电机与拖动-第9章控制电机

第9章

控制电机9.1伺服电动机

9.2步进电动机

9.3测速发电机

9.4自整角机

2024/1/2419.1伺服电动机伺服驱动系统：以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。9.1.1交流伺服电动机

1.两相交流伺服电动机的基本结构

定子＋转子励磁绕组：接交流电源。控制绕组：接大小相位可变的同频交流控制信号。转子结构有两种：笼型转子、杯形转子。2024/1/242交流伺服电动机

2024/1/243励磁绕组f与控制绕组c在空间上相互垂直两绕组电流存在相位差当uc=0

时：只有脉振磁场，

Te=0，转子静止。当uc≠0时：合成旋转磁场，

Te≠0，转子转动。自制动：控制信号消失时，电机自动立即停止。※条件：增大转子电阻励磁绕组控制绕组交流伺服电动机原理图Uc

Uf

Ic

cfIf2.两相交流伺服电动机的工作原理2024/1/2441T+

T－s－s+Te

2020sm

s－s+Te

02021sm

T－T+

TT单相电动机的T=f(s)曲线两相伺服电动机单相运行时的T=f(s)曲线结论：两相交流伺服电动机功率较小，在100W以下。多用于自动化记录仪表的伺服机构中。

T=f(s)曲线2024/1/2453.两相交流伺服电动机的控制方式

运行中转速随控制电压变化。控制方式幅值控制：保持两相电压相位差为90

，调节控制电压的幅值；(2)相位控制：保持控制电压幅值不变，调节其相位；(3)幅相控制：同时调节控制电压幅值和相位。基本结构与交流伺服电动机相同。工作原理与交流伺服电动机相同。励磁方式：永磁式、电磁式。9.1.2直流伺服电动机

2024/1/246※

——气隙磁通；

Ra——电枢绕组电阻；

Te——电磁转矩；

CE，CT——电动机电动势常数和转矩常数；控制方式：电枢控制方式、磁场控制方式。电枢控制接线图：

机械特性方程：fIfM＋－UCIa

Uf

n=－

Te

Ra

CECT

2

Uc

CE

2024/1/247TenO0.4UN0.6UN0.8UNUN

机械特性曲线：直流伺服电动机

2024/1/2489.2步进电动机类型：反应式、永磁式、永磁感应子式。9.2.1基本工作原理

以三相反应式步进电动机为例。

步进电动机（又称脉冲电动机）：用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电动机。步进电动机负载功率放大器脉冲信号源脉冲分配器2024/1/249步进电动机

2024/1/2410(b)V相通电(a)U相通电(c)W相通电WUVWUV23413412WUVWUV3412WUVWUV1.三相单拍运行时反应式步进电动机每一拍转子转过的角度称步距角。按U→V→W→U顺序通电：逆时针转；按U→W→V→U顺序通电：顺时针转。23412024/1/2411b)UV相通电a)U相通电c)V相通电2.三相六拍运行方式步距角为三相单三拍运行方式的一半。按U→UV→V→VW→W→WU→U顺序通电。WUVWUV23413412WUVWUV15

30

WUVWUV34122024/1/24129.2.2反应式步进电动机

1.三相反应式步进电动机结构VUW

2024/1/24132.三相反应式步进电动机定、转子展开UVW623

t

13

t

2377623步距角：

b==

360

mkZZr

t

N

2024/1/2414

b==

360

mkZZr

t

N

n===×=

60fb

360

fb

6

f6

360

ZrN

60f

ZrN

=Ni

b

(机械角度)，可对角度实现精确控制。结论：步进电动机既能控制速度，又能精确定位。2024/1/2415

【例9-1】一台三相反应式步进电动机，采用三相六拍运行方式，转子齿数Zr

=40，脉冲电源频率为800Hz。(1)写出一个循环的通电顺序；(2)求电动机的步距角

b；(3)求电动机的转速n；(4)求电动机每秒钟转过的机械角度

。解：(1)因为采用三相六拍运行方式，通电顺序为：

U→UV→V→VW→W→WU

或

U→UW→W→WV→V→VU

(2)三相六拍运行方式时，N=6，故

b===1.5

360

ZrN

360

40×6

(3)电动机的转速为n==r/min=200r/min

800×1.5

6

fb

6

2024/1/2416(4)每秒钟转过的机械角度为

=Ni

b

=800×1.5

=1200

=360

×

=360

×=1200

20060n

60

2024/1/24179.3测速发电机1.直流测速发电机工作原理

U=E－RaIa

=RLIa

E=CE

nU==

CEnE1＋RaRL1＋RaRL测速发电机：把转速信号转换成电压信号的测量元件。9.3.1直流测速发电机得：分类：他励式、永磁式。2024/1/24182.直流测速发电机的误差分析测速发电机输出特性曲线：

线性误差产生原因：①

环境温度的变化；②

电枢反应磁场对主磁场有去磁作用；③

换向器接触电阻随负载电流而变化。改善措施：①

励磁回路中串联温度系数较低的电阻；②

增大负载电阻，转速合理；③

使磁路饱和。nOTRL=

RL1

RL2

RL1>RL12024/1/24199.3.2交流测速发电机结构同于两相交流伺服电动机

接线原理

E2=4.44N2kW2f

q

Erq

d

n

d

Irq故E2

q

Irq

Erq

d

n输出电压：

U2≈E2=CnIrq

nErq

q

dN2N1UCU1I1比例常数2024/1/2420测速发电机

2024/1/24219.4自整角机自整角机：能对角位移或角速度的偏差自动整步的一种控制电机。自整角机成对使用：发送机＋接收机失调角

：发送机转角与接收机转角之差。分类①力矩式：输出力矩不大。用于角度知识系统中带动仪表的指针指示角度。②

控制式：输出与失调角有关的电压，使伺服机转动。2024/1/2422自整角机

2024/1/24239.4.1自整角机的结构后端盖前球轴承集电环端部电刷集流环端部触点电刷定子外壳转轴前端盖定子绕组转子绕组减震器轮罩壳2024/1/24241.接线方式2.工作原理

F与J的转子接单相交流电→脉振

。(1)初始状态

=0

定子电流为零，

Te=0，转子静止。

(2)发送机转过

角电动势不等，产生定子电流→Te，转子同方向旋转

角。9.4.2力矩式自整角机的工作原理D1D1D2D3D2D3

Z1Z2

Z1Z2u~FJ2024/1/24259.4.3控制式自整角机两相伺服电动机控制绕组输出信号电动机转轴发送机接收机（控制变压器）转子定子U1~Z2放大器cfZ1U2Z2Z1D1D1D2D3