《控制電機》PPT課件課件

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1、 直流電動機、異步電動機等都是作為動力使直流電動機、異步電動機等都是作為動力使用的，其主要任務(wù)是能量轉(zhuǎn)換，例如將電能轉(zhuǎn)換用的，其主要任務(wù)是能量轉(zhuǎn)換，例如將電能轉(zhuǎn)換為機械能。為機械能。如：伺服電機將電壓信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；如：伺服電機將電壓信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速； 步進電機將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。步進電機將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。 控制電機的主要功能是轉(zhuǎn)換和傳遞信號?？刂齐姍C的主要功能是轉(zhuǎn)換和傳遞信號。 對控制電機的主要要求：對控制電機的主要要求：動作靈敏、準確、動作靈敏、準確、重量輕、體積小、運行可靠、耗電少等。重量輕、體積小、運行可靠、耗電少等。 交流伺服電動機和直流伺服電動機

2、。交流伺服電動機和直流伺服電動機。伺服電動機分類伺服電動機分類： 伺服電動機的作用是驅(qū)動控制對象。被控對伺服電動機的作用是驅(qū)動控制對象。被控對象的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速受信號電壓控制，信號電壓的大象的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速受信號電壓控制，信號電壓的大小和極性改變時，電動機的轉(zhuǎn)動速度和方向也跟小和極性改變時，電動機的轉(zhuǎn)動速度和方向也跟著變化著變化。伺服電動機的作用伺服電動機的作用l調(diào)速范圍寬廣，轉(zhuǎn)速能隨著控制電壓的改變，在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。l轉(zhuǎn)子的慣性小，能實現(xiàn)迅速的啟動、停止。l控制功率小，過載能力強，可靠性好。交流伺服電機的特點：交流伺服電機的特點：交流伺服電機的結(jié)構(gòu)交流伺服電機的結(jié)構(gòu) 原理原理與兩相交流異步電

3、機相同，定子上裝有兩個繞組與兩相交流異步電機相同，定子上裝有兩個繞組 勵磁繞組和控制繞組。勵磁繞組和控制繞組。勵磁繞組和控制繞組在空間相隔勵磁繞組和控制繞組在空間相隔90 。 兩相交流伺服電動機兩相交流伺服電動機:鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子和和杯形轉(zhuǎn)子杯形轉(zhuǎn)子。鼠。鼠籠轉(zhuǎn)子和三相鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相似，杯形籠轉(zhuǎn)子和三相鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相似，杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機的結(jié)構(gòu)如圖所示。轉(zhuǎn)子伺服電動機的結(jié)構(gòu)如圖所示。交流伺服電機的工作原理交流伺服電機的工作原理 勵磁繞組中串聯(lián)電容勵磁繞組中串聯(lián)電容C的目的是為了產(chǎn)生兩相的目的是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場。勵磁繞組的接線勵磁繞組的接線UCU1I1U放放大大

4、器器控制繞組的接線控制繞組的接線檢檢測測元元件件控制信號控制信號2U2IU 適當選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流適當選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流相位差接近相位差接近9090 ，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在旋轉(zhuǎn)磁，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動起來。場的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動起來。 1UCU1I1U例：選擇電容，可使交流伺服電機電路中的電壓電例：選擇電容，可使交流伺服電機電路中的電壓電流的相量關(guān)系如圖所示。流的相量關(guān)系如圖所示。勵磁繞組的接線勵磁繞組的接線UCU1I1U放放大大器器控制繞組的接線控制繞組的接線檢檢測測元元件件控制信號控制信號2U2IU 工作時兩個繞組中產(chǎn)

5、生的電流工作時兩個繞組中產(chǎn)生的電流 和和 的相的相位差近位差近90，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。在旋轉(zhuǎn)磁場因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。1I2I控制電壓控制電壓 與與電源電壓電源電壓 兩兩者頻率相同，相者頻率相同，相位相同或反相。位相同或反相。2UU消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施U2= 0 = 0 時，轉(zhuǎn)子應(yīng)該停止轉(zhuǎn)動。時，轉(zhuǎn)子應(yīng)該停止轉(zhuǎn)動。這時，雖然這時，雖然U2 = =0V，U1仍存在，成單相運行狀態(tài)，仍存在，成單相運行狀態(tài)，但和單相異步機不同。但和單相異步機不同。若單相電機啟動運行后，出若單相電機啟動運行后，出現(xiàn)單相后仍轉(zhuǎn)?，F(xiàn)單相后仍轉(zhuǎn)。 伺

6、服電機不同，單相電壓時設(shè)備不能轉(zhuǎn)。伺服電機不同，單相電壓時設(shè)備不能轉(zhuǎn)。原因：原因：交流伺服電機交流伺服電機 R2較大。較大。02 s121 ss合成轉(zhuǎn)矩合成轉(zhuǎn)矩s01 s22 s21 s1T起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩為零為零2T正正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反反stTTOn0nR2 Tst n maxTLT單相異步電動機單相異步電動機交流伺服電動機的交流伺服電動機的T=f(s)T=f(s)曲線（曲線（U U2 2=0=0時）時）sT210sTTT021反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn) 當當U2= =0V時，脈動磁時，脈動磁場分成的正反向旋轉(zhuǎn)磁場分成的正反向旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距T 、T 的的合成轉(zhuǎn)矩合成轉(zhuǎn)矩 T 與單相異步與單相

7、異步機不同。合成轉(zhuǎn)矩的方機不同。合成轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，所向與旋轉(zhuǎn)方向相反，所以電機在以電機在U2=0V時，能立時，能立即停止，體現(xiàn)了控制信即停止，體現(xiàn)了控制信號的作用號的作用( (有控制電壓時有控制電壓時轉(zhuǎn)動，無控制電壓時不轉(zhuǎn)動，無控制電壓時不轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)) )，以免失控。，以免失控。交流伺服電機交流伺服電機 R2設(shè)計得較大，設(shè)計得較大，使使Sm1，Tst大，啟動迅速，穩(wěn)定運行范圍大。大，啟動迅速，穩(wěn)定運行范圍大。交流伺服電動機的交流伺服電動機的T=f(s)T=f(s)曲線（曲線（U U2 2=0=0時）時）sT210sTTT021反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)stTTOn0nR2 Tst n maxTLT

8、特性和應(yīng)用特性和應(yīng)用交流伺服電動機的機械特性曲線交流伺服電動機的機械特性曲線( U1=const )nTU20.8 U20.6 U20.4 U2Tn三種控制方法三種控制方法：幅值控制、相位控制、幅值幅值控制、相位控制、幅值相位控制。相位控制。幅值控制：幅值控制：控制電壓控制電壓 U2 大小變化時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)大小變化時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速與電壓速相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速與電壓 U2 成正比。成正比。U2 的極的極性改變時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。性改變時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。 交流伺服電機的輸出功率一般為交流伺服電機的輸出功率一般為0.1-100 W，電源頻率分電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣等多種

9、。它的應(yīng)用很廣泛，如用在自動控制、溫度自動記錄等系統(tǒng)中。泛，如用在自動控制、溫度自動記錄等系統(tǒng)中。應(yīng)用應(yīng)用2、直流伺服電動機、直流伺服電動機結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：與直流電動機基本相同。為減小轉(zhuǎn)動慣量做與直流電動機基本相同。為減小轉(zhuǎn)動慣量做得細長一些。得細長一些。工作原理：工作原理：與直流電動機相同。與直流電動機相同。供電方式：供電方式：他勵。勵磁繞組和電樞由兩個獨立電他勵。勵磁繞組和電樞由兩個獨立電源供電：源供電：MU1IfIaU2放放大大器器UU1為勵磁電壓，為勵磁電壓，U2為電樞電壓。為電樞電壓。由機械特性可知：由機械特性可知：(1)U1（即磁通（即磁通 ）不變時，一定的負載下，）不變時，一定的負載

10、下，U2 ,n 。(2)U2=0時，電機立即停轉(zhuǎn)。時，電機立即停轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)：電樞電壓的極性改變，電機反轉(zhuǎn)。電樞電壓的極性改變，電機反轉(zhuǎn)。直流伺服電機的機械特直流伺服電機的機械特性公式與他勵直流電機性公式與他勵直流電機一樣：一樣：TKKRKUnTEaE22機械特性曲線機械特性曲線U20.8U20.6U20.4U2nT 直流伺服電機的特性較交流伺服電機硬。經(jīng)常直流伺服電機的特性較交流伺服電機硬。經(jīng)常用在功率稍大的系統(tǒng)中，它的輸出功率一般為用在功率稍大的系統(tǒng)中，它的輸出功率一般為1-600W。它的用途很多，如隨動系統(tǒng)中的位置控。它的用途很多，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。制等。應(yīng)用：應(yīng)用： 力矩電動

11、機就是一種能和負載直接連接產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，能帶動負載在堵轉(zhuǎn)或大大低于空載轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)的電動機。工作原理和普通伺服電動機相同，只是在結(jié)構(gòu)和外形尺寸上有所不同。為了能在相同體積和電樞電壓的前提下，產(chǎn)生比比較大的轉(zhuǎn)矩較大的轉(zhuǎn)矩及較低的轉(zhuǎn)速較低的轉(zhuǎn)速，一般都做成扁平狀。力矩大、精度高、反應(yīng)速度快、線性度好。調(diào)速范圍可達0.00017rmin(即4天轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn))25rmin。特點：特點：4、直線電動機、直線電動機 直線電動機是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運動的伺服驅(qū)動元件。按工作原理來分，可分為直線異步電動機直線異步電動機、直線直直線直流電動機流電動機和直線同步電動機直線同步電動機三種。直線電動機與旋轉(zhuǎn)電動機在原

12、理基本相同。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：工作原理工作原理 當初級的多相繞組通入多相電流后，會產(chǎn)生一個氣隙磁當初級的多相繞組通入多相電流后，會產(chǎn)生一個氣隙磁場，這個磁場的磁感應(yīng)強度按通電的相序順序作直線移動，場，這個磁場的磁感應(yīng)強度按通電的相序順序作直線移動，該磁場稱為行波磁場。這個速度稱之為同步線速。該磁場稱為行波磁場。這個速度稱之為同步線速。在行波磁場切割下，次級導條將產(chǎn)生感應(yīng)電勢相電流，所有在行波磁場切割下，次級導條將產(chǎn)生感應(yīng)電勢相電流，所有導條的電流和氣隙磁場相互作用，產(chǎn)生切向電磁力。導條的電流和氣隙磁場相互作用，產(chǎn)生切向電磁力。特點特點優(yōu)點：優(yōu)點：(1)直線電動機無需中間傳動機構(gòu)無需中間傳動機構(gòu)，因而

13、使整個機構(gòu)得到簡化，提高了精度，減少了振動和噪聲。(2)響應(yīng)快速響應(yīng)快速。用直線電動機拖動時，由于不存在中間傳動機構(gòu)的慣量和阻力矩的影響，因而加速和減速時間短，可實現(xiàn)快速啟動和正反向運行。(3)散熱良好散熱良好，額定值高，電流密度可取很大，對啟動的限制小。(4)裝配靈活性大裝配靈活性大，往往可將電動機和其他機體合成一體。缺點：缺點：直線電動機和旋轉(zhuǎn)電動機相比較，它存在著效率和功率因數(shù)低、電源功率大及低速性能差等缺點。6.5測速發(fā)電機測速發(fā)電機測速發(fā)電機是一種微型發(fā)電機，它的作用是將轉(zhuǎn)速變?yōu)殡妷盒盘枴Ｔ诶硐霠顟B(tài)下，測速發(fā)電機的輸出電壓可以用下式表示： 測速發(fā)電機主要有兩種用途： (1)測速發(fā)電機的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比，因而可以用來測量轉(zhuǎn)速故稱為測速發(fā)電機； (2)如果以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度為參數(shù)變量，則可作為機電微分、積分器。 測速發(fā)電機廣泛用于速度和位置控制系統(tǒng)中。dtdoKKKnU異步異步( (交流交流) )測速發(fā)電機測速發(fā)電機異步測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和空心杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機相似。WF：勵磁繞組、WC：工作繞組(又稱輸出繞組)，相差90度。直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機是一種用來測量轉(zhuǎn)速的小型他勵直流發(fā)電機?？蛰d時，電摳兩端電壓nCEUea0有負載時aaaRIEU