第六章控制电机精选文档.ppt
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1、第六章控制电机本讲稿第一页,共五十七页3 3 3 3自整角机自整角机自整角机自整角机 1伺服电动机伺服电动机2 2测速发电机测速发电机测速发电机测速发电机4 4步进电动机步进电动机步进电动机步进电动机 通通通通常常常常的的的的电电电电机机机机是是是是进进进进行行行行能能能能量量量量的的的的转转转转换换换换的的的的装装装装置置置置,其其其其主主主主要要要要问问问问题题题题是是是是提提提提高高高高能能能能量量量量转转转转换换换换的的的的效效效效率率率率,而而而而控控控控制制制制电电电电机机机机的的的的主主主主要要要要任任任任务务务务是是是是转转转转换换换换和和和和传传传传递递递递控控控控制信号,制
2、信号,制信号,制信号,能量的转换是次要的。能量的转换是次要的。能量的转换是次要的。能量的转换是次要的。控制电机的主要要求:控制电机的主要要求:控制电机的主要要求:控制电机的主要要求:动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、重量轻、重量轻、重量轻、重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。体积小、耗电少、运行可靠等。体积小、耗电少、运行可靠等。体积小、耗电少、运行可靠等。本讲稿第二页,共五十七页本讲稿第三页,共五十七页伺服电动机可分为两类:伺服电动机可分为两类:伺服电动机可分为两类:伺服电动机可分为两类:伺服电动机又称执行电动机。其伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的功能
3、是将输入的电电电电压控制信号压控制信号压控制信号压控制信号转换为轴上输出的转换为轴上输出的转换为轴上输出的转换为轴上输出的角位移和角速度角位移和角速度角位移和角速度角位移和角速度,驱动控,驱动控,驱动控,驱动控制对象。制对象。制对象。制对象。交流伺服电动机交流伺服电动机 直流伺服电动机直流伺服电动机6.16.1伺服电动机伺服电动机 伺服电动机可控性好,反应迅速。是自动控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。制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。本讲稿第四页,共五十七页6.1.16.1.1交流伺服电动机交流伺服电动机 两相交流异步电机。它的定子上装有空间
4、互差两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差9090 的两个绕组:励磁绕组和控制绕组。的两个绕组:励磁绕组和控制绕组。励磁绕组励磁绕组控制绕组控制绕组杯形转子杯形转子杯形转子杯形转子:1 1 1 1、减少转动惯量;、减少转动惯量;、减少转动惯量;、减少转动惯量;2 2 2 2、提高电阻、提高电阻、提高电阻、提高电阻R R R R2 2 2 2 使使使使 S S S Sm m m m=R=R=R=R2 2 2 2/X/X/X/X20 20 20 20 1111,避免避免避免避免“自转自转自转自转”现象现象现象现象。内定子内定子外定子外定子本讲稿第五页,共五十七页交流杯形伺服电动机交流杯形伺服电动
5、机1 1 励磁绕组;励磁绕组;2 2 控制绕组;控制绕组;3 3 内定子;内定子;4 4 处定子;处定子;5 5转子转子;本讲稿第六页,共五十七页 励磁绕组串联电容励磁绕组串联电容C,是为是为了产生两相旋转磁场。了产生两相旋转磁场。2 2 2 2)工作原理)工作原理放放大大器器检检测测元元件件控制信号控制信号控制信号控制信号+控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕组+1 1(a(a)接线图)接线图)接线图)接线图 1(b)(b)相量图相量图相量图相量图适当选择电容的大小,可使通适当选择电容的大小,可使通入两个绕组的电流相位差接近入两个绕组的电流相位差接近90,本讲稿第七页,共五十七页 工作时两个绕组中
6、产生的电流工作时两个绕组中产生的电流工作时两个绕组中产生的电流工作时两个绕组中产生的电流 和和和和 的相位差近于的相位差近于的相位差近于的相位差近于9090,因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下,转子便因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下,转子便因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下,转子便因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下,转子便转动起来。转动起来。转动起来。转动起来。控制电压控制电压 与电源电压与电源电压 频频率相同,相位相同率相同,相位相同或反相。或反相。放放大大器器检检测测元元件件控制信号控制信号控制信号控制信号+控制绕组控制绕组 加在控制绕组上的控制电压反相时
7、加在控制绕组上的控制电压反相时加在控制绕组上的控制电压反相时加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励磁电压不变保持励磁电压不变保持励磁电压不变保持励磁电压不变),由于旋,由于旋,由于旋,由于旋转磁场的旋转方向发生变化,使电动机转子反转。转磁场的旋转方向发生变化,使电动机转子反转。转磁场的旋转方向发生变化,使电动机转子反转。转磁场的旋转方向发生变化,使电动机转子反转。交流伺服电动机的特点:交流伺服电动机的特点:交流伺服电动机的特点:交流伺服电动机的特点:在电动机运行时如果控制电压变为在电动机运行时如果控制电压变为在电动机运行时如果控制电压变为在电动机运行时如果控制电压变为零,电动机立即停转。零,电
8、动机立即停转。零,电动机立即停转。零,电动机立即停转。本讲稿第八页,共五十七页交流伺服电动机的特点:交流伺服电动机的特点:(1)U2=0=0 时,转子停止。时,转子停止。这时,虽然这时,虽然U2=0V,U1仍存在,似乎成单相运行状态,仍存在,似乎成单相运行状态,但和单相异步机不同。但和单相异步机不同。若单相电机启动运行后,出现单若单相电机启动运行后,出现单相后仍转。伺服电机不同,单相电压时设备不能转。相后仍转。伺服电机不同,单相电压时设备不能转。原因:原因:交流伺服电机交流伺服电机 R2设计得较大。所以在设计得较大。所以在U2=0时,时,交流伺服电机的交流伺服电机的T=f(s)曲线如下页图:曲
9、线如下页图:本讲稿第十页,共五十七页交流伺服电动机的交流伺服电动机的T=f(s)T=f(s)曲线(曲线(U U2 2=0=0时)时)sT210sTTT021反转反转正转正转 当当U2=0V时,脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距时,脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距T、T 的合成转矩的合成转矩 T 与单相异步机不同。合成转矩的方与单相异步机不同。合成转矩的方向与旋转方向相反,所以电机在向与旋转方向相反,所以电机在U2=0V时,能立即停止,体时,能立即停止,体现了控制信号的作用现了控制信号的作用(有控制电压时转动,无控制电压时不转有控制电压时转动,无控制电压时不转),以免失控。,以免失控。
10、本讲稿第十一页,共五十七页(2)交流伺服电机交流伺服电机 R2设计得较大,使设计得较大,使Sm1,Tst大,启动大,启动迅速,稳定运行范围大。迅速,稳定运行范围大。(3 3)控制电压)控制电压 U2 大小变化时,转子转速相应变化,转速大小变化时,转子转速相应变化,转速与电压与电压 U2 成正比。成正比。U2 的极性改变时,转子的转向改变。的极性改变时,转子的转向改变。本讲稿第十二页,共五十七页不同控制电压下的机械特性曲线不同控制电压下的机械特性曲线不同控制电压下的机械特性曲线不同控制电压下的机械特性曲线n n=f f(T T),),U U1 1=常数常数常数常数T TU U2 20.8 U20
11、.6 U20.40.4 U U2 2on 交流伺服电动机的机械特性如图所示。交流伺服电动机的机械特性如图所示。交流伺服电动机的机械特性如图所示。交流伺服电动机的机械特性如图所示。在励磁电压不变的情况下,随着控制电压的在励磁电压不变的情况下,随着控制电压的在励磁电压不变的情况下,随着控制电压的在励磁电压不变的情况下,随着控制电压的下降,特性曲线下移。在同一负载转矩作用时,下降,特性曲线下移。在同一负载转矩作用时,下降,特性曲线下移。在同一负载转矩作用时,下降,特性曲线下移。在同一负载转矩作用时,电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。电动机转速随控制电压的下降
12、而均匀减小。电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。本讲稿第十四页,共五十七页 交流伺服电机的输出功率一般为交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W,电源频电源频率分率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛,如用等多种。它的应用很广泛,如用在各种在各种自动控制、自动记录等系统中。自动控制、自动记录等系统中。应用应用应用应用:本讲稿第十五页,共五十七页6.1.26.1.2直流伺服电动机直流伺服电动机 直流伺服电动机的直流伺服电动机的直流伺服电动机的直流伺服电动机的结构结构与与直流电动机基本相直流电动机基本相同。只是为减小转动惯量,电机做得细长一些。同。只是为减小转动惯量,电机做得细长一
13、些。同。只是为减小转动惯量,电机做得细长一些。同。只是为减小转动惯量,电机做得细长一些。U1为励磁电压,为励磁电压,U2为电枢电压为电枢电压MU1I1I2U2放放放放大大大大器器器器U+直流伺服电动机的接线图直流伺服电动机的接线图 励磁绕组和电枢绕组励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的电源供分别由两个独立的电源供电的他励方式电的他励方式1 1)结构特点)结构特点)结构特点)结构特点本讲稿第十六页,共五十七页2)控制方法)控制方法由机械特性可知:由机械特性可知:由机械特性可知:由机械特性可知:(1)(1)一定负载转矩下,当磁通一定负载转矩下,当磁通一定负载转矩下,当磁通一定负载转矩下,当磁通 不变
14、时,不变时,不变时,不变时,U U2 2 n n 。(2)(2)U2 2=0=0时,电机立即停转。时,电机立即停转。电动机反转:电动机反转:电动机反转:电动机反转:改变电枢电压的极性,电动机反转。改变电枢电压的极性,电动机反转。改变电枢电压的极性,电动机反转。改变电枢电压的极性,电动机反转。直流伺服电机的机械特性与直流伺服电机的机械特性与他励直流电机相同一样他励直流电机相同一样.直流伺服电动机的直流伺服电动机的n=f(T)曲线曲线(U1=常数常数)U20.8U20.6U20.4U2nTO本讲稿第十八页,共五十七页 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常应用于直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬
15、。通常应用于功率稍大的系统中,如随动系统中的位置控制等。功率稍大的系统中,如随动系统中的位置控制等。直流伺服电机输出功率一般为直流伺服电机输出功率一般为1-600W。应用:应用:应用:应用:本讲稿第十九页,共五十七页问题一:交流伺服电动机当控制电压为零 时,为什么能够迅速停止?因为交流伺服电动机转子电阻很大,使发生最大电磁转矩的因为交流伺服电动机转子电阻很大,使发生最大电磁转矩的转差率转差率m m1 1。这样,伺服电动机单相运行产生的合成转矩将和普通。这样,伺服电动机单相运行产生的合成转矩将和普通鼠笼转子的情况相反。转子电阻很大时,脉振磁场分解的正、反相旋鼠笼转子的情况相反。转子电阻很大时,脉
16、振磁场分解的正、反相旋转磁场在转磁场在1 1时产生的电磁转矩将比在时产生的电磁转矩将比在1 1时产生的转矩大,所时产生的转矩大,所以运行中,若交流伺服电动机控制电压为零,伺服电动机处于以运行中,若交流伺服电动机控制电压为零,伺服电动机处于单相运行状态,此时与转子同向的旋转磁场产生的转矩将小于单相运行状态,此时与转子同向的旋转磁场产生的转矩将小于与转子反向的旋转磁场产生的转矩。因而总的合成电磁转矩将与转子反向的旋转磁场产生的转矩。因而总的合成电磁转矩将变成制动转矩,在电磁制动转矩的作用下,电动机就能够迅速变成制动转矩,在电磁制动转矩的作用下,电动机就能够迅速停止。停止。本讲稿第二十页,共五十七页
17、6.1.26.1.2测速发电机测速发电机 测速发电机是一种测速发电机是一种转速测量传感器转速测量传感器。用来测量旋转装置的。用来测量旋转装置的转速,向控制电路提供与转速大小成正比的信号电压。测速发转速,向控制电路提供与转速大小成正比的信号电压。测速发电机分为交流和直流两种类型。电机分为交流和直流两种类型。交流测速发电机又分为同步式和异步式两种,这里只分交流测速发电机又分为同步式和异步式两种,这里只分析异步式交流测速发电机的工作原理。析异步式交流测速发电机的工作原理。由于 恒定,故 与被测转速 成正比本讲稿第二十一页,共五十七页 1转子转子定子定子励磁绕组励磁绕组输出绕组输出绕组 异步式交流测速
18、发电机的结构与杯形转子交流伺服电机相异步式交流测速发电机的结构与杯形转子交流伺服电机相似,它的定子上有似,它的定子上有两个绕组两个绕组,一个是励磁绕组,一个是输出一个是励磁绕组,一个是输出绕组。绕组。输出输出绕组绕组+励磁励磁绕组绕组+本讲稿第二十二页,共五十七页 工作时,测速发电机的励磁绕组接交流电工作时,测速发电机的励磁绕组接交流电源源U U1 1,由,由 U U1 1 4.44 4.44 f1 1N N1 1 1 1 可知:可知:当被测转动轴带动发电机转子旋转时,转当被测转动轴带动发电机转子旋转时,转子切割子切割 1 1产生转子感应电势产生转子感应电势E ET T和转子电流和转子电流I
19、IT T有:有:转子电流转子电流 IT也产生磁通也产生磁通 T,T 在输出绕组中在输出绕组中感应出电压感应出电压U2 :本讲稿第二十三页,共五十七页 综合上述分析可知:综合上述分析可知:当当 U U1 1 恒定不变时,恒定不变时,U U2 2 与与 n 成正比,这样,成正比,这样,发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压信号,输出给控制系统。转动方向改变,输出信号,输出给控制系统。转动方向改变,输出电压电压 的相位改变的相位改变1800。由于铁心线圈电感的非线性影响,交流测由于铁心线圈电感的非线性影响,交流测速发电机的输出速发电机的输出电压电压 U U2
20、 2与与n 间存在着一定的非间存在着一定的非线性误差,使用时要注意加以修正。线性误差,使用时要注意加以修正。本讲稿第二十四页,共五十七页异步测速发电机的误差异步测速发电机的误差主要包括幅值及相位误差和剩余电压误差主要包括幅值及相位误差和剩余电压误差1、幅值及相位误差幅值及相位误差 产生原因:产生原因:励磁绕组存在漏电感。励磁绕组存在漏电感。减小该误差的方法:减小该误差的方法:增大转子电阻增大转子电阻(采用杯形)。(采用杯形)。本讲稿第二十五页,共五十七页2 2、剩余电压误差、剩余电压误差 产生原因:由于加工、装配过程中存在机械上产生原因:由于加工、装配过程中存在机械上 的不的不对称及定子磁性材
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