控制电机课件参考模板范本.ppt

1、1第六章：控制电机第六章：控制电机本章基本要求和重点：本章基本要求和重点：1 1、掌握对控制电机的主要要求。掌握对控制电机的主要要求。它是用来完成它是用来完成信息的传递和变换信息的传递和变换，应具，应具有良好的可控性，快速响应，大启动转矩，有良好的可控性，快速响应，大启动转矩，小转动惯量，精度要高，误差要小。小转动惯量，精度要高，误差要小。2 2、了解机电传动控制系统中一些常用控制电了解机电传动控制系统中一些常用控制电机的基本结构。机的基本结构。2 3 3、重点掌握各种控制电机的基本工作原重点掌握各种控制电机的基本工作原理、理、主要运行特性及特点。主要运行特性及特点。4 4、了解各种控制电机的

2、应用场所，以便了解各种控制电机的应用场所，以便正确选用和使用它们。正确选用和使用它们。5 5、难点是理解交流伺服电动机的难点是理解交流伺服电动机的自转自转现现象及消除原理。象及消除原理。第六章：控制电机第六章：控制电机3 6.1 6.1 交流伺服电动机交流伺服电动机 伺服电动机也称为执行电动机，将电信号伺服电动机也称为执行电动机，将电信号转换轴上的转角或转速，有直流和交流两种，转换轴上的转角或转速，有直流和交流两种，最大的特点是可控。与普通电机相比最大的特点是可控。与普通电机相比：有调速有调速范围广、能实现迅速的启和停、过载能力强，范围广、能实现迅速的启和停、过载能力强，可靠性好等特点。可靠性

3、好等特点。1 1、两相交流伺服电动机的结构两相交流伺服电动机的结构4 其定子绕组与单相电容分相式异步电动其定子绕组与单相电容分相式异步电动机相似，嵌入两个相差机相似，嵌入两个相差9090度的绕组，励磁绕度的绕组，励磁绕组和控制绕组，它们分别接入两个不同的交组和控制绕组，它们分别接入两个不同的交流电源（同频率）。流电源（同频率）。其转子一般分为鼠笼转子和杯形转子两其转子一般分为鼠笼转子和杯形转子两种。使用最多的是鼠笼转子的交流伺服电动种。使用最多的是鼠笼转子的交流伺服电动机。机。6.1 6.1 交流伺服电动机交流伺服电动机5 2 2、工作原理工作原理 是以单相异步电动机原理为基础。励磁是以单相异

4、步电动机原理为基础。励磁绕组接到电压一定的交流电网上，当控制绕绕组接到电压一定的交流电网上，当控制绕组上有控制信号输入时，两相绕组产生旋转组上有控制信号输入时，两相绕组产生旋转磁场。磁场。pfn 600 把控制电压的相位改变把控制电压的相位改变180180度，可改变伺服度，可改变伺服电动机的旋转方向。要求控制电压一但取消，电电动机的旋转方向。要求控制电压一但取消，电动机必须停转。但是取消控制电压后，励磁电压动机必须停转。但是取消控制电压后，励磁电压仍可使电动机继续旋转，既所谓仍可使电动机继续旋转，既所谓“自转自转”现象。现象。6.1 6.1 交流伺服电动机交流伺服电动机6 3 3、消除自转现象

5、的消除自转现象的措施措施 其解决办法是，使转子导条具有较大的其解决办法是，使转子导条具有较大的电阻。这样最大转矩出现在电阻。这样最大转矩出现在S=1S=1附近。可得附近。可得出不同转子电阻和控制电压为出不同转子电阻和控制电压为0 0时的伺服电时的伺服电动机机械特性曲线。动机机械特性曲线。6.1 6.1 交流伺服电动机交流伺服电动机7232221rrr 设计电阻使电动机设计电阻使电动机单相运行时最大转矩出单相运行时最大转矩出现在现在SMSM大于大于1 1 处。处。6.1 6.1 交流伺服电动机交流伺服电动机8 由图看出：由图看出：曲线曲线1 1为有为有控制电压时，曲线控制电压时，曲线T T为去掉

6、为去掉控制电压时，此时控制电压时，此时T T与与n n相相反，成为制动转矩，它可反，成为制动转矩，它可使转子迅速停止转动，保使转子迅速停止转动，保证不会出现自转现象。而证不会出现自转现象。而励磁绕组始终接在电源上。励磁绕组始终接在电源上。合成电磁转矩出现在第二合成电磁转矩出现在第二和第四象限。和第四象限。6.16.1 交流伺服电动机交流伺服电动机94 4、特性和应用、特性和应用控制方法有幅值控控制方法有幅值控制、相位控制、幅制、相位控制、幅值值-相位控制相位控制幅值控制接线图。幅值控制接线图。6.1 6.1 交流伺服电动机交流伺服电动机10不同电压下的机械不同电压下的机械特性曲线特性曲线。由图

7、可见：在一定负载下，控制电压越高，由图可见：在一定负载下，控制电压越高，S S越小，转速越高。改变电压可改变转速。越小，转速越高。改变电压可改变转速。6.1 6.1 交流伺服电动机交流伺服电动机11 交流伺服电动机交流伺服电动机应用非常广泛：应用非常广泛：可以方便的利用控制电压的有无来进行可以方便的利用控制电压的有无来进行启动、停止，利用改变电压的幅值（或相位）启动、停止，利用改变电压的幅值（或相位）大小来调节转速的高低。而伺服电动机的性大小来调节转速的高低。而伺服电动机的性能直接影响着整个系统的性能。选择时要注能直接影响着整个系统的性能。选择时要注意系统对伺服电动机的静态、动态特性的要意系统

8、对伺服电动机的静态、动态特性的要求。一般输出功率不大。求。一般输出功率不大。6.1 6.1 交流伺服电动机交流伺服电动机12 它的基本结构和工作原理与普通直流他它的基本结构和工作原理与普通直流他励电动机励电动机相同，不同点相同，不同点在于做的细长一点，在于做的细长一点，以便满足快速响应的要求。以便满足快速响应的要求。6.26.2 直流伺服电动机直流伺服电动机teecKKRKUn 由上式可以看出：改变控制电压和改变由上式可以看出：改变控制电压和改变磁通都可以控制伺服电机的转速和转向。前磁通都可以控制伺服电机的转速和转向。前者是者是电枢控制电枢控制（常用），后者是磁场控制。（常用），后者是磁场控制

9、。13 在磁通不变的情况下，在磁通不变的情况下，在一定的负载转矩下，升高在一定的负载转矩下，升高电压，电机转速就上升。反电压，电机转速就上升。反之就下降，电机无自转现象。之就下降，电机无自转现象。直流伺服电动机与交流伺服电动机的机械特性直流伺服电动机与交流伺服电动机的机械特性相比较相比较，前者堵转矩大，特性曲线线性度好，机械，前者堵转矩大，特性曲线线性度好，机械特性较硬，但缺点是有换向器，结构复杂，易产生特性较硬，但缺点是有换向器，结构复杂，易产生无线电干扰。通常用于无线电干扰。通常用于功率稍大功率稍大的系统中。的系统中。6.26.2 直流伺服电动机直流伺服电动机146.36.3 力矩电动机力

10、矩电动机 在某些自动控制系统中，被控制对象的转在某些自动控制系统中，被控制对象的转速相对较低，如采用减速器，使系统装置结构速相对较低，如采用减速器，使系统装置结构复杂。闭环时易产生自激振荡。为此希望有一复杂。闭环时易产生自激振荡。为此希望有一种低转速，大转矩的伺服电动机。有交流和直种低转速，大转矩的伺服电动机。有交流和直流两大类，使用较多的是流两大类，使用较多的是永磁式直流力矩电动永磁式直流力矩电动机机。1 1、结构特点、结构特点 在传统的直流伺服电动机的基础上，在在传统的直流伺服电动机的基础上，在相同体积和电压的前提下，一般作成相同体积和电压的前提下，一般作成扁平状扁平状，以满足要求。以满足

11、要求。152 2、转矩大、转速低的原因、转矩大、转速低的原因a.a.转矩大的原因转矩大的原因6.36.3 力矩电动机力矩电动机 由直流电动机的基本原理可知：每根导由直流电动机的基本原理可知：每根导体所受的电磁力为：体所受的电磁力为：lIBFa电磁转矩为：电磁转矩为：DlNIBDFNTa2216 在电枢体积相同条件下，保持在电枢体积相同条件下，保持 不变，不变，在相同电流和相同用铜量条件下，应保持在相同电流和相同用铜量条件下，应保持 不变。所以满足上述条件，转矩与直径近似成不变。所以满足上述条件，转矩与直径近似成正比关系。正比关系。lD 2lN b.b.转速低的原因转速低的原因导体在磁场中运动切

12、割磁力线产生感应电势为：导体在磁场中运动切割磁力线产生感应电势为：vlBea60nDv线速度为：线速度为：6.36.3 力矩电动机力矩电动机17 设在一对电刷设在一对电刷之间的并联支路数之间的并联支路数为为2 2，N/2N/2根导体根导体串联后总感应电势串联后总感应电势为为EaEa，理想空载下理想空载下则：则：1200nDlBNEaDlBNUna1200 在上式中，保持在上式中，保持NLNL不变下，理想空载转不变下，理想空载转速和电枢铁心直径成速和电枢铁心直径成反比关系反比关系。6.36.3 力矩电动机力矩电动机18综述：综述：在其他条件相同下，增大电动机直径，在其他条件相同下，增大电动机直径

13、，减少轴向长度，可满足要求。（减少轴向长度，可满足要求。（扁平状结扁平状结构构）。由于保证了能在低速或堵转下运行，）。由于保证了能在低速或堵转下运行，加上它有精度高、反应速度快、线性度好等加上它有精度高、反应速度快、线性度好等特点，应用较广。特点，应用较广。6.36.3 力矩电动机力矩电动机196.46.4 小功率同步电动机小功率同步电动机 对于一些控制设备和自动装置，（如传真对于一些控制设备和自动装置，（如传真机、电钟等）往往需要速度恒定不变，使用之。机、电钟等）往往需要速度恒定不变，使用之。它是交流同步电动机，定子结构与异步电它是交流同步电动机，定子结构与异步电动机无本质区别，转子上无绕组

14、，结构简单。动机无本质区别，转子上无绕组，结构简单。1 1、永磁式同步电动机、永磁式同步电动机 它的它的结构特点结构特点是，转子中包括永久磁铁和是，转子中包括永久磁铁和置于转子铁心中的鼠笼绕组。置于转子铁心中的鼠笼绕组。20 它也存在它也存在启动启动困难困难问题问题，为此转子上的鼠，为此转子上的鼠笼绕组起了启动绕组的作用（即采用异步启笼绕组起了启动绕组的作用（即采用异步启动）。动）。它的它的工作原理工作原理与普通同步电动机的原理相似。与普通同步电动机的原理相似。6.46.4 小功率同步电动机小功率同步电动机21 电动机的定子和转子由硅钢片叠装而成，电动机的定子和转子由硅钢片叠装而成，定子槽中装

15、有三相或单相电源以产生磁场，定子槽中装有三相或单相电源以产生磁场，转子槽中不嵌入绕组，定、转子上均有开口转子槽中不嵌入绕组，定、转子上均有开口槽，且转子齿数槽，且转子齿数大于大于定子齿数。定子齿数。srZZ 2 2、磁阻式电磁减速同步电动机、磁阻式电磁减速同步电动机a.a.结构特点：结构特点：6.46.4 小功率同步电动机小功率同步电动机22 它也是定子旋转磁通它也是定子旋转磁通转过一个齿距后转子需转转过一个齿距后转子需转过的角度。过的角度。rsZZ22 由于磁力线总是力图经过的磁路最小，磁由于磁力线总是力图经过的磁路最小，磁阻转矩总是力图使转子朝磁导最大的方向转阻转矩总是力图使转子朝磁导最大

16、的方向转动。而定子和转子的齿数不等，使它们在空动。而定子和转子的齿数不等，使它们在空间上相差一个角度。间上相差一个角度。b.b.工作原理：工作原理：6.46.4 小功率同步电动机小功率同步电动机23电机旋转角速度为：电机旋转角速度为：因此定子磁场与转子旋转角速度之比为：因此定子磁场与转子旋转角速度之比为：srrsRZZZZK20PfZZZZZZrsrrsr20为获得较大的磁阻转矩，一般为获得较大的磁阻转矩，一般 故故ZrZr越越大，大，越接近，则转子转速越低。越接近，则转子转速越低。PZZsr2srZZ 例如转子、定子齿数例如转子、定子齿数分别取分别取100100和和9898，则：，则：00501100981006.46.4 小功率同步电动机小功率同步电动机246.5 6.5 其它电动机其它电动机测速发电机测速发电机 自整角机自整角机 直线电动机直线电动机 磁阻式电磁减速同步电动机无需启动绕磁阻式电磁减速同步电动机无需启动绕组，结构简单，制造方便，成本低，转速较组，结构简单，制造方便，成本低，转速较低，是一种常用的低速电动机。低，是一种常用的低速电动机。6.46.4 小功率同步电动机小功率同步电动机