第5章-控制电机与特种电机(新)课件.ppt
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- 控制 电机 特种 课件
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1、n5.1 伺服电动机n5.2 力矩电动机n5.3 小功率同步电动机n5.4 步进电动机n5.5 测速发电机n5.6 自整角机n5.7 直线电动机第第 5 5 章章 控制电机与特种电机控制电机与特种电机第第 5 5 章章 控制电机与特种电机控制电机与特种电机n定义:定义:用于自动控制、自动调节、远距用于自动控制、自动调节、远距离测量的特微(小功率)电机。离测量的特微(小功率)电机。n分类:分类:测量元件、放大元件、执行元件、测量元件、放大元件、执行元件、校正元件。校正元件。n作用:作用:完成控制信号的传递和变换。完成控制信号的传递和变换。n特点:特点:性能稳定可靠,动作灵敏,精度性能稳定可靠,动
2、作灵敏,精度高,体积小。高,体积小。5.1 伺服电动机5.1.1 5.1.1 直流伺服电动机(直流伺服电动机(1 1600W600W) 它的基本结构和工作原理与普通直流他励它的基本结构和工作原理与普通直流他励电动机相同,不同点只是他做得比较细长一些,电动机相同,不同点只是他做得比较细长一些,以满足快速响应的要求以满足快速响应的要求。 5.1.1 5.1.1 直流伺服电动机直流伺服电动机n直流伺服电动机电原理图0023.13caeetURnTnKTnnKK K5.1.1 5.1.1 直流伺服电动机直流伺服电动机1. 控制方式控制方式l电枢控制电枢控制(改变控(改变控制电压)制电压)响应迅响应迅速
3、、机械特性硬,调速、机械特性硬,调速线性度好,应用较速线性度好,应用较多。多。 l磁场控制磁场控制(改变磁(改变磁通通 )不适合永不适合永磁伺服电机。磁伺服电机。5.1.1 5.1.1 直流伺服电动机直流伺服电动机 2. 运行特性运行特性 1)机械特性机械特性 当控制电压当控制电压Ua0时,电动机立即停时,电动机立即停止,因此,无自转现象。止,因此,无自转现象。 2)调节特性调节特性 调节特性为一上翘的直线。调节特性为一上翘的直线。 n =k1Ua A Ua0是电动机处在待动而又未动临界是电动机处在待动而又未动临界状态时的控制电压,称为始动电压,负状态时的控制电压,称为始动电压,负载转矩越大,
4、始动电压越高。而且控制载转矩越大,始动电压越高。而且控制电压从电压从 0 到到Ua0 一段范围内,电机不转一段范围内,电机不转动,称为电动机的死区。动,称为电动机的死区。 5.1.1 5.1.1 直流伺服电动机直流伺服电动机n直流伺服电动机特点和应用范围种类励磁方式产品型号机构特点性能特点适用范围一般直流伺服电动机电磁或永磁SZ或SY与普通直流电动机相同,但电枢铁心长度与直径之比大一些,气隙较小。具有下垂的机械和线性的调节特性,对控制信号的响应快速。一般直流伺服系统无槽电枢直流伺服电动机电磁或永磁SWC电枢铁心为光滑圆柱体,电枢绕组用环氧树脂粘在电枢铁心表面,气隙较大。具有一般直流伺服电动机的
5、特点,而且转动惯量和机电时间常数小,换向良好。需要快速动作、功率较大的直流伺服系统。空心杯形电枢直流伺服电动机永磁SYK电枢绕组用环氧树脂浇注成杯型,置于内、外定子之间,内、外定子分别用软磁材料和永磁材料做成。具有一般直流伺服电动机的特点,且转动惯量和机电时间常数小,低速运转平滑,换向好。需要快速动作的直流伺服系统。印刷绕组直流伺服电动机永磁SN在圆盘形绝缘薄板上印制裸露的绕组构成电枢,磁极轴向安装。转动惯量小,机电时间常数小,低速运行性能好。低速和启动、反转频繁的控制系统。无刷直流伺服电动机永磁SW由晶体管开关电路和位置传感器代替电刷和换向器,转子用永久磁铁做成,电枢绕组在定子上,且做成多相
6、式。既保持了一般直流伺服电动机的优点,又克服了换向器和电刷带来的缺点。寿命长,噪音低。要求噪音低、对无线电不产生干扰的控制系统。5.1.2 低惯量直流伺服电动机1.空心杯转子直流伺服电动机空心杯转子直流伺服电动机 空心杯转子直流伺服电动机的特点空心杯转子直流伺服电动机的特点是惯量低;灵敏度高,时间常数很小;是惯量低;灵敏度高,时间常数很小; 损耗小,效率高;力矩波动小,低速转损耗小,效率高;力矩波动小,低速转动平稳,噪音很小;换向性能好,寿命动平稳,噪音很小;换向性能好,寿命长。多用于高精度自动控制系统及测量长。多用于高精度自动控制系统及测量装置等设备中。装置等设备中。5.1.2 低惯量直流伺
7、服电动机2.印制绕组直流伺服电动机印制绕组直流伺服电动机 印制绕组直流伺服电动机的转子呈印制绕组直流伺服电动机的转子呈薄片圆盘状,用印刷电路制成双面电枢薄片圆盘状,用印刷电路制成双面电枢绕组,磁极轴向安装。其特点是结构简绕组,磁极轴向安装。其特点是结构简单,制造成本低;起动转矩大;力矩波单,制造成本低;起动转矩大;力矩波动很小,低速运行稳定;换向性能好;动很小,低速运行稳定;换向性能好;电枢转动惯量小,反应快。电枢转动惯量小,反应快。5.1.2 低惯量直流伺服电动机3.无槽电枢直流伺服电动机无槽电枢直流伺服电动机 无槽电枢直流伺服电动机的电枢铁无槽电枢直流伺服电动机的电枢铁心是光滑、无槽的圆柱
8、体。其特点是转心是光滑、无槽的圆柱体。其特点是转动惯量低;起动转矩大;反应快;低速动惯量低;起动转矩大;反应快;低速运行均匀;换向性能良好。运行均匀;换向性能良好。 5.1.3 5.1.3 交流伺服电动机交流伺服电动机 改变控制电压的改变控制电压的大小大小和和相位(或极性)相位(或极性)就可以改变伺服电动机的就可以改变伺服电动机的转速转速和和转向转向。 特点:特点:调速范围广;状态(启动、停调速范围广;状态(启动、停止)变换快;控制功率小,过载能力强,止)变换快;控制功率小,过载能力强,可靠性好。(可靠性好。(0.1100W) 5.1.3 5.1.3 交流伺服电动机交流伺服电动机n 1. 两相
9、交流伺服电动机的结构控制绕组励磁绕组 交流伺服电机实物图5.1.3 5.1.3 交流伺服电动机交流伺服电动机n 2. 基本工作原理fici060fnp5.1.3 5.1.3 交流伺服电动机交流伺服电动机n自转现象0,CU当旋转磁场脉动磁场自转现象 5.1.3 5.1.3 交流伺服电动机交流伺服电动机n消除自转现象的措施使转子导条具有较大的电阻使转子导条具有较大的电阻 5.1.3 5.1.3 交流伺服电动机交流伺服电动机n消除自转现象的措施脉动磁场脉动磁场合成曲线5.1.3 5.1.3 交流伺服电动机交流伺服电动机n消除自转现象的措施5.1.3 5.1.3 交流伺服电动机交流伺服电动机3. 控制
10、方式1)幅值控制;2)相位控制;3)幅值-相位控制。 5.1.3 5.1.3 交流伺服电动机交流伺服电动机n两相交流伺服电动机两相交流伺服电动机性能特点性能特点, ,应用范围应用范围种类种类型号型号结构特点结构特点性能特点性能特点应用范围应用范围鼠笼式转子鼠笼式转子SLSL 类似于普通鼠笼转子但细长,电阻率高 励磁电流小 体积小 机械强度高 低速不稳定 速度有抖动小功率的自动控制系统空心杯转子空心杯转子SKSK 薄壁圆筒形,放于内外定子之间 励磁电流大 体积大 转动惯量小 运行平滑 无抖动现象要求运行平滑的系统5.1.3 5.1.3 交流伺服电动机交流伺服电动机 应用举例 雷达天线中扫描天线的
11、旋转雷达天线中扫描天线的旋转5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较 1. 机械特性和调节特性机械特性和调节特性n直流伺服电动机的机械特性和调节特性都直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是线性的,且在不同控制电压下机械特性是线性的,且在不同控制电压下机械特性是平行的,斜率不变。是平行的,斜率不变。n两相感应伺服电动机的机械特性和调节特两相感应伺服电动机的机械特性和调节特性都是非线性的,且其线性化机械特性的性都是非线性的,且其线性化机械特性的斜率随控制电压的变化而变化,这会在一斜率随控制电压的变化而变化,这会在一定程度上影响系统的动态精度。定程度上影响系统的动态精度。n直流伺服电机的特性较交流伺
12、服电机硬,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。统中的位置控制等。 5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较 2. 动态响应动态响应 由于直流伺服电动机转子上有电枢绕组和由于直流伺服电动机转子上有电枢绕组和换向器等,转动惯量要比两相感应伺服电换向器等,转动惯量要比两相感应伺服电动机大得多。但由于直流伺服电动机的机动机大得多。但由于直流伺服电动机的机械特性比两相感应伺服电动机硬得多,若械特性比两相感应伺服电动机硬得多,若空载转速相同,直流伺服电动机的堵转转空载转速相同,直流伺服电动机的堵转转矩要大得多。因此,
13、它们的动态响应时间矩要大得多。因此,它们的动态响应时间常数相差不多。常数相差不多。5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较3. “自转自转”现象现象 对于两相感应伺服电动机,若参数选择不对于两相感应伺服电动机,若参数选择不当或制造工艺不良,可能会使电动机产生当或制造工艺不良,可能会使电动机产生“自转自转”现象,而直流伺服电动机却不存现象,而直流伺服电动机却不存在该问题。在该问题。 5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较4. 体积、重量和效率体积、重量和效率 为了满足控制系统对电机性能的要求,两相感为了满足控制系统对电机性能的要求,两相感应伺服电动机的转子电阻很大,因此其损耗大、应伺服电动机的
14、转子电阻很大,因此其损耗大、效率低。而且常运行在椭圆形旋转磁场下,负效率低。而且常运行在椭圆形旋转磁场下,负序电流和反向旋转磁场的存在,一方面产生制序电流和反向旋转磁场的存在,一方面产生制动转矩,使电磁转矩减小,另一方面也进一步动转矩,使电磁转矩减小,另一方面也进一步增加了电机的损耗,降低了电机的利用率。因增加了电机的损耗,降低了电机的利用率。因此此当输出功率相同当输出功率相同时,两相感应伺服电动机要时,两相感应伺服电动机要比直流伺服电动机体积大、重量重、效率低,比直流伺服电动机体积大、重量重、效率低,所以它只适用于较小功率的场合,对于功率较所以它只适用于较小功率的场合,对于功率较大的控制系统
15、,则较多地采用直流伺服电动机。大的控制系统,则较多地采用直流伺服电动机。5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较5. 结构复杂性、运行可靠性及对系统的干扰结构复杂性、运行可靠性及对系统的干扰 直流伺服电动机由于存在电刷和换向器,直流伺服电动机由于存在电刷和换向器,使电机结构复杂,维护比较麻烦;由于电使电机结构复杂,维护比较麻烦;由于电刷和换向器的滑动接触,增加了电动机的刷和换向器的滑动接触,增加了电动机的阻转矩,并且会影响电机运行的稳定性;阻转矩,并且会影响电机运行的稳定性;存在换向火花问题,会对其它仪器和无线存在换向火花问题,会对其它仪器和无线电通讯等产生干扰。电通讯等产生干扰。 两相感应伺
16、服电动机结构简单,运行可靠,两相感应伺服电动机结构简单,运行可靠,维护方便,使用寿命长,特别适宜于在不维护方便,使用寿命长,特别适宜于在不易检修的场合使用。易检修的场合使用。5.4 步进电动机步进电动机n步进电动机是将电脉冲控制信号转换成机械角位移的步进电动机是将电脉冲控制信号转换成机械角位移的执行元件。执行元件。n它每接受一个电脉冲,其转子就转过一个相应的步距它每接受一个电脉冲,其转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及其频率成正比,并在时间上与输入脉冲同步,只要及其频率成正比,并在时间上与输入脉冲同步,只要控制输
17、入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序,控制输入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序,即获得所需的转角、转速及转向。即获得所需的转角、转速及转向。n基本要求基本要求:在电脉冲的控制下,步进电动机能迅速起:在电脉冲的控制下,步进电动机能迅速起动、正反转、制动和停车;调速范围宽广;步进电动动、正反转、制动和停车;调速范围宽广;步进电动机的步距角要小,步距精度要高,不丢步不越步;工机的步距角要小,步距精度要高,不丢步不越步;工作频率高、响应速度快。作频率高、响应速度快。5.4.1 基本工作原理n反应式步进电动机反应式步进电动机n永磁式步进电动机永磁式步进电动机n混合式步进电动机混合式步进电动机5
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