控制电动机概述.ppt

第3章 控制电机,3.1 直流伺服电动机,3.2 交流伺服电动机,3.3 测速发电机,3.4 步进电动机,3.5 无刷永磁伺服电动机,3.6 旋转变压器,3.7 感应同步器,3.8 直线电动机,1.控制电机在现代化建设和自动控制系统中的作用 控制电机是一种机电元件，它在各类自动控制系统中具有执行、检测和解算的功能。传统的控制电机是一种微电机，机座外径约在几毫米至几十毫米之间，容量在几十毫瓦至几百瓦之间；目前控制电机的功率已达数十千瓦。控制电机已经成为现代工业自动化系统、现代军事装备和其它科技领域中不可缺少的重要元件，它的应用范围十分广泛。,概述,2.控制电机的分类（1）执行元件（功率元件）。它包括直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机和力矩式自整角接收机等。它的任务是将电信号转换成轴上的角速度、线速度和角位移，并带动控制对象运动。因向控制对象输出机械功率，所以此类控制电机又称为功率元件。（2）测量元件（信号元件）。它包括直流测速发电机、交流测速发电机、控制式自整角机等。它的任务是将机械转速、转角和转角差转换成为电压信号。由于它们能够测量机械转速、转角和转角差，把机械量转换为电压信号送入自动控制系统中，所以又称为信号元件。,3.自动控制系统对控制电机的基本要求 高可靠性。控制电机的工作可靠性对保证自动控制系统的正常工作极为重要。在宇宙航行系统、军事装备和一些现代化生产系统中，对所用控制电机的可靠性总是提出第一位的要求。无刷电机的可靠性比有刷电机好。高精度。在军事设备、无线电导航与定位、位置指示、自动记录、远程控制、机床加工、自动控制等系统中，对精度要求越来越高，因而相应的这些系统中所使用的控制电机在精度方面也提出了更高的要求，有时它们的精度对系统起着决定性的作用。快速响应。由于自动控制系统中主令信号变化很快，所以要求控制电机特别是功率元件能对信号做出快速响应。,4.控制电机的发展趋势（1）产品向小型、轻量、薄型化方向发展。（2）新型材料的应用：工程塑料；高性能稀土永磁材料。（3）电机及其控制电路向集成化、专用化和机电一体化方向发展。计算机控制技术、微电子技术和电力电子技术的发展，为控制电机的集成化、专用化和机电一体化提供了条件。（4）新型产品不断涌现。超声波电机；静电电机；光热电机等。,3.1 伺服电动机,概述,1.伺服电动机的概念 伺服电动机又称为执行电动机，其功能是把输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度输出。,2.伺服电动机的分类（1）直流伺服电动机：普通直流伺服电动机，低惯量直流伺服电动机，直流力矩电动机；（2）交流伺服电动机：两相感应伺服电动机，三相感应伺服电动机，无刷永磁伺服电动机；（3）直线伺服电动机,（1）宽广的调速范围：转速随控制信号可作宽范围的连续调节。（2）机械特性和调节特性均为线性；（3）无“自转”现象；（3）转子的惯量小，快速响应。随控制电压改变反应灵敏，迅速实现起动、停转等。此外，还要求伺服电动机的控制功率小、过载能力强、可靠性好，重量轻、体积小等。,3.控制系统对伺服电动机的基本要求,1.两相感应伺服电动机的结构,两相感应伺服电动机的基本结构和工作原理与普通感应电动机相似。从结构上看，电机由定子和转子两大部分构成。运行时定子绕组通入交流电流，产生旋转磁场，在闭合的转子绕组中感应电动势、产生转子电流，转子电流与磁场相互作用产生电磁转矩。（1）定子：由定子铁心和定子绕组绕组构成。为了控制方便，定子为两相绕组，在空间相差90电角度。其中一相为励磁绕组，运行时接至电压为Uf的交流电源上；另一相为控制绕组，施加与Uf同频率、大小或相位可调的控制电压Uc，通过Uc控制伺服电动机的起、停及运行转速。由于励磁绕组电压Uf固定不变，而控制电压Uc是变化的，故通常情况下两相绕组中的电流不对称，电机中的气隙磁场也不是圆形旋转磁场，而是椭圆形旋转磁场。,（2）转子 两相感应伺服电动机的转子结构形式有三种：笼型转子、非磁性空心杯转子和铁磁性空心杯转子。1笼型转子 与普通笼型感应电动机的转子相似，只是为了减少转子的转动惯量，需做的细而长。转子笼的导条和端环可以用铜（通常采用高电阻率的黄铜或青铜等）制造，也可以采用铸铝转子。2非磁性空心杯形转子 它的定子分为外定子和内定子两部分，内外定子铁心通常均由硅钢片叠成。外定子铁心槽中放置空间相距90电角度的两相交流绕组，内定子铁心中一般不放绕组，仅作为磁路的一部分。在内、外定子之间有细长的空心转子装在转轴上，空心转子做成杯子形状，所以称为空心杯形转子。,1一端盖2一杯形转子3一内定子4一外定子5一机壳6一轴承,图4-2 杯形转子两相感应伺服电动机,