控制用电机.ppt

,第六章 控制用电机,§6-1 伺服电动机 §6-2 测速发电机 §6-3 自整角机 §6-5 步进电动机,返回,课前提问,前面介绍的异步电动机等都是作为动力使用的，其主要任务是能量转换，例如将电能转换为机械能。本章介绍控制电机。,概述：,控制电机的种类很多，本章主要介绍伺服电动机，测速发电机，自整角机和步进电动机。,对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、 重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。,控制式自整角机将转角转换为电压信号。,力矩式自整角机将转角转换为转角信号,§6-1 伺服电动机,伺服电动机： 电信号转换为转轴上的角位移或角速度来执行控制任务的电动机，又称执行电动机。,原理与两相交流异步电机相同，定子上装有两个绕组 励磁绕组和控制绕组，在空间相隔90。,一. 交流伺服电动机,控制绕组,励磁绕组,杯形转子 或鼠笼式,按电流种类分，伺服电动机分为交流和直流两种。,励磁绕组中串联电容C的目的是为了产生两相旋转磁场。,接线：,励磁绕组的接线,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，因此便产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。,例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电流的相量关系如图所示。,工作时两个绕组中产生的电流 和 的相位差近90°，因此便产生旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子转动起来。,控制电压 与电源电压 两者频率相同，相位相同或反相。,（1）U2= 0 时，转子停止。,这时，虽然U2 =0V，U1仍存在，似乎成单相运行状态，但和单相异步机不同。若单相电机启动运行后，出现单相后仍转。伺服电机不同，单相电压时设备不能转。,交流伺服电动机的特点：,原因：交流伺服电机 R2设计得较大。所以在U2=0时，交流伺服电机的T=f(s)曲线如下页图：,当U2=0V时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距T、T 的合成转矩 T 与单相异步机不同。合成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机在U2=0V时，能立即停止，体现了控制信号的作用(有控制电压时转动，无控制电压时不转)，以免失控。（自制动）,（3）控制电压 U2 大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压 U2 成正比。U2 的极性改变时，转子的转向改变。,（2）交流伺服电机 R2设计得较大，使Sm1，Tst大，启动迅速，稳定运行范围大。,交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W，电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用在自动控制、温度自动记录等系统中。,应用,二.直流伺服电动机,结构：与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长一些。,工作原理：与直流电动机相同。,供电方式：他励。励磁绕组和电枢由两个独立电源供电：,由机械特性可知： (1)U1（即磁通）不变时，一定的负载下，U2,n。 (2)U2=0时，电机立即停转。,反转：电枢电压的极性改变，电机反转。,直流伺服电机的机械特性公式与他励直流电机一样：,直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为1-600W。它的用途很多，如随动系统中的位置控制等。,应用：,§6-2 测速发电机,测速发电机有交流和直流两种。,测速发电机是一种把机械上的旋转角速度转变成电信号的发电机。,交流测速发电机：它的定子上有两个绕组，一个作励磁用，称为励磁绕组1；另一个输出电压，称为输出绕组2。两个绕组的轴线互相垂直，,1、当发电机静止时，输出电压为零。,2、当测速发电机由被测转轴带动而旋转时，输出绕组就有电压输出。频率与电源电压的频率相同，它的大小与发电机的转速n成正比。,磁通与输出绕组的轴线一致，因而在其中感应出电动势，两端就有一个输出电压。正比于，即,转子电流也要产生磁通，两者也成正比，即,§6-3 自整角机,从结构上讲，自整角机有两种形式。一种形式是：定子是三相的，转子是单相的；另一种形式是：定子是单相的，转子是三相的。,在应用中，自整角机总是成对使用，一个作为发送，一个作为接收。由于使用上的不同，有力矩式和控制式两种。,其功能是转角变为转角,一.力矩式自整角机,在发送机中，这三个电动势分别为 ， 和 。在接收机中，分别为 ， 和 。,发送机 接受机,当两转子具有相同位置时，即 时， 。因而不产生电流，也没有电磁转矩，两电机静止不动。,当发送机的转子转动一个角度后， 。两电机 绕组中的各相电动势不再平衡，因而产生电流，在磁场的将产生转矩。总是力图使两转子的位置趋向一致。接收机的转子在转矩的作用下产生了随动动作，直至 ，实现了转角随动的作用。,发送机 接受机,二. 控制式自整角机（转角变为电压）,控制式自整角机又称为变压器式自整角机。发送机的转子绕组作为励磁绕组接在固定交流电源上。接收机的转子绕组则作为输出绕组，其输出电压的大小和相位与失调角 有关。,由于发送机励磁绕组的脉动磁通在定子三相绕组中感应有电动势，而接收机定子三相绕组中却没有感应电动势，所以在定子三相回路中总是有电流通过。这三个电流I1，I2和 I3流经接收机的定子绕组，便在接收机的转子绕组中感应出电压。,理论上可以证明，假若事先将两个转子的相对轴位置置成900，那么，接收机转子单相绕组的输出电压U2的大小和相位与失调角 有关。它们的关系是,Um为输出电压最大值,§6-5 步进电动机,机理：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号 转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。,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，改变方向。,种类： 有励磁式和反应式两种。两种的区别在于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。,应用： 步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动 绘图仪等设备中都得到应用。,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。,1. 结构,步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。,定子,转子,定子绕组,定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。,注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数的区别。,IA,IB,IC,2. 工作方式,步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。,一. 三相单三拍,（1）三相绕组联接方式：Y 型,（3）工作过程,A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。,同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30；C相通电再转30。,这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。,三相单三拍的特点：,（1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为步距角，用S表示。,（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。,步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为 步距角。,