《控制電機(jī)》PPT課件課件

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1、 直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)等都是作為動(dòng)力使直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)等都是作為動(dòng)力使用的，其主要任務(wù)是能量轉(zhuǎn)換，例如將電能轉(zhuǎn)換用的，其主要任務(wù)是能量轉(zhuǎn)換，例如將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。為機(jī)械能。如：伺服電機(jī)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；如：伺服電機(jī)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速； 步進(jìn)電機(jī)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。步進(jìn)電機(jī)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。 控制電機(jī)的主要功能是轉(zhuǎn)換和傳遞信號(hào)?？刂齐姍C(jī)的主要功能是轉(zhuǎn)換和傳遞信號(hào)。 對(duì)控制電機(jī)的主要要求：對(duì)控制電機(jī)的主要要求：動(dòng)作靈敏、準(zhǔn)確、動(dòng)作靈敏、準(zhǔn)確、重量輕、體積小、運(yùn)行可靠、耗電少等。重量輕、體積小、運(yùn)行可靠、耗電少等。 交流伺服電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)機(jī)

2、。交流伺服電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)機(jī)。伺服電動(dòng)機(jī)分類伺服電動(dòng)機(jī)分類： 伺服電動(dòng)機(jī)的作用是驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。被控對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的作用是驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。被控對(duì)象的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速受信號(hào)電壓控制，信號(hào)電壓的大象的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速受信號(hào)電壓控制，信號(hào)電壓的大小和極性改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向也跟小和極性改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向也跟著變化著變化。伺服電動(dòng)機(jī)的作用伺服電動(dòng)機(jī)的作用l調(diào)速范圍寬廣，轉(zhuǎn)速能隨著控制電壓的改變，在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。l轉(zhuǎn)子的慣性小，能實(shí)現(xiàn)迅速的啟動(dòng)、停止。l控制功率小，過載能力強(qiáng)，可靠性好。交流伺服電機(jī)的特點(diǎn)：交流伺服電機(jī)的特點(diǎn)：交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu) 原理原理與兩相交流異步電

3、機(jī)相同，定子上裝有兩個(gè)繞組與兩相交流異步電機(jī)相同，定子上裝有兩個(gè)繞組 勵(lì)磁繞組和控制繞組。勵(lì)磁繞組和控制繞組。勵(lì)磁繞組和控制繞組在空間相隔勵(lì)磁繞組和控制繞組在空間相隔90 。 兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)兩相交流伺服電動(dòng)機(jī):鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子和和杯形轉(zhuǎn)子杯形轉(zhuǎn)子。鼠。鼠籠轉(zhuǎn)子和三相鼠籠式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相似，杯形籠轉(zhuǎn)子和三相鼠籠式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相似，杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示。轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示。交流伺服電機(jī)的工作原理交流伺服電機(jī)的工作原理 勵(lì)磁繞組中串聯(lián)電容勵(lì)磁繞組中串聯(lián)電容C的目的是為了產(chǎn)生兩相的目的是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。勵(lì)磁繞組的接線勵(lì)磁繞組的接線UCU1I1U放放大大

4、器器控制繞組的接線控制繞組的接線檢檢測(cè)測(cè)元元件件控制信號(hào)控制信號(hào)2U2IU 適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個(gè)繞組的電流適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個(gè)繞組的電流相位差接近相位差接近9090 ，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在旋轉(zhuǎn)磁，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動(dòng)起來。場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動(dòng)起來。 1UCU1I1U例：選擇電容，可使交流伺服電機(jī)電路中的電壓電例：選擇電容，可使交流伺服電機(jī)電路中的電壓電流的相量關(guān)系如圖所示。流的相量關(guān)系如圖所示。勵(lì)磁繞組的接線勵(lì)磁繞組的接線UCU1I1U放放大大器器控制繞組的接線控制繞組的接線檢檢測(cè)測(cè)元元件件控制信號(hào)控制信號(hào)2U2IU 工作時(shí)兩個(gè)繞組中產(chǎn)

5、生的電流工作時(shí)兩個(gè)繞組中產(chǎn)生的電流 和和 的相的相位差近位差近90，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來。的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來。1I2I控制電壓控制電壓 與與電源電壓電源電壓 兩兩者頻率相同，相者頻率相同，相位相同或反相。位相同或反相。2UU消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施U2= 0 = 0 時(shí)，轉(zhuǎn)子應(yīng)該停止轉(zhuǎn)動(dòng)。時(shí)，轉(zhuǎn)子應(yīng)該停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)，雖然這時(shí)，雖然U2 = =0V，U1仍存在，成單相運(yùn)行狀態(tài)，仍存在，成單相運(yùn)行狀態(tài)，但和單相異步機(jī)不同。但和單相異步機(jī)不同。若單相電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后，出若單相電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后，出現(xiàn)單相后仍轉(zhuǎn)。現(xiàn)單相后仍轉(zhuǎn)。 伺

6、服電機(jī)不同，單相電壓時(shí)設(shè)備不能轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)不同，單相電壓時(shí)設(shè)備不能轉(zhuǎn)。原因：原因：交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī) R2較大。較大。02 s121 ss合成轉(zhuǎn)矩合成轉(zhuǎn)矩s01 s22 s21 s1T起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零為零2T正正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反反stTTOn0nR2 Tst n maxTLT單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)的交流伺服電動(dòng)機(jī)的T=f(s)T=f(s)曲線（曲線（U U2 2=0=0時(shí)）時(shí)）sT210sTTT021反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn) 當(dāng)當(dāng)U2= =0V時(shí)，脈動(dòng)磁時(shí)，脈動(dòng)磁場(chǎng)分成的正反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分成的正反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距場(chǎng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距T 、T 的的合成轉(zhuǎn)矩合成轉(zhuǎn)矩 T 與單相異步與單相

7、異步機(jī)不同。合成轉(zhuǎn)矩的方機(jī)不同。合成轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，所向與旋轉(zhuǎn)方向相反，所以電機(jī)在以電機(jī)在U2=0V時(shí)，能立時(shí)，能立即停止，體現(xiàn)了控制信即停止，體現(xiàn)了控制信號(hào)的作用號(hào)的作用( (有控制電壓時(shí)有控制電壓時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，無控制電壓時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)，無控制電壓時(shí)不轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)) )，以免失控。，以免失控。交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī) R2設(shè)計(jì)得較大，設(shè)計(jì)得較大，使使Sm1，Tst大，啟動(dòng)迅速，穩(wěn)定運(yùn)行范圍大。大，啟動(dòng)迅速，穩(wěn)定運(yùn)行范圍大。交流伺服電動(dòng)機(jī)的交流伺服電動(dòng)機(jī)的T=f(s)T=f(s)曲線（曲線（U U2 2=0=0時(shí)）時(shí)）sT210sTTT021反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)stTTOn0nR2 Tst n maxTLT

8、特性和應(yīng)用特性和應(yīng)用交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線( U1=const )nTU20.8 U20.6 U20.4 U2Tn三種控制方法三種控制方法：幅值控制、相位控制、幅值幅值控制、相位控制、幅值相位控制。相位控制。幅值控制：幅值控制：控制電壓控制電壓 U2 大小變化時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)大小變化時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速與電壓速相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速與電壓 U2 成正比。成正比。U2 的極的極性改變時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。性改變時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。 交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為0.1-100 W，電源頻率分電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣等多種

9、。它的應(yīng)用很廣泛，如用在自動(dòng)控制、溫度自動(dòng)記錄等系統(tǒng)中。泛，如用在自動(dòng)控制、溫度自動(dòng)記錄等系統(tǒng)中。應(yīng)用應(yīng)用2、直流伺服電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：與直流電動(dòng)機(jī)基本相同。為減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量做與直流電動(dòng)機(jī)基本相同。為減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量做得細(xì)長一些。得細(xì)長一些。工作原理：工作原理：與直流電動(dòng)機(jī)相同。與直流電動(dòng)機(jī)相同。供電方式：供電方式：他勵(lì)。勵(lì)磁繞組和電樞由兩個(gè)獨(dú)立電他勵(lì)。勵(lì)磁繞組和電樞由兩個(gè)獨(dú)立電源供電：源供電：MU1IfIaU2放放大大器器UU1為勵(lì)磁電壓，為勵(lì)磁電壓，U2為電樞電壓。為電樞電壓。由機(jī)械特性可知：由機(jī)械特性可知：(1)U1（即磁通（即磁通 ）不變時(shí)，一定的負(fù)載下，）不變時(shí)，一定的負(fù)載

10、下，U2 ,n 。(2)U2=0時(shí)，電機(jī)立即停轉(zhuǎn)。時(shí)，電機(jī)立即停轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)：電樞電壓的極性改變，電機(jī)反轉(zhuǎn)。電樞電壓的極性改變，電機(jī)反轉(zhuǎn)。直流伺服電機(jī)的機(jī)械特直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性公式與他勵(lì)直流電機(jī)性公式與他勵(lì)直流電機(jī)一樣：一樣：TKKRKUnTEaE22機(jī)械特性曲線機(jī)械特性曲線U20.8U20.6U20.4U2nT 直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。經(jīng)常直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。經(jīng)常用在功率稍大的系統(tǒng)中，它的輸出功率一般為用在功率稍大的系統(tǒng)中，它的輸出功率一般為1-600W。它的用途很多，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置控。它的用途很多，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置控制等。制等。應(yīng)用：應(yīng)用： 力矩電動(dòng)

11、機(jī)就是一種能和負(fù)載直接連接產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，能帶動(dòng)負(fù)載在堵轉(zhuǎn)或大大低于空載轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。工作原理和普通伺服電動(dòng)機(jī)相同，只是在結(jié)構(gòu)和外形尺寸上有所不同。為了能在相同體積和電樞電壓的前提下，產(chǎn)生比比較大的轉(zhuǎn)矩較大的轉(zhuǎn)矩及較低的轉(zhuǎn)速較低的轉(zhuǎn)速，一般都做成扁平狀。力矩大、精度高、反應(yīng)速度快、線性度好。調(diào)速范圍可達(dá)0.00017rmin(即4天轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn))25rmin。特點(diǎn)：特點(diǎn)：4、直線電動(dòng)機(jī)、直線電動(dòng)機(jī) 直線電動(dòng)機(jī)是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)元件。按工作原理來分，可分為直線異步電動(dòng)機(jī)直線異步電動(dòng)機(jī)、直線直直線直流電動(dòng)機(jī)流電動(dòng)機(jī)和直線同步電動(dòng)機(jī)直線同步電動(dòng)機(jī)三種。直線電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在原

12、理基本相同。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：工作原理工作原理 當(dāng)初級(jí)的多相繞組通入多相電流后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙磁當(dāng)初級(jí)的多相繞組通入多相電流后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按通電的相序順序作直線移動(dòng)，場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按通電的相序順序作直線移動(dòng)，該磁場(chǎng)稱為行波磁場(chǎng)。這個(gè)速度稱之為同步線速。該磁場(chǎng)稱為行波磁場(chǎng)。這個(gè)速度稱之為同步線速。在行波磁場(chǎng)切割下，次級(jí)導(dǎo)條將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)相電流，所有在行波磁場(chǎng)切割下，次級(jí)導(dǎo)條將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)相電流，所有導(dǎo)條的電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生切向電磁力。導(dǎo)條的電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生切向電磁力。特點(diǎn)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：(1)直線電動(dòng)機(jī)無需中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無需中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而

13、使整個(gè)機(jī)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，提高了精度，減少了振動(dòng)和噪聲。(2)響應(yīng)快速響應(yīng)快速。用直線電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)，由于不存在中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣量和阻力矩的影響，因而加速和減速時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和正反向運(yùn)行。(3)散熱良好散熱良好，額定值高，電流密度可取很大，對(duì)啟動(dòng)的限制小。(4)裝配靈活性大裝配靈活性大，往往可將電動(dòng)機(jī)和其他機(jī)體合成一體。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：直線電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相比較，它存在著效率和功率因數(shù)低、電源功率大及低速性能差等缺點(diǎn)。6.5測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種微型發(fā)電機(jī)，它的作用是將轉(zhuǎn)速變?yōu)殡妷盒盘?hào)。在理想狀態(tài)下，測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓可以用下式表示： 測(cè)速發(fā)電機(jī)主要有兩種用途： (1)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比，因而可以用來測(cè)量轉(zhuǎn)速故稱為測(cè)速發(fā)電機(jī)； (2)如果以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度為參數(shù)變量，則可作為機(jī)電微分、積分器。 測(cè)速發(fā)電機(jī)廣泛用于速度和位置控制系統(tǒng)中。dtdoKKKnU異步異步( (交流交流) )測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和空心杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)相似。WF：勵(lì)磁繞組、WC：工作繞組(又稱輸出繞組)，相差90度。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種用來測(cè)量轉(zhuǎn)速的小型他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)?？蛰d時(shí)，電摳兩端電壓nCEUea0有負(fù)載時(shí)aaaRIEU