程宪平机电传动与控制第三版

在失去控制信号而单相运行时，正转矩或负转矩的最大
值均出现在sm＞1的地方。 交流伺服电动机的转速控制方式
① 幅值控制 ② 相位控制 ③ 幅相控制
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机
第3章 控制电机
A0 A
正常工作点
电 传
3-1 伺服电动机 一、交流伺服电动机
动 控
制
“自转” 现象 B0
A0
“自转”现象 转子电阻
的消除
设计得
A 很大
重点
掌握常用控制电动机基本工作原理，运行特性与特点。
难点
交流伺服电动机“自转”现象及消除该现象的原理。
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机
第3章 控制电机
电 传
动
概述
控 制
控制电机与普通电机比较：
控制电机与普通电机的基本结构和工作原理大体相同；
普通电机的主要作用是进行能量转换，
控制电机的主要作用是完成信息的传递和变换。
对控制电机的基本要求:
电 传
3-1 伺服电动机 三、力矩电动机
动 控
制
力矩电动机是一种能够长期处于启动(堵转)
状态下工作的低转速、大转矩的执行电机。
直流力矩电动机的工作原理和直流伺服电动机相同，
仅在结构上有所区别，力矩电动机一般作成扁平形。
它主要采用永磁式电枢控制方式。
它反应速度快、特性硬度大且线性度好、精度高，
能在堵转和低速下运行，特别适用于对速度和位置
的控制精度要求很高的系统中。
它与高精度的检测元件、放大元件和校正环节等组成
的闭环控制系统，其稳定运行转速低达每天转1/4转，
调速范围达几万至几十万，位置精度达到角度的秒级。
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机
第3章 控制电机
电 传
3-1 伺服电动机 三、力矩电动机
动 控
制
(a)分装式
(b)内装式
直流力矩电动机
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机
第3章 控制电机
控制 绕组
励磁 绕组
S～M
交流伺服电动机的原理图
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机
第3章 控制电机
电 传
3-1 伺服电动机 一、交流伺服电动机
动 控
制
“自转”现象
如果交流伺服电动机参数与一般的单相异步电动机一样，
那么当控制信号消失时，电机转速虽会下降些，但仍会
继续不停地转动。这种失控现象称为“自转”。
“自转”现象的消除
要求交流伺服电动机的转子电阻值设计得很大，使电机
幅值控制 接线图
Uk 的极性 改变时，
转子的转向
f － 励磁绕组 k － 控制绕组
改变。 交流伺服电动机幅值控制时的机械特性
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机
第3章 控制电机
电 传
3-1 伺服电动机 二、直流伺服电动机Fra bibliotek动 控
制
直流伺服电动机是一种小型直流电机， 它能将直流信号电压转换成转轴上的 角位移或角速度，以完成一定的控制任务。 其控制方式有电枢控制和磁场控制两种。 直流伺服电动机启动转矩大、 特性较硬且线性度好、 调节范围广、体积小、效率高，因此 一般用于功率较大的控制系统中。
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机
第3章 控制电机
电 传
3-3 测速发电机
动 控
制
测速发电机是一种将转速信号变换成电信号的元件， 输出电压与转速成正比。在自动控制系统中应用广泛。 交流测速发电机主要是异步测速发电机，它的结构与 交流伺服电动机基本相同，区别仅在于定子上有一 个绕组是作为感应电势的输出绕组； 直流测速发电机结构和原理与普通直流发电机基本相同。 交流异步测速发电机和直流测速发电机各有优缺点， 选用时应根据系统的实际要求综合考虑。
电 传
3-2 微型同步电动机
动 控
制
微型同步电动机的
定子与异步电动机基本相同，有三相或单相之分；
转子有永磁式、磁阻式和磁滞式之分；
工作原理与一般同步电动机基本相同；
永磁式和磁阻式的启动也常采用异步启动法。
永磁式的可用于高速或低速的自动装置中，
磁阻式电磁减速同步电动机常用于低速的场合，
广泛应用于仪器仪表及无线电设备中。
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机
第3章 控制电机
电 传
3-4 步进电动机
一、基本结构
动 控
制
步进电动机与一般电动机相比， 它们的结构相似，由定子和转子两大部分组成。
但步进电动机是一种将电脉冲信号 转换为角位移或直线运动的执行部件。
f － 励磁绕组 k － 控制绕组
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相位控制 接线图
幅值-相位 控制接线图
机
第3章 控制电机
电 传
3-1 伺服电动机 一、交流伺服电动机
动 控
制
在一定的负载转矩下， 控制电压 Uk 大小变化时， 转速 n 与电压Uk 成正比变化， Uk=0V时，能立即停止。 Uk ＝
U1＞U2＞U3 ＞U 4
②
①
②B
①
TL
TL
TL
控制信号＝0
转速≠0
控制信号＝0
转速＝0
②运行
①运行和起动
绕组通电
绕组通电
普通单相电动机的机械特性
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①励磁和控制绕组通电 ②励磁绕组通电 交流伺服电动机的机械特性
机
第3章 控制电机
电 传
3-1 伺服电动机 一、交流伺服电动机
动 控
制
交流伺服电动机 的转速控制方式
幅值控制 接线图
电枢的转向 改变。
直流伺服电动机电枢控制时的机械特性
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机
电
传
动
控
优缺点比较：
制
直流伺服电动机：转矩大，线性度好， 机械特性硬；效率高，功率大；结构复 杂，维护困难，有无线干扰。
交流伺服电动机：非线性特性曲线，影 响系统动态精度；体积大，效率低；结 构简单，运行可靠，维护方便。
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第3章 控制电机
机
目录 ·第3章
电 传
动
控
第3章 控制电机
制
➢ 3-1 伺服电动机
➢ 3-2 微型同步电动机
➢ 3-3 测速发电机
➢ 3-4 步进电动机
➢ 3-5 直线电动机
➢ 3-6 旋转变压器
➢ 3-7 感应同步器
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机
第3章 控制电机
电 传
动
基本要求
控 制
①了解机电传动控制系统中一些常用控制电机基本结构； ②掌握控制电机基本工作原理、主要运行特性及特点； ③了解控制电机的应用场所，以便正确选用和使用它们。
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机
第3章 控制电机
电 传
3-1 伺服电动机 二、直流伺服电动机
动 控
制
励磁 电压
电枢 电压
—SM
励磁电压Uf 不变时， 在一定的负载转矩下， 电枢电压 Uk 大小变化时， 转速 n 与电压Uk 成正比变化， Uk=0V时，能立即停止。 Uk ＝ U1＞U2＞U3
Uk 的极性 改变时，
直流伺服电动机 的原理图
①具有良好的可控性，即易于控制和调节；
②具有快速的响应性能，
即要有较大的启动转矩和较小的转动惯量；
③精确度要高，误差要小。
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机
第3章 控制电机
电 传
3-1 伺服电动机 一、交流伺服电动机
动 控
制
交流伺服电动机的结构 是一种小型或微型 两相异步电动机。 交流伺服电动机的原理 与电容分相式 单相异步电动机相同。 交流伺服电动机特点 结构简单、运行可靠、 维护简便、转动惯量小， 广泛用于功率较小的 控制系统中。