电机与拖动 教学课件 作者 刘小春 第5章.ppt

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1、第5章特种电机【案例】数控机床伺服系统5.0伺服电动机5.1测速发电机5.2步进电动机5.3直线电动机5.4微型同步电机5.5技能训练5.65.0【案例】数控机床伺服系统【案例】自动控制系统中一般用特种电动机作为执行元件，即特种电动机在控制电压的作用下驱动被控对象工作。它通常作为随动系统、遥测和遥控系统及各种增量运动控制系统的主传动元件。如图5-1所示为数控机床伺服系统。图5-1数控机床伺服系统它是以机床移动部件的机械位移和速度为直接控制目标的自动控制系统，也称位置、速度随动系统，它接收来自插补器的步进脉冲，经过变换放大后转化为机床工作台的位移和速度。高性能的数控机床伺服系统还由检测元件反

2、馈实际的输出位置和速度的状态，并由位置和速度调节器构成闭环控制。应用：特种电机在雷达的扫描跟踪、船舶方位控制、飞机自动驾驶、轧钢控制、工业机器人控制、遥测遥控、自动化仪表等自动控制系统中得到广泛的应用。特种电机通常指的是结构、性能、用途或原理等与常规电机不同，且体积和输出功率较小的微型电机或特种精密电机，一般其外径不大于130mm。特种电机可以分为驱动用特种电机和控制用特种电机两大类，前者主要用来驱动各种机构、仪表以及家用电器等；后者是在自动控制系统中传递、变换和执行控制信号的小功率电机的总称，用做执行元件或信号元件。控制用的特种电机分为测量元件和执行元件。测量元件包括旋转变压器，交、直流

3、测速发电机等；执行元件主要有交、直流伺服电动机，步进电动机等。特种电机分类：5.1伺服电动机5.1.1直流伺服电动机5.1.2交流伺服电动机概述概述伺服电动机：又称执行电动机，在自动控制系统中用做执行元件。可以把输入的电压信号变换成为电机轴上的角位移、角速度等机械信号输出。改变控制信号的极性和大小，便可改变伺服电动机的转向和转速。自动控制系统对伺服电动机的性能要求：（1）无自转现象。（2）空载始动电压低。（3）机械特性和调节特性的线性度好。（4）快速响应性好。分类：按伺服电动机的控制电压来分，伺服电动机可分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类5.1.1直流伺服电动机分类:直流伺服电动机根

4、据磁路系统、电枢结构、电刷和换向器的结构可分为：普通型直流伺服电动机、盘形电枢直流伺服电动机、杯形直流伺服电动机、无槽电枢直流伺服电动机等。结构:（1）普通型直流伺服电动机。结构和普通的他励直流电动机的结构相同，由定子和转子两部分组成。根据励磁方式又分为电磁式和永磁式，一般为永磁式。为提高控制精度和响应速度，伺服电动机的电枢铁芯长度与直径之比比普通电机大，气隙也小。图5-2所示。图5-2普通型直流伺服电动机结构图1．直流伺服电动机的分类与结构（2）盘形电枢直流伺服电动机（如图5-3示）。电枢直径远大于长度。定子由永久磁铁和前后磁轭组成，形成轴向的平面气隙。电枢是印刷绕组或绕线式绕组，形成径

5、向电流，径向电流和轴向磁场作用，使伺服电动机换转。特点：结构简单，启动转矩大，力矩波动小，转向性能好，电枢转动惯量小，反应快。应用：低速、启动频繁、要求薄型安装的场合，如数控车床、机器人等。图5-3盘形印刷绕组直流伺服电动机结构图空心杯转子可以由事先成型的单个线圈，沿圆柱面排列成杯形，或直接用绕线机绕制成杯形，再用环氧树脂固化成型。它有内、外定子，外定子用永久磁钢，内定子起磁轭作用。特点：低惯量，灵敏度高，耗能低，力矩波动小，换向性能好等。应用：在高精度的自动控制系统及测量设备中，如摄像机、录音机、X-Y函数记录仪等。图5-4杯形直流伺服电动机结构图（3）杯形直流伺服电动机（如图5-4示）

6、。（4）无槽电枢直流伺服电动机（如图5-5所示）。结构和普通电动机的结构没有差别，仅仅是电枢铁芯是光滑的无槽的圆锥体。电枢的制造是将敷设在光滑铁芯表面的绕组用环氧树脂固化成型黏接在铁芯上。应用：动作速度快、功率大的场合，如数控机床、雷达天线的驱动等。图5-5无槽电枢直流伺服电动机结构图2．直流伺服电动机的运行特性直流伺服电动机的转速关系式为：=根据上式可以得出：直流伺服电动机的机械特性和调节特性。（1）机械特性指在控制电压保持不变的情况下，直流伺服电动机的转速n随转矩变化的关系。图5-6所示为给定不同的电枢电压（控制电压加在电枢绕组上）得到的直流伺服电动机的机械特性。图5-6电枢控制的直

7、流伺服电动机机械特性从机械特性上看，不同电枢电压下的机械特性曲线为一组平行线，其斜率为k。从图中还可以看出，当控制电压一定时，不同的负载转矩对应不同的机械转速。（2）调节特性指负载转矩恒定时，电机转速与电枢电压的关系。直流伺服电动机的调节特性如图5-7所示。图5-7直流伺服电动机调节特性当转矩一定时，转速与电压的关系也为一组平行线，其斜率为1/ke。当转速为零时，对应不同的负载转矩可得到不同的启动电压U。当电枢电压小于