電動機特點三、磁滯式同2022/9/11機械工程學(xué)院永磁式同步電動機（一）結(jié)構(gòu)特點與基本原理負載轉(zhuǎn)矩不能超出一定限度(最大同步轉(zhuǎn)矩)，否則電動機將停轉(zhuǎn)、稱為“失步” 2022/9/9機械工程學(xué)院永磁式同步電動機（一）結(jié)構(gòu)特點與2022/9/11機械工程學(xué)院（二）啟動方法2022/9/9機械工程學(xué)院（二）啟動方法2022/9/11機械工程學(xué)院磁阻式電磁減速同步電動機定子、轉(zhuǎn)子齒數(shù)不相等;（一） 結(jié)構(gòu)特點（無啟動繞組）2022/9/9機械工程學(xué)院磁阻式電磁減速同步電動機定子、轉(zhuǎn)2

13、022/9/11機械工程學(xué)院磁阻式電磁減速同步電動機磁力線總是力圖使自己經(jīng)過的磁路磁阻最小2022/9/9機械工程學(xué)院磁阻式電磁減速同步電動機磁力線總2022/9/11機械工程學(xué)院65 測速發(fā)電機2022/9/9機械工程學(xué)院65 測速發(fā)電機2022/9/11機械工程學(xué)院一測速發(fā)電機（一）測速發(fā)電機將機械轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號，輸出的電壓與轉(zhuǎn)速成正比，在自動控制系統(tǒng)中作為檢測轉(zhuǎn)速的信號元件。 測速發(fā)電機的輸出電壓為： （二）測速發(fā)電機的主要用途1 測量轉(zhuǎn)速。測速發(fā)電機的輸出電壓與轉(zhuǎn)速；2作為機電微分、積分器。2022/9/9機械工程學(xué)院一測速發(fā)電機（一）測速發(fā)電機2022/9/11機械工程

14、學(xué)院（三）自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機的主要要求1、線性度好；2、有足夠的靈敏度；3、剩余電壓低；4、輸出電壓的極性或相位能隨轉(zhuǎn)動方向的改變而改變；5、 轉(zhuǎn)動慣量和電磁時間常數(shù)小，響應(yīng)快。2022/9/9機械工程學(xué)院（三）自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機的2022/9/11機械工程學(xué)院（四）分類直流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機 異步測速發(fā)電機 同步測速發(fā)電機：很少采用 2022/9/9機械工程學(xué)院（四）分類2022/9/11機械工程學(xué)院二異步（交流）測速發(fā)電機（一）基本結(jié)構(gòu)和工作原理2022/9/9機械工程學(xué)院二異步（交流）測速發(fā)電機（一2022/9/11機械工程學(xué)院（二）交流測速發(fā)電機的幾個技術(shù)指標(biāo) 1、剩

15、余電壓nmaxUmax1）剩余電壓 2022/9/9機械工程學(xué)院（二）交流測速發(fā)電機的幾個技術(shù)指2022/9/11機械工程學(xué)院三 直流測速發(fā)電機（一）基本結(jié)構(gòu)電磁式永磁式 2022/9/9機械工程學(xué)院三 直流測速發(fā)電機（一）基本結(jié)2022/9/11機械工程學(xué)院（二）基本原理及特性注意：nRN2022/9/9機械工程學(xué)院（二）基本原理及特性注意2022/9/11機械工程學(xué)院四、測速發(fā)電機的性能比較（一）異步測速發(fā)電機優(yōu)點：不需要電刷和換向器，結(jié)構(gòu)簡單，維護容易，慣量小，無滑動接觸，輸出特性穩(wěn)定，精度高，摩擦轉(zhuǎn)矩??；不產(chǎn)生無線電干擾，工作可靠，正、反向旋轉(zhuǎn)時輸出特性對稱。主要缺點：存在剩余電壓和相

16、位誤差；負載的大小和性質(zhì)會影響輸出電壓的幅值和相位。 （二）直流測速發(fā)電機優(yōu)點：沒有相位波動，沒有剩余電壓，輸出特性的斜率比異步測速發(fā)電機的大。缺點：有電刷和換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護不便，摩擦轉(zhuǎn)矩大，有換向火花，產(chǎn)生無線電干擾信號；輸出特性不穩(wěn)定；正、反向旋轉(zhuǎn)時，輸出特性不對稱。 2022/9/9機械工程學(xué)院四、測速發(fā)電機的性能比較（一）2022/9/11機械工程學(xué)院66 自整角機一、自整角機 在隨動系統(tǒng)中，廣泛用來進行角度的傳輸、變換和指示。通常用兩臺或多臺組合使用，實現(xiàn)兩個或兩個以上機械不相連接的轉(zhuǎn)軸同時偏轉(zhuǎn)或同步旋轉(zhuǎn)。2022/9/9機械工程學(xué)院66 自整角機一、自整角機2022/9/11

17、機械工程學(xué)院（二）分類1按其在隨動系統(tǒng)中的作用 自整角發(fā)送機：產(chǎn)生信號 自整角接收機：接收信號2按使用要求控制式自整角機：用于隨動系統(tǒng)，作為檢測元件，將轉(zhuǎn)角信號變換為與轉(zhuǎn)角成一定函數(shù)關(guān)系的電壓信號。適用于負載較大、精度要求較高的場合。力矩式自整角機：用于指示系統(tǒng)，可以遠距離傳輸角度信號。適用于系統(tǒng)精度要求不高和只帶指針或刻度盤等輕負載的場合。3按相數(shù)不同 三相自整角機：用于電軸系統(tǒng)。 單相自整角機：用于角傳遞系統(tǒng)2022/9/9機械工程學(xué)院（二）分類1按其在隨動系統(tǒng)中2022/9/11機械工程學(xué)院二單相自整角機（一）結(jié)構(gòu)特點2022/9/9機械工程學(xué)院二單相自整角機（一）結(jié)構(gòu)特點2022/9/

18、11機械工程學(xué)院三、控制式自整角機（一）結(jié)構(gòu) 1接線 2轉(zhuǎn)角基準電氣零位 2022/9/9機械工程學(xué)院三、控制式自整角機（一）結(jié)構(gòu) 2022/9/11機械工程學(xué)院控制式自整角機2022/9/9機械工程學(xué)院控制式自整角機2022/9/11機械工程學(xué)院（二）基本工作原理2022/9/9機械工程學(xué)院（二）基本工作原理2022/9/11機械工程學(xué)院（三）應(yīng)用舉例2022/9/9機械工程學(xué)院（三）應(yīng)用舉例2022/9/11機械工程學(xué)院四力矩式自整角機（一）基本工作原理2022/9/9機械工程學(xué)院四力矩式自整角機（一）基本工2022/9/11機械工程學(xué)院（二）應(yīng)用舉例2022/9/9機械工程學(xué)院（二）應(yīng)用

19、舉例2022/9/11機械工程學(xué)院五、產(chǎn)品選擇及應(yīng)用一、系統(tǒng)選擇：精度不高、負荷輕采用力矩式指示系統(tǒng)。精度高負載重采用控制式組成伺服系統(tǒng)。二.產(chǎn)品選擇：1.小尺寸的自整角機較為可靠；2.長線傳送采用高壓。3.尺寸要求較小時可采用400HZ中頻電源，反之采用50HZ。2022/9/9機械工程學(xué)院五、產(chǎn)品選擇及應(yīng)用一、系統(tǒng)選擇：2022/9/11機械工程學(xué)院67 直線電動機一直線電動機伺服驅(qū)動元件，可直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運動。分類（按工作原理）直線異步電動機直線直流電動機直線同步電動機2022/9/9機械工程學(xué)院67 直線電動機一直線電動機2022/9/11機械工程學(xué)院直線異步電動機2022/9/

20、9機械工程學(xué)院直線異步電動機2022/9/11機械工程學(xué)院直線異步電動機的結(jié)構(gòu)2022/9/9機械工程學(xué)院直線異步電動機的結(jié)構(gòu)2022/9/11機械工程學(xué)院直線異步電動機的工作原理 行波磁場同步速度2022/9/9機械工程學(xué)院直線異步電動機的工作原理 行波磁2022/9/11機械工程學(xué)院直線電動機的特點1.無中間傳動裝置，系統(tǒng)簡單、減小振動和噪音。 2.響應(yīng)快、加速和減速時間短，可快速啟動和正反轉(zhuǎn)。3.散熱良好，額定值高，對啟動的限制小。4.裝配靈活性大。2022/9/9機械工程學(xué)院直線電動機的特點1.無中間傳動裝2022/9/11機械工程學(xué)院直線電機的應(yīng)用大致可分為五個方面物流系統(tǒng)工業(yè)設(shè)備信息與自動化系統(tǒng)交通與民用軍事及其他。2022/9/9機械工程學(xué)院直線電機的應(yīng)用大致可分為五個方面2022/9/11機械工程學(xué)院直線