西南交大电机与拖动基础7章.ppt

第7章 控制电机 摘要：本章主要介绍伺服电动机、步进电动机、测速发电机、自整角机、旋转变压器、感应同步器等控制电机的工作原理，运行特性、结构和应用。 控制电机具有体积小，功率小，通常在几百瓦以下等特点；而驱动微电机结构简单、体积小、功率也小，主要用来驱动各种轻型负载。 驱动微电机与控制电机合称为微控电机。 在普通旋转电机的基础上产生的各种控制电机与普通电机本质上并没有差别，只是着重点不同。普通旋转电机主要是进行能量变换，要求有较高的力能指标；而控制电机主要是对控制信号进行传递和变换，要求有较高的控制性能，如要求反应快，精度高，运行可靠等等。控制电机因其各种特殊的控制性能而常在自动控制系统中作为执行元件，检测元件和解算元件。 7.1 伺服电动机 7.1.1 直流伺服电动机 1.机械特性 2.调节特性 7.1.2 交流伺服电动机 1.工作原理 2.基本结构 (1)笼型转子 (2)非磁性空心杯转子 1)幅值控制 2)相位控制 (3)幅值-相位控制 7.2 步进电动机 7.2.1 工作原理 7.2.2 运行特性 1.静态运行状态 2.步进运行状态 3.连续运转状态 7.2.3 驱动电源 7.2.4 步进电机的应用 7.3 测速发电机 UZ=Cn 7.3.1 直流测速发电机 1.工作原理 2.误差分析 7.3.2 交流测速发电机 1. 交流异步测速发电机 (1)工作原理 E∝Φq∝Ir∝Er∝n (2)误差分析 1)非线性误差 2)剩余电压 3)相位误差 2.交流同步测速发电机 3.测速发电机的应用 7.4 自整角机 7.4.1 控制式自整角机 1.三相整步绕组的电势和电流 E=4.44 f N kNΦM 2.三相整步绕组磁势 3.整角变压器的输出电势 E2=Emcos(θ1-θ2)=Emcosθ 7.4.2 力矩式自整角机 7.4.3 自整角机的应用 7.5 旋转变压器 7.5.1 正余弦旋转变压器 1.正余弦旋转变压器的工作原理 2.正余弦旋转变压器的负载运行 (1)负载电流的影响 (2)负载运行的正余弦旋转变压器的补偿 7.5.2 线性旋转变压器 小结 1.伺服电动机分为直流和交流两类。直流伺服电动机就是一台小型他励直流电动机，分为电枢控制和励磁控制，常用电枢控制，其机械特性和调节特性都是线性的，其转速与控制电压成正比，但存在“死区”。 交流伺服电动机转子电阻必须较大，以消除自转现象，常用三种控制方法：幅值控制、相位控制和幅相控制。 2.步进电动机本质上是一种同步电动机，它能将脉冲信号转换为角位移，每输入一个电脉冲，步进电机就前进一步，其角位移与脉冲数成正比，能实现快速的起动、制动、反转，且有自锁的能力，只要不丢步，角位移不存在积累的情况。 3.测速发电机分为直流和交流两种。在恒定的磁场中，直流测速发电机输出的电压与转速成正比，产生误差的因素主要是电枢 反应、温度的变化、接触电阻，转速越高、负载电流越大，产生的非线性误差也越大。 4.自整角机主要有控制式和力矩式两种。控制式自整角机转轴不直接带动负载，而是将失调角转变为与失调角成正弦函数的电压输出，经放大后去控制伺服电动机，以带动从动轴旋转；而力矩式自整角机可直接带动不大的轴上负载，可以远距离传递角度。 交流测速发电机常用空心杯做转子。为了减小非线性误差，常用电阻较大的非磁性材料做转子；而制造和加工工艺不佳和材料不均引起的剩余电压误差，可用补偿电路进行有效地补偿。 5.旋转变压器是一种控制电机，也可看成是可旋转的变压器。旋转变压器按输出电压的不同分为正余弦旋转变压器和线性旋转 变压器。正余弦旋转变压器空载时，输出电压是转子转角的正余弦函数，带上负载后，输出电压发生畸变，可用定子补偿和转子补偿纠正畸变。对正余弦旋转变压器线路稍做改接，便可在一定的转角范围内得到输出电压与转角成正比的关系，此时便是一台线性旋转变压器。 图7.23 空心杯转子异步测速发电机原理图 (a) (b) 图7.24 剩余电压补偿原理图 图7.25 自整角机的基本结构 图7.26 自整角机定子转子结构形式 图7.27 控制式自整角机工作原理图 图7.28 控制式自整角机磁势关系图 图7.29 自整角变压器的输出特性 图7.30 力矩式自整角机接线图及磁势图 图7.31 直轴交轴磁场(磁势)间的电磁力 图7.32 自整角接收机磁势图 图7.33 静态整步转矩T与失调角的关系 图7.34 快速同步摄像系统示意图 图7.35 正余弦旋转变压器结构图 图7.36 正余弦旋转变压器的空载运行 图7.37 正余弦旋转变压器的负载运行 图7.38 二次侧补偿的正余弦旋转变压器 图7.39 一次侧、二次侧补偿的正余弦旋转变