第六章控制电机学习教案

1、会计学1第六章控制第六章控制(kngzh)电机电机第一页，共25页。 交流伺服电动机和直流伺服电动机。交流伺服电动机和直流伺服电动机。伺服电动机分类： 伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象的转矩和转速象的转矩和转速(zhun s)受信号电压控制，信受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化。和方向也跟着变化。伺服电动机的作用(zuyng)第1页/共25页第二页，共25页。l 调速范围宽广，转速能随着控制电压的改变，在宽广的范围内连续调节。l 转子的惯性小，能实现迅速的启动(qd

2、ng)、停止。l 控制功率小，过载能力强，可靠性好。交流(jioli)伺服电机的特点：第2页/共25页第三页，共25页。 原理与两相交流异步电机相同原理与两相交流异步电机相同(xin tn)，定子上装有两个绕组，定子上装有两个绕组 励磁绕组和控制绕组。励磁绕组和控制绕组。励磁绕组和控制励磁绕组和控制(kngzh)绕组在空间相隔绕组在空间相隔90。第3页/共25页第四页，共25页。 两相交流伺服电动机:鼠笼转子和杯形转子。鼠笼转子和三相(sn xin)鼠笼式电动机的转子结构相似，杯形转子伺服电动机的结构如图所示。第4页/共25页第五页，共25页。 励磁绕组中串联励磁绕组中串联(chunlin)电

3、容电容C的目的是为了产生的目的是为了产生两相旋转磁场。两相旋转磁场。励磁绕组的接线励磁绕组的接线UCU1I1U放放大大器器控制绕组的接线控制绕组的接线检检测测元元件件控制信号控制信号2U2IU第5页/共25页第六页，共25页。 适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近流相位差接近9090，因此便产生旋转磁场，在旋，因此便产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子便转动转磁场的作用下，转子便转动(zhun dng)(zhun dng)起来。起来。 1UCU1I1U例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电流例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电

4、压电流(dinli)的相量关系如图所示。的相量关系如图所示。励磁绕组的接线励磁绕组的接线UCU1I1U第6页/共25页第七页，共25页。放放大大器器控制绕组的接线控制绕组的接线检检测测元元件件控制信号控制信号2U2IU 工作时两个绕组中产生的电流工作时两个绕组中产生的电流 和和 的相的相位差近位差近90，因此便产生旋转磁场。在旋转磁场因此便产生旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子转动起来。的作用下，转子转动起来。1I2I控制电压控制电压 与与电源电压电源电压 两两者频率相同，相者频率相同，相位相同或反相。位相同或反相。2UU第7页/共25页第八页，共25页。U2= 0 时，转子应该时，转子应该(

5、ynggi)停止转动。停止转动。这时，虽然这时，虽然U2 =0VU2 =0V，U1U1仍存在，成单相运行状态仍存在，成单相运行状态(zhungti)(zhungti)，但和单相异步机不同。若单相电机启动运，但和单相异步机不同。若单相电机启动运行后，出现单相后仍转。行后，出现单相后仍转。 伺服电机不同，单相电压时设备不能转。伺服电机不同，单相电压时设备不能转。原因：原因：交流伺服电机交流伺服电机 R2较大。较大。第8页/共25页第九页，共25页。02 s121 ss合成转矩s01 s22 s21 s1T起动转矩起动转矩为零为零2T正正转转转反stTTOn0nR2Tst nmaxTLT单相单相(d

6、n xin)异异步电动机步电动机交流伺服电动机的交流伺服电动机的T=f(s)T=f(s)曲线（曲线（U U2 2=0=0时）时）sT210sTTT021反转反转正转正转第9页/共25页第十页，共25页。 当当U2=0VU2=0V时，脉动磁场时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产分成的正反向旋转磁场产生的转距生的转距T T、T T 的合的合成转矩成转矩 T T 与单相异步机与单相异步机不同。合成转矩的方向与不同。合成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机旋转方向相反，所以电机在在U2=0VU2=0V时，能立即停止，时，能立即停止，体现了控制信号体现了控制信号(xnho)(xnho)的作用的作用( (有控

7、制电压时转有控制电压时转动，无控制电压时不转动，无控制电压时不转) )，以免失控。以免失控。交流伺服电机交流伺服电机 R2 R2设计设计(shj)(shj)得较大，得较大，使使Sm1Sm1，TstTst大，启动迅速，稳定运行范围大。大，启动迅速，稳定运行范围大。交流伺服电动机的交流伺服电动机的T=f(s)T=f(s)曲线（曲线（U U2 2=0=0时）时）sT210sTTT021反转反转正转正转stTTOn0nR2Tst nmaxTLT第10页/共25页第十一页，共25页。交流伺服电动机的机械特性曲线交流伺服电动机的机械特性曲线( U1=const )nTU20.8 U20.6 U20.4 U

8、2Tn三种控制方法三种控制方法(fngf)：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：控制电压幅值控制：控制电压 U2 U2 大小大小(dxio)(dxio)变化时，变化时，转子转速相应变化，转速与电压转子转速相应变化，转速与电压 U2 U2 成正比。成正比。U2 U2 的极性改变时，转子的转向改变。的极性改变时，转子的转向改变。第11页/共25页第十二页，共25页。 交流伺服电机的输出功率一般为交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W，电，电源频率分源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，等多种。它的应用很广泛，如用在自动控制如用在自动

9、控制(z dn kn zh)、温度自动记录、温度自动记录等系统中。等系统中。应用应用(yngyng)第12页/共25页第十三页，共25页。结构：与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做结构：与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长得细长(x chn)一些。一些。工作原理：与直流电动机(dngj)相同。供电方式供电方式(fngsh)：他励。励磁绕组和电枢由两个：他励。励磁绕组和电枢由两个独立电源供电：独立电源供电：MU1IfIaU2放放大大器器UU1为励磁电压，为励磁电压，U2为电枢电压。为电枢电压。第13页/共25页第十四页，共25页。由机械特性可知：由机械特性可知：(1)U1（即磁通（即磁

10、通）不变时，一定的负载下，）不变时，一定的负载下，U2,n。(2)U2=0时，电机时，电机(dinj)立即停转。立即停转。反转：电枢电压反转：电枢电压(diny)的极性改变，电机的极性改变，电机反转。反转。直流伺服电机的机械特直流伺服电机的机械特性性(txng)公式与他励公式与他励直流电机一样：直流电机一样：TKKRKUnTEaE22机械特性曲线U20.8U20.6U20.4U2nT第14页/共25页第十五页，共25页。 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般(ybn)(ybn

11、)为为1-600W1-600W。它的用途很多，如随动系统中。它的用途很多，如随动系统中的位置控制等。的位置控制等。应用(yngyng)：第15页/共25页第十六页，共25页。 力矩电动机就是一种能和负载(fzi)直接连接产生较大转矩，能带动负载(fzi)在堵转或大大低于空载转速下运转的电动机。工作原理和普通伺服电动机相同，只是在结构和外形尺寸上有所不同。为了能在相同体积和电枢(din sh)电压的前提下，产生比较大的转矩及较低的转速，一般都做成扁平状。力矩大、精度高、反应速度快、线性度好。调速范围可达0.00017rmin(即4天转一转)25rmin。特点：特点：第16页/共25页第十七页，共

12、25页。 直线电动机是一种能直接将电能转换(zhunhun)为直线运动的伺服驱动元件。按工作原理来分，可分为直线异步电动机、直线直流电动机和直线同步电动机三种。直线电动机与旋转电动机在原理基本相同。结构结构(jigu)：第17页/共25页第十八页，共25页。第18页/共25页第十九页，共25页。 当初级的多相绕组通入多相电流后，会产生一个气隙磁场，这个磁场的磁感应强度(qingd)按通电的相序顺序作直线移动，该磁场称为行波磁场。这个速度称之为同步线速。在行波磁场切割下，次级导条将产生感应(gnyng)电势相电流，所有导条的电流和气隙磁场相互作用，产生切向电磁力。第19页/共25页第二十页，共2

13、5页。优点：(1)直线电动机无需中间传动机构，因而使整个机构得到简化，提高了精度，减少了振动和噪声。(2)响应快速。用直线电动机拖动时，由于不存在中间传动机构的惯量和阻力矩(l j)的影响，因而加速和减速时间短，可实现快速启动和正反向运行。(3)散热良好，额定值高，电流密度可取很大，对启动的限制小。(4)装配灵活性大，往往可将电动机和其他机体合成一体。缺点：直线电动机和旋转电动机相比较，它存在着效率和功率因数低、电源功率大及低速性能差等缺点。第20页/共25页第二十一页，共25页。测速发电机是一种微型发电机，它的作用是将转速(zhun s)变为电压信号。在理想状态下，测速发电机的输出电压可以用下式表示： 测速发电机主要有两种用途： (1)测速发电机的输出电压与转速(zhun s)成正比，因而可以用来测量转速(zhun s)故称为测速发电机； (2)如果以转子旋转角度为参数变量，则可作为机电微分、积分器。 测速发电机广泛用于速度和位置控制系统中。dtdoKKKnU第21