06第六章控制用电机ppt课件.ppt

第六章第六章 控制用电机控制用电机§6—1§6—1．伺服电动机．伺服电动机§6—2§6—2．测速发电机．测速发电机§6—3§6—3．自整角机．自整角机§6—4§6—4．旋转变压器．旋转变压器§6—5§6—5．步进电动机．步进电动机第六章小结第六章小结学习第六章应该注意的点学习第六章应该注意的点第六章学习应注意的几个问题：第六章学习应注意的几个问题： 1.控制电机的特点和要求是什么控制电机的特点和要求是什么 ？？ 2.伺服电动机是怎么工作的？它与单相异步电动机有什么差异？伺服电动机是怎么工作的？它与单相异步电动机有什么差异？ 3.测速发电机的用途是什么？如何工作？测速发电机的用途是什么？如何工作？ 4.自整角机的结构如何？控制式和力矩式自整角机分别是怎样工自整角机的结构如何？控制式和力矩式自整角机分别是怎样工作的作的 ？整步绕组的电流是单相还是三相？？整步绕组的电流是单相还是三相？ 5.各种控制电机在什么场合使用？有什么特点？各种控制电机在什么场合使用？有什么特点？本章主要是原理性的概念不要求计算本章主要是原理性的概念不要求计算。

相对比较难的点：相对比较难的点： 1.交流伺服电机交流伺服电机“自转〞问题的克服；自转〞问题的克服；2.自整角机的工作原理自整角机的工作原理控制用电机：控制用电机： 用处：用处：—— 主要用于自动控制系统，检测、比较、放达和执行主要用于自动控制系统，检测、比较、放达和执行 要求：要求：—— 精度、灵敏度、稳定、可靠高，体小重轻，耗电少精度、灵敏度、稳定、可靠高，体小重轻，耗电少 特点：特点：—— 尺寸相对较大〔不饱和），电流密度小〔误差小），尺寸相对较大〔不饱和），电流密度小〔误差小），功率小〔不是以能量转换为主，而是以控制为主）功率小〔不是以能量转换为主，而是以控制为主）§6-1.§6-1.伺服电动机伺服电动机本节主要内容有两大部分：本节主要内容有两大部分： 交流伺服电动机：交流伺服电动机： 主要点：构造、特点，主要点：构造、特点，“自转〞现象自转〞现象的克服 直流伺服电动机：直流伺服电动机： 主要点：构造、特点主要点：构造、特点伺服电动机定义：伺服电动机定义： 伺服：伺服：—— 跟随〔执行用），输出信号跟随跟随〔执行用），输出信号跟随控制输入信号。

也叫执行电动机控制输入信号也叫执行电动机 控制系统根据对系统的检测、比较后按照一控制系统根据对系统的检测、比较后按照一定的控制规律进行调节，输出所需进行的调节定的控制规律进行调节，输出所需进行的调节信号就是通过伺服电动机实现的信号就是通过伺服电动机实现的 伺服电动机有交流、直流两种伺服电动机有交流、直流两种 伺服电动机的定义伺服电动机的定义q构造：构造：q 实质：两单相异步电动机〔与单相异步机相似）实质：两单相异步电动机〔与单相异步机相似）q 组成：定子〔励磁、控制绕组），转子〔细长形，组成：定子〔励磁、控制绕组），转子〔细长形，减小转动惯量）减小转动惯量） q 杯形转子：可看成无数导条组成的鼠笼转子杯形转子：可看成无数导条组成的鼠笼转子 纵纵横横剖剖面面图图系系统统的的组组成成 在单相异步电动机工作原理中，在单相异步电动机工作原理中，当起动结束后，单相电流产生的脉振当起动结束后，单相电流产生的脉振磁场仍然使电机产生电磁转矩如果磁场仍然使电机产生电磁转矩如果交流伺服电机工作时将控制绕组断电，交流伺服电机工作时将控制绕组断电，此时按伺服电机用途要求电机停止转此时按伺服电机用途要求电机停止转动，但若电机的结构与单相异步电动动，但若电机的结构与单相异步电动机完全相同时，伺服电机就不可能停机完全相同时，伺服电机就不可能停止转动，这就是所谓止转动，这就是所谓““自转〞问题。

自转〞问题 “自转〞问题自转〞问题单相异步电动单相异步电动机的机械特性机的机械特性单相则单相则“自转自转” 通过对机械特性的分析，当通过对机械特性的分析，当转子电阻足够大时，则转子电阻足够大时，则SmSm＞＞1 1此时，单相脉振磁场分解成两个此时，单相脉振磁场分解成两个旋转磁场，其中反向磁场产生的旋转磁场，其中反向磁场产生的电磁转矩比正向磁场产生的大，电磁转矩比正向磁场产生的大，因而，电机总的电磁转矩就为负因而，电机总的电磁转矩就为负值〔制动转矩），电机就能快速值〔制动转矩），电机就能快速停转 “自转〞问题的克服自转〞问题的克服Ø原理：原理：Ø 与普通直流电机完全相同与普通直流电机完全相同所不同的是电枢电阻大，机械特所不同的是电枢电阻大，机械特性软、线性〔电阻大，可弱磁起性软、线性〔电阻大，可弱磁起动、可直接起动）动、可直接起动）Ø控制方式：控制方式：Ø 1.电枢控制〔主要）；电枢控制〔主要）；2.磁磁极控制〔少用）极控制〔少用）直流伺服电动机的两直流伺服电动机的两种控制方式种控制方式直流伺服电动机的特点：直流伺服电动机的特点：∵∵电阻大，电阻大，∴∴机机械特性软。

与交流比较，特性是线性的械特性软与交流比较，特性是线性的交流与直流伺服电动机的特点：交流与直流伺服电动机的特点：交流：交流：—— 非线性〔由控制解决）；反应非线性〔由控制解决）；反应灵敏；体小；廉价；用广灵敏；体小；廉价；用广 直流：直流：—— 线性；滑动接触；火花干扰；线性；滑动接触；火花干扰；惯性大；体大；相对价高惯性大；体大；相对价高 伺服电机特点：伺服电机特点：⑴⑴. 反应迅速；反应迅速；⑵⑵. 精度高[ 第一节要点第一节要点 ] ：要求；结构原理〔交流：要求；结构原理〔交流“自转〞的自转〞的克服）；特点克服）；特点 机械特性机械特性§6-2.§6-2.测速发电机测速发电机本节主要内容有两大部分：本节主要内容有两大部分： 交流测速发电机：交流测速发电机： 主要点：测速原理〔转动才有电压），主要点：测速原理〔转动才有电压），构造、特点构造、特点 直流测速发电机：直流测速发电机： 主要点：测速原理〔主要点：测速原理〔n与与U的关系），的关系），构造、特点构造、特点测速发电机现在有被单片机系统取代的趋势测速发电机现在有被单片机系统取代的趋势 构造：构造： 原理：原理： 结构与交流伺服电动机相同，只是绕组结构与交流伺服电动机相同，只是绕组名称不同：名称不同：1. 1. 励磁绕组；励磁绕组；2. 2. 输出绕组。

输出绕组转子静止：转子静止： 励磁绕组产生的磁通在转子励磁绕组产生的磁通在转子绕组上感应电势，产生电流绕组上感应电势，产生电流转子磁势不与输出绕组交链，转子磁势不与输出绕组交链，所以，输出绕组不感应电势，所以，输出绕组不感应电势，即：输出电压为零，即：输出电压为零，U2=0转子正向转动：转子正向转动：转子反向转动：转子反向转动： 交流测速发电机的特点：简单交流测速发电机的特点：简单 、廉价、廉价 ，但精度较低，但精度较低 转子转动：转子绕组不仅有转子转动：转子绕组不仅有〔静止感应〕的变压器电势，还〔静止感应〕的变压器电势，还存在〔切割产生〕的电动机电势，存在〔切割产生〕的电动机电势，电动机电势产生电流和磁势与定电动机电势产生电流和磁势与定子的输出绕组交链，使输出子的输出绕组交链，使输出U2∝n U2∝n ；； 转子反转：电动机电势相位转子反转：电动机电势相位变反，输出绕组感应的电压，变反，输出绕组感应的电压，U2U2相位也变反相位也变反 转子转动后的情况转子转动后的情况电压反向电压反向 直流测速发电机结构：与普通直直流测速发电机结构：与普通直流发电机的结构相同。

不同点：磁路流发电机的结构相同不同点：磁路不饱和，电枢绕组电阻较大不饱和，电枢绕组电阻较大 原理：励磁绕组接电源，当转子转动时，电枢绕组原理：励磁绕组接电源，当转子转动时，电枢绕组感应电动势正比于转速，若测速发电机的输出绕组〔电感应电动势正比于转速，若测速发电机的输出绕组〔电枢〕接上负载，则发电机将向负载提供电压信号，输出枢〕接上负载，则发电机将向负载提供电压信号，输出电压电压U2U2与转速成正比〔磁路不饱和）与转速成正比〔磁路不饱和）特点：精度高，线性；但价格较贵特点：精度高，线性；但价格较贵 [ 第二节要点第二节要点 ] ：工作原理，了解误差原因及影响工作原理，了解误差原因及影响 §6-3.§6-3.自整角机自整角机本节主要内容有两大部分：本节主要内容有两大部分： 力矩式自整角机：力矩式自整角机： 主要点：工作原理〔如何跟随），构主要点：工作原理〔如何跟随），构造、特点造、特点 控制式自整角机：控制式自整角机： 主要点：工作原理〔输出什么）主要点：工作原理〔输出什么） ，构，构造、特点造、特点自整角机在船上主要用作舵角指示器、车钟等自整角机在船上主要用作舵角指示器、车钟等。

 自整角机又称为自整角机又称为““软轴〞或软轴〞或 “ “电轴电轴””，接收机跟，接收机跟随发送机转动主要有力矩式和控制式两种〔此外还随发送机转动主要有力矩式和控制式两种〔此外还有差动式）自整角机都是成对配合使用的有差动式）自整角机都是成对配合使用的构造：定子三相构造：定子三相( (整步整步) )绕组，转子单相绕组，转子单相( (励磁励磁) )绕组 协调位置：工作时两个转子都不受力〔或无输出协调位置：工作时两个转子都不受力〔或无输出〕所处的位置〕所处的位置 失调角：两个转子与协调位置相差的电角度失调角：两个转子与协调位置相差的电角度[注意注意] ：力矩式输出力矩；控：力矩式输出力矩；控制式输出包含相位的电压信号制式输出包含相位的电压信号 需要大转矩的系统应选用控需要大转矩的系统应选用控制式自整角机制式自整角机 概述概述 接线：将两机的三相整步绕组对应相互连接，两接线：将两机的三相整步绕组对应相互连接，两机的励磁绕组与同一个单相电源连接机的励磁绕组与同一个单相电源连接接交流电源接交流电源三相整步绕组三相整步绕组对应相连对应相连发送机发送机接收机接收机 A1X1 A1X1，，B1Y1B1Y1，，C1Z1C1Z1分分别是发送机的别是发送机的定子三相整步定子三相整步绕组。

绕组 I1II1 I1II1是发是发送机的转子励送机的转子励磁绕组 A2X2 A2X2，，B2Y2B2Y2，，C2Z2C2Z2分分别是接收机的别是接收机的定子三相整步定子三相整步绕组 I2II2 I2II2是接是接收机的转子励收机的转子励磁绕组 协调位置：两机的三相整步绕组感应电势大小协调位置：两机的三相整步绕组感应电势大小相等、方向相反，整步绕组没有电流流过，整步绕相等、方向相反，整步绕组没有电流流过，整步绕组不产生磁场，转子励磁绕组不受力组不产生磁场，转子励磁绕组不受力 失调时：两机的三相整步绕组感应电势不相等，失调时：两机的三相整步绕组感应电势不相等，整步绕组流过电流，产生磁场，并与励磁磁场相互整步绕组流过电流，产生磁场，并与励磁磁场相互作用〔合成磁场），使转子励磁绕组受力作用〔合成磁场），使转子励磁绕组受力∵∵发送发送机转子由操作设备控制，其转子不动，只有接收机机转子由操作设备控制，其转子不动，只有接收机转子转动，转动方向为减小失调角的方向转子转动，转动方向为减小失调角的方向 力矩式机工作原理力矩式机工作原理[注意注意] ：三相整步绕组中的电流是单相电流。

三相整步绕组中的电流是单相电流两机处于协调位置两机处于协调位置发送机偏转造成失调发送机偏转造成失调失调时两机的受力情况失调时两机的受力情况 处于协调位置时，两机处于协调位置时，两机的三相整步绕组感应电势的三相整步绕组感应电势对应相等，整步绕组中没对应相等，整步绕组中没有电流流过，气隙只有励有电流流过，气隙只有励磁磁场，转子都不受力磁磁场，转子都不受力 失调后整步绕组有电失调后整步绕组有电流，磁场变化，转子受力流，磁场变化，转子受力 接线：两机三相整步绕组对应相连，发送机励磁接线：两机三相整步绕组对应相连，发送机励磁绕组连接单相电源，接收机转子绕组为输出绕组绕组连接单相电源，接收机转子绕组为输出绕组接交流电源接交流电源三相整步绕组对应相连三相整步绕组对应相连发送机发送机接收机接收机作为输出绕组作为输出绕组 控制式机工作原理控制式机工作原理 协调位置：接收机的输出协调位置：接收机的输出绕组与整步绕组产生的磁场平绕组与整步绕组产生的磁场平行，输出电压为零行，输出电压为零 失调时：接收机的输出绕失调时：接收机的输出绕组与整步绕组产生的磁场不平组与整步绕组产生的磁场不平行，输出电压不为零。

如果失行，输出电压不为零如果失调方向发生变化，则输出电压调方向发生变化，则输出电压的相位变反〔相差的相位变反〔相差180°180°） 输出与控制：控制式自整输出与控制：控制式自整角机可通过伺服电动机对所控角机可通过伺服电动机对所控制的机械进行驱动制的机械进行驱动协协调调位位置置正正、、反反向向失失调调位位置置[ 第三节要点第三节要点 ] ：原理；概念：协：原理；概念：协调、失调、整步绕组的单相电流调、失调、整步绕组的单相电流 §6-4.§6-4.旋转变压器旋转变压器旋转变压器内容只要求了解：作用原理旋转变压器内容只要求了解：作用原理 作用：将输入的角度信号转换成高精度的电压信号输出作用：将输入的角度信号转换成高精度的电压信号输出 构造：定、转子各有一套两相绕组转角一般＜构造：定、转子各有一套两相绕组转角一般＜180° 定子：正、余弦输入绕组〔一个输入，一个补偿）；定子：正、余弦输入绕组〔一个输入，一个补偿）； 转子：正、余弦输出绕组〔也是一个输出，一个补偿）转子：正、余弦输出绕组〔也是一个输出，一个补偿） 原理：输入电压固定时，输出原理：输入电压固定时，输出绕组的电压幅值是转角的正绕组的电压幅值是转角的正(余余)弦函数。

早期控制系统作为模拟弦函数早期控制系统作为模拟计算机的解算元件，现可用作角计算机的解算元件，现可用作角度的线性放大度的线性放大定子定子转子转子旋转变压器的精度比自整角机高旋转变压器的精度比自整角机高 将旋转变压器进行线性连接，其输出电压幅值与将旋转变压器进行线性连接，其输出电压幅值与转角呈现线性关系：转角呈现线性关系： 当当θθ＜＜60°60°时，线性误差＜时，线性误差＜0.1% 0.1% 旋转变压器的线性连接旋转变压器的线性连接输出电压幅值与转角的关系曲线输出电压幅值与转角的关系曲线 旋转变压器内容只要求了解作旋转变压器内容只要求了解作用原理即可用原理即可§6-5.§6-5.步进电动机步进电动机 作用：作用： 输入一个信号，转轴转过一个角度，又称脉冲电输入一个信号，转轴转过一个角度，又称脉冲电动机步进电动机广泛用于数控机床，作为执行电动机步进电动机广泛用于数控机床，作为执行电动机用许多种，书中只介绍反应式步进电动机许多种，书中只介绍反应式步进电动机 构造：定子构造：定子6个磁极，分为个磁极，分为3相，每个磁极上都套有一个相，每个磁极上都套有一个绕组；转子作成齿状铁心。

绕组；转子作成齿状铁心 名词解释：名词解释： 拍：拍： 一个工作周期定子绕组通电改变的次数一个工作周期定子绕组通电改变的次数 单拍：单拍： 只有单个绕组通电为单拍只有单个绕组通电为单拍 双拍：双拍： 须且只须两个绕组通电为双拍须且只须两个绕组通电为双拍 步距角：步距角： 每拍转子转过的角度每拍转子转过的角度步进电动机内容只要求了解：作用原理步进电动机内容只要求了解：作用原理 定子绕组按一定的规律通电；转子铁心在磁场作定子绕组按一定的规律通电；转子铁心在磁场作用下每次转过一定的角度用下每次转过一定的角度实际步进电动机的步距角通常较小，这就要求转子的齿数多实际步进电动机的步距角通常较小，这就要求转子的齿数多 反应式步进电动机工作原理反应式步进电动机工作原理接线与结构接线与结构A相绕组通电相绕组通电B相绕组通电相绕组通电C相绕组通电相绕组通电第六章第六章 各节要点各节要点n n各节要点：各节要点：n n第一节：要求；结构原理〔交流第一节：要求；结构原理〔交流“自转〞的克服）；特点自转〞的克服）；特点 n n第二节：工作原理〔交流、直流）第二节：工作原理〔交流、直流），了解误差原因及影响。

了解误差原因及影响 n n第三节：原理；概念：协调、失第三节：原理；概念：协调、失调、整步绕组的单相电流调、整步绕组的单相电流 n n第四节：构造〔绕组名称，作用）第四节：构造〔绕组名称，作用），， 原理，原理， 误差及补偿误差及补偿 n n第五节：原理和结构；通电方式；第五节：原理和结构；通电方式；步距角；特点步距角；特点 第六章的主要内容第六章的主要内容n主主要要内内容容：：知知道道控控制制电电机机特特点点和和要要求求，，了了解解常常用用控控制制电电机机的的结结构构，，掌掌握握常常用用控控制制电电机机的的原理，知道它们的特点和使用场合原理，知道它们的特点和使用场合 n掌掌握握伺伺服服电电动动机机的的工工作作原原理理，，尤尤其其是是交交流流杯杯形转子伺服电动机的工作原理；形转子伺服电动机的工作原理；n掌握测速发电机工作原理〔交流为主）；掌握测速发电机工作原理〔交流为主）；n掌握自整角机工作原理〔力矩和控制式）；掌握自整角机工作原理〔力矩和控制式）；n旋旋转转变变压压器器和和步步进进电电动动机机主主要要了了解解它它们们的的作作用和使用场合用和使用场合。