控制电机概述

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1、控制电机概述1.1控制电机的用途和类别在科学技术高速发展的今天,控制电机已是构成开环控制,闭环控制,同步联结和机电模拟解算装置等系统的基础元件,广泛应用于各个部门,如化工,炼油,钢铁,造船,原子能反应堆,数控机床,自动化仪表和仪器,电影,电视,电子计算机外设等民用设备,或雷达天线自动定位,飞机自动驾驶仪,导航仪,激光和红外线技术,导弹和火箭的制导,自动火炮射击控制,舰艇驾驶盘和方向盘的控制等军事设备.这些系统能处理包括直线位移,角位移,速度,加速度,温度,湿度,流量,压力,液面高低,比重,浓度,硬度等多

2、种物理量.现以自动控制系统的一个重要分支——按预定要求控制物体位置的伺服系统为例来说明一下控制电机的种类和用途.图9-1为两种伺服系统的示意方框图.其中图9-1(a)为经济型数控机床常用的步进电动机开环伺服系统,计算机数控装置给出位移指令脉冲,驱动电路将脉冲放大,去驱动步进电动机按命令脉冲转动,并带动工作台按要求进行位移.图9-1(b)为高档数控机床使用的全闭环位置伺服控制系统,该系统由数控装置给出加工所要求的位移指令值,在机床工作台上装有直线位置传感器进行实际位置检测,在伺服电动机轴上还装有速度传感器

3、完成实际速度检测.该系统的位置比较电路要进行位置指令值和实际位置反馈值之间的偏差运算,根据偏差情况计算出所需速度,所需速度还要和实际速度检测值进行比较,用一系列综合运算结果实时地通过伺服驱动器去推动伺服电动机旋转,实现工作台的精确移动.控制电机的种类很多,若按电流分类,可分为直流和交流两种;按用途分类,直流控制电机又可分为直流伺服电动机,直流测速发电机和直流力矩电动机等;交流控制电机可分为交流伺服电动机,交流测速发电机,步进电动机,微型同步电动机等.各种控制电机的用途和功能尽管不同,但它们基本上可分为信

4、号元件和功率元件两大类.图9-1两种伺服系统示意方框图(a)步进电动机开环伺服系统;(b)全闭环位置伺服控制系统作为信号元件用的控制电机(1)交,直流测速发电机.测速发电机的输出电压与转速精确地保持正比关系,在系统中主要用于转速检测或速度反馈,也可以作为微分,积分的计算元件.(2)自整角机自整角机的基本用途是传输角度数据,一般由两个以上元件对接使用,输出电压信号时是信号元件,输出转矩时是功率元件.作为信号元件时,输出电压是两个元件转子角差的正弦函数.作为功率元件时,输出转矩也近似为两个元件转子角差的正

5、弦函数.自整角机在随动系统中可作为自整步元件或角度的传输,变换,接收元件.(1)旋转变压器.普通旋转变压器都做成一对磁极,其输出电压是转子转角的正弦,余弦或其他函数,主要用于坐标变换,三角运算,也可以作为角度数据传输和移相元件使用.多极旋转变压器是在普通旋转变压器的基础上发展起来的一种精度可达角秒级的元件,在高精度解算装置和多通道系统中用作解算,检测元件或实现数模传递.作为功率元件用的控制电机(1)交流和直流伺服电动机.交,直流伺服电动机在系统中作执行元件,其转速和转向取决于控制电压的大小和极性(或相位

6、),机械特性近于线性,即转速随转矩的增加近似线性下降,比普通电动机的控制精度高.使用时,电动机通常经齿轮减速后带动负载,所以又称为执行电动机.(2)电机扩大机.电机扩大机可以利用较小的功率输入来控制较大的功率输出,在系统中作为功率放大元件.电机扩大机的控制绕组上所加的电压一般不高,励磁电流不大,而输出电动势较高,电流较大,这就是功率放大.电机扩大机的放大倍数可达1000～10000倍,也可作为自动调节系统中的调节元件.(3)步进电动机.步进电动机是一种将脉冲信号转为相应的角位移或线位移的机电元件.它由

7、专门的电源供给脉冲信号电压,当输入一个电脉冲信号时,它就前进一步,输出角位移量或线位移量与输入脉冲数成正比,而转速与脉冲频率成正比.步进电动机在经济型数控系统中作为执行元件得到广泛应用.(4)微型同步电动机.微型同步电动机具有转速恒定,结构简单,应用方便等特点,应用在自动控制系统和其他需要恒定转速的仪器上.(5)磁滞电动机.磁滞电动机具有恒速特性,亦可在异步状态下运行,主要用于驱动功率较小的要求转速平稳和起动频繁的同步驱动装置中.(6)单相串励电动机.单相串励电动机是交直流两用的,多数情况下使用交流电源

8、.由于它具有较大的起动转矩和软的机械特性,因而广泛应用在电动工具中,如手电钻就采用这种电动机.(7)电磁调速电动机.电磁调速电动机是采用电磁转差离合器调速的异步电动机.这种电动机可以在较大的范围内进行无级平滑调速,是交流无级调速设备中最简单实用的一种,在纺织,印染,造纸等轻工业机械中得到广泛应用.1.2对控制电机的要求及其发展概况对控制电机的要求控制电机是在普通旋转电机的基础上发展起来的,其基本原理与普通旋转电机并无本质区别.不过,普通电机