第4章 控制电机

电机拖动与电气控制ChapterIV:Controlmotor第4章控制电机主要内容01伺服电动机02测速发电机03步进电机04直线电动机servomotorLinearmotorSteppermotorTachometergeneratorprimarycoverage05控制电机的应用06电动机的选择ControlmotorapplicationsMotorselection01伺服电动机servomotor伺服电动机伺服电动机交流伺服电动机直流伺服电动机分类输出功率较大输出功率较小伺服电动机外形图伺服电动机（一）结构电磁式直流伺服电动机永磁式直流伺服电动机按照励磁方式分类不需要励磁绕组和励磁电源一般采用他励结构无槽电枢直流伺服电动机空心杯形转子直流伺服电动机按照转子结构分类散热好、力能指标高、快速性好力能指标较低一、直流伺服电动机（二）控制方式电枢控制控制电压电枢回路电感小，响应快，在自动控制系统中多采用电枢控制。恒压励磁伺服电动机磁场控制一、直流伺服电动机（二）控制方式恒压控制电压伺服电动机电枢控制磁场控制一、直流伺服电动机机械特性表达式:

磁路一般不饱和，不考虑电枢反应，认为主磁通Φ大小不变。伺服电动机（三）特性分析Ea一、直流伺服电动机机械特性调节特性始动电压线性度好，调整范围大，起动转矩大，效率高始动电压越高，死区越大。负载越大，死区越大，伺服电机不灵敏，所以不可带太大负载。伺服电动机一、直流伺服电动机优缺点：伺服电动机直流伺服电机应用在各类数字控制系统中的执行机构驱动以及需要精确控制恒定转速或需要精确控制转速变化曲线的动力驱动。如医疗器械、仪表仪器、化工、轻纺以及家用电器等方面的应用日益普及。直流有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），会产生电磁干扰，对环境有要求。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。

直流伺服电机容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护不存在碳刷损耗的情况，效率很高，运行温度低噪音小，电磁辐射很小，寿命长。应用：一、直流伺服电动机伺服电动机（一）结构非磁性空心杯形转子笼型转子结构形式转动惯量小且具有较大的电阻和响应快、运行平稳的优点，但结构复杂，气隙大，空载电流大，功率因数较低。体积较大，气隙小，所需的励磁电流小，功率因数较高，电动机的机械强度大，但快速响应性能稍差，低速运行也不够平稳。二、交流伺服电动机（一）结构空心杯转子交流伺服电动机结构示意图转轴空心杯转子机壳外定子绕组外定子内定子伺服电动机二、交流伺服电动机励磁绕组控制绕组空间相90º电角度（二）工作原理“自转”当转子转动起来以后，断开起动绕组，电动机仍然能够转动。

伺服电动机二、交流伺服电动机“自转”的消除：增加伺服电动机的转子电阻。转子电阻较小（临界转差率Sm<1）时的机械特性转子电阻较大（临界转差率Sm≥1）时的机械特性电磁转矩的方向与转速的方向相同，电动机仍然能够转动。电磁转矩的方向与转速的方向反，电动机迅速停转。伺服电动机（三）控制方法改变加在控制绕组上的电压的大小和相位，能够改变电动机转速的大小和方向。1.幅值控制改变控制电压的幅值来控制电机的转速，而相位始终保持不变。UC=0，则转速为0，电动机停转.交流伺服电动机二、交流伺服电动机2.相位控制改变控制电压的相位,从而改变控制电流与励磁电流之间的相位角来控制电动机的转速。与之间的相位角为00时，则转速为0，电动机停转。伺服电动机二、交流伺服电动机3.幅相控制移相电容同时改变控制电压的幅值及与之间的相位角来控制电机的转速UC改变时，If也跟着改变交流伺服电动机二、交流伺服电动机谢

谢

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看电机拖动与电气控制ChapterIV:Controlmotor第4章控制电机主要内容01伺服电动机02测速发电机03步进电机04直线电动机servomotorLinearmotorSteppermotorTachometergeneratorprimarycoverage05控制电机的应用06电动机的选择ControlmotorapplicationsMotorselection02测速发电机Tachometergenerator测速发电机雷达天线跟踪系统微波雷达作为实施载人交会对接任务的关键敏感器，为交会对接提供距离、速度、角度、角速度等信息，为天宫一号与神舟九号顺利对接发挥了重要作用。测速电动机将机械转速转换为相应的电压信号，在自动控制系统中常用作测量转速的信号元件。测速发电机作用交流测速发电机直流测速发电机分类测速发电机（一）结构与小型普通直流发电机的结构相同。永磁式他励电磁式按励磁方式分类工作时励磁绕组发热会引起励磁绕组电阻的变化，从而引起励磁电流的变化，会造成一定的测量误差。结构简单，受温度变化引起的误差也小，应用广泛。一、直流伺服电动机（二）工作原理接入负载电阻RL

输出电压仍与转速n成线性关系E0=CeФn

，U2=E0,所以输出电压与转速成正比。直流测速发电机一、直流伺服电动机测速发电机（一）结构同步式异步式分类快速性好，灵敏度高，转动惯量小。转子电阻比伺服电动机的转子电阻更大一些，通常采用电阻率大、湿度系数小的硅锰青铜或锡锌青铜制成，杯壁厚为0.2～0.3mm。杯形转子测速发电机特点杯形转子笼型转子二、交流伺服电动机测速电动机定子构成：内定子嵌放有空间位置上相差90º电角度的两相绕组一相绕组作为励磁绕组，另一相绕组作为输出绕组.在机座号较小的测速发电机中，两相绕组均嵌放在内定子上；而机座号在36号以上测速发电机中，励磁绕组嵌放在外定子上，输出绕组嵌放在内定子上，以便调整两相绕组的相对位置，使剩余电压最小。外定子二、交流伺服电动机测速电动机（二）工作原理转子不动时转子转动时二、交流伺服电动机谢

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看电机拖动与电气控制ChapterIV:Controlmotor第4章控制电机主要内容01伺服电动机02测速发电机03步进电动机04直线电动机servomotorLinearmotorSteppermotorTachometergeneratorprimarycoverage05控制电机的应用06电动机的选择ControlmotorapplicationsMotorselection03步进电动机Steppermotor步进电动机步进电动机步进电动机驱动数控机床系统丝杠步进电动机电脉冲信号转换成相应角位移的电动机，每当一个电脉冲加到步进电动机的控制绕组上时，它的轴就转动一定的角度，角位移量与电脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，又称为脉冲电动机。作用步进电动机永磁式反应式按励磁方式分类混磁式分类：单相两相三相多相按相数分类步进电动机反应式步进电动机结构模型示意图定子转

子

转子齿一、模型结构示意图步进电动机三相反应式步进电动机单三拍控制时的工作原理转子齿1和3与定子A相绕组轴线相同的位置，转子停止转动。磁力线总是通过磁阻最小的路径闭合，转子受到磁阻转矩的作用。A相控制绕组通电，B、C两相控制绕组不通电二、工作原理步进电动机三相反应式步进电动机单三拍控制时的工作原理转子齿2和4与定子B相磁级轴线对齐，转子停止转动。磁力线总是通过磁阻最小的路径闭合，转子受到磁阻转矩的作用。B相控制绕组通电，A、C两相控制绕组不通电二、工作原理步进电动机三相反应式步进电动机单三拍控制时的工作原理转子齿1和3与定子C相磁级轴线对齐，转子停止转动。磁力线总是通过磁阻最小的路径闭合，转子受到磁阻转矩的作用。C相控制绕组通电，A、B两相控制绕组不通电二、工作原理步进电动机结论：按A－B－C－A的顺序轮流给各相控制绕组通电。转子在磁阻转矩的作用下按A－B－C相序方向一步一步的转动。转速:取决于绕组变换通电状态的频率，即输入脉冲的频率。旋转方向:取决于控制绕组轮流通电的顺序。步进电动机几个概念：1“一拍”控制绕组从一种通电状态变换到另一种通电状态。2步距角θs

每一拍转子转过的角度。

转子转过一个齿距需要的拍数为N转子齿数几个概念步进电动机①三相单三拍控制方式：每次只有一相控制绕组通电，切换三次为一个循环。三相单三拍控制方式切换瞬间，转子失去自锁能力，容易失步（即转子转动步数与拍数不相等），在平衡位置也容易产生振荡。运行不稳定，很少采用。3三相步进电动机的控制方式三相单三拍、三相双三拍、三相单、双六拍控制方式。步进电动机②三相双三拍控制方式：每次有两相绕组同时通电，如AB－BC－CA－AB，每一循环也需要切换三次，步距角与三相单三拍控制方式相同，也为30º。③三相单、双六拍控制方式：通电顺序是A－AB－B－BC－C－CA－A，步距角只有三相单三拍和双三拍的一半，为15º在切换过程中始终保证有一相持续通电，力图使转子保持原有位置，工作比较平稳。步进电动机例Zr=40的步进电动机的计算：采用三相单三拍通电时各量的计算：

采用三相六拍通电时：

步进电动机改变步距角的方法

增加相数也可以增加拍数从而减小步距相数增多，所需驱动电路就越复杂常用的步进电动机除了三相以外，还有四相、五相和六相。谢

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看电机拖动与电气控制ChapterIV:Controlmotor第4章控制电机主要内容01伺服电动机02测速发电机03步进电机04直线电动机servomotorLinearmotorSteppermotorTachometergeneratorprimarycoverage05控制电机的应用06电动机的选择ControlmotorapplicationsMotorselection04直线电动机Linearmotor中国速度再次让世界羡慕！时速600公里磁悬浮列车面世，为地表最快!直线电动机直线电动机直线直流电动机直线感应电动机分类交流电机直流电机直线同步电动机同步电机（一）基本结构1．扁平型直线感应电动机演变过程直线电动机（定子）（转子）一、直线感应电动机短一次侧

长一次侧

为了保证在所需的行程范围内，一次侧和二次侧之间的电磁耦合始终不变，实际应用时，必须把一次侧和二次侧制造成不同长度

单边型：一次侧和二次侧之间存在着较大的法向吸力

直线电动机双边型：二次侧的两边都装上一次侧，法向吸力就可以互相抵消铁心：硅钢片绕组：单相、两相、三相或者多相栅型结构

：尤如旋转电动机的笼形结构。实心结构：整块均匀的金属材料，它又分成非磁性二次侧和钢二次侧。直线电动机2．圆筒型（管型）扁平型直线感应电动机电机还可以做成既有旋转运动又有直线运动的旋转直线电动机，旋转直线的运动体既可以是一次侧，也可以是二次侧。直线电动机圆筒型直线感应电动机一、直线感应电动机3．圆盘型

圆盘型直线感应电动机二次侧做成扁平的圆盘形状并能够绕经过圆心的轴自由转动。

使圆盘受切向力作旋转运动。

直线电动机一、直线感应电动机（二）基本工作原理通入对称正弦交流电时，产生气隙磁场。分布情况与旋转电动机相似，但它不是旋转而是沿着直线平移，因此称为行波磁场。1-行波磁场2-二次侧3-一次侧一、直线感应电动机直线电动机磁场和电流相互作用，产生电磁力行波磁场切割二次侧导条，将在导条中产生感应电动势和电流（二）基本工作原理如果一次侧固定不动，则二次侧在这个电磁力的作用下，顺着行波磁场的移动方向作直线运动。直线电动机一、直线感应电动机电磁式永磁式分类：多用于驱动功率较小的场合多用于驱动功率较大的场合（一）永磁