《控制電機》PPT課件

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1、 直 流 電 動 機 、 異 步 電 動 機 等 都 是 作 為 動 力 使用 的 ， 其 主 要 任 務(wù) 是 能 量 轉(zhuǎn) 換 ， 例 如 將 電 能 轉(zhuǎn) 換為 機 械 能 。如 ： 伺 服 電 機 將 電 壓 信 號 轉(zhuǎn) 換 為 轉(zhuǎn) 矩 和 轉(zhuǎn) 速 ； 步 進 電 機 將 脈 沖 信 號 轉(zhuǎn) 換 為 角 位 移 或 線 位 移 。 控 制 電 機 的 主 要 功 能 是 轉(zhuǎn) 換 和 傳 遞 信 號 。 對 控 制 電 機 的 主 要 要 求 ： 動 作 靈 敏 、 準(zhǔn) 確 、重 量 輕 、 體 積 小 、 運 行 可 靠 、 耗 電 少 等 。 交 流 伺 服 電 動 機 和 直 流 伺 服

2、 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 l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) 。l轉(zhuǎn) 子 的 慣 性 小 ， 能 實 現(xiàn) 迅 速 的 啟 動 、 停止 。l控 制 功 率 小 ， 過 載 能 力 強 ， 可 靠 性 好 。

3、交 流 伺 服 電 機 的 特 點 ： 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。 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 。 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

4、 產(chǎn) 生 兩 相旋 轉(zhuǎn) 磁 場 。勵 磁 繞 組 的 接 線U CU1I 1U 放大器控 制 繞 組 的 接 線檢測元件控 制 信 號 2U2IU 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 U CU1 I1U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U CU1I 1U 放大器控 制 繞 組 的 接 線檢測元

5、件控 制 信 號 2U2IU 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 。 1I 2I 控 制 電 壓 與電 源 電 壓 兩者 頻 率 相 同 ， 相位 相 同 或 反 相 。2UU 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

6、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 R 2較 大 。 02 s121 ss 合 成 轉(zhuǎn) 矩 s01 s 22 s 21 s1T起 動 轉(zhuǎn) 矩為 零2T正 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 反 stT TO n0n R2Tst n maxTLT單 相 異 步 電 動 機 交 流 伺 服 電 動 機 的T=f(s)曲 線 （ U2=0時 ） sT 210 sTTT 02 1 反 轉(zhuǎn)正 轉(zhuǎn) 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

7、 。 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 R 2設(shè) 計 得 較 大 ，使 Sm1， 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 ） sT 210 sTTT 02 1 反 轉(zhuǎn)正 轉(zhuǎn) stT TO n0n R2Tst n maxTLT 特 性 和 應(yīng) 用 交 流 伺 服 電 動 機 的

8、 機 械 特 性 曲 線 ( U1=const )n T U20.8 U20.6 U20.4 U2 Tn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 。 交 流 伺 服 電 機 的 輸 出 功 率 一 般 為 0.1-100 W，電 源 頻 率 分 50H z、 400H z等 多 種 。 它 的 應(yīng) 用 很 廣泛 ， 如 用 在 自 動 控 制

9、、 溫 度 自 動 記 錄 等 系 統(tǒng) 中 。應(yīng) 用 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(xì) 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 ：M U1IfIaU2放大器UU 1為 勵 磁 電 壓 ， U2為 電 樞 電 壓 。 由 機 械 特 性 可 知 ：(1)U1（ 即 磁 通 ） 不 變 時 ， 一 定 的 負(fù) 載 下 ， U2,n。(2)U2=0時 ， 電 機 立 即 停 轉(zhuǎn) 。反 轉(zhuǎn)

10、： 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 ： TKK RKUn TE aE 22 機 械 特 性 曲 線U20.8U20.6U20.4U2n T 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 ： 力 矩 電 動 機 就 是 一 種 能 和 負(fù) 載 直 接 連 接 產(chǎn) 生 較 大轉(zhuǎn) 矩

11、 ， 能 帶 動 負(fù) 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 0.00017rmin(即 4天 轉(zhuǎn) 一 轉(zhuǎn) ) 25r min。特 點 ： 4、 直 線 電 動 機 直 線 電 動

12、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) ： 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

13、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 。 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

14、 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 。 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 為 電壓 信 號 。在 理 想 狀 態(tài) 下

15、， 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 。dtdo KKKnU 異 步 (交 流 )測 速 發(fā) 電 機異 步 測 速 發(fā) 電 機 的 結(jié) 構(gòu) 和 空 心 杯 形 轉(zhuǎn) 子 伺 服 電 動 機 相 似 。WF： 勵 磁 繞 組 、 WC： 工 作 繞 組 (又 稱 輸 出 繞 組 )， 相 差 90度 。 直 流 測 速 發(fā) 電 機直 流 測 速 發(fā) 電 機 是 一 種 用 來 測 量 轉(zhuǎn) 速 的 小 型 他 勵 直 流 發(fā) 電 機 。空 載 時 ， 電 摳 兩 端 電 壓 nCEU ea 0有 負(fù) 載 時 aaa RIEU