第10章控制電機(jī)ppt課件

1、 伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。其功能是將輸伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。其功能是將輸入的電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上輸出的角位移和角入的電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上輸出的角位移和角速度，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。速度，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。 伺服電動(dòng)機(jī)可控性好，反響迅速。是自動(dòng)控伺服電動(dòng)機(jī)可控性好，反響迅速。是自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。 交流伺服電動(dòng)機(jī)就是一臺(tái)兩相交流異步電機(jī)。交流伺服電動(dòng)機(jī)就是一臺(tái)兩相交流異步電機(jī)。它的定子上裝有空間互差它的定子上裝有空間互差9090的兩個(gè)繞組：勵(lì)磁繞的兩個(gè)繞組：勵(lì)磁繞組和控制繞組，其構(gòu)造如下圖。組和控制繞組，其構(gòu)造如下圖。勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞

2、組控制繞組控制繞組杯形轉(zhuǎn)子杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)定子內(nèi)定子放放大大器器檢檢測(cè)測(cè)元元件件2U2I+U+控制繞組控制繞組勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組UCU1I1U+ 勵(lì)磁繞組串聯(lián)電容勵(lì)磁繞組串聯(lián)電容C , C , 是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 適中選擇電容的大小，可使通入兩個(gè)繞組的電流適中選擇電容的大小，可使通入兩個(gè)繞組的電流相位差接近相位差接近9090, ,從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 1UCU1I1U1I2I2UU放放大大器器檢檢測(cè)測(cè)元元件件2U2I+U+控制繞組控制繞組0.8 U20.6 U2on 交流伺服電機(jī)的輸出功率普通為交流伺服電機(jī)的輸出功率普通為0.1-100 W0.

3、1-100 W，電源頻率分電源頻率分50Hz50Hz、400Hz400Hz等多種。它的運(yùn)用很廣等多種。它的運(yùn)用很廣泛，如用在各種自動(dòng)控制、自動(dòng)記錄等系統(tǒng)中。泛，如用在各種自動(dòng)控制、自動(dòng)記錄等系統(tǒng)中。供電方式：他勵(lì)供電。勵(lì)磁繞組和電樞分別由兩供電方式：他勵(lì)供電。勵(lì)磁繞組和電樞分別由兩個(gè)獨(dú)立的電源供電。個(gè)獨(dú)立的電源供電。U1為勵(lì)磁電壓，為勵(lì)磁電壓，U2為電樞電壓為電樞電壓MU1I1I2U2U+直流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖直流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖 直流伺服電機(jī)的機(jī)直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性與他勵(lì)直流電機(jī)械特性與他勵(lì)直流電機(jī)一樣一樣，也可用下式一樣一樣，也可用下式表示表示TKKRKUnTEE2a2 機(jī)械特性曲線如

4、下圖。機(jī)械特性曲線如下圖。直流伺服電動(dòng)機(jī)的直流伺服電動(dòng)機(jī)的n=f(T)曲線曲線(U1=常數(shù)常數(shù))U20.8U20.6U20.4U2nTO 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。通常運(yùn)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置控運(yùn)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置控制等。制等。 直流伺服電機(jī)輸出功率普通為直流伺服電機(jī)輸出功率普通為1-600W1-600W。 測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種轉(zhuǎn)速丈量傳感器。在許多自動(dòng)控制系統(tǒng)中，它被用來(lái)丈量旋轉(zhuǎn)安裝的轉(zhuǎn)速，向控制電路提供與轉(zhuǎn)速大小成正比的信號(hào)電壓。測(cè)速發(fā)電機(jī)分為交流和直流兩種類型。測(cè)速發(fā)電機(jī)分為交流和直流兩種類型。 交流測(cè)

5、速發(fā)電機(jī)又分為同步式和異步式兩交流測(cè)速發(fā)電機(jī)又分為同步式和異步式兩種，這里只分析異步式交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的任務(wù)種，這里只分析異步式交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的任務(wù)原理。原理。 1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組輸出繞組輸出繞組 異步式交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的構(gòu)造與杯形轉(zhuǎn)子異步式交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的構(gòu)造與杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電機(jī)類似，它的定子上有兩個(gè)繞組，交流伺服電機(jī)類似，它的定子上有兩個(gè)繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組，一個(gè)是輸出繞組。一個(gè)是勵(lì)磁繞組，一個(gè)是輸出繞組。輸出輸出繞組繞組2U+勵(lì)磁勵(lì)磁繞組繞組1U1I1+ 任務(wù)時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組接交流電任務(wù)時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組接交流電源源U1U1，由，由 U1 U1 4.44 f1

6、N1 4.44 f1N11 1 可知：可知：11U 當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子切割子切割1 1產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)ErEr和轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子電流IrIr，它們的大小與它們的大小與1 1和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n n 成正比：成正比：nEI1rr 轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流 Ir也產(chǎn)生磁通也產(chǎn)生磁通r ，r 在輸出繞在輸出繞組中感應(yīng)出電壓組中感應(yīng)出電壓U2 ， U2的大小與的大小與r成正比：成正比：r2 U 綜合上述分析可知：綜合上述分析可知：nUnU112 當(dāng)當(dāng) U1U1恒定不變時(shí)，恒定不變時(shí)， U2U2與與n n 成正比，這樣，成正比，這樣，發(fā)電

7、機(jī)就把被測(cè)安裝的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電壓發(fā)電機(jī)就把被測(cè)安裝的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電壓信號(hào)，輸出給控制系統(tǒng)。信號(hào)，輸出給控制系統(tǒng)。 由于鐵心線圈電感的非線性影響，交流測(cè)由于鐵心線圈電感的非線性影響，交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓速發(fā)電機(jī)的輸出電壓 U2與與n 間存在著一定的非間存在著一定的非線性誤差，運(yùn)用時(shí)要留意加以修正。線性誤差，運(yùn)用時(shí)要留意加以修正。 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)分永磁式和他勵(lì)式兩種。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)分永磁式和他勵(lì)式兩種。兩種電機(jī)的電樞一樣，任務(wù)時(shí)電樞接負(fù)載電阻兩種電機(jī)的電樞一樣，任務(wù)時(shí)電樞接負(fù)載電阻RLRL。但永磁式的定子運(yùn)用永久磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，。但永磁式的定子運(yùn)用永久磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，因此沒(méi)有勵(lì)磁線圈；他勵(lì)

8、式的構(gòu)造與直流伺服因此沒(méi)有勵(lì)磁線圈；他勵(lì)式的構(gòu)造與直流伺服電機(jī)一樣，任務(wù)時(shí)勵(lì)磁繞組加直流電壓電機(jī)一樣，任務(wù)時(shí)勵(lì)磁繞組加直流電壓U1U1勵(lì)磁。勵(lì)磁。他勵(lì)式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)接線圖他勵(lì)式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)接線圖TGRLI2U2+Ra+EI1U1+ 當(dāng)被測(cè)安裝轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)被測(cè)安裝轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)電樞產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E E，其大小為：，其大小為：nKE E 發(fā)電機(jī)的輸出電壓為：發(fā)電機(jī)的輸出電壓為：2a2a2 IRnKIREUE 上式中代入：上式中代入：L22RUI 于是于是nRRKUEL2a1 可見(jiàn)，當(dāng)勵(lì)磁電壓可見(jiàn)，當(dāng)勵(lì)磁電壓U1U1堅(jiān)持恒定時(shí)堅(jiān)持恒定時(shí) 亦恒亦恒定，假設(shè)

9、定，假設(shè)RaRa、RLRL不變，那么輸出電壓不變，那么輸出電壓U2U2的大小與的大小與電樞轉(zhuǎn)速電樞轉(zhuǎn)速 n n 成正比。這樣，發(fā)電機(jī)就把被測(cè)裝成正比。這樣，發(fā)電機(jī)就把被測(cè)裝置的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電壓信號(hào)，輸出給控制置的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電壓信號(hào)，輸出給控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。0nU2RL2RL1RL=RL2RL1 值得留意的是，由于直流電機(jī)中存在著電值得留意的是，由于直流電機(jī)中存在著電樞反響景象，使得輸出電壓樞反響景象，使得輸出電壓U2與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n 有一定有一定的線性誤差。的線性誤差。 RL越小、越小、n 越大，誤差越大。因越大，誤差越大。因此，在運(yùn)用中應(yīng)使此，在運(yùn)用中應(yīng)使RL和和 n的大小符合直流測(cè)速

10、的大小符合直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的技術(shù)要求。發(fā)電機(jī)的技術(shù)要求。 步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵的作用原理，將步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵的作用原理，將脈沖脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機(jī)。每來(lái)一信號(hào)轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機(jī)。每來(lái)一個(gè)電脈個(gè)電脈沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，帶動(dòng)機(jī)械挪動(dòng)沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，帶動(dòng)機(jī)械挪動(dòng)一小段一小段間隔。間隔。 區(qū)別在于勵(lì)磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁線圈，區(qū)別在于勵(lì)磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁線圈，反響式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒(méi)有勵(lì)磁線圈。反響式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒(méi)有勵(lì)磁線圈。種類：勵(lì)磁式和反響式兩種。種類：勵(lì)磁式和反響式兩種。 下面以反響式步進(jìn)電機(jī)為例闡明步進(jìn)電機(jī)的下面以反響式步進(jìn)電機(jī)為例闡明步

11、進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造和任務(wù)原理。構(gòu)造和任務(wù)原理。ABCIAIBIC 定子內(nèi)圓周均勻分布著六個(gè)磁極，磁極上有勵(lì)磁繞組，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的繞組組成一相。轉(zhuǎn)子有四個(gè)齒。定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子CABBCA3412 A相繞組通電，B、C相不通電。由于在磁場(chǎng)作用下，轉(zhuǎn)子總是力圖旋轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，故在這種情況下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：1、3齒與A、A極對(duì)齊。CABBCA34121C342CABBA 按AB C A 的順序給三相繞組輪番通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。每一拍轉(zhuǎn)過(guò)30(步距角)，每個(gè)通電循環(huán)周期(3拍)轉(zhuǎn)過(guò)90(一個(gè)齒距角)。 按按A AAB AB B B BC BC C C CA CA的順序給三相的順序給三

12、相繞組輪番通電。這種方式可以獲得更準(zhǔn)確的控制繞組輪番通電。這種方式可以獲得更準(zhǔn)確的控制特性。特性。CABBCA3412CABBCA3412 A相通電，轉(zhuǎn)子相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒與齒與A、A 對(duì)齊。對(duì)齊。 A、B一樣時(shí)通電，一樣時(shí)通電，A、A 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)15，到達(dá)左圖，到達(dá)左圖所示位置。所示位置。CABBCA3412 B 相通電，轉(zhuǎn)子相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒與齒與B、B 對(duì)齊對(duì)齊,又轉(zhuǎn)又轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)15。3412CABBCA B、C一樣時(shí)通電，一樣時(shí)通電，C 、C 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子再

13、轉(zhuǎn)過(guò)齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)15。 三相反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循環(huán)周三相反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循環(huán)周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每個(gè)循，每個(gè)循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)15步距角，步距角，一個(gè)通電循環(huán)周期一個(gè)通電循環(huán)周期(6拍拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90 (齒距角齒距角)。 與單三拍相比，六拍驅(qū)動(dòng)方式的步進(jìn)角更與單三拍相比，六拍驅(qū)動(dòng)方式的步進(jìn)角更小，更適用于需求準(zhǔn)確定位的控制系統(tǒng)中。小，更適用于需求準(zhǔn)確定位的控制系統(tǒng)中。 按按AB AB BC BC CACA的順序給三相繞組輪番通的順序給三相繞組輪番通電。每拍有兩相繞組同時(shí)通電。電。每拍有兩相繞組同時(shí)通電。AB通電通電CABBCA3412BC通電通電3412CABBCACA通電通電CABBCA3412 與單三拍方式類似，雙三拍驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)通電循與單三拍方式類似，雙三拍驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)通電循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)30 (步距角步距角)，一個(gè)通電循環(huán)周期一個(gè)通電循環(huán)周期(3拍拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90(齒距角齒距角)。 從以上對(duì)步進(jìn)電機(jī)三種驅(qū)動(dòng)方式的分析可得步距角計(jì)算公式：mZr360 步距角步距角Zr 轉(zhuǎn)子齒數(shù)轉(zhuǎn)子齒數(shù)m 每個(gè)通電循環(huán)周期的拍數(shù)每個(gè)通電循環(huán)周期