電機(jī)與拖動(dòng)控制：第六章 控制電機(jī)

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1、第六章第六章 控制電機(jī)控制電機(jī) 6.1 交流伺服電動(dòng)機(jī) 6.2 直流伺服電動(dòng)機(jī) 6.3 力矩電動(dòng)機(jī) 6.4 小功率同步電動(dòng)機(jī) 6.5 直線電動(dòng)機(jī) 6.6 測(cè)速發(fā)電機(jī) 6.7 自整角機(jī) 控制電機(jī)控制電機(jī)的功能的功能 控制電機(jī)是在普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)基礎(chǔ)上產(chǎn)生控制電機(jī)是在普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的特殊功能的小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)?？刂齐姍C(jī)在控的特殊功能的小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)?？刂齐姍C(jī)在控制系統(tǒng)中作為制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件、檢測(cè)元件和運(yùn)算元執(zhí)行元件、檢測(cè)元件和運(yùn)算元件。件。 控制電機(jī)的工作原理控制電機(jī)的工作原理 從工作原理上看，控制電機(jī)和普通電機(jī)從工作原理上看，控制電機(jī)和普通電機(jī)沒(méi)有本質(zhì)上的差異，但普通電機(jī)功率大，沒(méi)有本質(zhì)上的差

2、異，但普通電機(jī)功率大，側(cè)重于電機(jī)的側(cè)重于電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行和制動(dòng)啟動(dòng)、運(yùn)行和制動(dòng)等方面的等方面的性能指標(biāo)，而控制電機(jī)輸出功率較小，性能指標(biāo)，而控制電機(jī)輸出功率較小，側(cè)側(cè)重于電機(jī)控制精度和響應(yīng)速度。重于電機(jī)控制精度和響應(yīng)速度。 控控 制制 電電 機(jī)機(jī)的分類的分類 控制電機(jī)按其功能和用途可分為控制電機(jī)按其功能和用途可分為信號(hào)檢測(cè)和信號(hào)檢測(cè)和傳遞類傳遞類控制電機(jī)及控制電機(jī)及動(dòng)作執(zhí)行動(dòng)作執(zhí)行類控制電機(jī)兩大類。類控制電機(jī)兩大類。執(zhí)行電機(jī)包括執(zhí)行電機(jī)包括伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和和直線電機(jī)等直線電機(jī)等；信號(hào)檢測(cè)和傳遞電機(jī)包括信號(hào)檢測(cè)和傳遞電機(jī)包括測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器和自整角

3、機(jī)器和自整角機(jī)等。等。6.1 交流伺服電動(dòng)機(jī)1. 兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖2、杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)表表6.1 交流伺服電動(dòng)機(jī)性能特點(diǎn)、應(yīng)用范圍交流伺服電動(dòng)機(jī)性能特點(diǎn)、應(yīng)用范圍種類種類型型號(hào)號(hào)結(jié)構(gòu)特結(jié)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn)性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍鼠籠式轉(zhuǎn) 子SLSL類似于普通鼠籠轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子細(xì)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子為高電阻率材料勵(lì)磁電流小，勵(lì)磁電流小，體積小，機(jī)械強(qiáng)度高，低速運(yùn)行不低速運(yùn)行不穩(wěn)定，速度有時(shí)穩(wěn)定，速度有時(shí)快時(shí)慢的抖動(dòng)快時(shí)慢的抖動(dòng)小功率的自動(dòng)控制系統(tǒng)空心杯轉(zhuǎn) 子SKSK轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為薄壁園筒形，放于內(nèi)外定子之間轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，運(yùn)運(yùn)行平滑，行平滑，無(wú)

4、抖動(dòng)現(xiàn)象，勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流大，體積大大，體積大要求運(yùn)行平滑的系統(tǒng)3.交流伺服電動(dòng)機(jī)性能特點(diǎn)、應(yīng)用范圍交流伺服電動(dòng)機(jī)性能特點(diǎn)、應(yīng)用范圍4、基本工作原理、基本工作原理當(dāng)兩相繞組分別加上相位相差當(dāng)兩相繞組分別加上相位相差 90o 的額定電壓時(shí)：的額定電壓時(shí)： 兩相通電兩相通電 ic 和和 if 產(chǎn)生產(chǎn)生 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生產(chǎn)生 T 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 如果如果 uc 反相，即改變反相，即改變 ic 和和 if 的相序的相序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)改變方向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)改變方向 n 的方向改變。的方向改變。 同時(shí)減小同時(shí)減小 uc 和和 uf 而保持其而保持其 90o 的相位差的相位差磁通勢(shì)磁通勢(shì) 的幅值的幅值 T n

5、 。SM 控制繞組控制繞組 勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組 Uc Uf cfIcIf同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速06 0/nfp 兩相交流伺服電機(jī)存在“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。 消除“自轉(zhuǎn)”的措施： 增大轉(zhuǎn)子的電阻，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用高電阻材料。增大轉(zhuǎn)子的電阻，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用高電阻材料。20mmSrnTf S時(shí)，（）為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩5、消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象、消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象不同轉(zhuǎn)子電阻的伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性不同轉(zhuǎn)子電阻的伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性6.交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制特性交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制特性（1）控制類別：幅值控制、相位控制和幅值-相位控制（2）幅值控制的電路原理（3）幅值控制的機(jī)械特性曲線（4）交流伺服電動(dòng)

6、機(jī)應(yīng)用輸出功率0.1100W，電源頻率50Hz、400Hz。應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、雷達(dá)的控制系統(tǒng)及機(jī)器人控制系統(tǒng)中等。1.直流伺服電動(dòng)機(jī)的電路原理直流伺服電動(dòng)機(jī)的電路原理2caeemURnTKK K（6-1）6.2 直流伺服電動(dòng)機(jī)2.直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用3.直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性由機(jī)械特性可知：由機(jī)械特性可知：(1) Uf（即磁通（即磁通 ）不變時(shí)，）不變時(shí)，一定的負(fù)載下，一定的負(fù)載下，Uc ,n 。(2) Uc=0時(shí)，電機(jī)立即停轉(zhuǎn)。時(shí)，電機(jī)立即停轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)：電樞電壓的極性改變，電機(jī)反轉(zhuǎn)。電樞電壓的極性改變，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電

7、機(jī)硬。經(jīng)直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。經(jīng)常用在功率稍大的系統(tǒng)中，它的輸出功率一般常用在功率稍大的系統(tǒng)中，它的輸出功率一般為為1-600W。它的用途很多，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的。它的用途很多，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置控制等。位置控制等。應(yīng)用：應(yīng)用：6.3 力矩電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 轉(zhuǎn)矩大轉(zhuǎn)矩大 轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)速低 與負(fù)載直接連接； 能帶動(dòng)負(fù)載堵轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn)。力矩電動(dòng)機(jī)交流力矩電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)異步同步1 .永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：特點(diǎn)： Dl 2.直流力矩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速低的原因直流力矩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速低的原因212222aaaaFBI lBI NlDDTNFNBI lDD lcD

8、lNlclNBI NlcTD又（6-2）（1）力矩大的原因）力矩大的原因（2）轉(zhuǎn)速低的原因）轉(zhuǎn)速低的原因000601201201aaaaeBlDnNBl DnUEUnNBlDnD又一匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：N匝繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：（6-3）3.直流力矩電動(dòng)機(jī)的與應(yīng)用直流力矩電動(dòng)機(jī)的與應(yīng)用運(yùn)行特征：能在低速與堵轉(zhuǎn)下運(yùn)行，能產(chǎn)生足夠大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩而不損壞電機(jī)；精度高、反應(yīng)快、線性度好；調(diào)速范圍大，調(diào)速范圍：0.00017r/min-25r/min應(yīng)用：用于低速、可調(diào)轉(zhuǎn)矩的隨動(dòng)系統(tǒng)作執(zhí)行元件。6.4 小功率同步電動(dòng)機(jī) 前面討論過(guò)的伺服電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速是隨控制信號(hào)轉(zhuǎn)速是隨控制信號(hào)或負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化而變化的

9、或負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化而變化的。而在傳真機(jī)、磁帶錄音機(jī)和各種精確的計(jì)時(shí)或記錄裝置中，往往需要一種能在電源電壓波動(dòng)或負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)仍可保持轉(zhuǎn)速恒定電源電壓波動(dòng)或負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)仍可保持轉(zhuǎn)速恒定不變的電動(dòng)機(jī)不變的電動(dòng)機(jī)。額定功率從零點(diǎn)幾瓦到數(shù)百瓦的各種小功率同步電動(dòng)機(jī)小功率同步電動(dòng)機(jī)就是在一定的輸出功率范圍內(nèi)具有這種恒速特性恒速特性的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)同步電動(dòng)機(jī)。運(yùn)行特性運(yùn)行特性：-連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；功率：功率： P 1W， P 100W；應(yīng)用：應(yīng)用： 恒速傳動(dòng)中傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)，控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。分類：分類：轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)材料分類：永磁式、反應(yīng)式（磁阻式）、磁滯式等1.小功率同步電動(dòng)機(jī)概述小功率同步電動(dòng)機(jī)概述1）三相永磁式小功

10、率同步電動(dòng)機(jī)原理接線圖2）單相磁滯式小功率同步電動(dòng)機(jī)原理接線圖2. 永磁式同步電動(dòng)機(jī)永磁式同步電動(dòng)機(jī)1）永磁式小功率同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)2）工作原理1）異性相吸）異性相吸2）失步）失步3）永磁式同步電動(dòng)機(jī)難起動(dòng)的原因4）永磁式同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)1) 異步起動(dòng):2) 永磁鐵:3. 磁阻式電磁減速同步電動(dòng)機(jī)磁阻式電磁減速同步電動(dòng)機(jī)1) 結(jié)構(gòu)0022222/2srRssrrrsrsrsrrZZKZZZZZZZZZZfZZp（6-4）（6-5）（6-6）2) 工作原理6.5 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)1.直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)628a旋轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī) 直線電動(dòng)機(jī)直接實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，從而消除了旋

11、轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)，使精度提高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，響應(yīng)快速。直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)短初級(jí)直線電動(dòng)機(jī)短初級(jí)直線電動(dòng)機(jī)短次級(jí)直線電動(dòng)機(jī)短次級(jí)直線電動(dòng)機(jī)2.直線電動(dòng)機(jī)的工作原理直線電動(dòng)機(jī)的工作原理222c o s2smssFK p ISf s（1 - S ）（1 - S ）（6-23）（6-24）6.6 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)0dUKnKKdt（7-1） 測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速 機(jī)電微分、積分器機(jī)電微分、積分器6.6.1 異步交流測(cè)速發(fā)電機(jī)異步交流測(cè)速發(fā)電機(jī)1. 異步交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)異步交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)工作繞組或輸出繞組工作繞組或輸出繞組2. 異步交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的原理異步交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的原

12、理20222000ppEnEEEnUEKn （6-8）（6-9）（6-10）（6-11）3.異步交流測(cè)速發(fā)電機(jī)應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)異步交流測(cè)速發(fā)電機(jī)應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題題1）主要技術(shù)指標(biāo) a.剩余電壓 b.線性誤差 c.相位誤差 d.輸出斜率異步交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性的線形度異步交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性的線形度1. 工作原理圖工作原理圖6.6.2 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)2. 工作原理工作原理01seaaaaaLcaaLUEC nUEI RUIRC nURR（6-13）（6-14）（6-15）（6-16）3.輸出特性輸出特性6.7 自整角機(jī)自整角機(jī)1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.控制式自整角機(jī)的線路結(jié)構(gòu)3.控制式自整角機(jī)的工作原理4.控制式自整角機(jī)應(yīng)用實(shí)例6.6.3力矩式自整角機(jī)1.電路結(jié)構(gòu)2.力矩式自整角機(jī)的應(yīng)用實(shí)例