机电传动控制课件 第5章.ppt

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1、第五章控制电机本章重点：控制电机的工作原理、主要运行特性和应用5.1伺服电机5.2力矩电机5.3小功率同步电机5.4步进电机5.5测速发电机5.6自整角机5.7直线电动定义：用于自动控制、自动调节、远距离测量的特微（小功率）电机。分类：测量元件、放大元件、执行元件、校正元件。作用：完成控制信号的传递和变换。特点：性能稳定可靠，动作灵敏，精度高，体积小。5.1.1直流伺服电动机（1～600W）它的基本结构和工作原理与普通直流他励电动机相同，不同点只是他做得比较细长一些，以满足快速响应的要求。直流伺服电动机的实物图1.控制方式电枢控制（改变控制电压）——响应迅速、

2、机械特性硬，调速线性度好，应用较多。磁场控制（改变磁通Φ）——不适合永磁伺服电机。2.运行特性电枢控制直流伺服电动机的运行特性包括机械特性和调节特性。1）机械特性当控制电压Ua＝0时，电动机立即停止，因此，无自转现象。2）调节特性调节特性为一上翘的直线。Ua0是电动机处在待动而又未动临界状态时的控制电压，称为始动电压，负载转矩越大，始动电压越高。而且控制电压从0到Ua0一段范围内，电机不转动，称为电动机的死区。3．直流伺服电动机的特点具有良好的线性调节特性及快速的时间响应，机械特性较硬。但结构复杂，电刷换向使速度受到限制，有附加阻力，甚至可能会出现低速运转不稳定现象。低速

3、运转时，由于电枢齿槽、电刷接触压降和电刷和换向器之间摩擦的影响，转速会出现时快、时慢，甚至暂时停一下的不均匀现象。低速运转的不稳定性可以通过增加稳速控制电路或使用直流力矩电动机加以解决。5.1.2低惯量直流伺服电动机1.空心杯转子直流伺服电动机空心杯转子直流伺服电动机的特点是惯量低；灵敏度高，时间常数很小；损耗小，效率高；力矩波动小，低速转动平稳，噪音很小；换向性能好，寿命长。多用于高精度自动控制系统及测量装置等设备中。2.印制绕组直流伺服电动机印制绕组直流伺服电动机的转子呈薄片圆盘状，用印刷电路制成双面电枢绕组。其特点是结构简单，制造成本低；起动转矩大；力矩波动很小，低

4、速运行稳定；换向性能好；电枢转动惯量小，反应快。3.无槽电枢直流伺服电动机无槽电枢直流伺服电动机的电枢铁心是光滑、无槽的圆柱体。其特点是转动惯量低；起动转矩大；反应快；低速运行均匀；换向性能良好。5.1.3交流伺服电动机改变控制电压的大小和相位（或极性）就可以改变伺服电动机的转速和转向。特点：调速范围广；状态（启动、停止）变换快；控制功率小，过载能力强，可靠性好。0.1～100W1.两相交流伺服电动机的结构定子：绕组有两个（励磁绕组WF，控制绕组WC）。转子：一般分为鼠笼式转子和杯形转子两种结构。交流伺服电机实物图2.两相交流伺服电动机基本工作原理WF的励磁电压为一定，W

5、C的控制电压可以变换。输入控制信号，产生旋转磁场，电机转动；控制电压相位改变180度，电机反转；但控制电压取消后如何使其停止呢？消除自转现象的措施——使转子导条具有较大的电阻。3.控制方式1）幅值控制；2）相位控制；3）幅值-相位控制。5.1.4交/直流伺服电动机的性能比较1.机械特性和调节特性直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是线性的，且在不同控制电压下机械特性是平行的，斜率不变。两相感应伺服电动机的机械特性和调节特性都是非线性的，且其线性化机械特性的斜率随控制电压的变化而变化，这会在一定程度上影响系统的动态精度。直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬，通常应用于功率稍大

6、的系统中，如随动系统中的位置控制等。2.动态响应由于直流伺服电动机转子上有电枢绕组和换向器等，转动惯量要比两相感应伺服电动机大得多。但由于直流伺服电动机的机械特性比两相感应伺服电动机硬得多，若空载转速相同，直流伺服电动机的堵转转矩要大得多。因此，它们的动态响应时间常数相差不多。3.“自转”现象对于两相感应伺服电动机，若参数选择不当或制造工艺不良，可能会使电动机产生“自转”现象，而直流伺服电动机却不存在该问题。4.体积、重量和效率为了满足控制系统对电机性能的要求，两相感应伺服电动机的转子电阻很大，因此其损耗大、效率低。而且常运行在椭圆形旋转磁场下，负序电流和反向旋转磁场的存

7、在，一方面产生制动转矩，使电磁转矩减小，另一方面也进一步增加了电机的损耗，降低了电机的利用率。因此当输出功率相同时，两相感应伺服电动机要比直流伺服电动机体积大、重量重、效率低，所以它只适用于较小功率的场合，对于功率较大的控制系统，则较多地采用直流伺服电动机。5.结构复杂性、运行可靠性及对系统的干扰等直流伺服电动机由于存在电刷和换向器，使电机结构复杂，维护比较麻烦；由于电刷和换向器的滑动接触，增加了电动机的阻转矩，并且会影响电机运行的稳定性；存在换向火花问题，会对其它仪器和无线电通讯等产生干扰。两相感应伺服电动机结构简单，运行可