伺服电动机ppt课件.ppt

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1、第一章伺服电动机伺服电动机眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观基本内容和重难点n基本内容：直流伺服电动机的结构和分类，电枢控制时的运行性能：机械特性、调节特性、动态特性。交流伺服电动机的结构和分类；控制方式；两相交流伺服电动机的对称分量法；幅值控制时的机械特性、调节特性和输出特性；幅值相位控制（电容控制）时产生圆形旋转磁场的条件；幅值控制时的动态性能及影响因素；单相运行不“自转”的条件；交、直流伺服电动机的性能比较。n重难点：重点掌握电枢控制时的机械特性和调节特性，同时，还应掌握电枢控制时的传递函数和时间常数。重点掌握两

2、相交流伺服电动机的对称分量法，在此基础上，着重掌握幅值控制时电机的机械特性和调节特性，幅值相位控制（电容控制）时产生圆形旋转磁场的条件，单相运行不“自转”的条件。眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观本章要点n伺服电动机概述伺服电动机概述概念、直流与交流伺服电动机、伺服电动机的发展控制系统的要求n直流伺服电动机概念、结构与分类普通型、盘型电枢、空心杯、无槽直流伺服电动机直流伺服电动机的控制方式、运行特性、机械特性、调节特性直流伺服电动机的动态特性、机电过渡过程、等效电路、传递函数、角速度时间变化规律、影响机械时间常数的因素

3、常见直流伺服电动机的机电时间常数n两相伺服电动机两相伺服电动机原理与结构：工作原理、性能要求、特点、 “自转”现象及其避免方法、转子结构型式、控制原理、控制方式对称分量法：基本思想和物理意义、方法原理、绕组磁势、绕组的电流关系、等效电路、控制与励磁绕组电流、电动机转矩幅值控制时的电机运行性能：理想和实际电动机的机械、调节和输出特性及相关影响因素其它控制方式下的电机运行性能及电动机单相运行不”自转”判据交、直流伺服电动机的性能比较眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观第一节伺服电动机概述伺服电动机概述眼睛是心灵的窗户，是人体

4、中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观伺服电动机的概念n又被称为执行电动机n在自动控制系统中作为执行元件，将输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度而输出而控制受控对象n伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件n输入的电压信号称为控制信号或控制电压，改变控制电压可以变更伺服电动机的转速及转向眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流与交流伺服电动机n按控制电机使用电源的性质可分为直流伺服电动机和交流伺服电动机n交流伺服电动机通常采用笼形园子

5、两相伺服电动机和空心杯转子两相伺服电动机，所以常被称为两相伺服电动机。其输出功率约为0.1-100W，其中最常用的约在30W以下n直流伺服电动机一般用在功率稍大的系统中，其输出功率约为1-600W，有的可达数千瓦眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观伺服电动机的发展n随着应用范围的扩展和要求的不断提高，出现了较多的新型结构n随着系统快速响应性要求的提高，各种低惯量的的伺服电动机相继出现，如盘形电枢直流电动机、空心杯电枢直流电动机、无槽电枢直流电动机等n随着电子技术的发展，出现了新型的如无刷直流电动机等n此外，为了适应高精度

6、低速伺服系统的需要，研制出了直流力矩电动机，它取消了减速机构而直接驱动负载眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观控制系统的要求n宽广的调速范围n机械特性和调节特性为线性n无“自转”现象n快速响应性眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观第二节直流伺服电动机眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流伺服电动机的概念n使用直流电源的伺服电动机，实质上上一台他励式直流电动机眼睛是心灵的窗户

7、，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观结构与分类n普通型直流伺服电机n盘型电枢直流伺服电动机n空心杯直流伺服电动机n无槽直流伺服电动机眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观普通型直流伺服电机n其结构型式与普通直流电动机基本相同n组成：定子、转子两大部分n分类：永磁式和电磁式n永磁式：在定子上装置由永久磁钢做成的磁极，如我国的SY系列直流伺服电动机n电磁式：定子通常由硅钢片冲制而成，磁极和磁轭整体相连，在磁极铁心上套有励磁绕组，如我国的SZ系列直流伺服电动机n两种电机的

8、转子铁心由硅钢片冲制而成，在园子冲片的外圆上开有均布的齿槽，和普通直流电机转子冲片相同眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观盘型电枢直流伺服电动机n定子由永久磁钢和前后磁轭所组成，磁钢可在圆盘的一侧放置，也可在两侧同时放置。电机的气隙位于圆盘的两边，圆盘上有电枢绕组，可分为印制绕组和绕线式绕组。n电枢绕组中的电流沿径向渡过圆盘表面，并与轴向磁通相互作用而产生转矩。n绕组的径向段为有效部分，弯曲段为端接部分。n常用电枢绕组有效部分的裸导体表面兼做换向器，与电刷直接接触。眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对

9、眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观盘型电枢直流伺服电动机眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观空心杯直流伺服电动机n有一个外定子和一个内定子。n通常外定子由两个半圆形的永久磁钢组成，内定子为圆柱形软磁材料制成，仅作为磁路的一部分，以减小磁路的磁阻。n也有内定子由永久磁钢做成，外定子由软磁材料做成。n绕组或采用印制绕组，或先绕成单个成型线圈，然后将它们沿圆周的轴向排列成空心杯形，再用环氧树脂热固化成型。n电枢直接装在电机轴上，在内、外定子间的气隙中旋转。n电枢绕组接到换向器上，由电刷引出。n我国生产的这种

10、控制电机的型号为：SYK眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观空心杯直流伺服电动机眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观无槽直流伺服电动机n电枢铁心不开槽n电枢绕组直接排列在铁心表面，再用环氧树脂将其与电枢铁心固化成整体n定子磁极可用永久磁钢做成，也可用电磁式结构n电机的转动惯量和电枢绕组的电感相较而言较大，因而其动态性能较差n工国生产的这种型号的电机为SWC眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查

11、中情况都不容乐观无槽直流伺服电动机眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观控制方式n一般采用电枢控制方式n控制过程：当励磁电压恒定、负载转矩一定时，升高电枢电压，电机的转速随之升高；反之，减小电枢电压，电机的转速下降；若电枢的电压为零，电机停转；当电枢的电压极性改变时，电机的旋转方向也随之改变。因此，把电枢电压作为控制信号就可以实现对电动机制转速控制MU1I1I2U2U+眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流伺服电动机的运行特性n假设条件电机的磁路不

12、饱和电刷位于几何中性线忽略负载时电枢反应磁势的影响电机的每极气隙磁通保持恒定emTeaeTkkRkUn眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流伺服电动机的机械特性n含义：指在控制电压保持不变的情况下，直流伺服电动机的转速n随转矩变化的关系。n理想空载转速：当转矩为零时的转速，仅与电枢电压有关n堵转转矩：当转速为零时的转矩，仅与电枢电压有关，emkTnn0TeaekkRkkUn,0ekUnn0TaDkRUT 眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流伺

13、服电动机的机械特性n由图可见，随着控制电压的增大，电机的机械特性曲线平行地向转速和转矩增加的方向移动，但它的斜率保持不变，所以电枢控制时直流伺服电动机制机械特性是一组平行的直线眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流伺服电动机的调节特性n含义：指负载转矩恒定时，电机转速与电枢电压的关系。眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流伺服电动机的调节特性n由图可见直流伺服电动机的调节特性也是一组平行的直线n调节特性曲线与横轴的交点表示在某一电磁转矩（若略去

14、电动机的空载损耗，则为负载转矩值）时电动机的起动电压。n若转矩一定时，电机的控制电压大于相应的起动电压，电动机便能起动并达到某一转速；反之，控制电压小于相应的起动电压，则电动机所能产生的最大电磁转矩仍小于所要求的转矩值，不能启动。所以在调节特性曲线上从原点到始动电压点的这一段横坐标所示的范围称谓某一电磁转矩值时的失灵区。显然失灵区的大小与电磁转矩的大小成正比。眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流伺服电动机的动态特性n含义:指电动机的电枢上外施阶跃电压时，电机转速从零开始的增长过程，即n或( )nf t( )f t 眼

15、睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流伺服电动机的机电过渡过程n电机的过渡过程由电气和机械的过渡过程相互交叠在一起形成的n电动机在电枢外施控制电压前牌停转状态，当电枢外施阶跃电压后，由于电枢绕组有电感，电枢电流不能突然增长，因而有一个电气过渡过程，即相应电磁转矩的增长也有一个过程。n另一个方面，在电磁转矩的作用下，电机从停转状态逐渐加速，由于电枢有一定的转动惯量，电机的转速从零增长到稳定的转速需要一定的时间，因此应存在一个机械过渡过程n在整个机电过渡过程中，电气和机械过渡过程相互影响。一方面由于电机的转速由零加速到稳定转

16、速是由电磁转矩（或电枢电流）所决定；另一方面，电磁转矩或电枢电流又随转速而变化。因此电机的机电过渡过程是一个复杂的电气、机械相交叠的物理过程眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流伺服电动机的等效电路n通过分析直流伺服电动机的等效电路可以得到电枢回路的电压平衡方程式：aaa aaadiuRiLedtn直流伺服电动机的等效电路为：眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流伺服电动机的传递函数emdTJdtn当负载转矩为零，并略去电机的铁心损耗和摩擦转矩

17、后，电动机的电磁转矩全部用来使转子加速，即：n从而得到直流伺服电动机的传递函数：2( )( )( )()()taaateKsF sU ss LJs RJKK眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流伺服电动机的传递函数n考虑电枢电感很小，传递函数可写作：n其中：n 电动机的机械时间常数n 电动机的电气时间常数1/( )( )( )(1)(1)eameKsF sUsssamteR JK KaeaLR眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流伺服电动机的传

18、递函数n通常电枢绕组的电感很小，电动机转子又有一定的转动惯量，因而机械时间常数要比电气时间常数大得多，故而常将电气常数忽略，即传递函数为：n显然这是一个一阶惯性环节1/( )( )( )1eamKsF sUss眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观直流伺服电动机角速度时间变化规律n略去电动机的电气时间常数和电枢外施阶跃电压可得直流伺服电动机角速度时间变化规律：002( )(1)(1)60mmttntee 眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观影响机械时

19、间常数的因素n机械时间常数的公式：n从而可以看出机械时间常数的影响因素有：n机械时间常数与电机电枢的转动惯量成正比，因此为了减小电机的机械时间常数，宜宜采用细长形的电枢或采用空心杯电枢、盘形电枢，以获得尽量小的转动惯量J值n机械时间常数与电机的每极气隙磁通的平方成反比。为了减小电机的机械时间常数，应增加每极气隙磁通，即增高气隙磁密n机械时间常数与与电枢电阻Ra的大小成正比。为了减小电机的机械时间常数，应尽可能减小电枢电阻，当伺服电动机用于自动控制系统并由放大器供给控制电压时，其机械时间常数还受到系统放大器的内阻Ri的影响，相应公式中的电阻从应改写为Ra十Ri。2226 06 0aaamtete

20、etRJRJRJK KK KC C眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观我国目前生产的常见直流伺服电动机的机电时间常数nSZ系列：30msnSY系列: 30msnSY系列(小机座号): 35msn快速低惯量: 10msn空心杯式: 2-3ms眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观第三节两相伺服电动机眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观原理与结构眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感

21、觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观两相伺服电动机的工作原理n交流伺服电动机一般为两相交流电机，由定子和转子两部分组成。转子有笼形和杯形两种。定子为两相绕组，并在空间相差90电角度，一个为励磁绕组，另一个为控制绕组。如右图所示：眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观控制系统的性能要求n具有宽广的调速范围n线性的机械特性n无“自转”现象n快速响应等。眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观“自转”现象及其避免方法n“自

22、转”现象：当励磁电压不为零，控制电压为零时，伺服电动机相当于一台单相异步电动机，若转子电阻较小，则电机仍然旋转。n避免“自转”现象方法：增大转子电阻值。眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观两相伺服电动的特点n转子电阻大n转动惯量小眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观转子结构型式(1)n高电阻率导条的笼型转子同普通笼型感应电动机转子一样，但为了减小转动惯量，需做成细而长,如我国生产的SL系列转子笼的导条和端环可以来用高电阻率的导电材料(如黄铜、青铜等

23、)制造，也可采用铸铝转子。眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观转子结构型式(2)n非磁性空心杯转子它的外定子铁心是由砖钢片冲制后叠成并在铁心内圆上开有均布的齿槽。在定子铁心槽中放置空间相距90电角度的两相分布绕组。内定子铁心也是由硅钢片叠成，一般不放绕组，仅作为磁路的一部分，以喊小主磁通磁路的磁阻。在内定子铁心的中心处开有内孔，转轴从内孔中穿过。空心杯转子一殷是由铝合金制成，它位于内、外定子铁心之间的气隙中，并靠其底盘和转轴固定。n主要用于要求低噪声及低速平稳运行的某些系统中。目前我国生产的这种伺服电动机的型号为SK。眼

24、睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观转子结构型式(2)眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观转子结构型式(3)n铁磁性空心转子n采用铁磁材料(纯铁)制成。转子本身既是主磁通的磁路，又作为转子绕组，因此不需要内定子铁心，电机的结构也较简单。n其转于的结构型式有两种。n为使转子中的磁通密度不至过高，铁磁性空心转于的壁厚也要相应增加，约为0.5-3mm，因而其转动惯量较非磁性空心杯转子要大得多，快速响应性能也较差。n特别是这种结构的电机，当定、转子气隙稍有不

25、均匀时，转子就容易因单边磁拉力而被“吸住”，所以目前应用得较少。眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观转子结构型式(3)眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观两相伺服电机的控制原理n对于两相伺服电动机，若在两相对称绕组中外施两相对称电压，便可得到圆形旋转磁场。反之，两相电压因幅值不同，或相位差不是90。电角度，所得的便是椭圆形旋转磁场。n两相伺服电动机运行时，因控制绕组所加的控制电压是变化的，一般说来得到的是椭圆形旋转磁场，并由此产生电磁转矩而使电机旋

26、转。n若改变控制电压的大小或改变它与励磁电压之间的相位角，都能使电机气隙中旋转磁场的椭圆度发生变化，从而影响到电磁转矩。当负载转矩一定时，可以通过调节控制电压的大小或相位来达到改变电机转速的目的。眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观两相伺服电机的控制方式(1)n幅值控制 控制电压和励磁电压保持相位差90，只改变控制电压幅值。接线图如下所示:眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观两相伺服电机的控制方式(2)n相位控制 控制电压和励磁电压幅值均为额定值，

27、通过改变控制电压和励磁电压相位差，实现对伺服电动机的控制。接线图如下所示:眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观两相伺服电机的控制方式(3)n幅值-相位控制(或称电容控制) 通过改变控制电压的幅值及控制电压与励磁电压的相位差控制伺服电机的转速。接线图如下所示:眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观对称分量法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观基本思想和物理意义n基本思路:将电机两

28、绕组的不对称磁势分解为两组对称的磁势分量,其中一组对称磁势的相序与外施电压的相序一致,称为正序分量;另一组对称磁势的相序与外施电压的相序相反,称为负序分量.n物理意义:将由控制绕组磁势和励磁绕组磁势组成的不对称两相系统形成的椭圆形旋转磁势等效为一组正序磁势及另一组负序磁势所分别形成的正转圆形旋转磁势和反转圆形磁势的叠加.眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观方法原理n分解方法如下图12121122,cccffffcfcFFFFFFFjF FjFn分解原则(假设控制绕组磁势在时间相位上滞后于励磁绕组磁势):眼睛是心灵的窗户，

29、是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观绕组磁势n将励磁绕组各量折合到控制绕组,从而它们应有了同一有效匝数:n控制绕组每极基波磁势:n励磁绕组每极基波磁势:cwcN K0.9cwcccN KFIp0.9fcwcfN KFIp眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观绕组的电流关系n通过对基波磁势的分析很容易得到相应的电流之间的关系:12121()21()21()21()2ffffffccccccIIjIIIjIIjIIIjII眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多

30、孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观等效电路原理n因为相序电流分量只在其对应的阻抗中产生电压降即，正序电流只在正序阻抗中产生电压降；而负序电流只在负序阻抗中产生电压降， 因此根据电压平衡关系可得到:112211221211221222,fffffcfffcffcccccccfffUUUI ZIZUUUIZIZZn ZZn Z眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观等效电路n根据单相感应电动机原理可知,即可得到两相伺服电动机的正序阻抗与负序阻抗等效电路:眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多

31、孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观控制与励磁绕组电流11112121121221121222,fffffffffccccccfccfcccccccfcffIIIIIIjIjIU ZjU ZU ZjU ZIIZ ZZ ZZ ZZ ZUn U眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观电动机转矩n由前面的分析可知,电机中既有正序磁势产生的正向旋转磁场,又有负序磁势产生的负向旋转磁场,因而电机的电磁转矩应为电机工作在电动机状态下的正向电磁转矩和工作在电磁制动状态下的负向电磁转矩的差,即:12129.55()e

32、mememememsTTTPPn2211229.55(22)crmcrmsI RI Rn眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观幅值控制时的电机运行性能眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观幅值控制下理想电机的运行性能n理想条件：略去电机漏阻抗中的某些次要部分，即令 。因为这些阻抗相对电机的励磁电抗和转子电阻可以忽略不计略去电机的励磁电流，即励磁电抗 ，励磁支路开路0,0,0cfrZZXmcX 眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛

33、的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观理想电机的正负序阻抗等效电路n等效电路如下所示：眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观理想电机的机械特性（1）n理想电机的电磁转矩为：n理想电机圆形旋转磁场的堵转转矩为：n因而理想电机的电磁转矩的标么值为：2*219.552(1)emsrUTnnR219.552kosrUTnR*2*1(1)2emkoTTnT眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观理想电机的机械特性（2）n右图是机械特性曲线图，由图可见：

34、当有效信号系数为常数时，转矩与转速成线性关系当有效信号系数不为1时，因电机旋转磁场为椭圆形磁场而产生制动转矩，因而电动机的转速要低于同步转速两相电压的不对称程度越大，制动转矩也越大，因而电机的理想空载转速也就越低眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观理想电机的调节特性（1）n将电磁转矩的标么值公式进行改写可得：*22()1Tnn因此可以得到其调节特性曲线，如右图所示：眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观理想电机的调节特性（2）n由图可知：理想电机的调

35、节特性为非线性，只在起始部分近似线性；因此为使电机能运行在调节特性的线性范围内，应使它在较小的有效信号系数值和较小的转速标么值下运行，后者可以通过中频电源供电实现；调节特性曲线与横轴的交点是表示在一定的负载转矩时的伺服电动机开始转动的最小控制电压值，它与电磁转矩的标么值相同。从坐标原点到该点的范围称为“失灵区”眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观幅值控制下的实际电机机械特性(1)n以圆形旋转磁场时的堵转转矩为基值,可以得到幅值控制时的电磁转矩的标么值:n当控制电压不变时,其值表示了电动机转矩和转速的关系,为转速的函数,即

36、机械特性22*2212221211()()22emckrmckrmkocrmkcrmkTZ RZ RTTZ RZ R眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观幅值控制下的实际电机机械特性(2)n右图是一台两相伺服电动机的一组机械特性n可以看出其是一组曲线,但与”理想电机”的机械特性较为接近n标么值与”理想电机”相同,都等于有效信号系数n当有效信号系数等于1时,理想空载转速为同步转速;当有效信号系数不等于1时,理想空载转速低于同步转速n当有效信号系数相同时,两相伺服电机的理想空载转速高于”理想电机”n对于实际转矩而言,其值要小于

37、”理想电机”,这是因为虽然其标么值较大,但其选取的转矩基值要小得多眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观幅值控制时的实际电机动态性能分析（1）n假设条件：电动机工作在有效信号系数为1，即圆形旋转磁场中电动机具有线性机械特性略去电动机的电气过渡过程n这样便可得出与直流伺服电动相似的传递函数关系眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观幅值控制时的实际电机动态性能分析（2）n下图是有效信号系数为1时的线性机械特性曲线:lnln:0.1047:(1)mssemk

38、okossskossssmkossssmkokotsnndTTTJndtJddtTJtTJJnTTe 有即其中从而n从图中可以得出：n因此可以得到与直流伺服电动相似的传递函数1/( )( )( )1eamKsF sUss眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观非线性机械特性对实际电机动态性能的影响（1）n由于实际的机械特性为非线性，因此电机转速随时间的变化关系为非指数函数关系。通常的方法以抛物线进行近似，如右图，其曲线方程为：n然后根据动力学方程即可得到电机转速与时间的关系式：*21 (41)4Tnn *1,(41)1mmK

39、tKtenKeK 眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观非线性机械特性对实际电机动态性能的影响（2）n转速时间关系曲线为：眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观机械特性非线性对实际电机动态性能的影响n从转速时间关系曲线可以看出，用抛物线来近似指数函数关系已经比较准确n非线性时间常数可以求出：n其中 随着的 增大而减小并总是小于1，实际值一般在1左右，因而可以直接用理想线性机械特性时的机械时间常数来代替。同时实际的动态响应性能还要优n我国的SL系列笼形转

40、子两相伺服电动机的时间常数为10-55ms，其中大部分仅为10-20ms21,(ln(2.716.86 )6041smmkoJnKKKTK眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观线性机械特性斜率值对实际电机动态性能的影响（1）n斜率改变对机械时间常数的影响：当有效信号系数很小时，若机械特性为“理想电机”时的直线，则堵转转矩为：理想空载转速为：因而电机的机械时间常数为：kkoTT*02221sssnn nnn00.10472mmkJnT眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测

41、查中情况都不容乐观线性机械特性斜率值对实际电机动态性能的影响（2）n斜率改变对增益系数的影响：当有效信号系数为1时，电机的增益系数为：当有效信号系数很小时，电机以理想空载转速运行时的控制电压为：1260secnKU因而电机的增益系数为：基于上述两点分析可知，幅值控制时两相伺服电动机在控制电压较小和具有“理想电机”机械特性时的传递函数为：ccUU0121()260ecenKUK12( )( )( )21ecmKsF sUss眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观其它控制方式下的电机运行性能眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感

42、觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观相位控制下的机械特性n这种控制方式在实际中很小使用,其转矩关系与幅值控制时较为相似,其主要差别在于控制电压与电源电压存在一个在0-90变化的相位角,其特性曲线如右图所示.眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观幅值-相位控制下的机械特性n右图表示两相伺服电动机的幅值-相位控制下的机械特性曲线.n由图可见幅值-相位控制时电机的理想空载转速低于同步转速眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容

43、乐观三种控制方式的比较n由三种控制方式的机械特性曲线可见:若堵转转矩的标么值相同,一般对应于同一转速,幅值-相位控制时电机的转矩标么值较大,相位控制时最小.从机械特性的线性度来看,相位控制时为最好,而幅值-相位控制时最差眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观两相伺服电动机的调节特性n含义:指电磁转矩不变,转速随控制电压大小而变化的关系.n由于从电机的转矩表达式直接推导调节特性相当繁杂,所以各种控制方式下的电机调节特性都是通过相应的机械特性曲线,用作图法直接求得,即选定某一转矩值后,再由机械特性曲线上找出转速和相对应的信号系

44、数,并绘制成曲线所得.n下图是三种控制方式下的调节特性曲线,从图中可以看出,相位控制时调节特性的线性度最好,而幅值-相位控制时最差.眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观两相伺服电动机的输出特性(1)n含义:指在一定的控制电压下，电机的输出机械功率与转速之间的关系.输出机械功率等于转速与转矩的乘积n下图是三种控制方式下的两相伺服电动机的输出特性.眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观两相伺服电动机的输出特性(2)n从图中可以看出:当电机在堵转和理想空载

45、时输出机械功率都为零,而最大输出机械功率通常出现在理想空载转速的0.55倍左右处。当信号系数减小时，不仅使最大输出机械功率值减小，并使出现该值时的转速向较低的方向偏移两相伺服电动机通常取额定信号系数时的最大输出机械功率为电机的额定功率,对应于最大输出机械功率时的转速定为电机的额定转速。三种不同控制方式下，对于相应的信号系数，幅值-相位控制时最大输出机械功率值较大，而相位控制时较小。虽然幅值-相拉控制时电机的机械特性线性度较差,但它有较大的输出机械功率，且不需要附加复杂的移相设备就能在单相交流电源上获得控制电压和励磁电压的分相，因此在实际应用中它是最常见的一种控制方式。眼睛是心灵的窗户，是人体中

46、最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观单相运行不”自转”判据n要求：应使电机中负序磁场产生的制动转矩大于正序磁场产生的驱动转矩，即电机的电磁转矩应小于零。n由于控制绕组和伺服放大器的连接大致有三种情况，因而存在不同的电机不“自转”的条件：控制绕组为开路状态控制绕组为短路状态控制绕组通过电容短接状态眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观控制绕组为开路状态时的单相运行不”自转”判据n含义：伺服放大器采用半导体功率管输出，直接接到控制绕组。这样，当控制电压消失时，控制绕组直接与半导体

47、功率管相接，由于管子的内阻很大，从而控制绕组相当于开路n单相运行不”自转”条件通过推导可以得出：*1rrRR 眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观控制绕组为短路状态时的单相运行不”自转”判据n含义：伺服放大器的输出级采用输出变压器和控制绕组相接。这样，当控制电压消失时，控制绕组通过输出变压器短接，若输出变压器的阻抗很小，从而控制绕组相当于开路n单相运行不”自转”条件通过推导可以得出：22*2*2*211(1)(1)cscrrsccsccXRRXRXRX 眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性

48、不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观控制绕组为电容短接状态时的单相运行不”自转”判据n含义：伺服放大器采用半导体功率管直接输出时，有些线路还在控制绕组两端并联电容器。若并联的电容值选择适当，可在正常工作时与控制绕组电路产生并联谐振，这时功率因数接近于1，提高了放大器的利用率。这样，当控制电压消失时，控制绕组可视为通过电容器短接n单相运行不”自转”条件通过推导可以得出：22*2*2*211(1)(1)ccascrrscccascccaXXRRXRXXRXX 眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观交、直流伺服电动机的性能比较