电拖新-第6章控制电机

6.1

伺服电伺服电

——

执行电

。功能：将电压信号转换成转角或转速信号。种类：直流伺服电

、交流伺服电

。伺服电 的特点可控性好：控制信号一出现，电机马上转动；控制信号一 ，电机立即停转具有线性的机械特性和调节特性转动惯量小，能快速响应(转子结构：细长、无铁心、空心杯)电机与拖动1.直流伺服电基本结构与普通小型直流电

相同。励磁方式：永磁式、电磁式（他励）。稀土永磁材料：稀土钴、稀土钕铁硼等。SM+

IaUa-E永磁式SM+Ua-IaEIf

+Uf-电磁式电机与拖动(2)工作原理——与普通直流电机无异Te→n→E施加Ua→Ia主磁通：Φ电磁转矩：Te

= CTΦ

Ia电动势：E

= CEΦ

n电枢电路电压方程：Ua

=

E+

Ra

Ian=UaCEΦ-RaCECTΦ2Te电机与拖动(3)控制方式及其特性①电枢控制式：Uf

=UfN

，Ua

=Uc（控制电压）n

=UcC

ΦE

N-RaCECTΦN2TeOTenUc2Uc1Uc3＞Uc2＞Uc1Uc3机械特性OUcnT3＞T2＞T1T1

T2

T3控制特性电机与拖动n

=UaNCECφUc-Raφ

cCECT

C

2U

2电机与拖动②磁场控制式：Ua=UaN，Uf

=Uc（控制电压）忽略磁路饱和、不计电枢反应：Φ

=CφUf

=

Cφ

UcTenOTeUc3Uc2Uc1C3

c2U

＞U

＞Uc1机械特性(1)基本结构①定子：两相对称绕组②转子:笼型结构/空心杯2.(传统的)交流伺服电电机与拖动S~M控制绕组c＋Uc-f＋

U

－f励磁绕组交流伺服电实际上是一种两相异步电。转子 外定子

内定子 绕组转轴空心杯转子交流伺服电的结构示意图电机与拖动fC1

F1

cos

sintf

11f

F

cos(

90

)

sin(t

90

)两相绕组产生的圆形旋转磁动势对称两相绕组在空间上互差90

电角度绕组中对称两相电流在时间上互差90电角度f1

fc1

ff1

F1

cos

sin

t

F1

cos(

90

)

sin(t

90

)

1

sin(t

)

1

sin(t

)2

2

1

sin(t

)

1

sin(t

180)2

2f1

F1

sifc1分解为两个大小相等、转向相反的旋转磁动势ff1分解为两个大小相等、转向相反的旋转磁动势反向旋转磁动势互相抵消正向旋转磁动势动势f1圆形旋转磁两相磁动势的●改变转向：uc

反相，即改变两相绕组中电流的相序→旋转磁场改变方向→转子的转向改变。(2)工作原理S~M①两相绕组通以相位相差90o

的额定电压对称两相运行→圆形旋转磁场控制绕组c＋Uc-＋

Uf

－f励磁绕组电机与拖动②当uc

=0或uc≠0，但uc

和uf同相位时电机处在单相状态→脉振磁通势F0

：时：n

=0，Te+=Te－，Te

=0，不能起动；正在运行时：Te

≠0，转子继续旋转——单相自转！Onn=

f(TF)Rn=

f(T

)n=f(T)Te普通异步电动机电机与拖动如果电机参数与一般的单相异步电

一样，当控制信号消失时，电机转速虽会下降，但仍会继续转动。伺服电在控制信号后仍继续旋转的失控现象称为“自转”。TeOe+n=

f(T

)e-n=

f(T

)en=

f(T

)普通异步电动机nTeOR2↑n=f(Te+)n=

f(Te-1)nn=

f(Te)交流伺服电动机克服自转加大转子电阻，

使sm>1，单相运行时:

n>0,

Te<0①

两相控制：保持

=

90o

和

Uc

=

Uf

，同时改变Uc

和Uf

的大小（始终为对称运行）。②

幅值控制：保持

=

90o

和

Uf

=

UN，改变

Uc和Uf

的大小。③相位控制：保持Uc

=Uf

=UN

，改变

的大小。④幅相控制：同时改变uc

的大小和相位。交流伺服电

的功率和频率：0.1

~

100

W，50、400Hz

等。电机与拖动(3)控制方式交流伺服电电机与拖动交流伺服电电机与拖动6.2步与电源、负载、环境等因素无关功能：将电脉冲信号转换成转角或转速信号。转角θ

∝脉冲信号的个数；转速n

∝脉冲信号的频率。用途：高精度的角度控制。按定子相数不同：三相、四相、五相、六相等；按转子结构不同：永磁式、磁阻式、混合式基本结构工作原理电机与拖动1423一、结构定子：转子：U1U2V1V2W2W1三相磁阻式步进电 原理图电机与拖动步进电的典型结构U2U1W2W1V1V2电机与拖动2.工作原理一拍：从一次通电到另一次通电。步距角：每一拍转子转过的角度。m

相单m

拍运行（三相单三拍运行）m

相双m

拍运行（三相双三拍运行）m

相单-双m

拍运行（三相双三拍运行）电机与拖动U2V1W1(1)

m

相单m

拍运行（三相单三拍运行）14

23(1) U

相通电U2V1V2

V2W2

W2W1(2) V

相通电通电顺序：U

相→V

相→W

相→U

相。U1

U1

U1U2V1V2W2W1(3) W

相通电步距角：θ=30°电机与拖动(2)

m

相双m

拍运行（三相双三拍运行）U2V1W1(1) UV

相通电U2V1V2

V2W2

W2W1(2) VW

相通电通电顺序：UV

相→VW

相→WU

相。U1

U1

U1U2V1V2W2W1(3) WU

相通电步距角：θ=30°电机与拖动(3)

m

相单-双2m

拍运行(三相单-双六拍运行）V1W2W1通电顺序：U→UV

→VU1

U1V1V2

V2W2W1→WU→U。U1V1V2W2W1U2U1U2V1V2W2W1U2U1U2V1V2W2W1U2U1U2V1V2W2W11423θ

=

15°电机与拖动步距角：转速：θ=

360°

z

Nz：转子齿数N：拍数一个θ

→转(1

/zN

)圈，脉冲频率为

f

→

每秒转

(

f

/

zN

)圈。n=

60

f

z

N例如：三相步进电

z

=

40，则①采用单/双三拍时：θ=②采用三相六拍时：z

N40×3

360°

=

360°

=

3°θ=

360°

=

360°

=

1.5°z

N

40×6电机与拖动电机与拖动步进电 的参数：最大静转矩、起动频率、运行频率。步进电

的控制方式：脉冲放大器步进电脉冲分配器脉冲输入负载驱动电源步进电电机与拖动步进电电机与拖动6.3

测速发电机功能：将转速信号转换成与之成正比的电压信号。用途：校正元件、计算元件。种类：直流测速发电机、交流测速发电机。直流测速发电机交流测速发电机电机与拖动1.直流测速发电机(1)基本结构：与普通小型直流发电机相同。励磁方式：电磁式（他励）和永磁式。ETGRL＋

IfUf-电磁式RLTG

EI

I＋

＋U

U－

－永磁式(2)工作原理空载时：

U

=

E

= CEΦ

n负载时：

U

=

E

－

Ra

I电机与拖动U

=

CEΦ

n－Ra

U

RLU

=nCEΦ1

+RaRLU

∝

nRL→∞

RL2RL1UnORL2＞RL1①电枢反应——采用较大RL②环境温度的变化，引起各绕组的电阻值变化；③负载变化，引起电刷与换向器接触电阻的变化。电机与拖动2.交流测速发电机(1)基本结构定子：定子铁心上有两相对称绕组。转子：笼型、杯型。输出绕组励磁绕组(2)工作原理-

Uf

＋IfΦd正弦交流uf

→if

→ΦdΦd

=Φdm

sinωt①

转子 时：励磁绕组:一次绕组转子绕组:二次绕组Ef××··Ed→Ef→Ed→Id电机与拖动If

→FfId→Fd→Φd××··f-

U

＋IfEfΦdEd忽略励磁绕组的漏阻抗，则：Uf

=－Ef

=

j

4.44

f

kwf

NfΦdmEd

=－j

4.44

f

kwr

NrΦdm输出绕组：与Φd

无交链，不会产生E0。＋U0-即：n

=0

时，U0

=0

。电机与拖动②转子旋转时：Φdf-

U

＋IfEfΦd＋U0-交变感应旋转切割E

→Id

dEq

→Iq

→Φq×Eq××·

··Φqeq

=

C1Φd

n=

C n

Φ

sinωt1

dmΦq

=C2

eq=

C1

C2

n

Φdm

sinωt=

Φqm

sinωtC1、C2

——电机常数。Φqm

=

C1

C2n

Φdm电机与拖动=

C

C1

2n

Ufkw0

N0Kwf

Nf输出绕组：Φq

→E0

→

U0输出空载电压：U0

=－E0

=

j4.44

f

kw0N0Φqm=

j4.44

f

kw0

N0

C1C2

n

Φdm-

Uf

＋IfEfΦd×Eq××·

··Φq＋U0

E0-结论：①

U0

∝

n

；0

f②

u

与

u

同频率、同相位。电机与拖动6.4

自整角机功能：将转角信号转换成电压信号，或反之。通过两个或两个以上的组合，以实现转角的传输、转换和接收。同步联接系统：无机械联接的两个系统同步转动。种类：①按作用的不同：力矩式、控制式；②按相数的不同：单相、三相。结构：

定子、转子。单相：定子为三相绕组、转子为单相绕组；三相：定子、转子均为三相绕组。电机与拖动自整角机的结构示意图转子铁心单相绕组定子铁心三相绕组电刷力矩式自整角机控制式自整角机电机与拖动1.力矩式自整角机UUa

发送机bΦΦW

EWaEUbEVbVW

EWb~(1)转子处在协调位置时纵向脉振Φ→EUa

=

EUb

，EVa

=

EVb

，IUIVIWEWa

=

EWb

;

IU

=

IV

=

IW

=

0 →Te=0，转子

。定

同子EUa步绕EVa组V电机与拖动UVUa

发送机b~EUaEVaW

EWaEUbEVbVW

EWbIUIVIW(2)转子处在非协调位置时ΦΦ→EUa≠EUb

，EVa≠EVb，EWa≠EWb

;IU、IV、IW

≠

0

→T

≠

0，电机与拖动Va

发送机UbUEUaEVaW

EWaEUbEVVW

EWbIUIVIW~Φ

→EUa≠EUb

，EVa≠EVb，EWa≠EWb

;(2)转子处在非协调位置时IU、IV、IW

≠

0 →Te≠0，转子旋转

角。从新达到协调位置，使IU

=IV

=IW

=0，Te=0。电机与拖动2.控制式自整角机UVa控制式发送机UVWb

自整角变压器ΦΦ'EUaEVaW

EWaIUIVIW＋Uf-＋U0-(1)转子处在协调位置时Φ

→EU、EV、EW

不同大小同相位，则IU、IV、IW

不同大小同相位→产生纵向脉振磁场→与输出绕组不交链→U0

=0。电机与拖动Ua控制式发送机V

W

Vb

自整角变压器U＋Uf-＋U0-(2)转子处在非协调位置时EUaEVaW

EWaIUIVIWE0Φ

→EU、EV、EW

→IU、IV、IW

→Φ'→Φ'与输出绕组交链→产生E0∝sin。即U0∝sin

。电机与拖动U1U2V1V2W1W2电机与拖动ΦU1U2V1V2W12(a)

励磁绕组在垂直位置时(b)

励磁绕组转过

角时自整角机中的脉振磁场ΦW6.5

旋转变压器功能：将转子转角变换成与之有函数关系的电压信号。结构：相当于一台两相绕线型异步电

。定、转子铁心上都有两个结构相同而互相垂直的绕组。种类：计算用和数据传输用旋转变压器。正余弦旋转变压器线性旋转变压器比例式旋转变压器数据传输用旋转变压器电机与拖动1.正余弦旋转变压器将转子转角变换成与之成正余弦函数关系的电压信号。定子：D1D2

：励磁绕组；D3D4

：补偿绕组。转子：Z1Z2

：余弦输出绕组；Z3Z4

：正弦输出绕组。D1D3D4D2Z1Z2Z3Z4基准位置（初始位置）电机与拖动(1)空载运行Uf

→ID12

→FDd

→ΦdD1D2D3D4Z1Z2Z3Z4＋Uf-＋Ucos-Usin＋

－转子处在基准位置时ID12转子处在基准位置时：在D

D

中：Φ

→E1

2

d

D1

2d在Z

Z

中：Φ

→EZ在Z

Z

中：没有感应。3

4ED

=

4.44f

kw1

N1ΦdmEZ

=

4.44

f

kw2

N2Φdmk

=ZDE

k

NE=

w2

2kw1

N1电机与拖动转子偏离基准位置

角D1D3D4＋Uf-ID12Z1Z3Z4Z2＋Ucos-＋

Usin-D2转子偏离基准位置

角时：ΦZ12

=Φd

cosΦZ34

=Φd

sinZ12ZE

=

E

cos=

kED

cos=

kUf

cosEZ34

=

EZ

sin=

kED

sinf=

kU

sin空载输出电压：cos

fU

=kU

cosUsin

=