控制电机资料

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1、第6章控制电机6.1伺服电动机6.2步进电动机6.3测速发电机6.4自整角机6.5旋转变压器小结摘要:本章主要介绍伺服电动机、步进电动机、测速发电机、自整角机、旋转变压器感、应同步器等控制电机的工作原理、运行特性、结构、和应用。控制电机具有体积小，功率小，通常在几百瓦以下等特点；而驳动微电机结构简单、体积小、功率也小，主耍用来驱动各种轻型负载。驱动微电机与控制电机合称为微控电机。在普通旋转电机的基砒上产生的各种控制电机少普通电机本质上并没有差别，只是着重点不同：普通旋转电机主耍是进行能量变换，要求有较髙

2、的力能指标；而控制电机主要是对控制信号进行传递和变换，耍求有较高的控制性能，如耍求反应快、精度高、运行可靠等等。控制电机因其各种特殊的控制性能而常在口动控制系统中作为执行元件、检测元件和解算元件。6.1伺服电动机（顶部）伺服电动机乂称为执行电动机，在H动控制系统中作为执行元件。它将输入的电压信号转变为转轴的角位移或角速度输出，改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转向，故输入的电压信号乂称为控制信号或控制电压。根据使用电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两人类。直流伺服电

3、动机输岀功率较大，功率范围为1〜600瓦，有的甚至可达上千瓦;而交流伺服电动机输出功率较小，功率范围一•般为0.1-100瓦。6.1.1直流伺服电动机直流伺服电动机实际上就是他励直流电动机，其结构和原理与普通的他励直流电动机相同，只不过直流伺服电动机输出功率较小而已。为直流伺服电动机励磁绕组和电枢绕组都通过电流时，直流电动机转动起来，当其中的一个绕组断电时，电动机立即停转，故输入的控制信号，既可加到励磁绕组上，也可加到电枢绕组上：若把控制信号加到电枢绕组上，通过改变控制信号的大小和极性來控制转了转速的大

4、小和方向，这种方式叫电枢控制；若把控制信号加到励磁绕组匕进行控制，这种方式叫磁场控制。磁场控制冇严重的缺点（调节持性在某一范围不是单值函数，每个转速对应两个控制信号），直流伺服电动机进行电枢控制吋，电枢绕组即为控制绕组，控制电压耳直接加到电枢绕组上进行控制。而励磁方式则有两种：-•种用励磁绕组通过直流电流进行励磁，称为电磁式直流伺图7.1直流伺服电动机电枢控制线路图服电动机；另一种使用永久磁铁作磁极，省去励磁绕组，称为永磁式直流伺服电动机。直流伺服电动机进行电枢控制的线路如图7.1所示，励磁绕组接到电压

5、恒定为乞的直流电源上，产牛励磁电流°,从而产生励磁磁通电枢绕组接控制电压耳，那么直流伺服电动机电枢回路的电压平衡方式为u严V若不计电枢反应的影响，电机的每极气隙磁通二将保持不变，则电动机的电磁转矩公式为t=cm1.机械特性由上面三式可得到电枢控制的直流伺服电动机的机械特性方程式为改变控制电压而机械特性的斜率•'不变，故其机械特性是一组平行的直线，如图7.2所示。理想空载转速为机械特性曲线与横轴的交点处的转矩就是»=0时的转矩，即直流伺服电动机的堵转转矩兀为控制电压为矶吋，若负载转矩纬3兀，则电机堵转。2

6、.调节特性调节特性是指在一定的转矩下电机的转速1-与控制电压耳的关系。调节特性也可由式(7-1)画出，如图7.3所示，调节特性也是一组平行线。图7.2直流伺服电动机的机械特性图7.3直流伺服电动机的调廿特性山调节特性可以看出，当转矩不变吋，如遐，增强控制信号耳，直流伺服电动机的转速增加，且呈正比例关系；反之，减弱控制信号耳减弱到某一数值U总流伺服电动机停止转动，即在控制信号耳小于耳时，电机堵转，要使电机能够转动，控制信号3必须人于S才行，故耳叫做始动电压，实际上始动电压就是调节特性与横轴的交点。所乞，从

7、原点到始动电压Z间的区段，叫做某一转矩吋直流伺服电动机的失灵区。由图町知，亍越大,始动电压也越大，反之亦然；当为理想空载吋，T=°,始动电压为即只要有信号，不管是大是小，电机都转动。从上述分析可知，电枢控制吋的直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是线性的，而且不存在“自转”现象(控制信号消失后，电机仍不停止转动的现象叫“自转”现象)，在自动控制系统中是一•种很好的执行元件。6.1.2交流伺服电动机1.工作原理交流伺服电动机实际上就是两相杲步电动机，所以有时也叫两相伺服电动机。如图7.4所示,电机定子上冇

8、两相绕组，一相叫励磁绕组了，接到交流励磁电源"尸上，另一相为控制绕组厂，接入控制电压耳，两绕组在空间上互差90°电角度，励磁电压S和控制电压Uc频率相同。图7.4交流伺服电动机原理图交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似Z处。当交流伺服电动机的励磁绕组接到励磁电流上，若控制绕组加上的控制电压4为。厂时（即无控制电压），所产生的是脉振磁通势，所建立的是脉振磁场，电机无起动转矩；当控制绕组加上的控制电压4#疔，且产生的控制电流与励磁电流