电机与电气控制技术（第2版）课件 项目四 常用控制电机.ppt

电机与电气控制技术特种电机学习目标:项目四常用控制电机掌握伺服电动机、测速发电机、步进电机、机等控制电机的结构、性能和工作原理。了解控制电机在生产领域中的实际应用。结构、性能、用途或原理等与常规电机不同，且体积和输出功率较小的微型电机或特种精密电机，一般其外径不大于130mm。项目四常用控制电机定义：控制用特种电机驱动用特种电机分类：驱动各种机构、仪表以及家用电器等。在自动控制系统中传递、变换和执行控制信号的小功率电机任务1：伺服电动机案例1：数控机床伺服系统是以机床移动部件的机械位移为直接控制目标的自动控制系统，也称位置随动系统，它接收来自插补器的步进脉冲，经过变换放大后转化为机床工作台的位移。高性能的数控机床伺服系统还由检测元件反馈实际的输出位置状态，并由位置调节器构成位置闭环控制。伺服电动机外形图调速范围宽。机械特性和调节特性为线性。无“自转”现象。快速响应。在自动控制系统中，对伺服电动机的性能要求：交流伺服电动机直流伺服电动机分类：输出功率较大输出功率较小一、直流伺服电动机（一）结构结构和原理与普通直流电动机的结构和原理没有根本区别。电磁式直流伺服电动机永磁式直流伺服电动机按照励磁方式分类：不需要励磁绕组和励磁电源一般采用他励结构无槽电枢直流伺服电动机空心杯形转子直流伺服电动机按照转子结构分类：力能指标较低散热好、力能指标高、快速性好（二）控制方式电枢控制恒压励磁控制电压电枢控制中回路电感小，响应快，在自动控制系统中多采用电枢控制。UfUc（二）控制方式磁场控制恒压控制电压UCUf机械特性表达式:磁路一般不饱和，不考虑电枢反应，认为主磁通Φ大小不变。特性分析Tm2Tm1Tem机械特性调节特性始动电压线性度好，调整范围大，起动转矩大，效率高UC1UC2UC3电枢电流较大；电刷和换向器维护工作量大；接触电阻不稳定；电刷与换向器之间的火花有可能对控制系统产生干扰。缺点：始动电压越高，死区越大。负载越大，死区越大，伺服电机不灵敏，所以不可带太大负载。二、交流伺服电动机（一）结构非磁性空心杯形转子笼型转子结构形式:体积较大，气隙小，所需的励磁电流小，功率因数较高，电动机的机械强度大，但快速响应性能稍差，低速运行也不够平稳。转动惯量小且具有较大的电阻。响应快、运行平稳的优点，但结构复杂，气隙大，空载电流大，功率因数较低。二、交流伺服电动机（一）结构机壳外定子绕组外定子内定子转轴空心杯转子励磁绕组控制绕组空间相差90o电角度空心杯转子交流伺服电动机结构示意图（二）工作原理两个绕组共同作用在电动机内部产生了一个旋转磁场，使转子转动。“自转”当转子转动起来以后，断开起动绕组，电动机仍然能够转动。“自转”的消除：增加伺服电动机的转子电阻转子电阻较小（临界转差率Sm1）时的机械特性转子电阻较大（临界转差率Sm≥1）时的机械特性电磁转矩的方向与转速的方向相同，电动机仍然能够转动。电磁转矩的方向与转速的方向相反，电动机迅速停转。（三）控制方法改变加在控制绕组上的电压的大小和相位，能够改变电动机转速的大小和方向。1.幅值控制改变控制电压的幅值来控制电机的转速，而相位始终保持不变。UC=0，则转速为0，电动机停转.2.相位控制改变控制电压的相位,从而改变控制电流与励磁电流之间的相位角来控制电动机的转速。与之间的相位角为00时，则转速为0，电动机停转。3.幅相控制移相电容同时改变控制电压的幅值及与之间的相位角来控制电机的转速UC改变时，If也跟着改变任务2步进电动机案例3：步进电动机驱动数控机床分类：电脉冲信号转换成相应角位移的电动机，每当一个电脉冲加到步进电动机的控制绕组上时，它的轴就转动一定的角度，角位移量与电脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，又称为脉冲电动机。永磁式磁阻式（反应式）按励磁方式分类：混磁式单相两相三相多相一、模型结构示意图定子转子转子齿二、工作原理三相磁阻式步进电动机单三拍控制时的工作原理磁力线总是通过磁阻最小的路径闭合，转子受到磁阻转矩的作用U相控制绕组通电，V、W两相控制绕组不通电转子齿1和3与定子U相磁级轴线对齐，转子停止转动二、工作原理三相磁阻式步进电动机单三拍控制时的工作原理磁力线总是通过磁阻最小的路径闭合