第五章控制用电机

1、第六章,控制用电机,6,1,伺服电动机,6,2,测速发电机,6,3,自整角机,6,4,旋转变压器,6,5,步进电动机,学习第六章应该注意的点,第六章学习应注意的几个问题,：,1.,控制电机的特点和要求是什么,？,2.,伺服电动机是怎么工作的？它与单相异步电动机有什么差异,？,3.,测速发电机的用途是什么？如何工作？,4.,自整角机的结构如何？控制式和力矩式自整角机分别是怎样,工作的,？整步绕组的电流是单相还是三相？,5.,各种控制电机在什么场合使用？有什么特点？,本章主要是原理性的概念不要求计算,。,相对比较难的点,：,1.,交流伺服电机“自转”问题的克服；,2.,自整角机的工作原理。,控制用

2、电机：,用途：,主要用于自动控制系统，检测、比较、放达和执行。,要求：,精度、灵敏度、稳定、可靠高，体小重轻，耗电少。,特点：,尺寸相对较大（不饱和），电流密度小（误差小），,功率小（不是以能量转换为主，而是以控制为主）。,6,-,1.,伺服电动机,本节主要内容有两大部分：,?,交流伺服电动机：,主要点：结构、特点，“自转”现象的克服。,?,直流伺服电动机：,主要点：结构、特点。,伺服电动机的定义,伺服电动机定义：,伺服：,跟随（执行用），输出信号跟,随控制输入信号。也叫执行电动机。,控制系统根据对系统的检测、比较后按照,一定的控制规律进行调节，输出所需进行的调,节信号就是通过伺服电动机实现的

3、。,伺服电动机有交流、直流两种。,一、交流伺服电动机,?,结构：,?,实质：,两单相异步电动机（与单相异步机相似）。,?,组成：,定子（励磁、控制绕组），转子（细长形，,减小转动惯量）,。,?,杯形转子：,可看成无数导条组成的鼠笼转子,。,纵,横,剖,面,图,系,统,的,组,成,“,自转”问题,在单相异步电动机工作原理中，,单相则“自转”,当起动结束后，,单相电流产生的脉振,磁场仍然使电机产生电磁转矩。,如果,交流伺服电机工作时将控制绕组断电，,此时按伺服电机用途要求电机停止转,动，但,若电机的结构与单相异步电动,机完全相同时，伺服电机就不可能停,单相异步电动,止转动，这就是所谓“自转”问题。

4、,机的机械特性,“,自转”问题的克服,通过对机械特性的分析，当,转子电阻足够大,时，则,S,m,1,。,此时，单相脉振磁场分解成两个,旋转磁场，其中反向磁场产生的,电磁转矩比正向磁场产生的大，,因此，电机总的电磁转矩就为负,值（制动转矩），电机就能快速,停转。,二、直流伺服电动机,?,原理：,与普通直流电机完全相同。,所不同的是电枢电阻大，机械特,性软、线性（电阻大，可弱磁起,动、可直接起动）。,?,控制方式：,1.,电枢控制（主要）；,2.,磁,直流伺服电动机的两,极控制（少用）。,种控制方式,机械特性,直流伺服电动机的特点：,电阻大，机,械特性软。与交流比较，特性是线性的。,交流与直流伺服

5、电动机的特点：,?,交流：,非线性（由控制解决）；,反应灵敏；体小；便宜；用广。,?,直流：,线性；滑动接触；火花,干扰；惯性大；体大；相对价高。,伺服电机特点：,.,反应迅速；,.,精度高。,第一节要点,：要求；结构原理（交流“自转”的,克服）；特点。,6,-,2.,测速发电机,本节主要内容有两大部分：,?,交流测速发电机：,主要点：测速原理（转动才有电压），结构、特点。,?,直流测速发电机：,主要点：测速原理（,n,与,U,的关系），结构、特点。,测速发电机现在有被单片机系统取代的趋势。,一、交流测速发电机,结构：,原理：,转子静止：,励磁绕组产生的磁通在转,子绕组上感应电势，产生电流。,

6、转子磁势不与输出绕组交链，,所以，输出绕组不感应电势，,即：,输出电压为零，,U,2,=0,。,结构与交流伺服电动机相同，只是绕组,名称不同：,1.,励磁绕组；,2.,输出绕组。,转子转动后的情况,转子转动：,转子绕组不仅,有（静止感应）的变压器电势，,还存在（切割产生）的电动机,电势，电动机电势产生电流和,磁势与定子的输出绕组交链，,使,输出,U,2,n,；,转子反转：,电动机电势相,位变反，输出绕组感应的电压，,U,2,相位也变反。,交流测速发电机的特点：,简单,、,便宜,，但精度较低,。,转子正向转动：,转子反向转动：,电压反向,二、直流测速发电机,直流测速发电机结构：与普通直,流发电机

7、的结构相同。不同点：磁路,不饱和，电枢绕组电阻较大。,原理：励磁绕组接电源，当转子转动时，电枢绕组,感应电动势正比于转速，若测速发电机的输出绕组（电,枢）接上负载，则发电机将向负载提供电压信号，输出,电压,U,2,与转速成正比（磁路不饱和）。,特点：精度高，线性；但价格较贵,。,第二节要点,：工作原理，了解误差原因及影响。,6,-,3.,自整角机,本节主要内容有两大部分：,?,力矩式自整角机：,主要点：工作原理（如何跟随），结构、特点。,?,控制式自整角机：,主要点：工作原理（输出什么）,，结构、特点。,自整角机在船上主要用作舵角指示器、车钟等。,概述,自整角机又称为“软轴”或,“电轴”，接收

8、机跟,随发送机转动。主要有力矩式和控制式两种（此外还,有差动式）。,自整角机都是成对配合使用的,。,结构：,定子三相,(,整步,),绕组，转子单相,(,励磁,),绕组。,协调位置：,工作时两个转子都不受力（或无输出）,所处的位置。,失调角：,两个转子与协调位置相差的电角度。,注意,：力矩式输出力矩；控,制式输出包含相位的电压信号。,需要大转矩的系统应选用,控制式自整角机。,一、力矩式自整角机,接线：,将两机的三相整步绕组对应相互连接，两,机的励磁绕组与同一个单相电源连接。,接交流电源,A,1,X,1,，,B,1,Y,1,，,C,1,Z,1,分别是发,送机的定子三,相整步绕组。,I,1,II,1

9、,是发,送机的转子励,磁绕组。,A,2,X,2,，,B,2,Y,2,，,C,2,Z,2,分别是接,收机的定子三,相整步绕组。,I,2,II,2,是接,收机的转子励,磁绕组。,三相整步绕组,对应相连,发送机,接收机,力矩式机工作原理,协调位置：,两机的三相整步绕组感应电势大小,相等、方向相反，整步绕组没有电流流过，整步绕,组不产生磁场，转子励磁绕组不受力。,失调时：,两机的三相整步绕组感应电势不相等，,整步绕组流过电流，产生磁场，并与励磁磁场相互,作用（合成磁场），使转子励磁绕组受力。发送,机转子由操作设备控制，其转子不动，只有接收机,转子转动，转动方向为减小失调角的方向。,注意,：三相整步绕组

10、中的电流是单相电流。,两机处于协调位置,发送机偏转造成失调,处于协调位置时，两机,的三相整步绕组感应电势,对应相等，整步绕组中没,有电流流过，气隙只有励,磁磁场，转子都不受力。,失调后整步绕组有电,流，磁场变化，转子受力。,失调时两机的受力情况,二、控制式自整角机,接线：,两机三相整步绕组对应相连，发送机励磁,绕组连接单相电源，接收机转子绕组为输出绕组。,接交流电源,作为输出绕组,发送机,接收机,三相整步绕组对应相连,控制式机工作原理,协调位置：,接收机的输出,绕组与整步绕组产生的磁场平,行，输出电压为零。,失调时：,接收机的输出绕,组与整步绕组产生的磁场不平,行，输出电压不为零。如果失,调方

11、向发生变化，则输出电压,的相位变反（相差,180,）。,输出与控制：,控制式自整,角机可通过伺服电动机对所控,制的机械进行驱动。,协,调,位,置,正,、,反,向,失,调,位,置,第三节要点,：原理；概念：协,调、失调、整步绕组的单相电流。,6,-,4.,旋转变压器,旋转变压器内容只要求了解：作用原理。,?,作用：,将输入的角度信号转换成高精度的电压信号输出。,?,结构：,定、转子各有一套两相绕组。转角一般,180,。,定子：正、余弦输入绕组（一个输入，一个补偿）；,转子：正、余弦输出绕组（也是一个输出，一个补偿）。,原理：,输入电压固定时，输出,绕组的电压幅值是转角的正,(,余,),弦函数。早

12、期控制系统作为模拟,计算机的解算元件，现可用作角,度的线性放大。,定子,转子,旋转变压器的精度比自整角机高。,旋转变压器的线性连接,将旋转变压器进行线性连接，其输出电压幅值与,转角呈现线性关系：,当,60,时，线性误差,0.1%,。,输出电压幅值与转角的关系曲线,旋转变压器内容只要求了解作,用原理即可。,6,-,5.,步进电动机,作用：,输入一个信号，转轴转过一个角度，又称脉冲电,动机。步进电动机广泛用于数控机床，作为执行电动机。,用许多种，书中只介绍反应式步进电动机。,结构：,定子,6,个磁极，分为,3,相，每个磁极上都套有一个,绕组；转子作成齿状铁心。,名词解释：,拍：,一个工作周期定子绕

13、组通电改变的次数。,单拍：,只有单个绕组通电为单拍。,双拍：,须且只须两个绕组通电为双拍。,步距角：,每拍转子转过的角度。,步进电动机内容只要求了解：作用原理。,反应式步进电动机工作原理,定子绕组按一定的规律通电；转子铁心在磁场作,用下每次转过一定的角度。,接线与结构,A,相绕组通电,B,相绕组通电,C,相绕组通电,实际步进电动机的步距角通常较小，这就要求转子的齿数多。,第六章,各节要点,?,各节要点：,特点。,第一节,：,要求；结构原理（交流“自转”的克服）；,第二节,：,工作原理（交流、直流），了解误差原因,及影响,。,第三节,：,原理；概念：协调、失调、整步绕组的单,相电流。,第四节,：,结构,（绕组名称，作用），,原理,，,误差,及补