控制电机论文

《控制电机》论文

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专业：电气工程

信息技术学院

2012 年 3 月

控制电机综述

控制电机作为微特电机的主要分支，其结构和原理有别于普通电机，并且种类众多。本书的编写始终贯彻以控制电机基本结构、工作原理和运行特性为主线的指导思想，同时兼顾控制电机的合理选择和实际应用。在控制电机种类方面选择了比较典型的旋转变压器、自整角机、测速发电机、伺服电动机、步进电动机和各类微特同步电动机，对新结构和新原理的控制电机也作了一定的介绍。全书共分为9章，包括伺服电动机、测速发电机、自整角机、旋转变压器和步进电动机等。

1、控制电机的分类

控制电机根据在自动控制系统中的作用，分为以下几类：

（1）执行元件（功率元件）

●直流伺服电动机

●交流伺服电动机

●步进电动机

●无刷直流电动机

作用是将电信号转换成轴上的角位移或角速度以及直线位移和线速度，并带动控制对象运动。

（2）测量元件（信号元件）

●自整角机

●交、直流测速发电机

●旋转变压器

作用是测量机械转角、转角差和转速，在控制系统中作为敏感元件和校正元件。

执行元件主要包括交、直流伺服电动机、步进电机等，它的任务是将输入的电信号转换成轴上的角位移或角速度的变化；测量元件主要包括交、直流测速发电机，自整角机等，它可以用来测量机械转角、转较差和转速等。

2、各类控制电机的简介

2.1旋转变压器

旋转变压器（resolver）是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用的小型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由锭子和转子组成。旋转变压器在同步随动系统及数字随动系统中可用于传递转角或电信号；在解算装置中可作为函数的解算之用，故也称

为解算器。

旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。两极绕组旋转变压器的锭子和转子各有一对磁极，四极绕组则各有两队磁极，主要用于高精度的检测系统。除此之外，还有多极式旋转变压器，用于高精度绝对式检测系统。

按输出电压与转子转角间的函数关系，主要分三大类旋转变压器：

1、正-余弦旋转变压器，其输出电压与转子转角的函数关系成正弦或余弦函数关系。

2、线性旋转变压器，其输出电压与转子转角成线性函数关系。线性旋转变压器按转子结构又分成隐极式和凸极式两种。

3、比例式旋转变压器，其输出电压与转角成比例关系。

旋转变压器是一种精密角度、位置、速度检测装置，适用于所有使用旋转编码器的场合，特别是高温、严寒、潮湿、高速、高震动等旋转编码器无法正常工作的场合。由于旋转变压器以上特点，可完全替代光电编码器，被广泛应用在伺服控制系统、机器人系统、机械工具、汽车、电力、冶金、纺织、印刷、航空航天、船舶、兵器、电子、冶金、矿山、油田、水利、化工、轻工、建筑等领域的角度、位置检测系统中。也可用于坐标变换、三角运算和角度数据传输、作为两相移相器用在角度--数字转换装置中。

2.2自整角机

利用自整步特性将转角变为交流电压或由转角变为转角的感应式微型电机，在伺服系统中被用作测量角度的位移传感器。自整角机还可用以实现角度信号的远距离传输、变换、接收和指示。

自整角机按用途分为力矩式和控制式(变压器式)两种。

力矩式自整角机大多数采用两极凸极式结构，只在频率较高、尺寸较大时才采用隐极式结构。定、转子铁芯上分别装嵌单相激磁绕组和三相整步绕组。三相整步绕组为分布式星形接线,各相轴心线在空间相差120°。转子绕组通过滑环和电刷引出接线的为接触式自整角机；通过电磁耦合方法引出接线的为无接触式自整角机，后者无接触摩擦和无线电干扰,但结构复杂,性能指标和利用率低。

控制式自整角接收机（自整角变压器）多采用隐极式结构，并在转子上装设高精度的正弦绕组。两台控制式自整角机与力矩式自整角机相似可组成角度测量系统，也可以有差动工作方式。

2.3测速发电机

测速发电机是一种测量转速的微型发电机，他把输入的机械转速变换为电压信号输出，并要求输出的电压信号与转速成正比。

测速发电机分为直流测速发电机和交流测速发电机两大类。

直流测速发电机是一种测速元件，它把转速信号转换成直流电压信号输出。直流测速发电机广泛地应用于自动控制、测量技术和计算机技术等装置中。直流测速发电机可分为电磁式和永磁式两种。电磁式励磁绕组接成他励，永磁式采用矫顽力高的磁钢制成磁极。

交流测速发电机有空心杯转子异步测速发电机、笼式转子异步测速发电机和同步测速发电机3种。

测速发电机广泛用于各种速度或位置控制系统。在自动控制系统中作为检测速度的元件，以调节电动机转速或通过反馈来提高系统稳定性和精度；在解算装置中可作为微分、积分元件，也可作为加速或延迟信号用或用来测量各种运动机械在摆动或转动以及直线运动时的速度。

2.4伺服电动机

伺服电动机是用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。

伺服电动机分交、直流两类。交流伺服电动机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格等特点。直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。

直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控制等。

交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W，电源频率分50Hz、400Hz 等多种。它的应用很广泛，如用在各种自动控制、自动记录等系统中。2.5微型同步电机

微型同步电机的额定功率从零点几瓦到数百瓦，由于同步电动机的转速在一定的输出功率范围内是不随负载变化的这种恒速特性使得微型同步电机在诸如电报传真机、磁带录音机和各种精密的计时或是记录装置中得到了广泛的应用。

微型同步电机按定子绕组所接电源相数不同，可分为三相和单相同步电机两大类。三相微型同步电机的定子结构与普通三相同步电机相同。在定子铁芯槽内嵌放有彼此相差120°电度角的三相绕组。工作时，由三相电源供电。单相微型同步电机的定子结构与单相异步电机相同，又分为两相起动式和罩极式两种。工作时有单相电源供电。

2.6无刷直流电动机

一种用电子换向的小功率直流电动机。又称无换向器电动机、无整流子直流电动机。它是用半导体逆变器取代一般直流电动机中的机械换向器，构成没有换向器的直流电动机。这种电机结构简单，运行可靠，没有火花，电磁噪声低，广泛应用于现代生产设备、仪器仪表、计算机外围设备和高级家用电器。

无刷直流电动机由同步电动机和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。同步电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。而转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机