第六章控制電機(jī)

會(huì)計(jì)學(xué)1第六章控制電機(jī)1、交流伺服電機(jī)

交流伺服電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)機(jī)。伺服電動(dòng)機(jī)分類：

伺服電動(dòng)機(jī)的作用是驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。被控對(duì)象的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速受信號(hào)電壓控制，信號(hào)電壓的大小和極性改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向也跟著變化。伺服電動(dòng)機(jī)的作用第1頁(yè)/共25頁(yè)調(diào)速范圍寬廣，轉(zhuǎn)速能隨著控制電壓的改變，在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)子的慣性小，能實(shí)現(xiàn)迅速的啟動(dòng)、停止?？刂乒β市?，過(guò)載能力強(qiáng)，可靠性好。交流伺服電機(jī)的特點(diǎn)：第2頁(yè)/共25頁(yè)交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)

原理與兩相交流異步電機(jī)相同，定子上裝有兩個(gè)繞組—?jiǎng)?lì)磁繞組和控制繞組。勵(lì)磁繞組和控制繞組在空間相隔90。第3頁(yè)/共25頁(yè)

兩相交流伺服電動(dòng)機(jī):鼠籠轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子。鼠籠轉(zhuǎn)子和三相鼠籠式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相似，杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示。第4頁(yè)/共25頁(yè)交流伺服電機(jī)的工作原理

勵(lì)磁繞組中串聯(lián)電容C的目的是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。勵(lì)磁繞組的接線放大器控制繞組的接線檢測(cè)元件控制信號(hào)第5頁(yè)/共25頁(yè)

適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個(gè)繞組的電流相位差接近90，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。1例：選擇電容，可使交流伺服電機(jī)電路中的電壓電流的相量關(guān)系如圖所示。勵(lì)磁繞組的接線第6頁(yè)/共25頁(yè)放大器控制繞組的接線檢測(cè)元件控制信號(hào)

工作時(shí)兩個(gè)繞組中產(chǎn)生的電流和的相位差近90°，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)?？刂齐妷号c電源電壓兩者頻率相同，相位相同或反相。第7頁(yè)/共25頁(yè)消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施U2=0時(shí)，轉(zhuǎn)子應(yīng)該停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)，雖然U2=0V，U1仍存在，成單相運(yùn)行狀態(tài)，但和單相異步機(jī)不同。若單相電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后，出現(xiàn)單相后仍轉(zhuǎn)。

伺服電機(jī)不同，單相電壓時(shí)設(shè)備不能轉(zhuǎn)。原因：交流伺服電機(jī)R2較大。第8頁(yè)/共25頁(yè)合成轉(zhuǎn)矩(正向)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零(反向)正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反TOR2Tstn單相異步電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)的T=f(s)曲線（U2=0時(shí)）s'T210s"T"T'T021反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)第9頁(yè)/共25頁(yè)

當(dāng)U2=0V時(shí)，脈動(dòng)磁場(chǎng)分成的正反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距T、T

的合成轉(zhuǎn)矩T與單相異步機(jī)不同。合成轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，所以電機(jī)在U2=0V時(shí)，能立即停止，體現(xiàn)了控制信號(hào)的作用(有控制電壓時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)控制電壓時(shí)不轉(zhuǎn))，以免失控。交流伺服電機(jī)R2設(shè)計(jì)得較大，使Sm>1，Tst大，啟動(dòng)迅速，穩(wěn)定運(yùn)行范圍大。交流伺服電動(dòng)機(jī)的T=f(s)曲線（U2=0時(shí)）s'T210s"T"T'T021反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)TOR2Tstn第10頁(yè)/共25頁(yè)特性和應(yīng)用交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線(U1=const

)nTU20.8U20.6U20.4U2Tn三種控制方法：幅值控制、相位控制、幅值－相位控制。幅值控制：控制電壓U2

大小變化時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速與電壓U2

成正比。U2

的極性改變時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。第11頁(yè)/共25頁(yè)

交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為0.1-100W，電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣泛，如用在自動(dòng)控制、溫度自動(dòng)記錄等系統(tǒng)中。應(yīng)用第12頁(yè)/共25頁(yè)2、直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：與直流電動(dòng)機(jī)基本相同。為減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量做得細(xì)長(zhǎng)一些。工作原理：與直流電動(dòng)機(jī)相同。供電方式：他勵(lì)。勵(lì)磁繞組和電樞由兩個(gè)獨(dú)立電源供電：MU1IfIaU2放大器UU1為勵(lì)磁電壓，U2為電樞電壓。第13頁(yè)/共25頁(yè)由機(jī)械特性可知：(1)U1（即磁通）不變時(shí)，一定的負(fù)載下，U2,n。(2)U2=0時(shí)，電機(jī)立即停轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)：電樞電壓的極性改變，電機(jī)反轉(zhuǎn)。直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性公式與他勵(lì)直流電機(jī)一樣：機(jī)械特性曲線U20.8U20.6U20.4U2nT第14頁(yè)/共25頁(yè)

直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。經(jīng)常用在功率稍大的系統(tǒng)中，它的輸出功率一般為1-600W。它的用途很多，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置控制等。應(yīng)用：第15頁(yè)/共25頁(yè)3、力矩電動(dòng)機(jī)

力矩電動(dòng)機(jī)就是一種能和負(fù)載直接連接產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，能帶動(dòng)負(fù)載在堵轉(zhuǎn)或大大低于空載轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。工作原理和普通伺服電動(dòng)機(jī)相同，只是在結(jié)構(gòu)和外形尺寸上有所不同。為了能在相同體積和電樞電壓的前提下，產(chǎn)生比較大的轉(zhuǎn)矩及較低的轉(zhuǎn)速，一般都做成扁平狀。力矩大、精度高、反應(yīng)速度快、線性度好。調(diào)速范圍可達(dá)0.00017r／min(即4天轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn))～25r／min。特點(diǎn)：第16頁(yè)/共25頁(yè)4、直線電動(dòng)機(jī)

直線電動(dòng)機(jī)是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)元件。按工作原理來(lái)分，可分為直線異步電動(dòng)機(jī)、直線直流電動(dòng)機(jī)和直線同步電動(dòng)機(jī)三種。直線電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在原理基本相同。結(jié)構(gòu)：第17頁(yè)/共25頁(yè)第18頁(yè)/共25頁(yè)工作原理

當(dāng)初級(jí)的多相繞組通入多相電流后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按通電的相序順序作直線移動(dòng)，該磁場(chǎng)稱為行波磁場(chǎng)。這個(gè)速度稱之為同步線速。在行波磁場(chǎng)切割下，次級(jí)導(dǎo)條將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)相電流，所有導(dǎo)條的電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生切向電磁力。第19頁(yè)/共25頁(yè)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1)直線電動(dòng)機(jī)無(wú)需中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而使整個(gè)機(jī)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，提高了精度，減少了振動(dòng)和噪聲。(2)響應(yīng)快速。用直線電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)，由于不存在中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣量和阻力矩的影響，因而加速和減速時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和正反向運(yùn)行。(3)散熱良好，額定值高，電流密度可取很大，對(duì)啟動(dòng)的限制小。(4)裝配靈活性大，往往可將電動(dòng)機(jī)和其他機(jī)體合成一體。缺點(diǎn)：直線電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相比較，它存在著效率和功率因數(shù)低、電源功率大及低速性能差等缺點(diǎn)。第20頁(yè)/共25頁(yè)6.5測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種微型發(fā)電機(jī)，它的作用是將轉(zhuǎn)速變?yōu)殡妷盒盘?hào)。在理想狀態(tài)下，測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓可以用下式表示：

測(cè)速發(fā)電機(jī)主要有兩種用途：

(1)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比，因而可以用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速．故稱為測(cè)速發(fā)電機(jī)；

(2)如果以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度為參數(shù)變量，則可作為機(jī)電微分、積分器。測(cè)速發(fā)電機(jī)廣泛用于速度和位置控制系統(tǒng)中。第21頁(yè)/共25頁(yè)異步(交流