常用控制电机

第4章常用控制电机，下页，4.1伺服电机，4.2转速表发生器，4.3步进电机，目录，上一页，下页，概述，控制电机是具有特殊用途的小功率电机，也称为特殊电机，在普通旋转电机的基础上开发。控制电机有多种类型，按电流分类，可分为直流和交流。按照用途分类，DC控制电机可分为DC伺服电机、DC测速电机和DC力矩电机等。前一页，下一页，返回，伺服电机也称为执行电机，它是用来把输入电压信号转换成角位移或转速输出的电机轴。它具有一种服从控制信号和动作要求的功能，在信号到来之前，转子是静止的；信号到达后，转子立即旋转。当信号消失时，转子自动停止运转。4.1伺服电机，上一页，下一页，返回，4.1.1 DC伺服电机，1。结构特点和工作原理普通DC伺服电机的结构与小型普通DC电机基本相同，分为永磁型和分励型，本质上是一种分励DC电机。与普通DC电机相比，DC伺服电机具有以下特点：气隙小，磁路不足；电枢电阻大，机械性能软。电枢细长，转动惯量小。DC伺服电机的励磁绕组和电枢绕组分别安装在定子和转子上。DC伺服电机有电枢控制和磁场控制。图4-1 DC伺服电机原理图，图4-2电枢控制原理，上一页，下一页，返回，3。为了正确使用DC伺服电机，以电枢控制方式为例，简要分析了其主要机械特性和调节特性。(1)机械特性：机械特性是指当控制电压恒定时电机转速与电磁转矩之间的关系，(2)调节特性：调节特性是指当电磁转矩恒定时电机转速与控制电压之间的关系，(图4-3电枢控制特性A)机械特性B)调节特性，上一页，下一页，返回，4.1.2交流伺服电机，(1)基本结构交流伺服电机在结构上是两相异步电机，其定子有两相绕组，其电气角度的空间差为90图4-4杯形转子结构1-端盖2-外壳3-内定子4-外定子5-定子绕组6-杯形转子。有两种常用的转子结构：高阻笼转子和非磁性空心杯转子。交流伺服电机的工作原理与单相异步电机相似，其原理如图4-5所示。图4-5交流伺服电机原理。3.控制方法伺服电机不仅要有启动和停止的伺服，还要有转速大小和方向的可控性。1)振幅控制，2)相位控制，3)振幅-相位控制，上一页，下一页，返回，测速发电机用于测量电驱动系统中的转速，即机械转速信号被转换成相应的电压信号，该电压信号被反馈给控制系统以实现转速的调节和控制。转速表发电机分为两类：直流和交流。4.2测速发电机，上一页，下一页，返回，4.2.1 DC测速发电机，1。基本结构和工作原理DC测速发电机的定子和转子结构与普通小型DC发电机相同。根据励磁方式，可分为永磁型和其他励磁型。DC测速发电机的工作原理与一般的DC发电机相同。图4-6显示了单独励磁测速发电机的示意图。当直流电流流过励磁绕组时，产生沿空间分布的恒定磁场，电枢被被测电机拖动旋转，以恒定速度切断磁场，从而在电枢绕组中感应出电动势。图4-6 DC测速发电机工作原理图，上一页，下一页，返回，2。输出特性输出特性代表电枢电压和转子速度之间的函数关系，即Ua=f(n)。这是测速发电机的主要特点之一。3.条件是o事实上，当DC测速发电机运行时，环境温度的变化，DC测速发电机加载时的电枢反应图4-7 DC测速发电机输出特性的退磁，以及电刷和换向器之间接触电阻的变化都会导致输出特性的线性误差。图4-7 DC测速发电机的输出特性a)理想特性b)实际特性，上一页，下一页，返回，4.2.2交流测速发电机，分为同步电机和异步电机。同步测速发电机不适用于自动控制系统，因为输出电压频率随转速而变化。交流测速发电机通常指异步测速发电机。本节介绍日益广泛使用的空心杯转子交流异步测速发电机。1.基本结构异步测速发电机的基本结构类似于普通异步电动机。定子上装有两个对称的绕组，转子为笼形或杯形结构。相比之下，笼型转子惯性大，性能差。因此，杯形转子通常用于具有高精度要求的控制系统中。空心杯转子交流测速发电机的结构与杯转子交流伺服电机的结构相同，如图4-4所示。定子有两个相互垂直的绕组，其中一个是励磁绕组，另一个是输出绕组。转子为空心杯状结构，由高电阻率的硅锰青铜或铝锌青铜制成。它是一种非磁性材料，壁厚为0.2 0.3毫米。该杯还具有一个内定子，以降低磁路的磁阻。基本原理空心杯转子异步测速发电机的工作原理如图4-8所示。在图中，励磁绕组的轴是D轴，输出绕组的轴是Q轴。运行时，励磁绕组与频率为f的单相交流电源相连，为d轴方向的脉冲振动磁通量，发电机转子逆时针旋转，转速为n。图4-8交流测速发电机的工作原理，上一页，下一页，回路，4.3步进电机，步进电机是将输入脉冲信号转换为输出轴角位移或线性位移的执行元件。每次向该电机输入脉冲信号，输出轴旋转一个固定的角度，即向前一步，因此称为步进电机或脉冲电机。因此，步进电机输出轴的角位移与输入脉冲的数量成正比，而输出轴的转速或线速度与脉冲频率成正比。步进电机有多种类型，根据其工作原理可分为三种类型：电抗型、永磁型和永磁型。其中，反应式步进电机具有步距小、响应速度快、结构简单的优点，广泛应用于数控机床、自动记录仪、计算机外设等数控设备中。上一页，下一页，返回，4.3.1无功步进电机的结构和工作原理，1。反应式步进电机的结构和工作原理图4-9是反应式步进电机的结构原理。定子和转子是叠层连接。定子有六个均匀分布的磁极，每个磁极都绕有一个控制绕组。两个相反的磁极形成一个相位。同相的控制绕组可以串联或并联，形成三个独立的绕组，称为三相绕组。独立绕组的数量称为步进电机的相数。除了三相之外，步进电机还可以分为四相、五相、六相和其他相。为了简单方便，假设转子上只有四个齿，齿上没有安装绕组，只形成主磁路。从图4-9可以看出，由于结构原因，气隙沿着转子的圆周表面是不同的，因此磁阻不相等，齿的磁阻小，并且两个齿之间的磁阻大。当脉冲电流流过控制绕组时，产生的主磁通量总是以最小的磁阻沿着路径闭合，即通过转子齿和铁芯形成闭合回路。因此，转子齿将受到切向磁拉力，并旋转一定的机械角度，称为阶梯角.如果控制绕组持续通电所谓的“三相”是指具有三相定子绕组的三相步进电机。“单个”是指一次只有一个相绕组通电；“三拍”是指三次通电完成一个通电周期。也就是说，该操作模式以“UVWU”或相反的顺序通电。工作过程如图4-10所示。图4-10三相单三拍运行模式，上一页，下一页，返回，2)三相双三拍运行模式：该运行模式按紫外线大众紫外线或相反顺序通电，即两相绕组每次同时通电。其工作原理如图4-11所示。图4-11三相双三拍运行模式，3)单拍和双六拍运行模式：该运行模式按UUVVVWWWUU或相反顺序通电，即需要六拍才能完成一个周期。上