《电机与控制》第二单元学习指导

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1、《电机与控制》第二单元学习指导控制电机是在普通旋转电机基础上产生的有着特殊功能的小功率旋转电机。控制电机在自动控制系统中传递和变换信号，用作执行元件、检测元件和运算元件。从工作原理上看,控制电机运行的电磁过程及遵循的基本规律，与普通电机相同，没有本质上的差界。但又有口已的特殊性。普通电机功率大，侧重于电机的起动、运行和制动等方回的性能指标。控制电机与普通电机相比，除功率小、尺寸小Z外，侧重于电机的控制精度和响应速度，具冇精确度高、响应快等特点。但是在力能指标、效率等方面都没有普通电机那样高的要求。控制电机用来拖动各种小型负载，功率-•般都在750W以下，最小的不到1W。外形尺寸也较小，

2、机壳外径一般不大于160mm。控制电机按其功能和用途町分为信号检测和传递类控制电机及动作执行类控制电机两大类。在自动控制系统中执行电机主要有单相异步电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机、力矩电动机和低速电动机等：信号检测及信号传递电机主要有旋转变压器、自整角机、测速发电机和感应同步器。1•单相异步电动机单相异步电动机由单相电源供电，因此它广泛用于家用电器、医疗器械及轻工设备中。单相异步电动机采用鼠笼式传子，定子上如果只冇运行绕组，接通单相交流电源时产生脉振磁通势，分解为两个幅值相等、转速相同、转向相反的旋转磁通势，分别作用于转子，n=O时，合成转矩为零，所以不能自行起动。

3、为解决起动问题，获得起动转矩，一般通常采用在足子上安装起动绕组的方法，使起动时电动机内部的磁通势为旋转磁通势。根据所采収的起动方法的不同，单相异步电动机分为分相起动电动机和罩极电动机两类，分和式又分电阻分相式和电容分相式两种，电容分相式又分单相电容分相起动异步电动机、单相电容运转异步电动机、单相电容起动与运转异步电动机三种。电容分相式电动机的结构较复杂一点，但起动、运行性能较好。罩极式电动机结构简单，但起动转矩较小。2.直流伺服电动机直流伺服电动机是将电信号转换成机械信号的旋转机械。直流伺服电动机可分为传统型和低惯量型两人类型，按定子励磁方式可分为永磁式直流伺服电动机和电磁式直流伺服电

4、动机。直流伺服电动机的结构和工作原理与小型他励直流电动机相同，一般保持励磁不变，采用电枢控制方法控制电动机的转速和转向。直流伺服电机的转子与普通电机不同，直流伺服电机的转子要求低惯量以保证起、制动特性，因此，转子比较细长，以减小转动惯量，提高响应速度。直流伺服电机的特性较好，其机械特性和调节特性均为线性的。转速控制范围和输出功率都较大。缺点是冇换向器和电刷，维护比较麻烦。直流伺服电机的控制方式比较简单，可通过控制电枢电压实现对直流伺服电机的控制。3.交流伺服电动机交流伺服电动机在控制系统中应用范围口益广泛，交流伺服电机的工作原理与两相交流电机相同。交流伺服电机无控制电压时，应无自转现象

5、。交流伺服电机的控制方式冇3种,即幅值控制、相位控制和幅值一相位控制，都是通过改变电机屮旋转磁场的椭闘度和旋转方向，从而控制电动机的转速和转向。三种控制方式中相位控制方式特性最好，幅相控制线路最简单・。伺服电机的转子与普通电机不同，交流伺服电机除要求低惯量外，转子的电阻设计得较大，目的在于克服“口转”现彖。交流伺服电动机采用空心杯形转子时，转动惯量小，响应快，运转平稳，维护简单，缺点是结构复杂，气隙较大，因而励磁电流较大，功率因数较低。交流伺服电动机特性的线性度较差，但无换向器和电刷，工作可靠性高，维护简便,所以，一般交流伺服电动机应用较多。但交流伺服电机输出功率较小。4•同步电动机小

6、功率同步电动机的功能也是把电信号转换为转速，带动负载旋转，与伺服电动机不同的是小功率同步电动机的转速始终保持同步转速(n=60f

7、/P),与频率成正比，与极对数成反比，不受外加电压和负载转矩的影响。这些电动机的定子结构都是相同的，或者是三相绕纟R通以三相交流电，或者是两相绕组通入两相电流(血括单相电源经过电容分相)，或者是单相罩极式，其主耍作用都是为了产牛一个旋转磁场。但是转子的结构型式和材料却有很大差别,因而其运行原理也就不同。根据转子的结构型式的不同，小功率微型同步电动机主要分永磁式、反应式和磁滞式3种。本书主要介绍了永磁式同步电动机。永磁式同步电动机转子由永久磁铁制成。由于电动机

8、转子具有机械惯性，加上永磁式同步电动机在转速到达同步转速以前，产生的平均转矩为零，不易口行起动，为此，通常在转子上装有鼠笼绕组或磁滞环，采用杲步起动牵入同步的方法起动。由于这些电机的转子上都没有励磁绕组，也不需要电刷和滑环，因而具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点。广泛应用于需要恒速运转的各种自动控制、无线电通讯及同步随动等系统屮。5.无刷冑流电动机无刷直流电动机具有一般直流电动机的控制特性。它用电子开关电路及位置传感器代替了传统直流电动机中