1、第6章 控制電機(jī),了解機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)中一些常用控制電機(jī)的基本結(jié)構(gòu); 掌握各種控制電機(jī)的基本工作原理,主要運(yùn)行特性及特點(diǎn); 了解控制電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)所,正確選用控制電機(jī).,6.1 交流伺服電動(dòng)機(jī),控制電機(jī)的主要作用是用來完成信息的傳遞與交換,而不是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換. 伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn): 可以控制,控制功率小,可靠性高; 調(diào)速范圍廣; 轉(zhuǎn)子慣量小,能迅速起動(dòng),停止.,1.兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu),1)定子: 定子由硅鋼片疊成; 在定子鐵心的內(nèi)圓表面嵌 有兩套相差90度電角度的繞組:激磁繞組WF,控制繞組WC; 這兩套繞組分別由兩個(gè)電源供電.,接線圖,兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu),2)轉(zhuǎn)子: 分為鼠籠型和杯型兩

2、種. (1)鼠籠型轉(zhuǎn)子作得細(xì)而長(zhǎng),轉(zhuǎn)子導(dǎo)體采用高電阻率的材料.用于小功率的自動(dòng)控制系統(tǒng).產(chǎn)品型號(hào)SL系列. (2)空心杯型轉(zhuǎn)子作成薄壁圓筒形,放在內(nèi)外定子之間.用于要求運(yùn)行平滑的系統(tǒng).產(chǎn)品型號(hào)SK系列.,杯型轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 激磁繞組1;控制繞組2;內(nèi)定子3; 外定子4;轉(zhuǎn)子5,2.基本工作原理,兩相繞組WF和WC分別通入頻率相同的交流電,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),使伺服電動(dòng)機(jī)起動(dòng). 取消WC后,要防止自轉(zhuǎn). 3.消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施 加大轉(zhuǎn)子電阻.如: 采用薄壁杯形轉(zhuǎn)子. 鼠籠條用高阻材料黃銅,轉(zhuǎn)子電阻不同時(shí)的機(jī)械特性,4.交流伺服電動(dòng)機(jī)的特性和應(yīng)用,1)控制方法;有三種. 幅值控制,相位控制,幅-相

3、控制 2)幅值控制原理圖:控制電壓Uc越高,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高.,不同控制電壓下的機(jī)械特性,3)應(yīng)用舉例,(1)參數(shù):交流伺服電動(dòng)機(jī)輸出功率為0.1-100W(再大則用直流伺服電動(dòng)機(jī)); 電源頻率50-400Hz. (2)應(yīng)用:雷達(dá)天線的旋轉(zhuǎn)控制;飛機(jī)駕駛盤的控制;流體閥門開關(guān)控制,應(yīng)用方框圖,6.2 直流伺服電動(dòng)機(jī),1.基本結(jié)構(gòu):與普通他激直流電動(dòng)機(jī)相同.(有換向器) 2.分類:電磁式(他激式); 永磁式, 3.電氣原理圖:如右圖.其中(a)為電磁式(b)為永磁式. 4.參數(shù):輸出功率1-600W.,6.3 力矩電動(dòng)機(jī)是能與負(fù)載直接連接產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩低轉(zhuǎn)速(或堵轉(zhuǎn))下運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī),1.永磁式直流力矩

4、電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理: 結(jié)構(gòu)特點(diǎn):扁平狀. 工作原理:同電磁式伺服電動(dòng)機(jī).,2.直流力矩電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用 衛(wèi)星天線驅(qū)動(dòng); 雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng); 數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng); X-Y紀(jì)錄儀傳動(dòng). 與測(cè)速發(fā)電機(jī)配合可組成高精度,寬調(diào)速伺服系統(tǒng). 直流力矩電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為L(zhǎng)Y系列.其調(diào)速可達(dá)0.00017r/min,即4天才轉(zhuǎn)一圈.,1.定子,2.電樞,3.電刷架,6.4 小功率同步電動(dòng)機(jī)小功率同步電動(dòng)機(jī)為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的同步電動(dòng)機(jī),用于傳動(dòng)及作執(zhí)行元件,1.永磁式同步電動(dòng)機(jī) 1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):定子繞組可通入三相或兩相交流電;轉(zhuǎn)子包括永久磁鐵1和裝在轉(zhuǎn)子鐵心3槽中的起動(dòng)繞組2. 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖見下圖.,2)工作原理 負(fù)載不能超過

5、一定限度,否則電動(dòng)機(jī)可能“失步”.,6.4 小功率同步電動(dòng)機(jī)小功率同步電動(dòng)機(jī)為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的同步電動(dòng)機(jī),用于傳動(dòng)及作執(zhí)行元件,1.永磁式同步電動(dòng)機(jī) 1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):定子繞組可通入三相或兩相交流電;轉(zhuǎn)子包括永久磁鐵1和裝在轉(zhuǎn)子鐵心3槽中的起動(dòng)繞組2. 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖見下圖.,2)工作原理 負(fù)載不能超過一定限度,否則電動(dòng)機(jī)可能“失步”.,2.磁阻式電磁減速同步電動(dòng)機(jī),1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 園環(huán)形的定子裝有三相或單相供電的繞組,轉(zhuǎn)子為園盤形,不嵌繞組;轉(zhuǎn)子齒數(shù)大于定子齒數(shù). 2)工作原理 磁力線總是使經(jīng)過的磁路磁阻最小,磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子朝著磁導(dǎo)最大的方向轉(zhuǎn)動(dòng). 是常用的一種低速電動(dòng)機(jī).,6.5 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)

6、將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào),廣泛用于速度和位置控制系統(tǒng)中.,1.異步(交流)測(cè)速發(fā)電機(jī) 1) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn):定子上有兩套互差90度電角度的激磁繞組WF和輸出繞組WC;轉(zhuǎn)子為空心杯形. 2) 工作原理:杯形轉(zhuǎn)子可以看成一個(gè)導(dǎo)條非常多的鼠籠轉(zhuǎn)子.在激磁電壓一定的情況下,當(dāng)輸出繞組的負(fù)載很小時(shí),測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓U0與轉(zhuǎn)速n成正比: U0=Kn,轉(zhuǎn)子靜止時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),3) 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)使用中的幾個(gè)問題:,(1)主要技術(shù)指標(biāo) 剩余電壓:測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)的輸出電壓.它會(huì)使控制系統(tǒng)誤動(dòng)作. 線性誤差 :,(2)使用中應(yīng)注意的問題: 輸出特性的線性度, 溫度變化的影響,可加溫度補(bǔ)償裝置.,輸出特性的線性度,

7、由非線性引起的誤差.一般系統(tǒng)要求1% -2%;精密系統(tǒng)要求0.1%-0.25%. 相位誤差:一般要求不超過1度-2度. 靈敏度:交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的靈敏度比較低.,2.直流測(cè)速發(fā)電機(jī),1)基本原理 電氣原理如右圖所示,它是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速用小型他激直流發(fā)電機(jī).空載時(shí),電樞兩端電壓為:,2)輸出特性:負(fù)載越小,轉(zhuǎn)速越高,輸出特性曲線彎曲越厲害. 3)性能: 沒有剩余電壓,特性鈄率比異步機(jī)大; 有換向器和電刷,換向火花產(chǎn)生無線電干擾,輸出特性不穩(wěn)定.,舉例,例:一臺(tái)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速3000r/min時(shí)的空載輸出電壓為52V,接上 2000歐負(fù)載后的輸出電壓為50V,求轉(zhuǎn)速為1500r/min,負(fù)載50

8、00歐時(shí)的輸出電壓Ua. 解:由,因此,=(52/3000)(1500)/1+(80/5000)=26/1.016=25.5V,得,6.6 自整角機(jī)用作角度的傳輸,變換和指示;分為發(fā)送機(jī)和接收機(jī)(自整角變壓器),1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1)定子:定子鐵心2,三相整步繞組1. 2)轉(zhuǎn)子:轉(zhuǎn)子鐵心3(凸極),激磁繞組4,轉(zhuǎn)軸5,滑環(huán)6.,2.控制式自整角機(jī),1)接線圖:如右圖. 發(fā)送機(jī)和接收機(jī)結(jié)構(gòu)一樣.三相繞組放在定子上,兩對(duì)三相繞組對(duì)應(yīng)連接; 轉(zhuǎn)子上的單相繞組 ,發(fā)送機(jī)為激磁繞組,其電壓U1為定值;接收機(jī)為輸出繞組,其輸出電壓U2由定子磁通產(chǎn)生. 圖中,接收機(jī)在變壓器狀態(tài)下工作,又稱其為自整角變壓器.,控

9、制式自整角機(jī),2)應(yīng)用 控制式自整角機(jī)在 轉(zhuǎn)角隨動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用,自整角變壓器的輸出電壓放大后控制交流伺服電動(dòng)機(jī)MS,MS同時(shí)帶動(dòng)負(fù)載和轉(zhuǎn)子. 發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角不斷變化,MS就不斷轉(zhuǎn)動(dòng),達(dá)到轉(zhuǎn)角隨動(dòng).,3.力矩式自整角機(jī),當(dāng)儀表指針作為負(fù)載時(shí),不需要伺服電動(dòng)機(jī)了,而由自整角機(jī)直接實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角隨動(dòng).這就是力矩式自整角機(jī). 1)接續(xù)圖: 接收機(jī)和發(fā)送機(jī)的單相繞組都作激磁用. 接收機(jī)的轉(zhuǎn)子帶負(fù)載.,發(fā)送機(jī) 接收機(jī),力矩式自整角機(jī),2)應(yīng)用 力矩式自整角機(jī)在液位指示器中的應(yīng)用 力矩式自整角機(jī)直接實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角隨動(dòng),應(yīng)用于指針等輕負(fù)載.,右圖中,浮子1的升降通過滑輪5和平衡鍾4使發(fā)送機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng),接收機(jī)3隨動(dòng)帶動(dòng)指針,準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)液位的傳遞.,6.7 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)元件,1.直線異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 將旋轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)的定子,轉(zhuǎn)子園周沿徑向切開,展成平面. 定子為一次側(cè),一般比較短;轉(zhuǎn)子為二次側(cè),一般比較長(zhǎng). 平板型直線電動(dòng)機(jī)示意圖如右圖.,2.直線異步電動(dòng)機(jī)的工作原理,直線異步電動(dòng)機(jī) 二次側(cè)運(yùn)動(dòng)速度為:,式中,滑差率S,其中