第五章 控制电机与特种电机

1、第第五五章章 控制电机控制电机1 1、了解、了解机电传动控制系统中一些常用控制电机电传动控制系统中一些常用控制电机的基本结构机的基本结构；2 2、掌握、掌握各种控制电机的基本工作原理，主要各种控制电机的基本工作原理，主要运行特性及特点；运行特性及特点；3 3、了解、了解控制电机应用场所，正确选用控制电控制电机应用场所，正确选用控制电机。机。5.1 交流伺服电动机交流伺服电动机 控制电机控制电机的的主要作用主要作用是用来完成是用来完成信息的传递信息的传递与交换与交换, ,而不是进行能量转换。而不是进行能量转换。 伺服电动机的特点伺服电动机的特点: : 可以控制可以控制, ,控制功率小控制功率小,

2、 ,可靠性高可靠性高; ; 调速范围广调速范围广; ; 转子惯量小转子惯量小, ,能迅速起动、制动。能迅速起动、制动。1.两相交流伺服电动机的结构两相交流伺服电动机的结构1)1)定子定子 定子由定子由硅钢片叠成硅钢片叠成; ; 在定子铁心的内圆表在定子铁心的内圆表面嵌面嵌 有有两套相差两套相差9090度电度电角度的绕组角度的绕组: :激磁绕组激磁绕组WFWF和控制绕组和控制绕组WC; WC; 这这两套绕组两套绕组分别由分别由两两个电源个电源供电供电. .接线图2)2)转子转子 分为分为鼠笼型鼠笼型和和杯型杯型两种。两种。 (1)(1)鼠笼型鼠笼型转子做得细而长转子做得细而长, ,转转子导体采用

3、高电阻率材料。子导体采用高电阻率材料。用于小功率自动控制系统用于小功率自动控制系统。产品型号产品型号SLSL系列系列. . (2)(2)空心杯型空心杯型转子作成薄壁圆转子作成薄壁圆筒形筒形, ,放在内外定子之间。放在内外定子之间。用于用于要求要求运行平滑的系统运行平滑的系统。产品型号产品型号SKSK系列系列. .杯型转子伺服电动机结构图杯型转子伺服电动机结构图 激磁绕组激磁绕组1;1;控制绕组控制绕组2;2; 内定子内定子3;3;外定子外定子4;4;转子转子5 52.基本工作原理 两相绕组两相绕组WFWF和和WCWC分别通入分别通入频率相同的交流电频率相同的交流电, ,产生旋转产生旋转磁场磁场

4、, ,使伺服电动机起动。使伺服电动机起动。 取消取消WCWC后后, ,要要防止自转防止自转。 3.3.消除自转现象的措施消除自转现象的措施 加大转子电阻加大转子电阻。如。如: : 采用薄壁杯形转子；采用薄壁杯形转子； 鼠笼条用高阻材料黄铜。鼠笼条用高阻材料黄铜。转子电阻不同时的机械特性4.交流伺服电动机的特性和应用交流伺服电动机的特性和应用1)1)控制方法有三种控制方法有三种幅值控制幅值控制, ,相位控制相位控制, ,幅幅- -相控制相控制 2)2)幅值控制原理图幅值控制原理图: :控制电压控制电压UcUc越高越高, ,电动机转速越高。电动机转速越高。不同控制电压下的机械特性不同控制电压下的机

5、械特性3)应用举例(1)参数参数：交流伺服电动机交流伺服电动机输出功率为输出功率为0.1-100W(再大则用直流再大则用直流伺服电动机伺服电动机)；电源频率电源频率50-400Hz。(2)应用应用：雷达天线的旋转控制雷达天线的旋转控制；飞机驾驶盘的控制飞机驾驶盘的控制；流体阀门流体阀门开关控制开关控制。应用方框图应用方框图5.2 5.2 直流伺服电动机直流伺服电动机1.1.基本结构基本结构: :与他励直流电与他励直流电动机相同动机相同( (有换向器有换向器) )。 2.2.分类分类: :电磁式电磁式( (他励式他励式) )和和永磁式。永磁式。3.3.电气原理图电气原理图: :如右图。如右图。其

6、中其中(a)(a)为电磁式，为电磁式， (b) (b)为永磁式。为永磁式。4.4.参数参数: :输出功率输出功率1-600W1-600W。5.3 5.3 力矩电动机力矩电动机能能与负载直接连接与负载直接连接产生产生大转矩低转速大转矩低转速( (或堵转或堵转) )下运转的电动机。下运转的电动机。1.1.永磁式直流力矩电动机永磁式直流力矩电动机结构特点结构特点: :扁平状。扁平状。 工作原理工作原理: :同电磁式伺服电动机同电磁式伺服电动机2.2.直流力矩电动机的应用直流力矩电动机的应用 卫星天线驱动卫星天线驱动; ; 雷达天线雷达天线驱动驱动; ; 数控机床驱动数控机床驱动; X-Y; X-Y记

7、记录仪传动。录仪传动。 与测速发电机配合与测速发电机配合可组成可组成高精度、宽调速伺服系统。高精度、宽调速伺服系统。 直流力矩电动机的型号为直流力矩电动机的型号为LYLY系列系列，调速可达，调速可达0.00017r/min0.00017r/min, ,即即4 4天才转一圈天才转一圈。1.定子定子 2.电枢电枢 3.电刷架电刷架5.4 5.4 小功率同步电动机小功率同步电动机小功率同步电动机为小功率同步电动机为连续运转连续运转的同步电动机的同步电动机, ,用于用于传动及作执行元件传动及作执行元件。1.1.永磁式同步电动机永磁式同步电动机 1)1)结构特点结构特点: :定子绕组可通入三相定子绕组可

8、通入三相或两相交流电或两相交流电; ;转子包括永久磁转子包括永久磁铁铁1 1和装在转子铁心和装在转子铁心3 3槽的起动槽的起动绕组绕组2 2。转子结构示意图见下图。转子结构示意图见下图2)工作原理工作原理 负载不能超过一定限度负载不能超过一定限度,否否则电动机可能则电动机可能“失步失步”.2.2.磁阻式电磁减速同步电动机磁阻式电磁减速同步电动机1)1)结构特点结构特点 圆环形的定子装有三相或单相圆环形的定子装有三相或单相供电的绕组供电的绕组, ,转子为圆盘形转子为圆盘形, ,不嵌绕不嵌绕组组; ;转子齿数大于定子齿数转子齿数大于定子齿数。 2)2)工作原理工作原理 磁力线总是使经过的磁力线总是

9、使经过的磁路磁阻磁路磁阻最小最小, ,磁阻转矩磁阻转矩使转子朝着磁导最使转子朝着磁导最大的方向转动。大的方向转动。 常用的一种低速电动机常用的一种低速电动机。5.5 5.5 测速发电机测速发电机测速发电机测速发电机将将转速转速转变为转变为电压信号电压信号, ,广泛用于广泛用于速度速度和和位置位置控制系统中。控制系统中。1.1.异步异步( (交流交流) )测速发电机测速发电机 1) 1) 结构特点结构特点: :定子定子上有两套互差上有两套互差9090度电角度电角度的激磁绕组度的激磁绕组WFWF和输出绕组和输出绕组WC;WC;转子转子为为空心杯形。空心杯形。2 2) ) 工作原理工作原理: :杯形

10、转子可以看成一个导条杯形转子可以看成一个导条非常多的鼠笼转子。在激磁电压一定非常多的鼠笼转子。在激磁电压一定的情况下的情况下, ,当输出绕组负载很小时当输出绕组负载很小时, ,测测速发电机的输出电压速发电机的输出电压U U0 0与转速与转速n n成正比成正比: : U U0 0= =KnKn转子静止时转子静止时转子转动时转子转动时 3) 交流测速发电机使用中的几个问题交流测速发电机使用中的几个问题:(1)(1)主要技术指标主要技术指标 剩余电压剩余电压: :测速发电机转速为零测速发电机转速为零时的输出电压。它会使控制时的输出电压。它会使控制系统误动作。系统误动作。线性误差线性误差: :非线性引

11、起的误差。非线性引起的误差。一般系统要求一般系统要求1% -2%;1% -2%;精密系精密系统要求统要求0.1%-0.25%0.1%-0.25%。 (2)(2)使用中应注意的问题使用中应注意的问题: : 输出特性的线性度；输出特性的线性度； 温度变化的影响温度变化的影响, ,可加温度可加温度补偿装置补偿装置. .输出特性的线性度输出特性的线性度相位误差相位误差: :一般要求不超过一般要求不超过1 1度度-2-2度。度。 灵敏度灵敏度: :交流测速发电机的灵敏度交流测速发电机的灵敏度比较低比较低。2.2.直流测速发电机直流测速发电机1)1)基本原理基本原理 电气原理如右图所示电气原理如右图所示,

12、 ,它是一种它是一种测量转速用测量转速用小型他励直流小型他励直流发电机。空载时发电机。空载时, ,电枢两端电压为电枢两端电压为: : nCEUea0)/1/(LaeaUUnCU2)2)输出特性输出特性: :负载越小负载越小, ,转速越高转速越高, ,输输出特性曲线弯曲越厉害。出特性曲线弯曲越厉害。3)3)性能性能: : 没有剩余电压没有剩余电压, ,特性斜率比异步机特性斜率比异步机大大; ; 有有换向器和电刷换向器和电刷, ,换向火花产生换向火花产生无线电干扰无线电干扰, ,输出特性不稳定输出特性不稳定. . 5.6 5.6 自整角机自整角机用作用作角度的角度的传输、变换和指示传输、变换和指示

13、; ;分为分为发送机发送机和和接收机接收机( (自整角变压器自整角变压器) )。1.1.结构特点结构特点 1)1)定子定子: :定子铁心定子铁心2,2,三相整步绕组三相整步绕组1 1。2)2)转子转子: :转子铁心转子铁心3(3(凸极凸极),),激磁绕组激磁绕组4,4,转轴转轴5,5,滑环滑环6 6。2.2.控制式自整角机控制式自整角机接线图接线图: :如右图。如右图。 发送机和接收机发送机和接收机结构一样。结构一样。 三相绕组放在三相绕组放在定子定子上上, ,两对两对三相绕组对应连接三相绕组对应连接; ; 转子上的单相绕组转子上的单相绕组, ,发送机发送机为为激磁绕组激磁绕组, ,其其电压电

14、压U U1 1为定值为定值; ;接接收机收机为为输出绕组输出绕组, ,其其输出电压输出电压U U2 2由定子磁通产生。由定子磁通产生。 图中图中, ,接收机在变压器状态接收机在变压器状态下工作下工作, ,又称为又称为自整角变压器自整角变压器。3.3.力矩式自整角机力矩式自整角机 当仪表指针作为负载时当仪表指针作为负载时, ,不不需要伺服电动机了需要伺服电动机了, ,而由自整而由自整角机直接实现转角随动。这就角机直接实现转角随动。这就是是力矩式自整角机力矩式自整角机. . 接线图接线图如右图如右图 接收机和发送机接收机和发送机的的单相绕单相绕组都作激磁用组都作激磁用。 接收机的转子带负载。接收机

15、的转子带负载。发送机发送机 接收机接收机5.7 5.7 直线电动机直线电动机直线电动机直线电动机是将是将电能电能转换为转换为直线运动直线运动的伺服驱动元件。的伺服驱动元件。1.1.直线异步电动机的结构直线异步电动机的结构 将将旋转式异步电动机旋转式异步电动机的的定子、转子定子、转子圆周圆周沿径向切沿径向切开开, ,展成平面展成平面。 定子定子为初级为初级, ,一般一般比较短比较短; ;转子转子为次级为次级, ,一般一般比较长比较长。 平板型直线电动机示意图如下图。平板型直线电动机示意图如下图。2.2.直线异步电动机的工作原理直线异步电动机的工作原理直线异步电动机直线异步电动机次级运动速度次级运动速度为为:)1 (2Sfv式中式中：滑差率滑差率SssvvvSsv其中其中,为极距为极距为同步速度为同步速度3.3.直线异步电动机的特点和应用直线异步电动机的特点和应用1)1)特点