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1、会计学1邓钟星机电传动控制第五邓钟星机电传动控制第五(d w)控制电控制电机机第一页，共19页。2022-5-232 伺服电动机（执行元件）是一种执行电动机，其功能是将电信号转伺服电动机（执行元件）是一种执行电动机，其功能是将电信号转换为轴上的转角或转速换为轴上的转角或转速(zhun s)，以带动控制对象。，以带动控制对象。直流伺服电动机直流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机其最大特点是其最大特点是可控可控 由由控制信号控制信号来控制伺服电动机的启动和停止；来控制伺服电动机的启动和停止； 改变改变控制电压的大小和相位控制电压的大小和相位即可改变伺服电动机的转速和转向。即可改变伺服电动机的转
2、速和转向。第1页/共19页第二页，共19页。2022-5-233 直流伺服电动机能将直流信号直流伺服电动机能将直流信号(xnho)电压转换成转轴上的角位移电压转换成转轴上的角位移或角速度，以完成一定的控制任务。或角速度，以完成一定的控制任务。控制方式控制方式电枢控制电枢控制磁场控制磁场控制电磁式电磁式永磁式永磁式主要类型主要类型第2页/共19页第三页，共19页。 电磁式即为他励式，故直流伺服电动机的机械特性公式与他励直流电动机机械特性公式相同。 Uc电枢控制电压(diny)； R 电枢回路电阻； 每极磁通； Ke、Kt电动机结构常数。 因而，可通过改变Uc和进行调速，前者叫电枢控制，后者叫磁场
3、控制。 电枢调速具有响应速度快、机械特性好、调速特性线性好的有点，而广泛应用。第3页/共19页第四页，共19页。2022-5-235直流伺服电动机机械特性直流伺服电动机机械特性(txng)曲线曲线 可见，在一定负载转矩下，当磁通不变时，如果可见，在一定负载转矩下，当磁通不变时，如果(rgu)降低电枢电压降低电枢电压Uc，电动机的转速就会下降，当，电动机的转速就会下降，当Uc=0时，电动机立即停止，无自转现象。时，电动机立即停止，无自转现象。第4页/共19页第五页，共19页。2022-5-236直流伺服电动机直流伺服电动机 直流伺服的缺点：存在机械换向器和电刷，降低了电动机运行的可靠性，加重了维
4、护(wih)成本，且功率难以做得很大。第5页/共19页第六页，共19页。2022-5-237第6页/共19页第七页，共19页。 其定子上放置了对称布置的三相绕组，转子为永磁体，故又称为稀土永磁电动机。 相当于将直流伺服的定子与转子位置进行了互换，省去了机械(jxi)换向器与电刷，改之为电子换向器或逆变器。 交流伺服电动机按气隙磁场的分布方式可分为两类：一类是无刷直流电动机（BDCM），一类是永磁同步电动机（PMSM）。第7页/共19页第八页，共19页。 在无刷直流电动机的转子轴上装有转子位置检测器、测速发电机和光电脉冲编码器。转子位置检测器的输出信号控制电子换向器，实现对电动机的换向，即电子换
5、向器中的晶体管的导通与截止由转子位置检测器的输出信号决定(judng)。测速发电机的输出信号用于速度反馈。而光电编码器的信号送入CNC装置，用于位置反馈。 第8页/共19页第九页，共19页。第9页/共19页第十页，共19页。 无刷直流电动机相当于三个换向片的直流电动机，只不过换向是由晶体管完成的，因此电枢绕组及变流器静止不动，而磁极(cj)旋转。第10页/共19页第十一页，共19页。 由原理可知，转子每转过60电角度就有一只晶体管换流，为此，要求随着转子的旋转，使相应的晶体管周期性地导通或截止(jizh)，才能使定子磁场和转子磁场保持同步，但这里的磁场是以“跳跃”方式旋转的。第11页/共19页
6、第十二页，共19页。 电机结构与无刷直流电动机的基本相同，但其气隙磁场是按正弦分布的。其转轴上安装有测速发电机，其输出信号用于速度反馈(fnku)，在转子上装有转子位置检测器，可测转角位置。 其电磁转矩公式为：由于电子绕组中有正弦反电动势及三相由于电子绕组中有正弦反电动势及三相(sn xin)供电关系，公式可简化为：供电关系，公式可简化为：其电磁力矩是平稳的。其电磁力矩是平稳的。第12页/共19页第十三页，共19页。 由于伺服电机的低速性能不好，因而经常需要减速使用。为此研制了低速、大力矩的电机。现在(xinzi)主要应用的是直流力矩电动机。 扁平状的直流伺服电动机。扁平状的直流伺服电动机。第
7、13页/共19页第十四页，共19页。 从直流电动机的原理可知，设直流电动机每个磁极(cj)下磁感应强度平均值为B，电枢绕组上导体的电流为Ia,导体的有效长度为l，则每根导体所受的电磁力为：电磁电磁(dinc)转矩为：转矩为： N电磁绕组总的导体数，电磁绕组总的导体数，D为电枢铁芯直径。上式表明了电磁转矩与电动为电枢铁芯直径。上式表明了电磁转矩与电动机结构参数机结构参数l、D的关系。电枢体积大小在一定程度上反映了整个电动机体积的关系。电枢体积大小在一定程度上反映了整个电动机体积的大小，因此，在电枢体积相同的条件下，即保持的大小，因此，在电枢体积相同的条件下，即保持 不变，当不变，当D增大时增大时
8、，铁芯长度，铁芯长度l就相应变小。其次，在相同电流就相应变小。其次，在相同电流Ia以及相同用铜量的条件下以及相同用铜量的条件下，电枢绕组的导线粗细不变，则总导体数，电枢绕组的导线粗细不变，则总导体数N应随应随l的减小而增加，以保持的减小而增加，以保持Nl不变。满足上述条件，则不变。满足上述条件，则BIaNl/2近似为常数，故转矩近似为常数，故转矩T与直径与直径D近似成正比近似成正比例关系。例关系。第14页/共19页第十五页，共19页。 导体在磁场中运动切割(qig)磁力线所产生的感应电动势为： 式中V为导体(dot)运动的线速度， 设一对电刷之间的并联支路数为设一对电刷之间的并联支路数为2，则
9、一对电刷间，则一对电刷间N/2根导体串联后总的感应电动势为根导体串联后总的感应电动势为Ea，且在理想空载条件下，外加电压，且在理想空载条件下，外加电压Ua应与应与Ea相平衡，故：相平衡，故： 即：即： 上式说明，在保持上式说明，在保持Nl不变的情况下，理想空载转速不变的情况下，理想空载转速no和电枢直径和电枢直径D成反比，电成反比，电枢直径越大，电动机理想空载转速枢直径越大，电动机理想空载转速no就越低。就越低。因此，在其他条件相同下，增大电动因此，在其他条件相同下，增大电动机的转子直径，减小轴向长度，有利于增加电动机的转矩和降低空载转速。这种机的转子直径，减小轴向长度，有利于增加电动机的转矩
10、和降低空载转速。这种电动机常用在低速、需转矩调节和需要一定张力的随动系统中。电动机常用在低速、需转矩调节和需要一定张力的随动系统中。第15页/共19页第十六页，共19页。 直接(zhji)将电能转换为直线运动的电动机。直线异步电动机直线异步电动机直线直流电动机直线直流电动机直线同步电动机直线同步电动机第16页/共19页第十七页，共19页。2022-5-2318直线直线(zhxin)异步电动机的结构异步电动机的结构 第17页/共19页第十八页，共19页。 直线电机是由旋转电机演变而来的，因而当初级的多相绕组通入多相电流后，也会产生气隙磁场，其强度按通电顺序作直线移动。在此磁场的切割下，次级导条将产生感应电动势和电流，所有导条的电流和气隙磁场相互作用，产生切向电磁力，如果初级是固定的，则次级就顺着磁场运动的方向作直线运动。其速度(sd)与电动机极距及电源频率成正比。因此，改变极距或电源频率都可改变电动机的速度(sd)。改变通电相序，即可改变运动方向。 直线电机的应用越来越广。第18页/共19页第十九页，共19页。