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1、第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/281控制电机的主要作用不是进行能量转换，控制电机的主要作用不是进行能量转换，而是而是用来完成信息的传递和变换用来完成信息的传递和变换。控制电机的主要特点：控制电机的主要特点：l 具有良好的可控性具有良好的可控性l 具有快速的响应能力具有快速的响应能力l 精确度要高，误差要小精确度要高，误差要小控制电机在自动控制系统中的职能可分为控制电机在自动控制系统中的职能可分为测量元件测量元件、放大元件放大元件、执行元件执行元件和和校正元件校正元件四类。四类。控制电机与功率电动机的区别：控制电机与功率电动机的区别：第六章
2、控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/282伺服电动机（执行元件）伺服电动机（执行元件）执行电动机，执行电动机，其功能是将其功能是将电信号转换为轴上的转角或转速电信号转换为轴上的转角或转速，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速和转向。第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学
3、院机电工程系2022/10/2836.1 交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机的接线图交流伺服电动机的接线图定子上装有两个在空间相差定子上装有两个在空间相差90度的绕度的绕组组:励磁绕组励磁绕组WF和控制绕组和控制绕组WC。这两套绕组分别由两个不同的交流电这两套绕组分别由两个不同的交流电源供电。源供电。定子：定子：6.1.1 两相交流伺服电动机的结构两相交流伺服电动机的结构交流伺服电动机实质上是一个两相异步电动机。交流伺服电动机实质上是一个两相异步电动机。运行时，励磁绕组始终加上一运行时，励磁绕组始终加上一定的交流励磁电压定的交流励磁电压Uf，控制绕组则，控制绕组则加上控制信号电压加上控
4、制信号电压Uc。第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/284 杯型转子伺服电动机结构图杯型转子伺服电动机结构图(1)鼠笼型转子交流伺服电鼠笼型转子交流伺服电动机的结构与普通笼型异步动机的结构与普通笼型异步电动机相同；多应用于小功电动机相同；多应用于小功率自动控制系统中。率自动控制系统中。(2)空心杯型转子交流伺服空心杯型转子交流伺服电动机的结构如右图所示。电动机的结构如右图所示。多用于要求低速运行平滑的多用于要求低速运行平滑的系统中。系统中。转子：转子：分为鼠笼型和杯型两种。分为鼠笼型和杯型两种。6.1.1 两相交流伺服电动机的结构两相交流伺服电动
5、机的结构第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2856.1.2 基本工作原理基本工作原理交流伺服电动机的工作原理与电容分相式单相异步电动机相似。交流伺服电动机的工作原理与电容分相式单相异步电动机相似。交流伺服电动机接线交流伺服电动机接线伺服电动机在控制信号消失后伺服电动机在控制信号消失后仍继续旋转的失控现象称为仍继续旋转的失控现象称为“自转自转”。“自转自转”的原因是什么？的原因是什么？怎么样消除怎么样消除“自转自转”这种失控现这种失控现象呢？象呢？第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2866.1.3
6、 消除自转现象的措施消除自转现象的措施对应于不同转子电阻对应于不同转子电阻r2的的n=f(T)曲线曲线Uc=0时交流伺服电动机的时交流伺服电动机的n=f(T)曲线曲线第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/287Uc=0时交流伺服电动机的时交流伺服电动机的n=f(T)曲线曲线 增大转子电阻增大转子电阻r2，可使单相供，可使单相供电时合成电磁转矩在第二和第四象电时合成电磁转矩在第二和第四象限，成为制动转矩，不仅可以消除限，成为制动转矩，不仅可以消除“自转自转”现象，还可以扩大交流伺现象，还可以扩大交流伺服电动机的稳定运行范围。但转子服电动机的稳定运行范
7、围。但转子电阻过大，会降低起动转矩，从而电阻过大，会降低起动转矩，从而影响快速响应性能。影响快速响应性能。消除消除“自转现象自转现象”的措施的措施第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2886.1.4 交流伺服电动机的特性与应用交流伺服电动机的特性与应用交流伺服电动机的控制方法有三种：交流伺服电动机的控制方法有三种：幅值控制幅值控制、相位控制、幅值、相位控制、幅值-相位控制。相位控制。幅值控制电路原理图幅值控制电路原理图不同控制电压下的机械特性不同控制电压下的机械特性第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10
8、/289 通过改变通过改变R的大小，即改变控制的大小，即改变控制电压电压Uc的大小；在一定负载转矩下，的大小；在一定负载转矩下，控制电压越高，转差率越小，电动机控制电压越高，转差率越小，电动机的转速就越高；的转速就越高；维持维持Uf与与Uc相位差为相位差为90度，利度，利用改变控制电压幅值大小来改变转速用改变控制电压幅值大小来改变转速的方法，称为的方法，称为幅值控制方法幅值控制方法。实质实质都是利用改变正、反向旋转都是利用改变正、反向旋转磁势的大小，以改变磁势的大小，以改变T+和和T-的大小，的大小，借此改变合成转矩的大小来达到改变借此改变合成转矩的大小来达到改变电动机运行速度的目的。电动机运
9、行速度的目的。不同控制电压下的机械特性不同控制电压下的机械特性第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2810应用举例应用举例 利用控制电压利用控制电压Uc的有无来进行启动、停止控制；的有无来进行启动、停止控制；利用改变电压的幅值（或相位）大小来调节转速的高低；利用改变电压的幅值（或相位）大小来调节转速的高低；利用改变利用改变Uc的极性来改变电动机转向。的极性来改变电动机转向。交流伺服电动机典型应用方框图交流伺服电动机典型应用方框图 交流伺服电动机结构简单、运行可靠、维护方便、转动交流伺服电动机结构简单、运行可靠、维护方便、转动惯量小，它广泛应用于功
10、率较小的控制系统中。惯量小，它广泛应用于功率较小的控制系统中。第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2811交流伺服电机第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2812第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/28136.2 直流伺服电动机直流伺服电动机 直流伺服电动机能将直流信号电压转换成转轴上的角位直流伺服电动机能将直流信号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。移或角速度，以完成一定的控制任务。直流伺服电动机电枢控制线路图直流伺服电动机电枢控
11、制线路图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六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2814直流伺服电动机机械特性曲线直流伺服电动机机械特性曲线 可见，在一定负载转矩下，可见，在一定负载转矩下，当磁通不变时，如果降低电枢电当磁通不变时，如果降低电枢电压压Uc，电动机的转速就会下降，电动机的转速就会下降，当当Uc=0时，电动机立即停止，无时，电动机立即停止，无自转现象。自转现象。直流伺服电动机的机械特性公式与他励直流电动机机械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，即特性公式相同
12、，即第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2815直流伺服电动机第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/28166.3 力矩电动机力矩电动机一种能和负载直接连接，能够长一种能和负载直接连接，能够长期处于启动（堵转）状态下工作的低转速、大转矩的执行期处于启动（堵转）状态下工作的低转速、大转矩的执行电机。它可分为交流和直流。电机。它可分为交流和直流。永磁式直流力矩电动机的结构特点永磁式直流力矩电动机的结构特点:扁扁平状平状；主要采用；主要采用永磁式电枢控制永磁式电枢控制方式。方式。直流力矩电动机的应用直流力矩
13、电动机的应用:卫星天线驱动卫星天线驱动;雷达天线驱动雷达天线驱动;数控机床驱动数控机床驱动;X-Y纪录仪传动。纪录仪传动。第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2817力矩电动机第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/28186.4 小功率同步电动机小功率同步电动机小功率同步电动机为连续小功率同步电动机为连续运转的同步电动机，用于传动及执行元件。运转的同步电动机，用于传动及执行元件。小功率同步电动机的结构：小功率同步电动机的结构：定子与异步电动机基本相同，有三相或单相之分，转子有永磁式、定子与异步电动机基
14、本相同，有三相或单相之分，转子有永磁式、磁阻式和磁滞式之分。磁阻式和磁滞式之分。工作原理：工作原理：与一般同步电动机基本相同。与一般同步电动机基本相同。应用场合：应用场合：永磁式的可用于高速或低速的自动装置中；永磁式的可用于高速或低速的自动装置中；磁阻式电磁减速同步电动机常用于低速的场合；磁阻式电磁减速同步电动机常用于低速的场合；小功率同步电动机广泛应用于仪器、仪表及无线电设备中。小功率同步电动机广泛应用于仪器、仪表及无线电设备中。第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/28196.5 测速发电机测速发电机 测速发电机是一种将转速信号变换成电信号的元
15、件，它的测速发电机是一种将转速信号变换成电信号的元件，它的输出电压与转速成正比。它分交流和直流两大类。输出电压与转速成正比。它分交流和直流两大类。应用场合应用场合在自动控制系统和计算装置中应用甚广。在自动控制系统和计算装置中应用甚广。交流测速发电机交流测速发电机主要是异步测速发电机，它的结构与交流伺服主要是异步测速发电机，它的结构与交流伺服电动机基本相同，区别仅在于定子上有一个绕组是作为感应电电动机基本相同，区别仅在于定子上有一个绕组是作为感应电势的输出绕组；势的输出绕组；直流测速发电机直流测速发电机结构和工作原理则与普通直流发电机基本相同。结构和工作原理则与普通直流发电机基本相同。第六章 控
16、制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/28206.7 直线电动机直线电动机直线电动机是一种能直接将电能转换为直线运动的伺服直线电动机是一种能直接将电能转换为直线运动的伺服驱动部件。驱动部件。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六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2821直线异步电动机的结构：直线异步电动机的结构：旋转和直线异步电动机的结构比较旋转和直线异步电动机的结构比较第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2822平
17、板型直线异步电动机平板型直线异步电动机第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2823直线异步电动机的工作原理直线异步电动机的工作原理滑差率滑差率第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2824表明直线异步电动机的速度与电动机极距及电源频率成正比，表明直线异步电动机的速度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以改变电动机的速度。因此，改变极距或电源频率都可以改变电动机的速度。改变直线异步电动机初级绕组的通电相序，就可改变改变直线异步电动机初级绕组的通电相序，就可改变电动机运动的方向，使直
18、线电动机作往复运动。电动机运动的方向，使直线电动机作往复运动。第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2825l 不需要中间传动机构，结构简单，减少了振动和噪声；不需要中间传动机构，结构简单，减少了振动和噪声；l 可实现快速起动和正反向运行；可实现快速起动和正反向运行；l 装配灵活；装配灵活；l 效率低，功率因数低，电源功率大，低速性能差。效率低，功率因数低，电源功率大，低速性能差。直线电动机的特点：直线电动机的特点：应用：应用：门阀开启的驱动装置；门阀开启的驱动装置；机床工作台进给的驱动装置，此时，将一次侧固定在滑机床工作台进给的驱动装置，此时，将一次侧固定在滑板上或床身上。板上或床身上。第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2826直线电机第六章 控制电机吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2022/10/2827