《电机驱动与调速》第54讲（交流位置随动系统）

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讲项目7典型调速系统任务19典型交流调速系统情景5 小功率交流位置随动系统

教学目标1、熟悉位置随动系统的组成2、掌握位置随动系统的部件及原理

教学重点位置随动系统的组成

教学难点位置随动系统的部件及原理

教学方法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段多媒体教学、动画演示教学作业布置

作业题7-82教学过程：

项目7典型调速系统任务19典型交流调速系统情景5 小功率交流位置随动系统

1、位置随动系统的组成执行元件输出功率在50W以下的随动系统称为小功率随动系统，大功率随动系统执行元件输出功率在500W以上。位置随动系统是伺服系统其中之一。位置随动系统是控制被控对象的输出自动连续精确跟踪输入信号的变化，实现要求机械位移。

（1）组成位置随动系统的结构原理如图7-43所示。3

图7-43位置随动系统的结构原理图位置随动系统是闭环控制系统，包括检测装置、信号转换电路、放大装置、补偿装置、执行机构、电源装置和被控对象等。位置随动系统的输入信号是位置信号、速度信号或运动轨迹，输出是机械位移。4如图7-44所示是一个电位器式的小功率位置随动伺服系统，它由以下五个部分组成。图7-44电位器式位置随动系统

（2）对照

调速系统强调抗扰性，位置随动系统强调快速跟随性。5

2、位置随动系统的部件及原理位置伺服系统包括被控对象、执行元件、放大元件、检测元件、给定元件、反馈环节、比较环节等。

（1）位置检测元件

1）伺服电位器（RP）如图7-45所示为伺服电位器示意图，其中RPs为给定电位器，RPd为检测电位器。其伺服电位器的输出电压（即偏差电压）△U=K（θi­θo）=K△θ。式中△θ为两电位器轴的角位移之差。6

图7-45伺服电位器

图7-46自整角机发接接线图7

2）自整角机（CT）自整角机从结构上分为接触式和无接触式两类。这里介绍接触式的结构和工作原理。①结构组成自整角机的定子和转子铁芯均为硅钢冲片压叠而成。定子绕组与交流电动机三相绕组相似，也是彼此在空间上相隔120ºU、V、W三相分布绕组，常联接成Y形，定子绕组称为整步绕组。转子绕组为单相两极绕组（通常做成隐极式，图中为直观起见常画成磁极式）。转子绕组称为励磁绕组，它通过两只滑环一电刷与外电路相连而通入交流励磁电流。8②接线控制式自整角机是作为转角电压变换器用的。使用时，总是用一对相同的自整角机来检测指令轴（输入量）与执行轴（输出量）之间的角差。与指令轴相联的自整角机称为发送器，与执行轴相联的则称为接收器。在实际使用时，通常将发送器定子绕组的三个出线端U1、V1、W1与接收器定子绕组的三个对应的出线端U2、V2、W2相联，如图7-46所示。③工作原理发送器的转子绕组所加正弦交流励磁电压Uf(t)=Ufmsin

ot，式中

o称为调制角频率，与

o对应的频率fo称为调制频率。fo通常为400Hz或50Hz。发送器转子绕组加上励磁电压便产生励磁电流，其产生的交变脉动磁通在定子三相绕组上产生感应电动势，感应电动势使接收器定子三相绕组产生感应电流（iu、iv、iw）。这些电流的综合磁通将使接收器转子绕组感应产生一个频率与励磁电压的频率相同的正弦交流电压uct。其振幅与两个自整角机间的角差Δθ的正弦成正比，即uct=KsinΔθsin

t。9

3）光电编码盘光电编码盘（简称光电码盘）是按一定编码（如二进制编码、循环码编码等）将圆盘分成若干等分，纵向分成若干圈，各圈对应着编码的位数（称为码道）。如图7-47（a）所示为16个等分、四个码道的4位二进制编码盘。其中透明（白色）的部分为“0”，不透明（黑色）的部分为“1”。由不同的黑、白区域的排列组合即构成与角位移位置相对应的数码，如“0000”对应“0”号位，“0011”对应“3”号位等等。图7-47光电码盘及角位移测量示意图10应用编码盘进行角位移检测的示意图如图7-47（b）所示。对应码盘的每一个码道，有一个光电检测元件（图中为四码道光电码盘）。当码盘处于不同的角度时，以透明与不透明区域组成的数码信号由光电元件的受光与否转换成电信号送往数码寄存器，由数码寄存器即可获得角位移的位置数值。

4）差动变压器差动变压器是电磁感应式位移传感器，其组成有一个可以移动的铁芯和绕在它外面的一个一次绕组、两个二次绕组。图7-48差动变压器11一次绕组通以50Hz～10KHz的交流电，两个二次绕组反极性相联，作为输出绕组。其输出电压uc为两电动势之差，即uc=e1－e2。若铁芯在中央，则两个二次绕组感生的电动势相等，即e1=e2，由于两个二次绕组反极性相联，此时输出电压uc＝e1－e2＝0。

（2）执行元件

1）直流伺服电动机直流伺服电动机是自动控制系统中常用的一种执行元件.其作用是将控制电压信号转换成转轴上的角位移或角速度输出，通过改变控制电压的极性和大小能变更伺服电动机的转向和转速，而转速对时间的积累便是角位移。12

2）交流伺服电动机交流伺服电动机也是自动控制系统中一种常用的执行元件。它实质上是一个两相感应电动机。它的定子装有两个在空间上相差90o的绕组：励磁绕组A和控制绕组B。运行时，励磁绕组A始终加上一定的交流励磁电压（其频率通常有50Hz或400Hz等几种）。控制绕组B则接上交流控制电压。常用的一种控制方式是在励磁回路串接电容C，这样控制电压在相位上（即在时间上）与励磁电压相差90o。

3）高性能伺服电动机交流伺服控制技术发展很快,出现了无刷直流伺服电机(BLDC)、交流伺服电机（PMSM）等多种新型电动机,交流伺服系统的控制方式迅速向数字控制方向发展，并