机电传动控制(邓星钟)6

1、第6章 控制电机,了解机电传动控制系统中一些常用控制电机的基本结构; 掌握各种控制电机的基本工作原理,主要运行特性及特点; 了解控制电机应用场所,正确选用控制电机.,6.1 交流伺服电动机,控制电机的主要作用是用来完成信息的传递与交换,而不是进行能量转换. 伺服电动机的特点: 可以控制,控制功率小,可靠性高; 调速范围广; 转子惯量小,能迅速起动,停止.,1.两相交流伺服电动机的结构,1)定子: 定子由硅钢片叠成; 在定子铁心的内圆表面嵌 有两套相差90度电角度的绕组:激磁绕组WF,控制绕组WC; 这两套绕组分别由两个电源供电.,接线图,两相交流伺服电动机的结构,2)转子: 分为鼠笼型和杯型两

2、种. (1)鼠笼型转子作得细而长,转子导体采用高电阻率的材料.用于小功率的自动控制系统.产品型号SL系列. (2)空心杯型转子作成薄壁圆筒形,放在内外定子之间.用于要求运行平滑的系统.产品型号SK系列.,杯型转子伺服电动机结构图 激磁绕组1;控制绕组2;内定子3; 外定子4;转子5,2.基本工作原理,两相绕组WF和WC分别通入频率相同的交流电,产生旋转磁场,使伺服电动机起动. 取消WC后,要防止自转. 3.消除自转现象的措施 加大转子电阻.如: 采用薄壁杯形转子. 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,1)控制方法;有三种. 幅值控制,相位控制,幅-相

3、控制 2)幅值控制原理图:控制电压Uc越高,电动机转速越高.,不同控制电压下的机械特性,3)应用举例,(1)参数:交流伺服电动机输出功率为0.1-100W(再大则用直流伺服电动机); 电源频率50-400Hz. (2)应用:雷达天线的旋转控制;飞机驾驶盘的控制;流体阀门开关控制,应用方框图,6.2 直流伺服电动机,1.基本结构:与普通他激直流电动机相同.(有换向器) 2.分类:电磁式(他激式); 永磁式, 3.电气原理图:如右图.其中(a)为电磁式(b)为永磁式. 4.参数:输出功率1-600W.,6.3 力矩电动机是能与负载直接连接产生大转矩低转速(或堵转)下运转的电动机,1.永磁式直流力矩

4、电动机的结构特点与工作原理: 结构特点:扁平状. 工作原理:同电磁式伺服电动机.,2.直流力矩电动机的应用 卫星天线驱动; 雷达天线驱动; 数控机床驱动; X-Y纪录仪传动. 与测速发电机配合可组成高精度,宽调速伺服系统. 直流力矩电动机的型号为LY系列.其调速可达0.00017r/min,即4天才转一圈.,1.定子,2.电枢,3.电刷架,6.4 小功率同步电动机小功率同步电动机为连续运转的同步电动机,用于传动及作执行元件,1.永磁式同步电动机 1)结构特点:定子绕组可通入三相或两相交流电;转子包括永久磁铁1和装在转子铁心3槽中的起动绕组2. 转子结构示意图见下图.,2)工作原理 负载不能超过

5、一定限度,否则电动机可能“失步”.,6.4 小功率同步电动机小功率同步电动机为连续运转的同步电动机,用于传动及作执行元件,1.永磁式同步电动机 1)结构特点:定子绕组可通入三相或两相交流电;转子包括永久磁铁1和装在转子铁心3槽中的起动绕组2. 转子结构示意图见下图.,2)工作原理 负载不能超过一定限度,否则电动机可能“失步”.,2.磁阻式电磁减速同步电动机,1)结构特点 园环形的定子装有三相或单相供电的绕组,转子为园盘形,不嵌绕组;转子齿数大于定子齿数. 2)工作原理 磁力线总是使经过的磁路磁阻最小,磁阻转矩使转子朝着磁导最大的方向转动. 是常用的一种低速电动机.,6.5 测速发电机测速发电机

6、将转速转变为电压信号,广泛用于速度和位置控制系统中.,1.异步(交流)测速发电机 1) 结构特点:定子上有两套互差90度电角度的激磁绕组WF和输出绕组WC;转子为空心杯形. 2) 工作原理:杯形转子可以看成一个导条非常多的鼠笼转子.在激磁电压一定的情况下,当输出绕组的负载很小时,测速发电机的输出电压U0与转速n成正比: U0=Kn,转子静止时,转子转动时,3) 交流测速发电机使用中的几个问题:,(1)主要技术指标 剩余电压:测速发电机转速为零时的输出电压.它会使控制系统误动作. 线性误差 :,(2)使用中应注意的问题: 输出特性的线性度, 温度变化的影响,可加温度补偿装置.,输出特性的线性度,

7、由非线性引起的误差.一般系统要求1% -2%;精密系统要求0.1%-0.25%. 相位误差:一般要求不超过1度-2度. 灵敏度:交流测速发电机的灵敏度比较低.,2.直流测速发电机,1)基本原理 电气原理如右图所示,它是一种测量转速用小型他激直流发电机.空载时,电枢两端电压为:,2)输出特性:负载越小,转速越高,输出特性曲线弯曲越厉害. 3)性能: 没有剩余电压,特性钭率比异步机大; 有换向器和电刷,换向火花产生无线电干扰,输出特性不稳定.,举例,例:一台直流测速发电机在转速3000r/min时的空载输出电压为52V,接上 2000欧负载后的输出电压为50V,求转速为1500r/min,负载50

8、00欧时的输出电压Ua. 解:由,因此,=(52/3000)(1500)/1+(80/5000)=26/1.016=25.5V,得,6.6 自整角机用作角度的传输,变换和指示;分为发送机和接收机(自整角变压器),1.结构特点 1)定子:定子铁心2,三相整步绕组1. 2)转子:转子铁心3(凸极),激磁绕组4,转轴5,滑环6.,2.控制式自整角机,1)接线图:如右图. 发送机和接收机结构一样.三相绕组放在定子上,两对三相绕组对应连接; 转子上的单相绕组 ,发送机为激磁绕组,其电压U1为定值;接收机为输出绕组,其输出电压U2由定子磁通产生. 图中,接收机在变压器状态下工作,又称其为自整角变压器.,控

9、制式自整角机,2)应用 控制式自整角机在 转角随动系统中的应用,自整角变压器的输出电压放大后控制交流伺服电动机MS,MS同时带动负载和转子. 发送机转子的转角不断变化,MS就不断转动,达到转角随动.,3.力矩式自整角机,当仪表指针作为负载时,不需要伺服电动机了,而由自整角机直接实现转角随动.这就是力矩式自整角机. 1)接续图: 接收机和发送机的单相绕组都作激磁用. 接收机的转子带负载.,发送机 接收机,力矩式自整角机,2)应用 力矩式自整角机在液位指示器中的应用 力矩式自整角机直接实现转角随动,应用于指针等轻负载.,右图中,浮子1的升降通过滑轮5和平衡锺4使发送机2转动,接收机3随动带动指针,准确实现液位的传递.,6.7 直线电动机直线电动机是将电能转换为直线运动的伺服驱动元件,1.直线异步电动机的结构 将旋转式异步电动机的定子,转子园周沿径向切开,展成平面. 定子为一次侧,一般比较短;转子为二次侧,一般比较长. 平板型直线电动机示意图如右图.,2.直线异步电动机的工作原理,直线异步电动机 二次侧运动速度为:,式中,滑差率S,其中