《控制电机》课件.ppt

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1、第6章 控制电机了解机电传动控制系统中一些常用控制电机的基本结构;掌握各种控制电机的基本工作原理,主要运行特性及特点;了解控制电机应用场所,正确选用控制电机.6.1 交流伺服电动机控制电机的主要作用是用来完成信息的传递与交换,而不是进行能量转换.伺服电动机的特点:可以控制,控制功率小,可靠性高;调速范围广;转子惯量小,能迅速起动,停止.1.两相交流伺服电动机的结构 1)1)定子定子:定子由硅钢片叠成定子由硅钢片叠成;在定子铁心的内圆表面嵌在定子铁心的内圆表面嵌 有两套相差有两套相差9090度电角度的度电角度的绕组绕组:激磁绕组激磁绕组WF,WF,控制绕控制绕组组WC;WC;这两套绕组分别由两个

2、电源这两套绕组分别由两个电源供电供电.接线图两相交流伺服电动机的结构 2)2)转子转子:分为鼠笼型和杯型两种分为鼠笼型和杯型两种.(1)(1)鼠笼型转子作得细而长鼠笼型转子作得细而长,转子导体采用高电阻率的材转子导体采用高电阻率的材料料.用于小功率的自动控制用于小功率的自动控制系统系统.产品型号产品型号SLSL系列系列.(2)(2)空心杯型转子作成薄壁空心杯型转子作成薄壁圆筒形圆筒形,放在内外定子之间放在内外定子之间.用于要求运行平滑的系统用于要求运行平滑的系统.产品型号产品型号SKSK系列系列.杯型转子伺服电动机结构图激磁绕组1;控制绕组2;内定子3;外定子4;转子52.基本工作原理 两相绕

3、组两相绕组WFWF和和WCWC分别通分别通入频率相同的交流电入频率相同的交流电,产生产生旋转磁场旋转磁场,使伺服电动机起使伺服电动机起动动.取消取消WCWC后后,要防止自转要防止自转.3.3.消除自转现象的措施消除自转现象的措施 加大转子电阻加大转子电阻.如如:采用薄壁杯形转子采用薄壁杯形转子.鼠笼条用高阻材料黄铜鼠笼条用高阻材料黄铜转子电阻不同时的机械特性4.4.交流伺服电动机的特性和应用交流伺服电动机的特性和应用 1)1)控制方法控制方法;有三种有三种.幅值控制幅值控制,相位控制相位控制,幅幅-相控制相控制 2)2)幅值控制原理图幅值控制原理图:控制电压控制电压UcUc越高越高,电动机转速

4、越高电动机转速越高.不同控制电压下的机械特性3)应用举例(1)(1)参数参数:交流伺服电动机输出功率为交流伺服电动机输出功率为0.1-100W(0.1-100W(再大则用直再大则用直流伺服电动机流伺服电动机););电源频率电源频率50-400Hz.50-400Hz.(2)(2)应用应用:雷达天线的旋转控制雷达天线的旋转控制;飞机驾驶盘的控制飞机驾驶盘的控制;流体阀门流体阀门开关控制开关控制,应用方框图6.2 直流伺服电动机1.1.基本结构基本结构:与普通他与普通他激直流电动机相同激直流电动机相同.(.(有有换向器换向器)2.2.分类分类:电磁式电磁式(他激式他激式););永磁式永磁式,3.3.

5、电气原理图电气原理图:如右图如右图.其中其中(a)(a)为电磁式为电磁式(b)(b)为为永磁式永磁式.4.4.参数参数:输出功率输出功率1-1-600W.600W.6.3 力矩电动机是能与负载直接连接产生大转矩低转速是能与负载直接连接产生大转矩低转速(或堵转或堵转)下运转的电动机下运转的电动机 1.1.永磁式直流力矩电动机的结构永磁式直流力矩电动机的结构特点与工作原理特点与工作原理:结构特点结构特点:扁平状扁平状.工作原理工作原理:同电磁式伺服电动机同电磁式伺服电动机.2.2.直流力矩电动机的应用直流力矩电动机的应用 卫星天线驱动卫星天线驱动;雷达天线驱动雷达天线驱动;数控机床驱动数控机床驱动

6、;X-YX-Y纪录仪传动纪录仪传动.与测速发电机配合可组成高与测速发电机配合可组成高精度精度,宽调速伺服系统宽调速伺服系统.直流力矩电动机的型号为直流力矩电动机的型号为LYLY系列系列.其调速可达其调速可达0.00017r/min,0.00017r/min,即即4 4天天才转一圈才转一圈.1.定子,2.电枢,3.电刷架6.4 小功率同步电动机小功率同步电动机为连续运转的同步电动机小功率同步电动机为连续运转的同步电动机,用于传动及作执行元件用于传动及作执行元件 1.1.永磁式同步电动机永磁式同步电动机 1)1)结构特点结构特点:定子绕组可通入三相定子绕组可通入三相或两相交流电或两相交流电;转子包

7、括永久磁转子包括永久磁铁铁1 1和装在转子铁心和装在转子铁心3 3槽中的起动槽中的起动绕组绕组2.2.转子结构示意图见下图转子结构示意图见下图.2)2)工作原理工作原理负载不能超过一定限度负载不能超过一定限度,否则电动机可能否则电动机可能“失步失步”.”.3)3)永磁式同步电动机的起动方法永磁式同步电动机的起动方法(1)(1)起动困难的原因起动困难的原因 转子具有惯性转子具有惯性,跟不上定子跟不上定子旋转磁场的转动旋转磁场的转动,转子转不转子转不起来起来.(2)(2)起动方法起动方法在转子上装有起动用的在转子上装有起动用的鼠笼式绕组鼠笼式绕组,采用异步采用异步起动方法起动方法,将转子拉入将转子

8、拉入同步同步.2.2.磁阻式电磁减速同步电动机磁阻式电磁减速同步电动机 1)1)结构特点结构特点 园环形的定子装有三相或单园环形的定子装有三相或单相供电的绕组相供电的绕组,转子为园盘转子为园盘形形,不嵌绕组不嵌绕组;转子齿数大于转子齿数大于定子齿数定子齿数.2)2)工作原理工作原理 磁力线总是使经过的磁路磁磁力线总是使经过的磁路磁阻最小阻最小,磁阻转矩使转子朝磁阻转矩使转子朝着磁导最大的方向转动着磁导最大的方向转动.是常用的一种低速电动机是常用的一种低速电动机.6.5 测速发电机测速发电机将转速转变为电压信号测速发电机将转速转变为电压信号,广泛用于速度和位置控制系统中广泛用于速度和位置控制系统

9、中.1.1.异步异步(交流交流)测速发电机测速发电机 1)1)结构特点结构特点:定子上有两套定子上有两套互差互差9090度电角度的激磁绕度电角度的激磁绕组组WFWF和输出绕组和输出绕组WC;WC;转子转子为空心杯形为空心杯形.2)2)工作原理工作原理:杯形转子可以杯形转子可以看成一个导条非常多的鼠笼看成一个导条非常多的鼠笼转子转子.在激磁电压一定的情在激磁电压一定的情况下况下,当输出绕组的负载很当输出绕组的负载很小时小时,测速发电机的输出电测速发电机的输出电压压U U0 0与转速与转速n n成正比成正比:U U0 0=Kn=Kn转子静止时转子转动时3)3)交流测速发电机使用中的几个问题交流测速

10、发电机使用中的几个问题:(1)(1)主要技术指标主要技术指标 剩余电压剩余电压:测速发电机转速为零测速发电机转速为零时的输出电压时的输出电压.它会使控制系统它会使控制系统误动作误动作.线性误差线性误差 :(2)(2)使用中应注意的问题使用中应注意的问题:输出特性的线性度输出特性的线性度,温度变化的影响温度变化的影响,可加温度补偿可加温度补偿装置装置.输出特性的线性度由非线性引起的误差由非线性引起的误差.一般系统要求一般系统要求1 1%-2%;-2%;精密系统要求精密系统要求0.10.1%-0.25%.%-0.25%.相位误差相位误差:一般要求不超过一般要求不超过1 1度度-2-2度度.灵敏度灵

11、敏度:交流测速发电机的灵敏度比较交流测速发电机的灵敏度比较低低.2.直流测速发电机 1)1)基本原理基本原理 电气原理如右图所示电气原理如右图所示,它是一种它是一种测量转速用小型他激直流发电机测量转速用小型他激直流发电机.空载时空载时,电枢两端电压为电枢两端电压为:2)2)输出特性输出特性:负载越小负载越小,转速越高转速越高,输出输出特性曲线弯曲越厉害特性曲线弯曲越厉害.3)3)性能性能:没有剩余电压没有剩余电压,特性钭率比异步机大特性钭率比异步机大;有换向器和电刷有换向器和电刷,换向火花产生无线电干换向火花产生无线电干扰扰,输出特性不稳定输出特性不稳定.举例举例 例例:一台直流测速发电机在转

12、速一台直流测速发电机在转速3000r/min3000r/min时的空载输出电压时的空载输出电压为为52V,52V,接上接上 2000 2000欧负载后的输出电压为欧负载后的输出电压为50V,50V,求转速为求转速为1500r/min,1500r/min,负载负载50005000欧时的输出电压欧时的输出电压Ua.Ua.解解:由由因此=(52/3000)(1500)/1+(80/5000)=26/1.016=25.5V得得6.6 自整角机用作角度的传输用作角度的传输,变换和指示变换和指示;分为发送机和接收机分为发送机和接收机(自整角变压器自整角变压器)1.1.结构特点结构特点 1)1)定子定子:定

13、子铁心定子铁心2,2,三相整步绕组三相整步绕组1.1.2)2)转子转子:转子铁心转子铁心3(3(凸极凸极),),激磁绕组激磁绕组4,4,转轴转轴5,5,滑环滑环6.6.2.控制式自整角机 1)1)接线图接线图:如右图如右图.发送机和接收机结构一样发送机和接收机结构一样.三相绕组放在定子上三相绕组放在定子上,两对两对三相绕组对应连接三相绕组对应连接;转子上的单相绕组转子上的单相绕组,发送机发送机为激磁绕组为激磁绕组,其电压其电压U U1 1为定为定值值;接收机为输出绕组接收机为输出绕组,其输其输出电压出电压U U2 2由定子磁通产生由定子磁通产生.图中图中,接收机在变压器状态接收机在变压器状态下

14、工作下工作,又称其为自整角变又称其为自整角变压器压器.控制式自整角机2)2)应用应用 控制式自整角机在控制式自整角机在 转角随转角随动系统中的应用动系统中的应用 自整角变压器的输出电压自整角变压器的输出电压放大后控制交流伺服电动放大后控制交流伺服电动机机MS,MSMS,MS同时带动负载和同时带动负载和转子转子.发送机转子的转角不断发送机转子的转角不断变化变化,MS,MS就不断转动就不断转动,达到达到转角随动转角随动.3.力矩式自整角机 当仪表指针作为负载时当仪表指针作为负载时,不不需要伺服电动机了需要伺服电动机了,而由自而由自整角机直接实现转角随动整角机直接实现转角随动.这就是力矩式自整角机这

15、就是力矩式自整角机.1)1)接续图接续图:接收机和发送机的单相绕组接收机和发送机的单相绕组都作激磁用都作激磁用.接收机的转子带负载接收机的转子带负载.发送机 接收机力矩式自整角机 2)2)应用应用 力矩式自整角机在液位指示力矩式自整角机在液位指示器中的应用器中的应用 力矩式自整角机直接实现转力矩式自整角机直接实现转角随动角随动,应用于指针等轻负应用于指针等轻负载载.右图中右图中,浮子浮子1 1的升降通过滑的升降通过滑轮轮5 5和平衡锺和平衡锺4 4使发送机使发送机2 2转动转动,接收机接收机3 3随动带动指针随动带动指针,准确准确实现液位的传递实现液位的传递.6.7 直线电动机直线电动机是将电

16、能转换为直线运动的伺服驱动元件直线电动机是将电能转换为直线运动的伺服驱动元件1.1.直线异步电动机的结直线异步电动机的结构构将旋转式异步电动机的将旋转式异步电动机的定子定子,转子园周沿径向转子园周沿径向切开切开,展成平面展成平面.定子为一次侧定子为一次侧,一般比一般比较短较短;转子为二次侧转子为二次侧,一一般比较长般比较长.平板型直线电动机示意平板型直线电动机示意图如右图图如右图.2.直线异步电动机的工作原理 直线异步电动机直线异步电动机 二次侧运动速度为二次侧运动速度为:式中,滑差率S其中,为极距为同步速度3.直线异步电动机的特点和应用 1)1)特点特点:不需要中间传动机构不需要中间传动机构,结构简单结构简单,减少了振动和噪声减少了振动和噪声;可实现快速起动和正反向运行可实现快速起动和正反向运行;装配灵活装配灵活.效率低效率低,功率因数低功率因数低,电源功率大电源功率大,低速性能差低速性能差.2)2)应用应用:门阀开启的驱动装置门阀开启的驱动装置;机床工作台进给的驱动装置机床工作台进给的驱动装置,此时此时,将一次侧固定在滑板上或将一次侧固定在滑板上或床身上床身上.