电机与拖动 教学课件 ppt 作者 刘玫 孙雨萍 电机与拖动第8章
76页1、第8章 控制电机,8.1伺服电动机 8.2 测速发电机 8.3 无刷直流电动机 8.4 步进电动机 8.5 自整角机 8.6旋转变压器 8.7直线电动机,8.1伺服电动机,8.1.1 直流伺服电动机,直流伺服电动机的基本结构与普通小型直流电动机相同,直流伺服电动机的基本工作原理与普通直流电动机相同。 直流伺服电动机按照控制方式的不同分磁场控制和电枢控制两种。,1. 电枢控制直流伺服电动机的工作特性,图8-1 电枢控制原理图,直流伺服电动机的特性主要指机械特性和调节特性。,根据直流电动机的机械特性方程式,8.1伺服电动机,图8-2不同控制电压下的机械特性,得机械特性为一直线,n0 -理想空载转速 Tk-堵转转矩 -直线斜率,图8-3 不同负载时的调节特性,由下式,得调节特性,8.1伺服电动机,2. 磁场控制直流伺服电动机的工作特性,磁场控制是指在电枢绕组加恒定电压,而励磁回路加控制电压信号,尽管磁场控制也可达到改变控制电压来改变转速的大小和旋转方向的目的,但因随着控制信号减弱其机械特性变软,而调节特性为非线性的,故这种控制方式很少采用。,由以上分析可见电枢控制时直流伺服电动机的机械特性和
2、调节特性均为线性,这种线性特性是理想的特性曲线可实现高精度控制。,8.1伺服电动机,8.1.2 交流伺服电动机,交流伺服电动机的基本结构和普通异步电动机相似,常用的转子结构有两种,笼型转子和非磁性空心杯转子。定子一般为两相绕组,它们在空间相差90电角度。其中一相绕组为励磁绕组,运行时接至电压为的交流电源上;另一相则为控制绕组,施加与同频率、大小或相位可调的控制电压,通过改变的大小或相位控制伺服电动机的起、停及运行转速。,1.交流伺服电动机的工作原理,图8-4交流伺服电动机原理图,若控制电压 为零,则电机气隙内的磁场为脉振磁场,电机无起动转矩,转子不转;若有控制信号加在控制绕组上,且控制绕组中流过的电流与励磁绕组中流过的电流不同相位,则在气隙内建立一旋转磁场电机具有起动转矩,转子就可转动。,8.1伺服电动机,(b),(a) (b),(c),图8-5自转现象与转子电阻的关系,如消除了“自转”现象电机就能达到可控目的。为了实现无“自转”现象,由单相异步电动机的工作原理可知电机必须具有足够大的转子电阻。,8.1伺服电动机,2.交流伺服电动机的控制方式,交流伺服电动机的控制方式有三种:(1)幅值
3、控制; (2)相位控制; (3)幅值-相位控制。,(1)幅值控制时的特性,(a)原理接线图 (b)电压相量图,图8-6幅值控制,控制电压 的相位不变仅改变控制电压幅值来改变电机的转速,8.1伺服电动机,图8-7 幅值控制时的机械特性 图8-8 幅值控制时的调节特性,通常将控制电压Uc与归算到控制绕组的电源电压U1之比e称为幅值控制时的有效信号系数,即有,当改变控制电压时,有效信号系数相应改变,取e=1、0.75、0.5、0.25时的一组机械特性和调节特性曲线,8.1伺服电动机,(2)相位控制时的特性,控制电压 的大小不变仅改变控制电压的相位,(a)原理电路图; (b)电压相量图,图8-9相位控制,8.1伺服电动机,图8-10相位控制时的机械特性 图8-11相位控制时的调节特性,当改变控制电压相位时,有效信号系数相应改变,得到一组相位控制的 机械特性和调节特性,8.1伺服电动机,(3)幅值-相位控制时的特性,图8-12 幅值-相位控制,这种控制方式一般是在励磁绕组串联电容Ca进行分相,8.1伺服电动机,图8-13 幅值-相位控制时的机械特性 图8-14幅值-相位控制时的调节特性,这种控制
4、方式简单方便不需要移相装置,利用串联电容就能在单相交流电源上获得控制电压和励磁电压的分相,是实际应用中最常见的一种控制方式。,8.1伺服电动机,8.1.3交流伺服电动机与直流伺服电动机的性能比较,1、机械特性和调节特性 直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是线性的,且在不同控制电压下机械特性是平行的,斜率不变。而交流伺服电动机的机械特性和调节特性都是非线性的,这种非线性特性将影响系统的动态精度。 2、“自转”现象 交流伺服电动机可能 出现“自转”现象,而直流不存在“自转”问题。 3、体积、重量和效率 交流伺服电动机的转子电阻很大,因此其损耗大、效率低。它只适用于小功率系统,对于功率较大的控制系统则多地采用直流伺服电动机。 4、结构、运行可靠性及对系统的干扰等 直流伺服电动机结构复杂,而且维护比较麻烦;存在换向火花问题,会对其它仪器和无线电通讯等产生干扰。 交流伺服电动机结构简单,运行可靠,维护方便,使用寿命长,特别适宜于在不易检修的场合使用。,8.2测速发电机,测速发电机是一种把转子转速转换为电压信号的机电式元件。它的输出电压与转速成正比关系,即,按励磁方式不同,直流测速发电机可分为电
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