电工学(电工技术)第七版-上册-第九章-电子教案ppt课件.ppt

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1、第9章控制电机9.1伺服电机9.2步进电机9.3自动控制的基本概念第9章控制电机教学要求：1.了解交流伺服电机的结构和工作原理;2.了解直流伺服电机的结构和工作原理;3.了解步进电机的结构和工作原理。异步电动机、直流电动机等都是作为动力使用的，其主要任务是能量的转换。各种控制电机有各自的控制任务：伺服电机将电压信号转换为转矩和转速以驱动控制对象；步进电机将脉冲信号转换为角位移或线位移。各种控制电机的主要任务是转换和传递控制信号，能量的转换是次要的。控制电机的种类很多，本章只讨论常用的伺服电机和步进电机。对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确度高、重量轻、体积小、耗电少、

2、运行可靠等。伺服电机可分为两类：伺服电机又称执行电机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。交流伺服电机直流伺服电机9.1伺服电机伺服电机可控性好，反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。9.1.1交流伺服电机交流伺服电机就是两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差90的两个绕组：励磁绕组和控制绕组。转子分为笼型转子和杯型转子。杯型转子伺服电机的结构图励磁绕组串联电容C,是为了产生两相旋转磁场。适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近90,从而产生所需的旋转磁场。交流伺服电机的接线图和相量图(a)接

3、线图1(b)相量图工作时两个绕组中产生的电流和的相位差近于90º,因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。控制电压与电源电压频率相同，相位相同或反相。加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励磁电压不变)，由于旋转磁场的旋转方向发生变化，使电动机转子反转。交流伺服电机的特点：在电机运行时如果控制电压变为零，电机立即停转。不同控制电压下的机械特性曲线n=f(T),U1=常数交流伺服电机的机械特性如图所示。在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的下降,特性曲线下移。在同一负载转矩作用时，电机转速随控制电压的下降而均匀减小。TU20.8U20.6U20.4U

4、2On交流伺服电机的输出功率一般为0.1100W,电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛,如用在各种自动控制、自动记录等系统中。应用:自动平衡电位计电路的原理图自动平衡电位计电路的闭环控制方框图9.1.2直流伺服电机直流伺服电机的结构与直流电动机基本相同。只是为减小转动惯量而做得细长一些。直流伺服电机的工作原理也与直流电动机相同。供电方式：他励供电。励磁绕组和电枢分别由两个独立的电源供电。U1为励磁电压U2为电枢电压直流伺服电机的接线图由机械特性可知：(1)一定负载转矩下，当磁通不变时，U2n。(2)U2=0时，电机立即停转。电动机反转：改变电

5、枢电压的极性，电动机反转。直流伺服电机的机械特性与他励直流电动机一样，也可用下式表示机械特性曲线如图所示。直流伺服电机的n=f(T)曲线(U1=常数)直流伺服电机输出功率一般为1600W。直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控制等。应用：位置随动系统的示意图9.2步进电机特点:(1)来一个脉冲，转一个步距角。(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)改变脉冲顺序，可改变转动方向。步进电机是利用电磁铁的作用原理,将电脉冲转换为线位移或角位移的电机。计算机每发一个电脉冲,步进电机转动一定角度,带动机械移动一小段距离。区别在于

6、励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。种类：励磁式和反应式两种。下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。反应式步进电机的结构示意图定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。转子有四个齿。定子转子1.三相单三拍U相绕组通电，V，W两相不通电。由于在磁场作用下,转子总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情况下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与U1、U2极对齐。当V相通电时，转子会转过30角，2、4齿和V1、V2磁极轴线对齐。同理，当W相通电时，转子再转过30角，1、3齿和W1、W2磁极轴

7、线对齐。这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。如果按UVWU…的顺序给三相绕组轮流通电，则电机转子便顺时针方向一步一步地转动。每一步的转角为30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)，磁场旋转一周，转子转过一个齿距角(转子四个齿时为90°)。若按UWVU…的顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。U相通电，转子1、3齿与U1、U2对齐。U、V相同时通电，U1、U2磁极拉住1、3齿，V1、V2磁极拉住2、4齿，转子转过15，到达左图所示位置。2.三相六拍按UUV