數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的運動驅(qū)動器單元

目錄·第六章

第六章控制電機

6.1交流伺服電動機

6.2直流伺服電動機

6.3力矩電動機

6.4小功率同步電動機

6.5測速發(fā)電機

6.6自整角機

6.7直線電動機第六章控制電機

①了解機電傳動控制系統(tǒng)中一些常用控制電機基本結(jié)構(gòu)；

②掌握控制電機基本工作原理、主要運行特性及特點；

③了解控制電機的應(yīng)用場所，以便正確選用和使用它們。

掌握常用控制電動機基本工作原理，運行特性與特點。①交流伺服電動機“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象及消除該現(xiàn)象的原理；②自整角機的工作原理。重點難點基本要求第六章控制電機概述控制電機與普通電機比較：

控制電機與普通電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理大體相同；

普通電機的主要作用是進行能量轉(zhuǎn)換，

控制電機的主要作用是完成信息的傳遞和變換。對控制電機的基本要求:

①具有良好的可控性，即易于控制和調(diào)節(jié)；

②具有快速的響應(yīng)性能，即要有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和較小的轉(zhuǎn)動慣量；

③精確度要高，誤差要小。第六章控制電機交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)

是一種小型或微型兩相異步電動機。交流伺服電動機的原理

與電容分相式單相異步電動機相同。交流伺服電動機特點結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護簡便、轉(zhuǎn)動慣量小，廣泛用于功率較小的控制系統(tǒng)中。6.1交流伺服電動機交流伺服電動機的原理圖勵磁繞組控制繞組SM～第六章控制電機6.1交流伺服電動機

“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象如果交流伺服電動機參數(shù)與一般的單相異步電動機一樣，那么當控制信號消失時，電機轉(zhuǎn)速雖會下降些，但仍會繼續(xù)不停地轉(zhuǎn)動。這種失控現(xiàn)象稱為“自轉(zhuǎn)”。

“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的消除要求交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子電阻值設(shè)計得很大，使電機在失去控制信號而單相運行時，正轉(zhuǎn)矩或負轉(zhuǎn)矩的最大值均出現(xiàn)在sm＞1的地方。

交流伺服電動機的轉(zhuǎn)速控制方式①幅值控制②相位控制③幅相控制交流伺服電動機的機械特性第六章控制電機6.1交流伺服電動機“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的消除①勵磁和控制繞組通電②勵磁繞組通電①②轉(zhuǎn)子電阻設(shè)計得很大②運行繞組通電①運行和起動繞組通電普通單相電動機的機械特性第六章控制電機6.1交流伺服電動機幅值控制接線圖相位控制接線圖幅值-相位控制接線圖交流伺服電動機的轉(zhuǎn)速控制方式f－勵磁繞組k－控制繞組第六章控制電機6.1交流伺服電動機幅值控制接線圖交流伺服電動機幅值控制時的機械特性在一定的負載轉(zhuǎn)矩下，控制電壓Uk

大小變化時，轉(zhuǎn)速n與電壓Uk

成正比變化，Uk=0V時，能立即停止。Uk

的極性改變時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。Uk

＝U1＞U2＞U3

＞U4f－勵磁繞組k－控制繞組第六章控制電機6.2直流伺服電動機

直流伺服電動機是一種小型直流電機，它能將直流信號電壓轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸上的角位移或角速度，以完成一定的控制任務(wù)。

其控制方式有電樞控制和磁場控制兩種。直流伺服電動機啟動轉(zhuǎn)矩大、特性較硬且線性度好、調(diào)節(jié)范圍廣、體積小、效率高，因此一般用于功率較大的控制系統(tǒng)中。第六章控制電機6.2直流伺服電動機SM—勵磁電壓電樞電壓直流伺服電動機電樞控制時的機械特性勵磁電壓Uf

不變時，在一定的負載轉(zhuǎn)矩下，電樞電壓Uk

大小變化時，轉(zhuǎn)速n與電壓Uk

成正比變化，

Uk=0V時，能立即停止。

Uk

的極性改變時，電樞的轉(zhuǎn)向改變。

Uk

＝

U1＞U2＞U3

直流伺服電動機的原理圖第六章控制電機伺服電動機應(yīng)用舉例數(shù)控機床伺服系統(tǒng)組成第六章控制電機半閉環(huán)脈沖比較伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖閉環(huán)脈沖比較伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖數(shù)控機床的位置控制伺服電動機應(yīng)用舉例檢測驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)角度檢測運動部件實際位置第六章控制電機數(shù)控機床的位置控制伺服電動機應(yīng)用舉例半閉環(huán)脈沖比較伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖半閉環(huán)相位比較伺服系統(tǒng)框圖第六章控制電機閉環(huán)相位比較伺服系統(tǒng)框圖數(shù)控機床的位置控制伺服電動機應(yīng)用舉例半閉環(huán)相位比較伺服系統(tǒng)框圖第六章控制電機數(shù)控機床的位置控制伺服電動機應(yīng)用舉例半閉環(huán)相位比較伺服系統(tǒng)框圖半閉環(huán)幅值比較伺服系統(tǒng)框圖第六章控制電機閉環(huán)幅值比較伺服系統(tǒng)框圖數(shù)控機床的位置控制伺服電動機應(yīng)用舉例半閉環(huán)幅值比較伺服系統(tǒng)框圖第六章控制電機6.3力矩電動機

力矩電動機是一種能夠長期處于啟動(堵轉(zhuǎn))

狀態(tài)下工作的低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行電機。

直流力矩電動機的工作原理和直流伺服電動機相同，僅在結(jié)構(gòu)上有所區(qū)別，力矩電動機一般作成扁平形。

它主要采用永磁式電樞控制方式。

它反應(yīng)速度快、特性硬度大且線性度好、精度高，能在堵轉(zhuǎn)和低速下運行，特別適用于對速度和位置的控制精度要求很高的系統(tǒng)中。

它與高精度的檢測元件、放大元件和校正環(huán)節(jié)等組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其穩(wěn)定運行轉(zhuǎn)速低達每天轉(zhuǎn)1/4轉(zhuǎn)，調(diào)速范圍達幾萬至幾十萬，位置精度達到角度的秒級。

第六章控制電機6.3力矩電動機直流力矩電動機(a)分裝式(b)內(nèi)裝式第六章控制電機6.4小功率同步電動機

小功率同步電動機的定子與異步電動機基本相同，有三相或單相之分；轉(zhuǎn)子有永磁式、磁阻式和磁滯式之分；

工作原理與一般同步電動機基本相同；永磁式和磁阻式的啟動也常采用異步啟動法。永磁式的可用于高速或低速的自動裝置中，磁阻式電磁減速同步電動機常用于低速的場合，廣泛應(yīng)用于儀器儀表及無線電設(shè)備中。第六章控制電機6.5測速發(fā)電機

測速發(fā)電機是一種將轉(zhuǎn)速信號變換成電信號的元件，輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。在自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。交流測速發(fā)電機主要是異步測速發(fā)電機，它的結(jié)構(gòu)與交流伺服電動機基本相同，區(qū)別僅在于定子上有一個繞組是作為感應(yīng)電勢的輸出繞組；

直流測速發(fā)電機結(jié)構(gòu)和原理與普通直流發(fā)電機基本相同。交流異步測速發(fā)電機和直流測速發(fā)電機各有優(yōu)缺點，選用時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實際要求綜合考慮。

第六章控制電機6.6自整角機在自動控制系統(tǒng)中，常常需要指示位置和角度的數(shù)值，或者需要遠距離調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)的速度，或者需要某根軸隨著另外的與其無機械連接的軸同步轉(zhuǎn)動，這樣就出現(xiàn)了自整角機，即用來實現(xiàn)自動指示角度和同步傳輸角度的一類控制電機。自整角機是一種對角位移偏差具有自整步能力的控制電機。通常成對運行，一臺作為發(fā)送機，另一臺作為接收機。運行方式上可分為力矩式和控制式兩種。第六章控制電機6.6自整角機力矩式自整角機系統(tǒng)中，發(fā)送機和接收機的定子繞組用導(dǎo)線對接起來，轉(zhuǎn)子繞組接在同一交流電源上。

當發(fā)送機轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)某一角度時，其定子繞組輸出一個相應(yīng)的電壓，使接收機的轉(zhuǎn)子沿同一方向偏轉(zhuǎn)同一角度。當發(fā)送機的轉(zhuǎn)子以某一速度旋轉(zhuǎn)時，接收機的轉(zhuǎn)子也以同一速度跟隨旋轉(zhuǎn)，

使兩者的轉(zhuǎn)軸協(xié)調(diào)動作，始終保持同步偏轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。這種同步聯(lián)結(jié)系統(tǒng)有時亦稱為電軸系統(tǒng)，

它用來進行遠距離的信號傳輸和指示。

第六章控制電機力矩式自整角機接線圖6.6自整角機液位指示器示意圖1.浮子；2.自整角發(fā)電機；3.自整角接收機；4.平衡錘；5.滑輪第六章控制電機6.6自整角機控制式自整角機系統(tǒng)中，發(fā)送機和接收機的定子繞組用導(dǎo)線對接起來，發(fā)送機的轉(zhuǎn)子繞組接交流電源，而接收機的轉(zhuǎn)子繞組則作為信號輸出。將發(fā)送機軸上的轉(zhuǎn)角信號按一定的轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換成接收機轉(zhuǎn)子繞組上的電壓信號，通過放大器放大后，作為異步伺服電動機的控制信號控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，并在其帶動負載運動的同時，帶動接收機旋轉(zhuǎn)，直到負載準確到達發(fā)送機給定的位置為止。由于在此閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中加入了放大環(huán)節(jié)，所以精度較高。

第六章控制電機6.6自整角機控制式自整角機應(yīng)用實例圖1-發(fā)送機2-接收機(自整角變壓器)3-放大器；4-交流伺服電動機第六章控制電機6.7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)動部件，與普通直流電動機、異步電動機等的工作原理相同；

在結(jié)構(gòu)型式上一般把定子與轉(zhuǎn)子作成初級與次