微特电机 模块课件.ppt
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1、4.2 步进电动机,4.3 测速发电机,4.4 自整角机,4.5 旋转变压器,4.6 感应同步器,4.1 伺服电动机,模块四 微特电机,4.2 步进电动机,4.3 测速发电机,4.4 自整角机,4.5 旋转变压器,4.6 感应同步器,4.1 伺服电动机,电机与拖动,4.1 伺服电动机,伺服电动机 执行电动机。 功能:将电压信号转换成转角或转速信号。 种类:直流伺服电动机、交流伺服电动机。,电机与拖动,伺服电动机的特点,可控性好:控制信号一出现,电机马上转动;控制信号一消失,电机立即停转具有线性的机械特性和调节特性转动惯量小,能快速响应(转子结构:细长、无铁心、空心杯),1. 直流伺服电动机,(
2、1) 基本结构 与普通小型直流电动机相同。 励磁方式:永磁式、电磁式(他励)。 稀土永磁材料:稀土钴、稀土钕铁硼等。,+Ua ,永磁式,+Ua ,+ Uf,电磁式,电机与拖动,(2) 工作原理与普通直流电机无异,施加 Ua,Ia,主磁通: ,Te,n,E,电磁转矩: Te = CT Ia 电动势: E = CE n电枢电路电压方程: Ua = E + Ra Ia,电机与拖动,(3) 控制方式及其特性, 电枢控制式: Uf = UfN ,,Ua = Uc(控制电压),Uc3Uc2Uc1,机械特性,T3T2T1,控制特性,电机与拖动, 磁场控制式:,Ua = UaN , Uf = Uc(控制电压)
3、忽略磁路饱和、不计电枢反应: = CUf = C Uc,电机与拖动,(1) 基本结构 定子:两相对称绕组 转子:笼型结构/空心杯,2. (传统的)交流伺服电动机,电机与拖动,SM,控制绕组,励磁绕组,交流伺服电动机实际上是一种两相异步电动机。,空心杯转子交流伺服电动机的结构示意图,电机与拖动,对称两相绕组在空间上互差90 电角度绕组中对称两相电流在时间上互差90电角度,两相绕组产生的圆形旋转磁动势,fc1分解为两个大小相等、转向相反的旋转磁动势,ff1分解为两个大小相等、转向相反的旋转磁动势,反向旋转磁动势互相抵消,正向旋转磁动势合成圆形旋转磁动势f1,两相磁动势的合成, 两相绕组通以相位相差
4、 90o 的额定电压 对称两相运行圆形旋转磁场改变转向: uc 反相,即改变两相绕组中电流的相序旋转磁场改变方向转子的转向改变。,(2) 工作原理,SM,控制绕组,励磁绕组,电机与拖动, 当 uc = 0 或 uc 0,但 uc 和 uf 同相位时,电机处在单相状态脉振磁通势 F0 :,静止时:n = 0,,Te+ = Te,Te = 0,不能起动;,正在运行时:,Te 0,转子继续旋转 单相自转!,普通异步电动机,电机与拖动,如果电机参数与一般的单相异步电动机一样,当控制信号消失时,电机转速虽会下降,但仍会继续转动。伺服电动机在控制信号消失后仍继续旋转的失控现象称为“自转”。,普通异步电动机
5、,R2,交流伺服电动机,克服自转加大转子电阻, 使sm1,单相运行时: n0, Te0, 两相控制:保持 = 90o 和 Uc = Uf ,同时改变 Uc 和 Uf 的大小(始终为对称运行)。 幅值控制:保持 = 90o 和 Uf = UN,改变 Uc 和 Uf 的大小。 相位控制:保持 Uc = Uf = UN ,改变 的大小。 幅相控制:同时改变 uc 的大小和相位。 交流伺服电动机的功率和频率: 0.1 100 W,50、400Hz 等。,(3) 控制方式,电机与拖动,交流伺服电动机,电机与拖动,交流伺服电动机,电机与拖动,4.2 步进电动机,功能:将电脉冲信号转换成转角或转速信号。 转
6、角 脉冲信号的个数; 转速 n 脉冲信号的频率。, 用途:高精度的角度控制。 按定子相数不同:三相、四相、五相、六相等; 按转子结构不同:永磁式、磁阻式、混合式,1. 基本结构,2. 工作原理,电机与拖动,1. 定子:,一、 结构,2. 转子:,三相磁阻式步进电动机原理图,电机与拖动, 步进电动机的典型结构,电机与拖动,2. 工作原理, 一拍:从一次通电到另一次通电。步距角:每一拍转子转过的角度。,(1) m 相单 m 拍运行(三相单三拍运行),(2) m 相双 m 拍运行(三相双三拍运行),(3) m 相单-双 m 拍运行(三相双三拍运行),电机与拖动,(1) m 相单 m 拍运行(三相单三
7、拍运行),通电顺序: U 相V 相W 相U 相。,(1) U 相通电,(2) V 相通电,(3) W 相通电, 步距角: = 30,电机与拖动,(2) m 相双 m 拍运行(三相双三拍运行),通电顺序: UV 相VW 相WU 相。,(1) UV 相通电,(2) VW 相通电,(3) WU 相通电, 步距角: = 30,电机与拖动,(3) m 相单-双 2m 拍运行 (三相单-双六拍运行),通电顺序:UUV VVW W WU U。, = 15,电机与拖动, 步距角:, 转速: 一个 转 (1 / zN ) 圈, 脉冲频率为 f 每秒转 ( f / zN ) 圈。,例如:三相步进电动机 z = 4
8、0,则采用单/双三拍时:,采用三相六拍时:,电机与拖动, 步进电动机的参数:,驱动电源,最大静转矩、起动频率、运行频率。 步进电动机的控制方式:,电机与拖动,步进电动机,电机与拖动,步进电动机,电机与拖动,4.3 测速发电机, 功能:将转速信号转换成与之成正比的电压信号。 用途:校正元件、计算元件。 种类:直流测速发电机、交流测速发电机。,1. 直流测速发电机,2. 交流测速发电机,电机与拖动,1. 直流测速发电机,(1) 基本结构:与普通小型直流发电机相同。 励磁方式:电磁式(他励)和永磁式。,电磁式,永磁式,(2) 工作原理 空载时:,U = E = CE n,负载时:,U = E Ra
9、I,电机与拖动,U n,RL RL2 RL1,RL2RL1, 电枢反应采用较大RL 环境温度的变化,引起各 绕组的电阻值变化; 负载变化,引起电刷与换 向器接触电阻的变化。,电机与拖动,2. 交流测速发电机,(1) 基本结构 定子:,定子铁心上有两相对称绕组。 转子:笼型、杯型。,输出绕组,励磁绕组,(2) 工作原理,正弦交流 uf if d d =dm sint 转子静止时:励磁绕组:一次绕组转子绕组:二次绕组,电机与拖动,忽略励磁绕组的漏阻抗,则:,输出绕组: 与d 无交链,不会产生 E0。,即:n = 0 时,U0 = 0 。,电机与拖动, 转子旋转时:,d,交变感应,旋转切割, ,q,
10、eq = C1d n = C1 n dm sintq = C2 eq = C1 C2 n dm sint = qm sintC1、C2 电机常数。,电机与拖动,输出绕组:,输出空载电压:, 结论: U0 n ; u0 与 uf 同频率、同相位。,电机与拖动,4.4 自整角机, 功能:,对角位移或角速度的偏差进行自动整步。, 同步联接系统: 无机械联接的两个系统同步转动。 种类:, 按作用的不同:力矩式、控制式; 按相数的不同:单相、三相。 结构:,定子、转子。单相:定子为三相绕组、转子为单相绕组;三相:定子、转子均为三相绕组。,电机与拖动,自整角机的结构示意图,1. 力矩式自整角机,2. 控制
11、式自整角机,电机与拖动,1. 力矩式自整角机,a 发送机,b 接收机,(1) 转子处在协调位置时 纵向脉振,Te = 0,转子静止。,定 同子 步绕组,电机与拖动,(2) 转子处在非协调位置时,T 0,,电机与拖动,接收机转子旋转 角。,从新达到协调位置,使,Te= 0。,电机与拖动,2. 控制式自整角机,(1) 转子处在协调位置时 ,产生纵向脉振磁场,与输出绕组不交链, U0 = 0。,电机与拖动,(2) 转子处在非协调位置时, 与输出绕组交链,产生 E0sin。,即 U0sin 。,电机与拖动,(a) 励磁绕组在垂直位置时 (b) 励磁绕组转过 角时自整角机中的脉振磁场,电机与拖动,4.5
12、 旋转变压器,功能:将转子转角变换成与之有函数关系的电压 信号。结构:相当于一台两相绕线型异步电动机。 定、转子铁心上都有两个结构相同而互相 垂直的绕组。种类:计算用和数据传输用旋转变压器。,1. 正余弦旋转变压器,2. 线性旋转变压器,3. 比例式旋转变压器,4. 数据传输用旋转变压器,电机与拖动,1. 正余弦旋转变压器, 将转子转角变换成与之成正 余弦函数关系的电压信号。, 定子: D1D2 :励磁绕组; D3D4 :补偿绕组。 转子: Z1Z2 :余弦输出绕组; Z3Z4 :正弦输出绕组。,基准位置(初始位置),电机与拖动,(1) 空载运行,转子处在基准位置时,Uf ID12 FDd d
13、 转子处在基准位置时: 在 D1D2中:d ED 在 Z1Z2中:d EZ 在 Z3Z4中:没有感应。 ED = 4.44 f kw1 N1dm EZ = 4.44 f kw2 N2dm,电机与拖动, 转子偏离基准位置 角时:,转子偏离基准位置 角,Z12 =d cos Z34 =d sin EZ12 = EZ cos = kED cos = kUf cos EZ34 = EZ sin = kED sin = kUf sin空载输出电压: Ucos = kUf cos Usin = kUf sin,电机与拖动, 设 Z1Z2 接负载:,(2) 负载运行,EZ12IZ12FZ12,FZd (纵向
14、)FZq (横向),FZd = FZ12 cosFZq = FZ12 sin,电机与拖动, 补偿方式, 定子边补偿 转子边补偿 定转子边同时补偿,将定子绕组 D3D4 短路。,将 Z3Z4 接 ZC 。,若 ZC = ZL,Zq = 0。,电机与拖动,4.6 感应同步器, 功能:将转角或直线位移转换成电压信号。 分类:圆盘式、直线式。,1. 圆盘式感应同步器,2. 直线式感应同步器,电机与拖动,1. 圆盘式感应同步器,转子,定子, 工作方式:转子方励磁、定子方励磁。 典型应用:转台的角度数字显示和精确定位。,电机与拖动,2. 直线式感应同步器,滑尺 定尺 , 工作状态:鉴相式、鉴幅式。 典型应
15、用:用于有平移运动的车床, 测量刀架位移。,电机与拖动,1 同步电机的基本结构及类型2 永磁式同步电机3 反应式同步电机4 磁滞式同步电机5 电磁减速式同步电动机,小功率同步电机,概 述,小功率同步电机,同步电机是一种交流电机,其转子的转速和电网频率 f 之间有不变的关系:,电网频率f一定,电机的转速恒为常数,与负载大小无关。,称为同步转速,同步电机的应用形式:1)发电机运行2)电动机运行3)补偿机运行,电力工业,概 述,小功率同步电机,同步电机是一种交流电机,其转子的转速和电网频率 f 之间有不变的关系:,电网频率f一定,电机的转速恒为常数,与负载大小无关。,称为同步转速,同步电机的应用形式
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