邓钟星《机电传动控制》（第五版）控制电机ppt课件.ppt

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1、病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 控制电机的主要作用不是进行能量转换，而是控制电机的主要作用不是进行能量转换，而是用来完成用来完成信息的传递和变换信息的传递和变换。控制电机的主要特点：控制电机的主要特点：l 具有良好的可控性具有良好的可控性l 具有快速的响应能力具有快速的响应能力l 精确度要高，误差要小精确度要高，误差要小 控制电机在自动控制系统中的职能可分为控制电机在自动控制系统中的职能可分为测量元件测量元件、放大元放大元件件、执行元件执行元件和和校正元件校正元件四类。四类。第五章第五章 控制电动机控制电动机病原体

2、侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1/21/20232 伺服电动机（执行元件）是一种执行电动机，伺服电动机（执行元件）是一种执行电动机，其功能是其功能是将电信号转换为轴上的转角或转速将电信号转换为轴上的转角或转速，以带动控制对象。，以带动控制对象。直流伺服电动机直流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机其最大特点是其最大特点是可控可控 由由控制信号控制信号来控制伺服电动机的启动和停止；来控制伺服电动机的启动和停止；改变改变控制电压的大小和相位控制电压的大小和相位即可改变伺服电动机的转速和转向。即可改变伺服电动机的转速和转向。

3、伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1/21/202335.2 5.2 直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机 直流伺服电动机能将直流信号电压转换成转轴上的角位直流伺服电动机能将直流信号电压转换成转轴上的角位移或角速度，以完成一定的控制任务移或角速度，以完成一定的控制任务。控制方式控制方式电枢控制电枢控制磁场控制磁场控制电磁式电磁式永磁式永磁式主要类型主要类型病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理

4、过程 电磁式即为他励式，故直流伺服电动机的机械特性公电磁式即为他励式，故直流伺服电动机的机械特性公式与他励直流电动机机械特性公式相同。式与他励直流电动机机械特性公式相同。Uc电枢控制电压；电枢控制电压；R 电枢回路电阻；电枢回路电阻；每极磁通；每极磁通；Ke、Kt电动机结构常数。电动机结构常数。因而，可通过改变因而，可通过改变Uc和和进行调速，前者叫电枢控制，进行调速，前者叫电枢控制，后者叫磁场控制。后者叫磁场控制。电枢调速具有响应速度快、机械特性好、调速特性线性电枢调速具有响应速度快、机械特性好、调速特性线性好的有点，而广泛应用。好的有点，而广泛应用。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机

5、体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1/21/20235直流伺服电动机机械特性曲线直流伺服电动机机械特性曲线 可可见见，在在一一定定负负载载转转矩矩下下，当当磁磁通通不不变变时时，如如果果降降低低电电枢枢电电压压UcUc，电电动动机机的的转转速速就就会会下下降降，当当Uc=0Uc=0时时，电电动动机机立立即即停止，无自转现象。停止，无自转现象。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1/21/20236直流伺服电动机直流伺服电动机 直流伺服的缺点：直流伺服的缺点：存在机械换向器和电刷，降低了

6、电动机存在机械换向器和电刷，降低了电动机运行的可靠性，加重了维护成本，且功率难以做得很大。运行的可靠性，加重了维护成本，且功率难以做得很大。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1/21/20237病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程5.3 5.3 交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机5.3.1 5.3.1 5.3.1 5.3.1 交流伺服电动机的基本结构交流伺服电动机的基本结构交流伺服电动机的基本结构交流伺服电动机的基本结构 其

7、其定定子子上上放放置置了了对对称称布布置置的的三三相相绕绕组组，转子为永磁体，故又称为稀土永磁电动机。转子为永磁体，故又称为稀土永磁电动机。相相当当于于将将直直流流伺伺服服的的定定子子与与转转子子位位置置进进行行了了互互换换，省省去去了了机机械械换换向向器器与与电电刷刷，改改之之为电子换向器或逆变器。为电子换向器或逆变器。交交流流伺伺服服电电动动机机按按气气隙隙磁磁场场的的分分布布方方式式可可分分 为为 两两 类类：一一 类类 是是 无无 刷刷 直直 流流 电电 动动 机机（BDCM），一一 类类 是是 永永 磁磁 同同 步步 电电 动动 机机（PMSM）。）。病原体侵入机体，消弱机体防御机能

8、，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程5.3.2 5.3.2 5.3.2 5.3.2 无刷直流电动机无刷直流电动机无刷直流电动机无刷直流电动机 在在无无刷刷直直流流电电动动机机的的转转子子轴轴上上装装有有转转子子位位置置检检测测器器、测测速速发发电电机机和和光光电电脉脉冲冲编编码码器器。转转子子位位置置检检测测器器的的输输出出信信号号控控制制电电子子换换向向器器，实实现现对对电电动动机机的的换换向向，即即电电子子换换向向器器中中的的晶晶体体管管的的导导通通与与截截止止由由转转子子位位置置检检测测器器的的输输出出信信号号决决定定。测测速速发发电电机机的的输

9、输出出信信号号用用于于速速度度反反馈馈。而而光光电电编编码码器的信号送入器的信号送入CNC装置，用于位置反馈。装置，用于位置反馈。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程无刷直流电动机的转子位置检测器无刷直流电动机的转子位置检测器无刷直流电动机的转子位置检测器无刷直流电动机的转子位置检测器病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程无刷直流电动机的工作原理无刷直流电动机的工作原理无刷直流电动机的工作原理无刷直流电动机的工作原理 无无刷刷直直流流电电动动机机相相

10、当当于于三三个个换换向向片片的的直直流流电电动动机机，只只不不过过换换向向是是由由晶体管完成的，因此电枢绕组及变流器静止不动，而磁极旋转。晶体管完成的，因此电枢绕组及变流器静止不动，而磁极旋转。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程无刷直流电动机的工作原理无刷直流电动机的工作原理无刷直流电动机的工作原理无刷直流电动机的工作原理 由由原原理理可可知知，转转子子每每转转过过60电电角角度度就就有有一一只只晶晶体体管管换换流流，为为此此，要要求求随随着着转转子子的的旋旋转转，使使相相应应的的晶晶体体管管周周期期性性地地导导通通或

11、或截截止止，才才能能使使定定子磁场和转子磁场保持同步，但这里的磁场是以子磁场和转子磁场保持同步，但这里的磁场是以“跳跃跳跃”方式旋转的。方式旋转的。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程5.3.3 5.3.3 5.3.3 5.3.3 正弦波永磁同步电动机正弦波永磁同步电动机正弦波永磁同步电动机正弦波永磁同步电动机 电电机机结结构构与与无无刷刷直直流流电电动动机机的的基基本本相相同同，但但其其气气隙隙磁磁场场是是按按正正弦弦分分布布的的。其其转转轴轴上上安安装装有有测测速速发发电电机机，其其输输出出信信号号用用于于速速度度反

12、反馈馈，在在转转子子上上装装有有转转子子位位置检测器，可测转角位置。置检测器，可测转角位置。其电磁转矩公式为：其电磁转矩公式为：由于电子绕组中有正弦反电动势及三相供由于电子绕组中有正弦反电动势及三相供电关系，公式可简化为：电关系，公式可简化为：其电磁力矩是平稳的。其电磁力矩是平稳的。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程5.4 5.4 力矩电动机力矩电动机力矩电动机力矩电动机 由由于于伺伺服服电电机机的的低低速速性性能能不不好好，因因而而经经常常需需要要减减速速使使用用。为为此此研研制制了低速、大力矩的电机。现在主要应用的

13、是直流力矩电动机。了低速、大力矩的电机。现在主要应用的是直流力矩电动机。5.4.1 5.4.1 5.4.1 5.4.1 直流力矩电动机的结构特点直流力矩电动机的结构特点直流力矩电动机的结构特点直流力矩电动机的结构特点 扁平状的直流伺服电动机。扁平状的直流伺服电动机。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 直流力矩电动机转矩大、转速低的原因直流力矩电动机转矩大、转速低的原因直流力矩电动机转矩大、转速低的原因直流力矩电动机转矩大、转速低的原因 从从直直流流电电动动机机的的原原理理可

14、可知知，设设直直流流电电动动机机每每个个磁磁极极下下磁磁感感应应强强度度平平均均值值为为B，电电枢枢绕绕组组上上导导体体的的电电流流为为Ia,导导体体的的有有效效长长度度为为l，则则每每根根导导体所受的电磁力为：体所受的电磁力为：电磁转矩为：电磁转矩为：N电电磁磁绕绕组组总总的的导导体体数数，D为为电电枢枢铁铁芯芯直直径径。上上式式表表明明了了电电磁磁转转矩矩与与电电动动机机结结构构参参数数l、D的的关关系系。电电枢枢体体积积大大小小在在一一定定程程度度上上反反映映了了整整个个电电动动机机体体积积的的大大小小，因因此此，在在电电枢枢体体积积相相同同的的条条件件下下，即即保保持持 不不变变，当当

15、D增增大大时时，铁铁芯芯长长度度l就就相相应应变变小小。其其次次，在在相相同同电电流流Ia以以及及相相同同用用铜铜量量的的条条件件下下，电电枢枢绕绕组组的的导导线线粗粗细细不不变变，则则总总导导体体数数N应应随随l的的减减小小而而增增加加，以以保保持持Nl不不变变。满满足足上上述述条条件件，则则BIaNl/2近近似似为为常常数数，故故转转矩矩T与直径与直径D近似成正比例关系。近似成正比例关系。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 直流力矩电动机转矩大、转速低的原因直流力矩电动

16、机转矩大、转速低的原因直流力矩电动机转矩大、转速低的原因直流力矩电动机转矩大、转速低的原因 导体在磁场中运动切割磁力线所产生的感应电动势为：导体在磁场中运动切割磁力线所产生的感应电动势为：式中式中V为导体运动的线速度，为导体运动的线速度，设设一一对对电电刷刷之之间间的的并并联联支支路路数数为为2，则则一一对对电电刷刷间间N/2根根导导体体串串联联后后总总的感应电动势为的感应电动势为Ea，且在理想空载条件下，外加电压，且在理想空载条件下，外加电压Ua应与应与Ea相平衡，故：相平衡，故：即：即：上上式式说说明明，在在保保持持Nl不不变变的的情情况况下下，理理想想空空载载转转速速no和和电电枢枢直直

17、径径D成成反反比比，电电枢枢直直径径越越大大，电电动动机机理理想想空空载载转转速速no就就越越低低。因因此此，在在其其他他条条件件相相同同下下，增增大大电电动动机机的的转转子子直直径径，减减小小轴轴向向长长度度，有有利利于于增增加加电电动动机机的的转转矩矩和和降降低低空空载载转转速速。这这种种电电动动机机常常用用在在低低速速、需需转转矩矩调调节节和和需需要要一定张力的随动系统中。一定张力的随动系统中。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程5.5 5.5 直线电动机直线电动机直线电动机直线电动机 直接将电能转换为直线运动的电

18、动机。直接将电能转换为直线运动的电动机。直线异步电动机直线异步电动机直线直流电动机直线直流电动机直线同步电动机直线同步电动机病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1/21/202318直线异步电动机的结构直线异步电动机的结构 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程直线异步电动机的工作原理直线异步电动机的工作原理直线异步电动机的工作原理直线异步电动机的工作原理 直直线线电电机机是是由由旋旋转转电电机机演演变变而而来来的的，因因而而当当初初级级的的多多相相

19、绕绕组组通通入入多多相相电电流流后后，也也会会产产生生气气隙隙磁磁场场，其其强强度度按按通通电电顺顺序序作作直直线线移移动动。在在此此磁磁场场的的切切割割下下，次次级级导导条条将将产产生生感感应应电电动动势势和和电电流流，所所有有导导条条的的电电流流和和气气隙隙磁磁场场相相互互作作用用，产产生生切切向向电电磁磁力力，如如果果初初级级是是固固定定的的，则则次次级级就就顺顺着着磁磁场场运运动动的的方方向向作作直直线线运运动动。其其速速度度与与电电动动机机极极距距及及电电源源频频率率成成正正比比。因因此此，改改变变极极距距或或电电源源频频率率都都可可改改变变电电动动机机的的速速度度。改改变变通通电电相相序序，即即可改变运动方向。可改变运动方向。直线电机的应用越来越广。直线电机的应用越来越广。