邓钟星《机电传动控制》(第五版)控制电机.ppt

* 控制电机的主要作用不是进行能量转换，而是用来完成信息的传递和变换。 控制电机的主要特点： 具有良好的可控性 具有快速的响应能力 精确度要高，误差要小 控制电机在自动控制系统中的职能可分为测量元件、放大元件、执行元件和校正元件四类。 第五章 控制电动机 * * 伺服电动机（执行元件）是一种执行电动机，其功能是将电信号转换为轴上的转角或转速，以带动控制对象。 直流伺服电动机 交流伺服电动机 其最大特点是可控—— 由控制信号来控制伺服电动机的启动和停止； 改变控制电压的大小和相位即可改变伺服电动机的转速和转向。 伺服电动机 * * 5.2 直流伺服电动机 直流伺服电动机能将直流信号电压转换成转轴上的角位移或角速度，以完成一定的控制任务。 控制方式 电枢控制 磁场控制 电磁式 永磁式 主要类型 电磁式即为他励式，故直流伺服电动机的机械特性公式与他励直流电动机机械特性公式相同。 Uc—电枢控制电压； R— 电枢回路电阻； Φ— 每极磁通； Ke、Kt—电动机结构常数。 因而，可通过改变Uc和Φ进行调速，前者叫电枢控制，后者叫磁场控制。 电枢调速具有响应速度快、机械特性好、调速特性线性好的有点，而广泛应用。 * * 直流伺服电动机机械特性曲线 可见，在一定负载转矩下，当磁通不变时，如果降低电枢电压Uc，电动机的转速就会下降，当Uc=0时，电动机立即停止，无自转现象。 * * 直流伺服电动机 直流伺服的缺点：存在机械换向器和电刷，降低了电动机运行的可靠性，加重了维护成本，且功率难以做得很大。 * * 5.3 交流伺服电动机 5.3.1 交流伺服电动机的基本结构 其定子上放置了对称布置的三相绕组，转子为永磁体，故又称为稀土永磁电动机。 相当于将直流伺服的定子与转子位置进行了互换，省去了机械换向器与电刷，改之为电子换向器或逆变器。 交流伺服电动机按气隙磁场的分布方式可分为两类：一类是无刷直流电动机（BDCM），一类是永磁同步电动机（PMSM）。 5.3.2 无刷直流电动机 在无刷直流电动机的转子轴上装有转子位置检测器、测速发电机和光电脉冲编码器。转子位置检测器的输出信号控制电子换向器，实现对电动机的换向，即电子换向器中的晶体管的导通与截止由转子位置检测器的输出信号决定。测速发电机的输出信号用于速度反馈。而光电编码器的信号送入CNC装置，用于位置反馈。 无刷直流电动机的转子位置检测器 无刷直流电动机的工作原理 无刷直流电动机相当于三个换向片的直流电动机，只不过换向是由晶体管完成的，因此电枢绕组及变流器静止不动，而磁极旋转。 无刷直流电动机的工作原理 由原理可知，转子每转过60°电角度就有一只晶体管换流，为此，要求随着转子的旋转，使相应的晶体管周期性地导通或截止，才能使定子磁场和转子磁场保持同步，但这里的磁场是以“跳跃”方式旋转的。 5.3.3 正弦波永磁同步电动机 电机结构与无刷直流电动机的基本相同，但其气隙磁场是按正弦分布的。其转轴上安装有测速发电机，其输出信号用于速度反馈，在转子上装有转子位置检测器，可测转角位置。 其电磁转矩公式为： 由于电子绕组中有正弦反电动势及三相供电关系，公式可简化为： 其电磁力矩是平稳的。 5.4 力矩电动机 由于伺服电机的低速性能不好，因而经常需要减速使用。为此研制了低速、大力矩的电机。现在主要应用的是直流力矩电动机。 5.4.1 直流力矩电动机的结构特点 扁平状的直流伺服电动机。 * * *