机电传动控制3

1、第三章 控制电机 特点：特点：动作灵敏、精度高、体积较小。主要动作灵敏、精度高、体积较小。主要是应用于自动控制系统中的一些执行是应用于自动控制系统中的一些执行元件。它们功率一般不大，完成控制元件。它们功率一般不大，完成控制信号的传递和变换信号的传递和变换 。3.1 3.1 伺服电动机伺服电动机一、交流伺服电机一、交流伺服电机伺服（随动）：随控制信号而动（执行）当有控制信号 时 转，信号大转，信号大 转速上升转速上升当无控制信号 时 停停特点（与普通电机相比）特点（与普通电机相比）（1）、调速范围广（2）、惯性小（3）、控制信号（功率）小1 1 两相交流伺服电机的结构两相交流伺服电机的结构 （1

2、 1）、定子：）、定子： 与单相电容式的异步电机的结构相似与单相电容式的异步电机的结构相似有两组相差有两组相差9090的绕组的绕组励磁绕组励磁绕组FWFW加励磁电源加励磁电源控制绕组控制绕组CWCW加控制信号加控制信号FWFW与与CWCW的电流频率相同的电流频率相同但电源不同但电源不同FWCWUfSMUc（2）、转子）、转子笼型转子：笼型转子：与异步相似与异步相似空心杯型转子：空心杯型转子：空心薄壁筒空心薄壁筒特点：特点：惯量小惯量小 细而长细而长2、基本工作原理、基本工作原理 FW FW （励磁绕组）串电容后接励磁绕组）串电容后接励磁电源励磁电源CW CW （控制绕组）接控制信号控制绕组）接

3、控制信号 符号符号 SM SM 表示伺服电机表示伺服电机FWCWUfSMUc（1）、接线）、接线 （2 2）工作原理）工作原理与单相类似当励磁 FW 接固定电压后控制 CW 有信号时，产生旋转磁场，转动起来要求：伺服电机当CW没有信号时应自动停止不转对于普通单相电机启动后是不会自己停下来的 这叫自转现象 需要消除它。3 自转的消除措施 消除措施是想办法在控制电压Uc0时电机自己产生制动转矩 方法是增大转子电阻R2由Sm=R2/X20知当R2Sm（即nm）当Sm 1时（即nm Zs且不为整数倍2、工作原理 磁阻最小原理磁阻最小原理 02rsrsrrZZZZfnnZZp电机的转速电机的转速 3.3

4、测速发电机 具有输出电压预被测转速成比例的特性分为交流和直流两种类型一、异步交流测速发电机1.结构及工作原理定子:有两组绕组放置在铁心中励磁WF、输出WC 相差90度转子:空心杯型（+）（-）UffWFTG1WCn()原动机原动机负载负载E0=0U0=0转子静止时（+）（-）Uf（+）（-）fWFTG12WC负载负载E0U0e2pi2pn转子转动时工作原理022pEen 二、直流测速发电机1.结构及工作原理直流测速发电机的定、转子与直流伺服电动机基本相同，原理与普通直流发电机也基本相同。0aeUEC n2.特性三、交直流测速发电机的性能比较与选用三、使用测速发电机应该注意的问题3.4 原理原理

5、：步进电机是利用电磁铁原理步进电机是利用电磁铁原理,将将脉冲信号脉冲信号 转换成转换成线位移或角位移线位移或角位移的电机。每来一个的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。动一小段距离。 特点特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变转动方向。改变脉冲顺序，改变转动方向。 (4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比角位移量或线位移量与电脉冲数成正比.以反应式为例说明步进电机的结构和原理以反应式为例说明步进电机的结构和原

6、理通常按励磁方式分为三大类：通常按励磁方式分为三大类：步进电机的种类步进电机的种类：一、步进电动机的基本结构一、步进电动机的基本结构 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。结构和工作原理。如下：如下：ABCIAIBIC 定子内圆周定子内圆周均匀分布着六个均匀分布着六个磁极，磁极上有磁极，磁极上有励磁绕组，每两励磁绕组，每两个相对的绕组组个相对的绕组组成一相。采用成一相。采用Y连接，转子有四连接，转子有四个齿。个齿。定子定子转子转子 由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力

7、，而形成磁阻转因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。矩，使转子转动。 现以现以A B C A的通电顺序，使三相绕组的通电顺序，使三相绕组 轮流通入直流电流，观轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。察转子的运动情况。BCIAIBIC二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理CABBCA3412A相绕组通电，相绕组通电，B、C相不通电。气隙产生以相不通电。气隙产生以A-AA-A为轴线的磁为轴线的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动机场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在此作用下，转子必然转到左图转子受到一个反应转矩，在此

8、作用下，转子必然转到左图所示位置：所示位置：1、3齿与齿与A、A极对齐。极对齐。CABBCA3412同理，同理，B相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过30 角，角，2、4齿和齿和B、B 磁极轴线对齐；磁极轴线对齐；当当C相通电时，转子再转过相通电时，转子再转过30 角，角，1、3齿和齿和C 、C磁极轴线对齐。磁极轴线对齐。1C342CABBA这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。所以称为三相单三拍工作方式。 按按AB C A 的顺序给三相

9、绕组的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过过30( (步距角步距角) )，每个通电循环周期，每个通电循环周期( (3拍拍) )磁场在磁场在空间旋转了空间旋转了360而转子而转子转过转过90( (一个齿距角一个齿距角) )。CABBCA3412CABBCA3412 A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿与齿与A、A 对齐。对齐。 A、B相同时通电，相同时通电，A、A 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转子转齿，转子转过过15 ，到达左图所示位置。到达左图所示位置。 按按AAB B BC C CA的顺

10、序给三相绕的顺序给三相绕组轮流通电。组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。这种方式可以获得更精确的控制特性。CABBCA3412 B B 相通电，相通电，转子转子2、4齿与齿与B、B 对齐对齐, ,又转又转过过15 。3412CABBCA B、C相同时通电，相同时通电，C 、C 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转子再转齿，转子再转过过15 。 三相反应式步进电动机的一个通电循环周三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每个循每个循环周期分为六拍。每拍转子转过环周期分为六拍。每拍转子转过15 （步距角），（步距角），

11、一一个通电循环周期个通电循环周期( (6拍拍) )转子转过转子转过90 ( (齿距角齿距角) )。 与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。小，更适用于需要精确定位的控制系统中。 按按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电电。每拍有两相绕组同时通电。AB通电通电CABBCA3412BC通电通电3412CABBCACA通电通电CABBCA3412 步距角步距角步进电机通过一个电脉冲转子转过的角度步进电机通过一个电脉冲转子转过的角度 与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电与单三拍方

12、式相似，双三拍驱动时每个通电循循环周期也分为三拍。每拍转子转过环周期也分为三拍。每拍转子转过30 ( (步距角步距角) )，一一个通电循环周期个通电循环周期( (3拍拍) )转子转过转子转过90 ( (齿距角齿距角) )。 从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角和转速的计算公式：距角和转速的计算公式：mZr360 步距角步距角Zr 转子齿数转子齿数m 每个通电循环周期的拍数每个通电循环周期的拍数 以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。rr260606022fZ mffnZ mf 脉冲频率脉冲频率 三、步进电动机的主要技术指标与运行特性三、步进电动机的主要技术指标与运行特性minbii 传动比传动比 min 最小位移增量最小位移增量 （三）、步进电机的矩频特性步进电动机的输出转矩