电机及拖动基础第2版 教学课件 作者 浙江机电职业技术学院 胡幸鸣 主编 第七章 控制电机.ppt

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1、第七章控制电机电气工程系胡幸鸣本章在已学过的常规旋转电机基本理论的基础上，简要地介绍几种有特殊性能的常用控制电机交直流伺服电动机、交直流测速发电机及步进电动机等的基本结构、工作原理、特性等。第七章控制电机第一节控制电机概述控制电机系统中广泛应用于国防、航天航空技术、先进工业技术、民用领域之尖端技术与现代化装备中。运行高可靠性性能要求特性参数高精度对控制信号的快速响应传递信息变换控制信号执行控制信号自动控制应用雷达的扫描跟踪、飞机自动驾驶、数控机床控制、遥测遥控、工业机器人控制、宇宙飞船等都少不了控制电机。第

2、一节控制电机概述控制电机按功能分类执行用控制电机交、直流伺服电动机步进电动机测速用控制电机交、直流测速发电机测位用控制电机自整角机旋转变压器（电信号控制动作）(速度信号转换为电信号)第二节伺服电动机在自动控制系统中用作执行元件，又称执行电动机。即将接收到的控制电压信号转换为转轴的角位移或角速度输出。在自动控制系统中，对伺服电动机的性能要求：无“自转”现象。空载始动电压低,灵敏度高机械特性和调节特性为线性,调速范围宽。快速响应。一、直流伺服电动机结构控制方式电磁式（他励）和永磁式直流伺服电动机与对应的普通直流电动

3、机在结构上并无本质上的差别电枢控制磁场控制电枢回路电感小，响应快，在自动控制系统中多采用电枢控制。UcUaUc：控制电压Control一、直流伺服电动机工作原理直流伺服电动机与普通直流电动机的工作原理是完全相同的。对于电磁式且为枢控方式，当励磁绕组施加恒压时，建立气隙磁通Φ，电枢绕组作为控制绕组接收到控制电压Uc后，电枢绕组内的电流与磁场作用，产生电磁转矩T，电动机转动。当控制电压Uc=0时，Ic=0，电磁转矩T=0，电动机立即停转。保证了电动机无“自转”现象，所以直流伺服电动机是自动控制系统中一种很好的执行元

4、件。电枢控制一、直流伺服电动机特性与他励直流电动机改变电枢电压时的人为机特相似。不同Uc时的机特族是线性的控制电压UC越大，则n=0时对应的起动转矩T也越大，越利于起动。T一定Uc越大n越高T一定时的n=f(Uc)机械特性调节特性不同T时的调特族是线性的控制电压UC<始动电压Uc0，电动机不转—“失灵区”。同样的T下，失灵区越小，灵敏度越高。T1始动电压一、直流伺服电动机结论优点：直流伺服电动机在电枢控制方式运行时，特性的线性度好，调速范围大，效率高，起动转矩大，没有“自转现象”，可以说，具有理想的伺服性能。缺

5、点：电刷和换向器的接触电阻数值不够稳定，对低速运行的稳定有一定影响。此外，电刷与换向器之间的火花有可能对控制系统产生有害的电磁波干扰。结论二、交流伺服电动机交流伺服电动机在结构上类似单相异步电动机。它的定子铁心是用硅钢片、铁铝合金或铁镍合金片叠压而成，在其槽内嵌放两个空间相差90电角度的两个定子绕组，一个是励磁绕组，另一个是控制绕组。结构转子形式笼型转子非磁性杯形转子与普通三相异步电动机笼型转子相似，只是外形上细而长，缩小直径可使惯量降低；功率因数较高，电动机的机械强度大，但快速响应性能稍差，低速运行也不够平

6、稳。1.交流伺服电动机的结构和基本工作原理二、交流伺服电动机结构非磁性空心杯转子交流伺服电动机结构示意图外定子定子绕组杯形转子内定子轴轴承用铝或铝合金制成。壁厚只有0.2～0.8mm，能在内、外定子之间的间隙中运转。特有的由导磁材料制成优点：转动惯量小，摩擦转矩小，响应快、运行平稳缺点：结构复杂，气隙大，空载电流大，功率因数较低。二、交流伺服电动机空间相差90º电角度励磁绕组工作原理控制绕组励磁电压和控制电压分别施加于两个绕组上，共同作用在电动机内部产生了一个旋转磁场，在笼形转子的导条中或杯形转子的筒壁上感应电

7、动势，产生电流(涡流)，再与磁场作用而产生电磁转矩,使笼型或杯型转子转动。交流伺服电动机的原理图当转子转动起来以后，控制信号消失，即断开控制绕组，变成单相时，电动机仍然能够转动。自转现象：“自转”的消除：增加伺服电动机的转子电阻。变成单相后，电磁转矩>0,与转速的方向相同，电动机仍然能够转动。变成单相后，电磁转矩<0,与转速的方向相反，制动作用，电动机立即停传。转子电阻较大（临界转差率sm≥1）时的机械特性转子电阻较小（临界转差率sm<1）时的机械特性工作原理1.交流伺服电动机的控制方法交流伺服电动机不仅须具有

8、受控于控制信号而起动和停转的伺服性，而且还须具有转速的大小及其转向的可控性。而交流伺服电动机的转速大小调节，是靠两相绕组合成椭圆旋转磁场的椭圆度大小来自动调节的。椭圆度大，正转旋转磁场相应地会削弱，对应的正向转矩减小；反转旋转磁场则加强，对应的反向转矩增大，合成转矩减小，转速降低；反之转速增大。转向的改变靠控制电源反相，使合成磁场反转，转子跟着反转。（1）幅值控制改变控制电压的幅值来控