第6章 控制電機(jī)

1、第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 1 第第 6 章章 控控 制制 電電 機(jī)機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 2本章教學(xué)基本要求本章教學(xué)基本要求1.了解常用控制電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)、基本工作原理；了解常用控制電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)、基本工作原理；2.理解和掌握控制電機(jī)的分類方式及其各自的驅(qū)動理解和掌握控制電機(jī)的分類方式及其各自的驅(qū)動方式；方式；3.比較控制電機(jī)與普通直流電機(jī)、異步電機(jī)和同步比較控制電機(jī)與普通直流電機(jī)、異步電機(jī)和同步電機(jī)的異同之處；電機(jī)的異同之處；4.了解控制電機(jī)的特點(diǎn)及其應(yīng)用場合了解控制電機(jī)的特點(diǎn)及其應(yīng)用場合 第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 3重點(diǎn)重點(diǎn)1.1.理解和掌握直流伺服

2、電機(jī)和交流伺服電機(jī)各自的理解和掌握直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)各自的工作原理和調(diào)節(jié)特性；工作原理和調(diào)節(jié)特性；2.2.理解和掌握步進(jìn)電機(jī)的工作原理和通電方式。理解和掌握步進(jìn)電機(jī)的工作原理和通電方式。 第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 46 6.1 .1 概述概述 微控電機(jī)是具有特定功能的小功率旋轉(zhuǎn)電微控電機(jī)是具有特定功能的小功率旋轉(zhuǎn)電機(jī)。控制電機(jī)在控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件、檢機(jī)。控制電機(jī)在控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件、檢測元件和運(yùn)算元件。從工作原理上看，微控電測元件和運(yùn)算元件。從工作原理上看，微控電機(jī)和普通電機(jī)沒有本質(zhì)上的區(qū)別，但在使用功機(jī)和普通電機(jī)沒有本質(zhì)上的區(qū)別，但在使用功能上不一樣。普通電機(jī)功率

3、大，側(cè)重電機(jī)的起能上不一樣。普通電機(jī)功率大，側(cè)重電機(jī)的起動、運(yùn)行和制動等性能指標(biāo)，而控制電機(jī)輸出動、運(yùn)行和制動等性能指標(biāo)，而控制電機(jī)輸出功率較小，側(cè)重于電機(jī)的控制精度、響應(yīng)速度功率較小，側(cè)重于電機(jī)的控制精度、響應(yīng)速度和運(yùn)行可靠性。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的微控電機(jī)種和運(yùn)行可靠性。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的微控電機(jī)種類較多，下面介紹幾種常用的微控電機(jī)的基本類較多，下面介紹幾種常用的微控電機(jī)的基本工作原理及其使用特性。工作原理及其使用特性。 第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 56 6.2 .2 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī) 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)( (single-phase asynchronous mo

4、tor) )是靠是靠220V單相交流電源單相交流電源供電的一類電動機(jī)，它適用于只有單相電源供電的一類電動機(jī)，它適用于只有單相電源( (single-phase power) )的小型工業(yè)設(shè)備和家用的小型工業(yè)設(shè)備和家用電器中。電器中。第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 66 6.2 .2 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)6 6.2.1 .2.1 單相異步電動機(jī)的工作原理單相異步電動機(jī)的工作原理 在交流電機(jī)中，當(dāng)定子繞組通過交流電流時，在交流電機(jī)中，當(dāng)定子繞組通過交流電流時，建立了電樞磁動勢，它對電機(jī)能量轉(zhuǎn)換和運(yùn)行性能建立了電樞磁動勢，它對電機(jī)能量轉(zhuǎn)換和運(yùn)行性能都有很大影響。所以單相交流繞組通入單相

5、交流產(chǎn)都有很大影響。所以單相交流繞組通入單相交流產(chǎn)生脈振磁動勢，該磁動勢可分解為兩個幅值相等、生脈振磁動勢，該磁動勢可分解為兩個幅值相等、轉(zhuǎn)速相反的旋轉(zhuǎn)磁動勢和，從而在氣隙中建立正傳轉(zhuǎn)速相反的旋轉(zhuǎn)磁動勢和，從而在氣隙中建立正傳和反轉(zhuǎn)磁場和。這兩個旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，并和反轉(zhuǎn)磁場和。這兩個旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，并分別在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流分別在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流 。 第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 76 6.2 .2 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī) 該電流與磁場相互作用產(chǎn)生正、反電磁轉(zhuǎn)矩。該電流與磁場相互作用產(chǎn)生正、反電磁轉(zhuǎn)矩。正向電磁轉(zhuǎn)矩企圖使轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)；反向

6、電磁轉(zhuǎn)矩企圖正向電磁轉(zhuǎn)矩企圖使轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)；反向電磁轉(zhuǎn)矩企圖使轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。這兩個轉(zhuǎn)矩疊加起來就是推動電動機(jī)使轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。這兩個轉(zhuǎn)矩疊加起來就是推動電動機(jī)轉(zhuǎn)動的合成轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)動的合成轉(zhuǎn)矩。 不論是還是，他們的大小與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系和三不論是還是，他們的大小與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系和三相異步電動機(jī)的情況是一樣的。若電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是相異步電動機(jī)的情況是一樣的。若電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是，則對正轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)差率為：，則對正轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)差率為：11nnssn 對反轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)差率為：對反轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)差率為：112nnssn第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 86 6.2 .2 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī) 單相異步電動機(jī)的單相異

7、步電動機(jī)的T-s曲線見左圖曲線見左圖 由圖可知單相異步電動機(jī)的主要特點(diǎn)有：由圖可知單相異步電動機(jī)的主要特點(diǎn)有： （1）n=0,s=1,T=T+ T- =0，說明單相異步電動機(jī)無說明單相異步電動機(jī)無啟動轉(zhuǎn)矩，如不采取其他措施，電動機(jī)不能啟動。啟動轉(zhuǎn)矩，如不采取其他措施，電動機(jī)不能啟動。 （2）當(dāng)）當(dāng)s1時，時， T0，T無固定方向，它取決于無固定方向，它取決于s的的正、負(fù)。正、負(fù)。（3）由于反向轉(zhuǎn)矩存在，使合成轉(zhuǎn)矩也隨之減小，）由于反向轉(zhuǎn)矩存在，使合成轉(zhuǎn)矩也隨之減小，鼓單相異步電動機(jī)的過載能力較低。鼓單相異步電動機(jī)的過載能力較低。第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 96 6.2 .2 單相異步

8、電動機(jī)單相異步電動機(jī)TSs11ss2TT2200T第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 10電容分相式起動電容分相式起動6 6.2.2單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī) 啟動時開關(guān)啟動時開關(guān)K閉合，使閉合，使兩繞組電流兩繞組電流 相位差約相位差約為為90，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電機(jī)轉(zhuǎn)起來；轉(zhuǎn)動正場，電機(jī)轉(zhuǎn)起來；轉(zhuǎn)動正常以后離心開關(guān)被甩開，啟常以后離心開關(guān)被甩開，啟動繞組被切斷。動繞組被切斷。21II、工作原理工作原理第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 11罩極式單相電機(jī)罩極式單相電機(jī) 定子通入電流以后，部分磁定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感

9、應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來。 6 6.2.2單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 12 單相異步電動機(jī)的功率小，主要制成小型電機(jī)。單相異步電動機(jī)的功率小，主要制成小型電機(jī)。它的應(yīng)用非常廣泛，如家用電器（洗衣機(jī)、電冰箱它的應(yīng)用非常廣泛，如家用電器（洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇）、電動工具（如手電鉆）、醫(yī)用器械、電風(fēng)扇）、電動工具（如手電鉆）、醫(yī)用器械、自動

10、化儀表等。自動化儀表等。6.2.3 單相異步電機(jī)的使用單相異步電機(jī)的使用 上圖中電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向：瞬時針旋轉(zhuǎn)。因為沒上圖中電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向：瞬時針旋轉(zhuǎn)。因為沒有短路環(huán)部分的磁通比有短路環(huán)部分的磁通領(lǐng)先。有短路環(huán)部分的磁通比有短路環(huán)部分的磁通領(lǐng)先。6 6.2.2單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 136 6.3 .3 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī) 測速發(fā)電機(jī)是一種測量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)是一種測量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機(jī)，他把輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號輸出，并要他把輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號輸出，并要求輸出的電壓信號與轉(zhuǎn)速成正比。測速發(fā)電機(jī)分求輸出的電壓信號與轉(zhuǎn)速成正比。測速

11、發(fā)電機(jī)分直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(fā)電機(jī)兩大類直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(fā)電機(jī)兩大類 。6 6.3.1.3.1直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 直流測速發(fā)電機(jī)本質(zhì)上是直流測速發(fā)電機(jī)本質(zhì)上是一種微型直流發(fā)電機(jī)，按一種微型直流發(fā)電機(jī)，按定子磁極的勵磁方式分為定子磁極的勵磁方式分為電磁式和永磁式。直流測電磁式和永磁式。直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理與一速發(fā)電機(jī)的工作原理與一般直流發(fā)電機(jī)相同般直流發(fā)電機(jī)相同 。圖圖6 6-4 -4 直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 146 6.3 .3 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)nCE000 在恒定的磁場在恒定的磁場0中，外部的機(jī)械轉(zhuǎn)軸

12、帶動中，外部的機(jī)械轉(zhuǎn)軸帶動電樞以轉(zhuǎn)速電樞以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，電樞繞組切割磁場從而在旋轉(zhuǎn)，電樞繞組切割磁場從而在電刷間產(chǎn)生電動勢。電刷間產(chǎn)生電動勢。第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 156 6.3 .3 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)000000CRRRkknnCRRRURRUEIREUallallaLa 空載時，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓等于電樞電空載時，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓等于電樞電動勢，即動勢，即U0=E0。有負(fù)載時，若電樞電阻為有負(fù)載時，若電樞電阻為Ra，負(fù)載負(fù)載電阻為電阻為RL，則直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為則直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為其中其中第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 166 6.3

13、.3 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī) 6.3.2 交流測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī) 交流異步測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型的，交流異步測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型的，也有杯型的，在控制系統(tǒng)中多用空心杯轉(zhuǎn)子異步測也有杯型的，在控制系統(tǒng)中多用空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)。空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)定子上有兩速發(fā)電機(jī)?？招谋D(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)定子上有兩個在空間上相互差個在空間上相互差9090電角度的繞組，一為勵磁繞電角度的繞組，一為勵磁繞組，另一為輸出繞組。組，另一為輸出繞組。 第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 176 6.3 .3 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止：轉(zhuǎn)子靜止： 勵磁繞組產(chǎn)生的磁通在轉(zhuǎn)子繞組上感應(yīng)電勢，勵磁繞

14、組產(chǎn)生的磁通在轉(zhuǎn)子繞組上感應(yīng)電勢，產(chǎn)生電流。轉(zhuǎn)子磁勢不與輸出繞組交鏈，所以，輸產(chǎn)生電流。轉(zhuǎn)子磁勢不與輸出繞組交鏈，所以，輸出繞組不感應(yīng)電勢，即：輸出電壓為零，出繞組不感應(yīng)電勢，即：輸出電壓為零，U=0。圖圖6-6 空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)原理圖空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)原理圖第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 186 6.3 .3 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī) 交流同步測速發(fā)電機(jī)分為：永磁式、感應(yīng)式交流同步測速發(fā)電機(jī)分為：永磁式、感應(yīng)式和脈沖式。和脈沖式。交流異步測速發(fā)電機(jī)的誤差主要有：交流異步測速發(fā)電機(jī)的誤差主要有：非線性誤差：由于直軸磁通非線性誤差：由于直軸磁通 d變化使測速發(fā)電機(jī)變化使測速發(fā)電機(jī)

15、 產(chǎn)生非線性誤差；產(chǎn)生非線性誤差；剩余電壓：實際運(yùn)行中，轉(zhuǎn)子靜止時，測速發(fā)電剩余電壓：實際運(yùn)行中，轉(zhuǎn)子靜止時，測速發(fā)電機(jī)輸出一個較小的電壓；機(jī)輸出一個較小的電壓；相位誤差：由于勵磁繞組的漏抗、空心杯轉(zhuǎn)子的相位誤差：由于勵磁繞組的漏抗、空心杯轉(zhuǎn)子的漏抗使輸出電壓與勵磁電壓的相位不同。漏抗使輸出電壓與勵磁電壓的相位不同。第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 196 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)(servo motor)的功能是將所輸?shù)墓δ苁菍⑺斎氲碾妷盒盘栟D(zhuǎn)換為軸上的角位移或角速度輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換為軸上的角位移或角速度輸出，其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向隨輸入電壓信號的大小和方出，其

16、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向隨輸入電壓信號的大小和方向變化而改變的控制電機(jī)。伺服電動機(jī)能帶一向變化而改變的控制電機(jī)。伺服電動機(jī)能帶一定的負(fù)載，在自動控制系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，所定的負(fù)載，在自動控制系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，所以又稱為執(zhí)行電動機(jī)。例如數(shù)控車床，刀具由以又稱為執(zhí)行電動機(jī)。例如數(shù)控車床，刀具由伺服電動機(jī)拖動，他會按照給定目標(biāo)的形狀拖伺服電動機(jī)拖動，他會按照給定目標(biāo)的形狀拖動刀具進(jìn)行切割器件。早期伺服電動機(jī)輸出功動刀具進(jìn)行切割器件。早期伺服電動機(jī)輸出功率較小，功率范圍一般率較小，功率范圍一般為為0.1100瓦瓦，而目前，而目前伺服技術(shù)發(fā)展很快，幾千瓦的大功率伺服電動伺服技術(shù)發(fā)展很快，幾千瓦的大功率伺服電動機(jī)相繼出現(xiàn)

17、。機(jī)相繼出現(xiàn)。 第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 206 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 216 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 伺服電動機(jī)可控性好，反應(yīng)迅速。是自動控伺服電動機(jī)可控性好，反應(yīng)迅速。是自動控制系統(tǒng)和計算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。制系統(tǒng)和計算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 226 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 原理：原理： 直流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與直流電動機(jī)基本直流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與直流電動機(jī)基本相同。只是為減小轉(zhuǎn)動慣量，電機(jī)做得細(xì)長一些。相同。只是為減小轉(zhuǎn)動慣量，電機(jī)做得細(xì)長一些。所不同的是

18、電樞電阻大，機(jī)械特性軟、線性（電所不同的是電樞電阻大，機(jī)械特性軟、線性（電阻大，可弱磁起動、可直接起動）。阻大，可弱磁起動、可直接起動）。供電方式：他勵供電。勵磁繞組和電樞分別兩個供電方式：他勵供電。勵磁繞組和電樞分別兩個獨(dú)立的電源供電。獨(dú)立的電源供電。第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 236 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 控制方式：控制方式：1.1.電樞控制（主要）；電樞控制（主要）； 2.2.磁極控制（少用）。磁極控制（少用）。U1為勵磁電壓，為勵磁電壓，U2為電樞電壓為電樞電壓圖圖6-9 直流伺服電動機(jī)的接線圖直流伺服電動機(jī)的接線圖1I2I1U2UM第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)

19、Page 242 直流伺服電機(jī)的機(jī)械直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性與他勵直流電機(jī)相同特性與他勵直流電機(jī)相同一樣，也可用下式表示一樣，也可用下式表示TKKRKUnTEE2a2機(jī)械特性曲線如圖所示。機(jī)械特性曲線如圖所示。6 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 圖圖6-10 機(jī)械特性機(jī)械特性第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 25 直流伺服電動直流伺服電動機(jī)的特點(diǎn)：電阻大，機(jī)的特點(diǎn)：電阻大，機(jī)械特性軟。線性；機(jī)械特性軟。線性；滑動接觸；火花干滑動接觸；火花干擾；慣性大；體積擾；慣性大；體積大；相對價高，其大；相對價高，其調(diào)節(jié)特性如左圖所調(diào)節(jié)特性如左圖所示。示。 6 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 圖圖

20、6-11 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 26 直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。通常直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。通常應(yīng)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動系統(tǒng)中的位置控應(yīng)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。制等。 6 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 27 兩相交流異步電機(jī)。它的定子上裝有空間互差兩相交流異步電機(jī)。它的定子上裝有空間互差90 的的兩個繞組：勵磁繞組和控制繞組，其結(jié)構(gòu)如圖所兩個繞組：勵磁繞組和控制繞組，其結(jié)構(gòu)如圖所示。示。6 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 28

21、 通過相應(yīng)措施使通入兩個繞組的電流相位差通過相應(yīng)措施使通入兩個繞組的電流相位差接近接近90 , ,從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場。從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場。6 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 圖圖6-14 交流伺服電機(jī)的電氣原理交流伺服電機(jī)的電氣原理第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 296 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 交流伺服電動機(jī)的控制方式交流伺服電動機(jī)的控制方式（1 1）幅值控制）幅值控制圖圖6 6-16 -16 幅值控制幅值控制第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 306 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 圖圖6 6-1-16 6 交流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性交流伺服電動機(jī)

22、的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 316 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 交流伺服電動機(jī)的控制方式交流伺服電動機(jī)的控制方式（2 2）相位控制）相位控制圖圖6 6-18 -18 相位控制相位控制第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 326 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 交流伺服電動機(jī)的控制方式交流伺服電動機(jī)的控制方式（3 3）幅值）幅值- -相位控制相位控制圖圖6 6-19 -19 幅值幅值- -相位控制相位控制第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 336 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 34 交流伺服電機(jī)的輸出功率一般

23、為交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為0.1-100 W，電源頻率分電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣等多種。它的應(yīng)用很廣泛，如用泛，如用在各種自動控制、自動記錄等系統(tǒng)中。在各種自動控制、自動記錄等系統(tǒng)中。6 6.4 .4 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 356 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī) 步進(jìn)機(jī)將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。主要步進(jìn)機(jī)將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。主要要求：動作靈敏、準(zhǔn)確、重量輕、體積小、運(yùn)行可要求：動作靈敏、準(zhǔn)確、重量輕、體積小、運(yùn)行可靠、耗電少等?？?、耗電少等。第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 366 6.5 .5 步進(jìn)

24、電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)6 6.5.1 .5.1 結(jié)構(gòu)與基本工作原理結(jié)構(gòu)與基本工作原理機(jī)理：步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理，將脈沖信號機(jī)理：步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理，將脈沖信號 轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機(jī)。每來一個轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機(jī)。每來一個 電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機(jī)械移電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機(jī)械移 動一小段距離。動一小段距離。特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1)(1)來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。 (2) (2)控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速?？刂泼}沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 (3) (3)改變脈沖順序，改變方向。改變脈沖順序，改變方向。第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 37種

25、類種類： 根據(jù)勵磁式方式的不同分為：反應(yīng)式、永磁式和根據(jù)勵磁式方式的不同分為：反應(yīng)式、永磁式和混合式（又叫感應(yīng)子式）三種。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)混合式（又叫感應(yīng)子式）三種。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用較多。用較多。 下面以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)下面以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。構(gòu)和工作原理。6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 38化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。A 相通電，相通電，A 方向的磁方向的磁通經(jīng)

26、轉(zhuǎn)子形成閉合回路。通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁原有一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁A 相通電使轉(zhuǎn)子相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和齒和 AA 對齊。對齊。BACCBA32146 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)圖圖6 6-20 -20 （a a）三相反應(yīng)式步進(jìn)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)工作原理圖電動機(jī)工作原理圖第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 39同理，同理，B相通電，轉(zhuǎn)子相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和齒和B相軸線對齊，相軸線對齊，相對相對A相通電位置轉(zhuǎn)相通電位置轉(zhuǎn)30 ；4B213BACCA6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)圖圖

27、6 6-20 -20 （b b）三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)工作原理圖三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)工作原理圖第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 40BACCBA2143最后，最后，C相通電，轉(zhuǎn)子相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和齒和C相軸線對齊，相軸線對齊，相對相對B相通電比較，轉(zhuǎn)子再次轉(zhuǎn)動相通電比較，轉(zhuǎn)子再次轉(zhuǎn)動30 。6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)圖圖6 6-20 -20 （c c）三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)工作原理圖三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)工作原理圖第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 411 1 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 步進(jìn)機(jī)主要由兩部步進(jìn)機(jī)主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子。它們均。它們均由磁性材料由磁性材料構(gòu)成

28、，以三相為例其構(gòu)成，以三相為例其定子和轉(zhuǎn)子上分別有定子和轉(zhuǎn)子上分別有六個、四個磁極六個、四個磁極 。定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子繞組定子繞組6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 42 定子的六個磁定子的六個磁極上有控制繞組，極上有控制繞組，兩個相對的磁極兩個相對的磁極組成一相。組成一相。 注意：這里的注意：這里的相和交流電中的相和交流電中的“相相”的概念不的概念不同。步進(jìn)機(jī)通的同。步進(jìn)機(jī)通的是直流電脈沖，是直流電脈沖，這主要是指線圖這主要是指線圖的聯(lián)接和組數(shù)的的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。區(qū)別。ABC定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子IAIBIC6 6.5

29、 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)圖圖6 6-22 -22 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 432 2 工作方式工作方式 (以三相步進(jìn)電機(jī)為例以三相步進(jìn)電機(jī)為例)步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：為：三相單三拍、三相六拍、三相雙三拍等。三相單三拍、三相六拍、三相雙三拍等。一、三相單三拍一、三相單三拍三相繞組中的通電順序為：三相繞組中的通電順序為：A 相相 B 相相 C 相相通電順序也可以為：通電順序也可以為： A 相相 C 相相 B 相相 6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 44 這種工作方式，因三相

30、繞組中每次只有一相通電，這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。單三拍。三相單三拍的特點(diǎn)：三相單三拍的特點(diǎn)：（1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 30 。此角稱為。此角稱為步距角，用步距角，用 b表示。表示。（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 45通電順序：通電順序：AB CA 步進(jìn)電機(jī)單相單三拍的

31、工作方式總結(jié)步進(jìn)電機(jī)單相單三拍的工作方式總結(jié) 單三拍：每一次只有一相繞組通電，三次通電完單三拍：每一次只有一相繞組通電，三次通電完成一個循環(huán)。成一個循環(huán)。每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱步距角。每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱步距角。反轉(zhuǎn)通電順序：反轉(zhuǎn)通電順序：A C B A圖圖6 6-21 -21 步進(jìn)電機(jī)的三相單、雙六拍運(yùn)行方式步進(jìn)電機(jī)的三相單、雙六拍運(yùn)行方式6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 46二、三相六拍二、三相六拍三相繞組的通電順序為：三相繞組的通電順序為： AABBBCCCAA 共六拍。共六拍。工作過程：工作過程：A A相通電，轉(zhuǎn)子相通電，轉(zhuǎn)子1 1、3 3齒

32、和齒和A A 相對齊。相對齊。6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)BACCBA3214第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 47所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA 通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15。當(dāng)控制繞組當(dāng)控制繞組A相和相和B相同時通相同時通電，轉(zhuǎn)子電，轉(zhuǎn)子2，4齒受到反應(yīng)轉(zhuǎn)齒受到反應(yīng)轉(zhuǎn)矩作用使轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)矩作用使轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時動，同時1、3齒不再與齒不再與AA對齊，而是受到一個順時針對齊，而是受到一個順時針的轉(zhuǎn)矩作用，當(dāng)這兩個方向的轉(zhuǎn)矩作用，當(dāng)這兩個方向相反的轉(zhuǎn)矩大小相等使，轉(zhuǎn)相反的轉(zhuǎn)矩大小相等使，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動，如左圖所示。子

33、停止轉(zhuǎn)動，如左圖所示。6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)BACCBA3214第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 48總之，每個循環(huán)周期，有總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為三相六拍，步距角為15 。當(dāng)當(dāng)A相斷電，而保持相斷電，而保持 B相通電，轉(zhuǎn)子相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和齒和B相對齊，又轉(zhuǎn)相對齊，又轉(zhuǎn)了了15 。6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)4B213BACCA第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 49通電順序：通電順序：AAB B BC C CAA反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)通電順序：通電順序：ACA C BCBABA步進(jìn)電機(jī)三相六拍的步進(jìn)電機(jī)三相六

34、拍的工作方式總結(jié)工作方式總結(jié)6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)BACCBA3214A相通電相通電( (b) ) AB 相通電相通電15 BACCBA3214( (c) ) B 相通電相通電30 4B213BACCA第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 50三相繞組的通電順序為：三相繞組的通電順序為： AB BC CA AB 共三拍。共三拍。AB通電通電BC通電通電BACCBA21436 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)BACCBA3214第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 51以上三種工作方式，三相雙三拍和三相六拍較以上三種工作方式，三相雙三拍和三相六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。

35、三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。工作方式為三相雙三工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電拍時，每通入一個電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30 ，即，即 b = 30 。CA通電通電6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)BACCBA2143第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 52通電順序：通電順序：AB BC CA AB反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)通電順序：通電順序：AB CA BC AB每次有兩相繞組通電每次有兩相繞組通電步進(jìn)電機(jī)三相雙三拍的工作方式總結(jié)步進(jìn)電機(jī)三相雙三拍的工作方式總結(jié)工作方式為三相雙三工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電拍時，每通入一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)30 ，即即 b = 30 。6

36、6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 53 以上三種工作方式，三相雙三拍和三相六以上三種工作方式，三相雙三拍和三相六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。每個定子磁極下的轉(zhuǎn)子齒數(shù)不能為整數(shù)，而每個定子磁極下的轉(zhuǎn)子齒數(shù)不能為整數(shù)，而應(yīng)相差應(yīng)相差1/m步距角：步距角： b = 360ZrNZr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)；轉(zhuǎn)子齒數(shù)； N：循環(huán)的拍數(shù)。循環(huán)的拍數(shù)。齒距角齒距角： Zr 360 mkmpZr12其中，其中，m為相數(shù)，為相數(shù)，p為磁極為磁極對數(shù)，對數(shù)，k為整數(shù)為整數(shù)6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 5

37、4f：電脈沖的頻率電脈沖的頻率 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速36060bfn 步進(jìn)機(jī)通過一個電脈沖步進(jìn)機(jī)通過一個電脈沖,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為稱為步距角。步距角。N:一個周期的運(yùn)行拍數(shù)一個周期的運(yùn)行拍數(shù)Zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)轉(zhuǎn)子齒數(shù)NZrb360如：如：Zr=40 , N=3 時時3340360b步距角步距角6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 556.5.2運(yùn)行特性運(yùn)行特性 步進(jìn)電動機(jī)不改變通電情況的運(yùn)行狀態(tài)稱為靜步進(jìn)電動機(jī)不改變通電情況的運(yùn)行狀態(tài)稱為靜態(tài)運(yùn)行。電機(jī)定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線之間的夾角態(tài)運(yùn)行。電機(jī)定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線之間的夾角叫做失調(diào)角，用電角度表示。步進(jìn)電機(jī)

38、靜態(tài)運(yùn)行叫做失調(diào)角，用電角度表示。步進(jìn)電機(jī)靜態(tài)運(yùn)行時轉(zhuǎn)子受到的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)子受到的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩T T叫做靜轉(zhuǎn)矩，通常以叫做靜轉(zhuǎn)矩，通常以增增加的方向為正。步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩加的方向為正。步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩T與失調(diào)角與失調(diào)角之之間的關(guān)系間的關(guān)系T=f( () )叫做矩角特性。叫做矩角特性。6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī) 圖圖6 6-23 -23 步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 56 當(dāng)接入控制繞組的脈沖頻率較低，電機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)接入控制繞組的脈沖頻率較低，電機(jī)轉(zhuǎn)子完成一步之后，下一個脈沖才到來，電機(jī)呈現(xiàn)一完成一步之后，下一個脈沖才到來，電機(jī)呈現(xiàn)一轉(zhuǎn)一停

39、的狀態(tài)，故稱之為步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)。轉(zhuǎn)一停的狀態(tài)，故稱之為步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)。負(fù)載（負(fù)載（即空載）時步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)如即空載）時步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)如下圖所示。下圖所示。 6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī) 圖圖6 6-25 -25 步進(jìn)電動機(jī)空載運(yùn)行狀態(tài)步進(jìn)電動機(jī)空載運(yùn)行狀態(tài)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 576 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī) 上面是步進(jìn)電機(jī)空載步進(jìn)運(yùn)行時的情況，當(dāng)步進(jìn)上面是步進(jìn)電機(jī)空載步進(jìn)運(yùn)行時的情況，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶上負(fù)載運(yùn)行時情況有所不同。帶上負(fù)載電機(jī)帶上負(fù)載運(yùn)行時情況有所不同。帶上負(fù)載TL后，后，轉(zhuǎn)子每走一步不再停留在穩(wěn)定平衡點(diǎn)，而是停留在靜轉(zhuǎn)子每走一步不再停留在穩(wěn)定

40、平衡點(diǎn)，而是停留在靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的點(diǎn)上，如下圖，在等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的點(diǎn)上，如下圖，在a1、b1、c1處，處，T=TL，轉(zhuǎn)子停止不的不動。轉(zhuǎn)子停止不的不動。 LTT圖圖6 6-26 -26 步進(jìn)電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行狀步進(jìn)電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)態(tài)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 586.5.3驅(qū)動電源驅(qū)動電源 脈沖分配器：決定步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電順序脈沖分配器：決定步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電順序和電機(jī)轉(zhuǎn)速的電路。和電機(jī)轉(zhuǎn)速的電路。 功率放大器：分配器輸出的脈沖信號必須經(jīng)過功率放大器：分配器輸出的脈沖信號必須經(jīng)過功率放大，才能作為勵磁電流送到步進(jìn)電機(jī)定子繞功率放大，才能作為勵磁電流送到步進(jìn)電機(jī)定子繞組。組

41、。6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)圖圖6-28 步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路方框圖步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路方框圖第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 59步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用 主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運(yùn)行可靠。主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運(yùn)行可靠。如采用位置檢測和速度反饋，亦可實現(xiàn)閉環(huán)控制。如采用位置檢測和速度反饋，亦可實現(xiàn)閉環(huán)控制。步進(jìn)電動機(jī)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)步進(jìn)電動機(jī)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)控機(jī)床、計算機(jī)外圍設(shè)備、自動記模轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)控機(jī)床、計算機(jī)外圍設(shè)備、自動記錄儀、鐘表等之中，另外在工業(yè)自動化生產(chǎn)錄儀、鐘表等之中，另外在工業(yè)自動化生產(chǎn)線、印線、印

42、刷設(shè)備等中亦有應(yīng)用。刷設(shè)備等中亦有應(yīng)用。6 6.5 .5 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 606 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī) 6.6.1自整角機(jī)自整角機(jī) 自整角機(jī)在自動控制系統(tǒng)中用做角度的傳輸、自整角機(jī)在自動控制系統(tǒng)中用做角度的傳輸、指示或變換，通常將兩臺或多臺相同的自整角機(jī)組指示或變換，通常將兩臺或多臺相同的自整角機(jī)組合起來使用。自整角機(jī)有控制式和力矩式兩種，其合起來使用。自整角機(jī)有控制式和力矩式兩種，其用途不同。力矩式自整角機(jī)用做遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)角指示，用途不同。力矩式自整角機(jī)用做遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)角指示，控制式自整角機(jī)可以將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成電信號?？刂剖阶哉菣C(jī)可以將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)

43、換成電信號。 自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)分成定子和轉(zhuǎn)子兩大部分，接自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)分成定子和轉(zhuǎn)子兩大部分，接觸式自整角機(jī)結(jié)構(gòu)如圖下圖所示。觸式自整角機(jī)結(jié)構(gòu)如圖下圖所示。第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 616 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)1定子；2轉(zhuǎn)子；3阻尼繞組；4電刷；5接線柱；6滑環(huán) 力矩式自整角機(jī)的轉(zhuǎn)子力矩式自整角機(jī)的轉(zhuǎn)子多采用兩極的凸極結(jié)構(gòu)，對多采用兩極的凸極結(jié)構(gòu)，對頻率較高、規(guī)格較大的力矩頻率較高、規(guī)格較大的力矩式自整角機(jī)采用隱極結(jié)構(gòu)。式自整角機(jī)采用隱極結(jié)構(gòu)?？刂剖阶哉菣C(jī)的接收機(jī)轉(zhuǎn)控制式自整角機(jī)的接收機(jī)轉(zhuǎn)子采用隱極結(jié)構(gòu)。通常，定子采用隱極結(jié)構(gòu)。通常，定子鐵心槽內(nèi)嵌有接成星形的子鐵

44、心槽內(nèi)嵌有接成星形的三相對稱繞組，稱之為整步三相對稱繞組，稱之為整步繞組。轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌有單繞組。轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌有單相繞組，稱之為勵磁繞組。相繞組，稱之為勵磁繞組。勵磁繞組通過滑環(huán)和電刷裝勵磁繞組通過滑環(huán)和電刷裝置與外電路連接。置與外電路連接。圖圖6 6-29 -29 自整角機(jī)的基本結(jié)構(gòu)自整角機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 62 控制式自整角機(jī)的工作原理可以由左圖控制式自整角機(jī)的工作原理可以由左圖來說明。圖中由結(jié)構(gòu)、參數(shù)均相同的兩臺自來說明。圖中由結(jié)構(gòu)、參數(shù)均相同的兩臺自整角機(jī)構(gòu)成自整角機(jī)組。一臺用來發(fā)送轉(zhuǎn)角整角機(jī)構(gòu)成自整角機(jī)組。一臺用來發(fā)送轉(zhuǎn)角信號，它的勵磁繞組接到單相交流

45、電源上，信號，它的勵磁繞組接到單相交流電源上，稱為自整角發(fā)送機(jī)，用稱為自整角發(fā)送機(jī)，用ZKF表示。另一臺用表示。另一臺用來接收轉(zhuǎn)角信號并將轉(zhuǎn)角信號轉(zhuǎn)換成勵磁繞來接收轉(zhuǎn)角信號并將轉(zhuǎn)角信號轉(zhuǎn)換成勵磁繞組中的感應(yīng)電動勢輸出，稱之為自整角接收組中的感應(yīng)電動勢輸出，稱之為自整角接收機(jī)，用機(jī)，用ZKJ表示。兩臺自整角機(jī)定子中的整表示。兩臺自整角機(jī)定子中的整步繞組均接成星形，三對相序相同的相繞組步繞組均接成星形，三對相序相同的相繞組分別接成回路。分別接成回路。6 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)1 控制式自整角機(jī)的工作原理控制式自整角機(jī)的工作原理第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 63圖圖6 6-3

46、1 -31 控制式自整角機(jī)工作原理圖控制式自整角機(jī)工作原理圖 6 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 64 在自整角發(fā)送機(jī)的勵磁繞組中通入單相交流電流在自整角發(fā)送機(jī)的勵磁繞組中通入單相交流電流時，兩臺自整角機(jī)的氣隙中都將產(chǎn)生脈振磁場，其大時，兩臺自整角機(jī)的氣隙中都將產(chǎn)生脈振磁場，其大小隨時間按余弦規(guī)律變化。脈振磁場使自整角發(fā)送機(jī)小隨時間按余弦規(guī)律變化。脈振磁場使自整角發(fā)送機(jī)整步繞組的各相繞組生成時間上同相位的感應(yīng)電動勢整步繞組的各相繞組生成時間上同相位的感應(yīng)電動勢，電動勢的大小取決于整步繞組中各相繞組的軸線與，電動勢的大小取決于整步繞組中各相繞組的軸線與

47、勵磁繞組軸線之間的相對位置。當(dāng)整步繞組中的某一勵磁繞組軸線之間的相對位置。當(dāng)整步繞組中的某一相繞組軸線與勵磁繞組軸線重合時，該相繞組中的感相繞組軸線與勵磁繞組軸線重合時，該相繞組中的感應(yīng)電動勢為最大值，用應(yīng)電動勢為最大值，用EFm表示電動勢的最大值。表示電動勢的最大值。 6 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 65 設(shè)發(fā)送機(jī)整步繞組中的設(shè)發(fā)送機(jī)整步繞組中的A相繞組軸線與其對應(yīng)的相繞組軸線與其對應(yīng)的勵磁繞組軸線的夾角為勵磁繞組軸線的夾角為J，接收機(jī)整步繞組中的接收機(jī)整步繞組中的A相相繞組軸線與其對應(yīng)的勵磁繞組軸線的夾角為繞組軸線與其對應(yīng)的勵磁繞組軸線的夾角

48、為F ，如圖，如圖上圖所示。發(fā)送機(jī)整步繞組中各相繞組的感應(yīng)電動勢上圖所示。發(fā)送機(jī)整步繞組中各相繞組的感應(yīng)電動勢有效值為有效值為 FFmFAEEcos)120cos(FFmFBEE)240cos(FFmFCEE6 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 66 可以證明：接收機(jī)勵磁繞組的合成電動勢，即輸可以證明：接收機(jī)勵磁繞組的合成電動勢，即輸出電動勢出電動勢E0為為 式中式中E0m 最大輸出電動勢有效值最大輸出電動勢有效值 從上式看出，失調(diào)角從上式看出，失調(diào)角 =0 時，接收機(jī)的輸出電動時，接收機(jī)的輸出電動勢為最大而不是零，且與失調(diào)角勢為最大而不是零，且與失調(diào)

49、角 有余弦關(guān)系的輸出有余弦關(guān)系的輸出電動勢不能反映發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)方向，故很不實用電動勢不能反映發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)方向，故很不實用。實際的控制式自整角機(jī)是將接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組軸線與。實際的控制式自整角機(jī)是將接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組軸線與發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子繞組軸線垂直時的位置作為計算發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子繞組軸線垂直時的位置作為計算 F 的起始的起始位置。此時，輸出電動勢表示為位置。此時，輸出電動勢表示為 cos00mEE 6 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 67 由于接收機(jī)轉(zhuǎn)子不能轉(zhuǎn)動，即是恒定的。由于接收機(jī)轉(zhuǎn)子不能轉(zhuǎn)動，即是恒定的。 J控控制式自整角機(jī)的輸出電動勢的大小反映了發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)

50、制式自整角機(jī)的輸出電動勢的大小反映了發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角度，輸出電動勢的極性反映了發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角度，輸出電動勢的極性反映了發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)方向，從而實現(xiàn)了將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成電信號。子的偏轉(zhuǎn)方向，從而實現(xiàn)了將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成電信號。sin90cos000mmEEE6 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 682 2 力矩式自整角機(jī)的工作原理力矩式自整角機(jī)的工作原理 力矩式自整角機(jī)的工作原理可以由左圖來力矩式自整角機(jī)的工作原理可以由左圖來說明。圖中由結(jié)構(gòu)、參數(shù)均相同的兩臺自整角說明。圖中由結(jié)構(gòu)、參數(shù)均相同的兩臺自整角機(jī)構(gòu)成自整角機(jī)組，一臺用來發(fā)送轉(zhuǎn)角信號，機(jī)構(gòu)成自整角機(jī)

51、組，一臺用來發(fā)送轉(zhuǎn)角信號，稱自整角發(fā)送機(jī)，用稱自整角發(fā)送機(jī)，用ZLF表示；另一臺用來接表示；另一臺用來接收轉(zhuǎn)角信號，稱為自整角接收機(jī)，用收轉(zhuǎn)角信號，稱為自整角接收機(jī)，用ZLJ表示。表示。兩臺自整角機(jī)中的整步繞組均接成星形，三對兩臺自整角機(jī)中的整步繞組均接成星形，三對相序相同的相繞組分別連接成回路。兩臺自整相序相同的相繞組分別連接成回路。兩臺自整角機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵磁繞組接在同一個單相交流電角機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵磁繞組接在同一個單相交流電源上。源上。 6 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 69圖6-35 力矩式自整角機(jī)接線圖及磁動勢圖 6 6.6.6其他控制微電機(jī)其他

52、控制微電機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 70 在勵磁繞組中通入單相交流電流時，兩臺自整在勵磁繞組中通入單相交流電流時，兩臺自整角機(jī)的氣隙中都將生成脈振磁場，其大小隨時間按角機(jī)的氣隙中都將生成脈振磁場，其大小隨時間按余弦規(guī)律變化。脈振磁場使整步繞組的各相繞組生余弦規(guī)律變化。脈振磁場使整步繞組的各相繞組生成時間上同相位的感應(yīng)電動勢，電動勢的大小取決成時間上同相位的感應(yīng)電動勢，電動勢的大小取決于整步繞組中各相繞組的軸線與勵磁繞組軸線之間于整步繞組中各相繞組的軸線與勵磁繞組軸線之間的相對位置。當(dāng)整步繞組中的某一相繞組軸線與其的相對位置。當(dāng)整步繞組中的某一相繞組軸線與其對應(yīng)的勵磁繞組軸線重合時，

53、該相繞組中的感應(yīng)電對應(yīng)的勵磁繞組軸線重合時，該相繞組中的感應(yīng)電動勢為最大，用動勢為最大，用Em表示電動勢的最大值。表示電動勢的最大值。6 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 71 設(shè)發(fā)送機(jī)整步繞組中的設(shè)發(fā)送機(jī)整步繞組中的A相繞組軸線與其對應(yīng)相繞組軸線與其對應(yīng)的勵磁繞組軸線的夾角為的勵磁繞組軸線的夾角為 F ，接收機(jī)整步繞組中，接收機(jī)整步繞組中的的A相繞組軸線與其對應(yīng)的勵磁繞組軸線的夾角為相繞組軸線與其對應(yīng)的勵磁繞組軸線的夾角為 J ，如圖上圖所示。則整步繞組中各相繞組的感應(yīng)，如圖上圖所示。則整步繞組中各相繞組的感應(yīng)電動勢有效值如下。電動勢有效值如下。 6

54、 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 72 對發(fā)送機(jī)對發(fā)送機(jī) 對接收機(jī)對接收機(jī) 由于發(fā)送機(jī)與接收機(jī)各連接相的感應(yīng)電動勢在時由于發(fā)送機(jī)與接收機(jī)各連接相的感應(yīng)電動勢在時間上是同相位的，可得各相回路的合成電動勢為間上是同相位的，可得各相回路的合成電動勢為 式中式中 = F- J 為發(fā)送機(jī)、接收機(jī)偏轉(zhuǎn)角之差，稱為發(fā)送機(jī)、接收機(jī)偏轉(zhuǎn)角之差，稱為失調(diào)角為失調(diào)角FmFAEEcos)120cos(FmFBEE)240cos(FmFCEEJmJAEEcos)120cos(JmJBEE)240cos(JmJCEE)cos(cosFJmFAJAAEEEE2sin2sin2JF

55、mEFBJBBEEE2sin)1202sin(2JFmE2sin)2402sin(2JFmEFCJCCEEE6 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 73 當(dāng)當(dāng) J F ，即失調(diào)角，即失調(diào)角 0時，整步繞組中各相時，整步繞組中各相回路的合成電動勢不為零，使各相回路中產(chǎn)生均回路的合成電動勢不為零，使各相回路中產(chǎn)生均衡電流。設(shè)整步繞組中的各相阻抗為衡電流。設(shè)整步繞組中的各相阻抗為Z Z，則各相回則各相回路的均衡電流有效值為路的均衡電流有效值為 2sin2sin2JFmAAZEZEI2sin1202sin2JFmBBZEZEI2sin2402sin2JFmCCZ

56、EZEI6 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 74 由于由于 J F時，整步繞組各相回路中存在均衡電時，整步繞組各相回路中存在均衡電流，帶電的整步繞組在氣隙磁場的作用下產(chǎn)生電磁流，帶電的整步繞組在氣隙磁場的作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩作用于整步繞組而試圖使定子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩作用于整步繞組而試圖使定子旋轉(zhuǎn)。只要發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子就。只要發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子就會在接收機(jī)本身生成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下轉(zhuǎn)過一個相會在接收機(jī)本身生成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下轉(zhuǎn)過一個相同的角度，同的角度， J= F , , 從而實現(xiàn)了轉(zhuǎn)角遠(yuǎn)距離再現(xiàn)。從而實現(xiàn)

57、了轉(zhuǎn)角遠(yuǎn)距離再現(xiàn)。 6 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 75 實際上，由于存在摩擦轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩隨失實際上，由于存在摩擦轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩隨失調(diào)角減小而減小到等于或小于摩擦轉(zhuǎn)矩時，接收機(jī)調(diào)角減小而減小到等于或小于摩擦轉(zhuǎn)矩時，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子就停轉(zhuǎn)了，也就是說，均衡電流未下降到零的轉(zhuǎn)子就停轉(zhuǎn)了，也就是說，均衡電流未下降到零時接收機(jī)轉(zhuǎn)子就停轉(zhuǎn)了，說明接收機(jī)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角時接收機(jī)轉(zhuǎn)子就停轉(zhuǎn)了，說明接收機(jī)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角與發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角還有一定的偏差，即仍存在與發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角還有一定的偏差，即仍存在失調(diào)角，此時的失調(diào)角稱為靜態(tài)誤差角。靜態(tài)誤差失調(diào)角，此時的失調(diào)

58、角稱為靜態(tài)誤差角。靜態(tài)誤差角越小，力矩式自整角機(jī)的精度越高。角越小，力矩式自整角機(jī)的精度越高。 6 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī)第第6章章 控制電機(jī)控制電機(jī)Page 766 6.6.6其他控制微電機(jī)其他控制微電機(jī) 旋轉(zhuǎn)變壓器是自動裝置中較常用的精密控制旋轉(zhuǎn)變壓器是自動裝置中較常用的精密控制電機(jī)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組施加單相交流電電機(jī)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組施加單相交流電時，其轉(zhuǎn)子繞組輸出的電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦余時，其轉(zhuǎn)子繞組輸出的電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦余弦關(guān)系或線性關(guān)系等函數(shù)關(guān)系。旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)弦關(guān)系或線性關(guān)系等函數(shù)關(guān)系。旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)與繞線式異步電動機(jī)類似，其定子、轉(zhuǎn)子鐵芯通與繞線式異步電動機(jī)類似，其定子、轉(zhuǎn)子鐵芯通常采用高磁導(dǎo)率的鐵鎳硅鋼片沖疊而成，在定子常采用高磁導(dǎo)率的鐵鎳硅鋼片沖疊而成，在定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯上分別沖有均勻分布的槽，里邊鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯上分別沖有均勻分布的槽，里邊分別安裝有兩個在空間上互相垂直的繞組，通常分別安裝有兩個在空間上互相垂直的繞組，通常設(shè)計為設(shè)計為2 2極，轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)電刷和集電環(huán)引出。旋轉(zhuǎn)極，轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)電刷和集電環(huán)引出。旋轉(zhuǎn)變壓器的種類很多，其中正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，線變壓器的種類很多，其中正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，線形旋轉(zhuǎn)變壓器較為常用。形旋轉(zhuǎn)變壓器較為常用。 6 6.6.2 .6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器第第6章章 控制電機(jī)控制