控制電機課件

控制電機

特點：動作靈敏、精度高、體積較小。主要是應用于自動控制系統(tǒng)中的一些執(zhí)行元件。它們功率一般不大，完成控制信號的傳遞和變換。§6.1交流伺服電機

§6.1交流伺服電機伺服（隨動）：隨控制信號而動（執(zhí)行）當有控制信號時

轉(zhuǎn)，信號大轉(zhuǎn)速上升當無控制信號時

停

§6.1交流伺服電機特點（與普通電機相比）1、調(diào)速范圍廣2、慣性小3、控制信號（功率）小

§6.1交流伺服電機§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構

§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構

一、定子：

與單相電容式的異步電機的結(jié)構相似有兩組相差90的繞組勵磁繞組FW加勵磁電源控制繞組CW加控制信號FW與CW的電流頻率相同但電源不同

§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構二、轉(zhuǎn)子：

籠型轉(zhuǎn)子：與異步相似空心杯型轉(zhuǎn)子：空心薄壁筒特點：慣量小細而長

§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構三、接線方式

FW（勵磁繞組）串電容后接勵磁電源CW（控制繞組）接控制信號 符號SM表示伺服電機FWCWUfSM～Uc

§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構§6.1.2工作原理§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構

§6.1.2工作原理與單相類似>當勵磁FW

接固定電壓后>控制CW

有信號時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)動起來§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構

§6.1.2工作原理要求：

對于普通單相電機啟動后是不會自己停下來的而伺服電機當CW沒有信號時應自動停止不轉(zhuǎn)這叫自轉(zhuǎn)現(xiàn)象需要消除它。§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構

§6.1.2工作原理§6.1.3自轉(zhuǎn)的消除措施

§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構§6.1.2工作原理

§6.1.3自轉(zhuǎn)的消除措施消除措施是想辦法在控制電壓Uc＝0時電機自己產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩

方法是增大轉(zhuǎn)子電阻R2由Sm=R2/X20知當R2↑Sm↑（即nm↓）當Sm>1時（即nm<0）特性見圖>這時，負方向也類似(S)nn0(0)T-1(1)0TT+

§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構§6.1.2工作原理

§6.1.3自轉(zhuǎn)的消除措施當Uc＝0單相運行時兩個方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的合力矩與轉(zhuǎn)動方向相反（即制動）當Uc≠0時加強了一個方向的旋轉(zhuǎn)磁場的強度使合力矩變成了與轉(zhuǎn)動方向相同的方向從而轉(zhuǎn)動起來Uc↑合力矩↑當Uc相位改變180度時，加強了另一個方向的旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。

§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構§6.1.2工作原理

§6.1.3自轉(zhuǎn)的消除措施所以: 1、交流伺服電機的籠型轉(zhuǎn)子采用電阻率很大的材料做（黃銅等）R2很大2、杯型轉(zhuǎn)子做成薄壁型（0.2-0.8mm）R2大慣量小

§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構§6.1.2工作原理

§6.1.3自轉(zhuǎn)的消除措施3、當Uc≠0時機械特性在Ⅰ,Ⅲ象限 當Uc＝0時機械特性在Ⅱ,Ⅳ象限

§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構§6.1.2工作原理

§6.1.3自轉(zhuǎn)的消除措施§6.1.4

特性應用

§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構§6.1.2工作原理

§6.1.3自轉(zhuǎn)的消除措施一、控制特性1．三種控制方法:UFWCWCSM～1、)幅值控制Uc的幅值變化2、)相位控制Uc與Uf的相差φ,當φ大時加強,φ在0-90度之間比較復雜3、)幅、相控制

§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構§6.1.2工作原理

§6.1.3自轉(zhuǎn)的消除措施§6.1.4特性應用§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構§6.1.2工作原理§6.1.3自轉(zhuǎn)的消除措施§6.1.4特性應用一、控制特性1、三種控制方法2．幅值控制的方法簡單方法如圖這時當Uc變化時特性曲線如圖UC↑§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構§6.1.2工作原理§6.1.3自轉(zhuǎn)的消除措施§6.1.4特性應用一、控制特性二、應用舉例：

種類勵磁方式產(chǎn)品型號機構特點性能特點適用范圍一般直流伺服電動機電磁或永磁SZ或SY與普通直流電動機相同，但電樞鐵心長度與直徑之比大一些，氣隙較小。具有下垂的機械和線性的調(diào)節(jié)特性，對控制信號的響應快速。一般直流伺服系統(tǒng)無槽電樞直流伺服電動機電磁或永磁SWC電樞鐵心為光滑圓柱體，電樞繞組用環(huán)氧樹脂粘在電樞鐵心表面，氣隙較大。具有一般直流伺服電動機的特點，而且轉(zhuǎn)動慣量和機電時間常數(shù)小，換向良好。需要快速動作、功率較大的直流伺服系統(tǒng)?？招谋坞姌兄绷魉欧妱訖C永磁SYK電樞繞組用環(huán)氧樹脂澆注成杯型，置于內(nèi)、外定子之間，內(nèi)、外定子分別用軟磁材料和永磁材料做成。具有一般直流伺服電動機的特點，且轉(zhuǎn)動慣量和機電時間常數(shù)小，低速運轉(zhuǎn)平滑，換向好。需要快速動作的直流伺服系統(tǒng)。印刷繞組直流伺服電動機永磁SN在圓盤形絕緣薄板上印制裸露的繞組構成電樞，磁極軸向安裝。轉(zhuǎn)動慣量小，機電時間常數(shù)小，低速運行性能好。低速和啟動、反轉(zhuǎn)頻繁的控制系統(tǒng)。無刷直流伺服電動機永磁SW由晶體管開關電路和位置傳感器代替電刷和換向器，轉(zhuǎn)子用永久磁鐵做成，電樞繞組在定子上，且做成多相式。既保持了一般直流伺服電動機的優(yōu)點，又克服了換向器和電刷帶來的缺點。壽命長，噪音低。要求噪音低、對無線電不產(chǎn)生干擾的控制系統(tǒng)。§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構§6.1.2工作原理§6.1.3自轉(zhuǎn)的消除措施§6.1.4特性應用一、控制特性二、應用舉例三、交流伺服電機功率比較小（0.1~100W）

但結(jié)構簡單§6.1交流伺服電機

§6.1.1兩相交流伺服電機的結(jié)構§6.1.2工作原理§6.1.3自轉(zhuǎn)的消除措施§6.1.4特性應用§6.2直流伺服電機

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機

當功率大的系統(tǒng)中（1-600W）用直流伺服電機§6.1交流伺服電機

§6.2直流伺服電機一、分類：電磁式永磁式§6.1交流伺服電機

§6.2直流伺服電機一、分類二、原理：

與普通直流相同只是轉(zhuǎn)子細長以減小轉(zhuǎn)動慣量（改善動態(tài)特性）因n=Uc/（Keφ）-R/（KeKmφ2）T

知當Uc=0時n=0（T為反抗轉(zhuǎn)矩）§6.1交流伺服電機

§6.2直流伺服電機一、分類二、原理三、控制：電樞控制：改變電樞電壓U

磁場控制：改變勵磁電流I§6.1交流伺服電機

§6.2直流伺服電機一、分類二、原理三、控制四、交、直流比較交流：結(jié)構簡單可靠功率小直流：特性硬、線性好、結(jié)構復雜（有換向器）

§6.1交流伺服電機

§6.2直流伺服電機§6.3

力矩電機

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機

§6.3力矩電機一般電機n

比較高（n小時不穩(wěn)定）當工作中n不高時，可用減速器，但復雜,動態(tài)不好力矩電機就是能輸出低速大扭矩的伺服電機

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機

§6.3力矩電機分類：

交流力矩電機

直流力矩電機異步力矩電機

同步力矩電機

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機

§6.3力矩電機§6.3.1永磁式直流力矩電動機的結(jié)構特點

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.3.1永磁式直流力矩電動機的結(jié)構特點1、扁平形狀

2、軸向短徑向長3、永磁勵磁

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.3.1永磁式直流力矩電動機的結(jié)構特點§6.3.2轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.3.1永磁式直流力矩電動機的結(jié)構特點

§6.3.2轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速一、轉(zhuǎn)矩當磁極中的B（磁感應強度）一定時單根導線受力大?。篎＝BIL＝BIaL

（L為繞組有效長度）電樞扭矩：

T=FND/2=((BIaNL)/2)D

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.3.1永磁式直流力矩電動機的結(jié)構特點

§6.3.2轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速一、轉(zhuǎn)矩T=FND/2=((BIaNL)/2)D當體積不變時由πD2L=C所以D↑L↓當耗銅量不變（導線總長度及直徑不變時）應L↓N↑NL不變所以T＝KD

既D↑時T扭矩增加

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.3.1永磁式直流力矩電動機的結(jié)構特點

§6.3.2轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速一、轉(zhuǎn)矩結(jié)論：相同體積和用銅量（材料用量）情況下D越大扭矩T↑

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.3.1永磁式直流力矩電動機的結(jié)構特點

§6.3.2轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速一、轉(zhuǎn)矩二、轉(zhuǎn)速由反電勢

ef=BLV

（V為切割線速度）V=πDn/60（周長和轉(zhuǎn)速）而電樞電壓平衡為：

U＝ef＋IaR

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.3.1永磁式直流力矩電動機的結(jié)構特點

§6.3.2轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速一、轉(zhuǎn)矩二、轉(zhuǎn)速當 T＝0時n=n0

Ia=0U＝ef=(1/2)BNLπDn0/60n0=(120/π)(Ua/NBLD)=K/D既當D↑時,n0↓

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.3.1永磁式直流力矩電動機的結(jié)構特點

§6.3.2轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速§6.3.3特點應用

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.3.1永磁式直流力矩電動機的結(jié)構特點

§6.3.2轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速§6.3.3特點應用

★適于低速大扭矩★堵轉(zhuǎn)時不易損壞（制造時）★精度高反應快★調(diào)速范圍寬

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.3.1永磁式直流力矩電動機的結(jié)構特點

§6.3.2轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速§6.3.3特點應用§6.4小功率同步電機

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.4小功率同步電機應用于小型而有恒速要求的裝置中如記錄紙，走紙機構、電唱機、錄音機（高級）結(jié)構：定子同異步轉(zhuǎn)子：無繞組

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.4小功率同步電機分類按轉(zhuǎn)子工作原理

永磁式（高速）

磁阻式（低速）

磁滯式

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.4小功率同步電機§6.4.1永磁式

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.4小功率同步電機

§6.4.1永磁式一、結(jié)構與大功率原理相同只是轉(zhuǎn)子用永久磁鐵來取代電磁勵磁

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.4小功率同步電機

§6.4.1永磁式一、結(jié)構二、啟動：與大功率一樣有籠型啟動繞組但這時由于有磁場會產(chǎn)生一定的制動轉(zhuǎn)矩所以啟動時負載小

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.4小功率同步電機

§6.4.1永磁式§6.4.2磁阻式減速同步電機

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.4小功率同步電機

§6.4.1永磁式§6.4.2磁阻式減速同步電機一、結(jié)構>定子：有內(nèi)齒Zd導磁材料制造有三相繞組>轉(zhuǎn)子：有外齒Zr導磁材料制造>齒數(shù):Zr>Zd且不為整數(shù)倍

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.4小功率同步電機

§6.4.1永磁式§6.4.2磁阻式減速同步電機一、結(jié)構二、工作原理

由于Zr>Zd

>當旋轉(zhuǎn)磁場在A點時，轉(zhuǎn)子與A對應磁阻最小

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§6.4小功率同步電機

§6.4.1永磁式§6.4.2磁阻式減速同步電機一、結(jié)構二、原理>當旋轉(zhuǎn)磁場在B點時，磁場轉(zhuǎn)過角2π/Zd轉(zhuǎn)子齒與定子B齒對齊（磁場的作用使磁阻最?。┺D(zhuǎn)過2π/Zd-2π/Zr=θ

§6.1交流伺服電機§6.2直流伺服電機§6.3力矩電機

§6.4小功率同步電機

§6.4.1永磁式§6.4.2磁阻式減速同步電機一、結(jié)構二、原理>旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之比n0/n=KR=(2