1、第六章 控制电机,概述,直流电动机、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。,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。,1、 交流伺服电机,伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象的转矩和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化。,伺服电动机的作用,调速范围宽广，转速能随着控制电压的改变，在宽广的范围内连续调节。转子的惯性小，能实现迅速的启动、停止。控制功率小，过载能力强，可靠性好。,交流伺服电机的特点：,交流伺服电机的结构,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
2、控制绕组。,励磁绕组和控制绕组在空间相隔90。,两相交流伺服电动机:鼠笼转子和杯形转子。鼠笼转子和三相鼠笼式电动机的转子结构相似，杯形转子伺服电动机的结构如图所示。,交流伺服电机的工作原理,励磁绕组中串联电容C的目的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，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。,消除自转现象的措
3、施,U2= 0 时，转子应该停止转动。,这时，虽然U2 =0V，U1仍存在，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。,原因：交流伺服电机 R2较大。,单相异步电动机,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。,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。,特性和应用,三种控制方法：幅值控制、相位控制、幅值
4、相位控制。,幅值控制：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。,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,2、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
5、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：,3、力矩电动机,力矩电动机就是一种能和负载直接连接产生较大转矩，能带动负载在堵转或大大低于空载转速下运转的电动机。,工作原理和普通伺服电动机相同，只是在结构和外形尺寸上有所不同。为了能在相同体积和电枢电压的前提下，产生比较大的转矩及较低的转速，一般都做成扁平状。,力矩大、精度高、反应速度快、线性度好。调速范围可达0.00017rmin(即4天转一转)25rmin。,特点：,4、直线电动机,直线电动机是一种能直接将电能转换为直
6、线运动的伺服驱动元件。按工作原理来分，可分为直线异步电动机、直线直流电动机和直线同步电动机三种。直线电动机与旋转电动机在原理基本相同。,结构：,工作原理,当初级的多相绕组通入多相电流后，会产生一个气隙磁场，这个磁场的磁感应强度按通电的相序顺序作直线移动，该磁场称为行波磁场。这个速度称之为同步线速。,在行波磁场切割下，次级导条将产生感应电势相电流，所有导条的电流和气隙磁场相互作用，产生切向电磁力。,特点,优点：(1)直线电动机无需中间传动机构，因而使整个机构得到简化，提高了精度，减少了振动和噪声。(2)响应快速。用直线电动机拖动时，由于不存在中间传动机构的惯量和阻力矩的影响，因而加速和减速时间短
7、，可实现快速启动和正反向运行。(3)散热良好，额定值高，电流密度可取很大，对启动的限制小。(4)装配灵活性大，往往可将电动机和其他机体合成一体。缺点：直线电动机和旋转电动机相比较，它存在着效率和功率因数低、电源功率大及低速性能差等缺点。,6.5测速发电机,测速发电机是一种微型发电机，它的作用是将转速变为电压信号。在理想状态下，测速发电机的输出电压可以用下式表示： 测速发电机主要有两种用途： (1)测速发电机的输出电压与转速成正比，因而可以用来测量转速故称为测速发电机； (2)如果以转子旋转角度为参数变量，则可作为机电微分、积分器。 测速发电机广泛用于速度和位置控制系统中。,异步(交流)测速发电机,异步测速发电机的结构和空心杯形转子伺服电动机相似。WF：励磁绕组、WC：工作绕组(又称输出绕组)，相差90度。,直流测速发电机,直流测速发电机是一种用来测量转速的小型他励直流发电机。,空载时，电抠两端电压,有负载时,
