第六章控制電機

會計學(xué)1第六章控制電機1、交流伺服電機

交流伺服電動機和直流伺服電動機。伺服電動機分類：

伺服電動機的作用是驅(qū)動控制對象。被控對象的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速受信號電壓控制，信號電壓的大小和極性改變時，電動機的轉(zhuǎn)動速度和方向也跟著變化。伺服電動機的作用第1頁/共25頁調(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，能實現(xiàn)迅速的啟動、停止。控制功率小，過載能力強，可靠性好。交流伺服電機的特點：第2頁/共25頁交流伺服電機的結(jié)構(gòu)

原理與兩相交流異步電機相同，定子上裝有兩個繞組—勵磁繞組和控制繞組。勵磁繞組和控制繞組在空間相隔90。第3頁/共25頁

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

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

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

工作時兩個繞組中產(chǎn)生的電流和的相位差近90°，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來?？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/共25頁消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施U2=0時，轉(zhuǎn)子應(yīng)該停止轉(zhuǎn)動。這時，雖然U2=0V，U1仍存在，成單相運行狀態(tài)，但和單相異步機不同。若單相電機啟動運行后，出現(xiàn)單相后仍轉(zhuǎn)。

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

當(dāng)U2=0V時，脈動磁場分成的正反向旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距T、T

的合成轉(zhuǎn)矩T與單相異步機不同。合成轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，所以電機在U2=0V時，能立即停止，體現(xiàn)了控制信號的作用(有控制電壓時轉(zhuǎn)動，無控制電壓時不轉(zhuǎn))，以免失控。交流伺服電機R2設(shè)計得較大，使Sm>1，Tst大，啟動迅速，穩(wěn)定運行范圍大。交流伺服電動機的T=f(s)曲線（U2=0時）s'T210s"T"T'T021反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)TOR2Tstn第10頁/共25頁特性和應(yīng)用交流伺服電動機的機械特性曲線(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，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，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。第11頁/共25頁

交流伺服電機的輸出功率一般為0.1-100W，電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣泛，如用在自動控制、溫度自動記錄等系統(tǒng)中。應(yīng)用第12頁/共25頁2、直流伺服電動機結(jié)構(gòu)：與直流電動機基本相同。為減小轉(zhuǎn)動慣量做得細長一些。工作原理：與直流電動機相同。供電方式：他勵。勵磁繞組和電樞由兩個獨立電源供電：MU1IfIaU2放大器UU1為勵磁電壓，U2為電樞電壓。第13頁/共25頁由機械特性可知：(1)U1（即磁通）不變時，一定的負載下，U2,n。(2)U2=0時，電機立即停轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)：電樞電壓的極性改變，電機反轉(zhuǎn)。直流伺服電機的機械特性公式與他勵直流電機一樣：機械特性曲線U20.8U20.6U20.4U2nT第14頁/共25頁

直流伺服電機的特性較交流伺服電機硬。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，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。應(yīng)用：第15頁/共25頁3、力矩電動機

力矩電動機就是一種能和負載直接連接產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，能帶動負載在堵轉(zhuǎn)或大大低于空載轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)的電動機。工作原理和普通伺服電動機相同，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0.00017r／min(即4天轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn))～25r／min。特點：第16頁/共25頁4、直線電動機

直線電動機是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運動的伺服驅(qū)動元件。按工作原理來分，可分為直線異步電動機、直線直流電動機和直線同步電動機三種。直線電動機與旋轉(zhuǎn)電動機在原理基本相同。結(jié)構(gòu)：第17頁/共25頁第18頁/共25頁工作原理

當(dāng)初級的多相繞組通入多相電流后，會產(chǎn)生一個氣隙磁場，這個磁場的磁感應(yīng)強度按通電的相序順序作直線移動，該磁場稱為行波磁場。這個速度稱之為同步線速。在行波磁場切割下，次級導(dǎo)條將產(chǎn)生感應(yīng)電勢相電流，所有導(dǎo)條的電流和氣隙磁場相互作用，產(chǎn)生切向電磁力。第19頁/共25頁特點優(yōu)點：(1)直線電動機無需中間傳動機構(gòu)，因而使整個機構(gòu)得到簡化，提高了精度，減少了振動和噪聲。(2)響應(yīng)快速。用直線電動機拖動時，由于不存在中間傳動機構(gòu)的慣量和阻力矩的影響，因而加速和減速時間短，可實現(xiàn)快速啟動和正反向運行。(3)散熱良好，額定值高，電流密度可取很大，對啟動的限制小。(4)裝配靈活性大，往往可將電動機和其他機體合成一體。缺點：直線電動機和旋轉(zhuǎn)電動機相比較，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。第20頁/共25頁6.5測速發(fā)電機測速發(fā)電機是一種微型發(fā)電機，它的作用是將轉(zhuǎn)速變?yōu)殡妷盒盘?。在理想狀態(tài)下，測速發(fā)電機的輸出電壓可以用下式表示：

測速發(fā)電機主要有兩種用途：

(1)測速發(fā)電機的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比，因而可以用來測量轉(zhuǎn)速．故稱為測速發(fā)電機；

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