控制电机PPT课件
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加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励 磁电压不变)，由于旋转磁场的旋转方向发生变 化，使电动机转子反转。
交流伺服电动机的特点：在电动机运行时如果 控制电压变为零，电动机立即停转。
交流伺服电动机的机械特性如图所示。
n
o T 不同控制电压下的机械特性曲线
n=f(T), U1=常数
在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的 下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时， 电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。
控制电机的种类很多，本章只讨论常用的几种: 伺服电机、测速电机、自整角机、步进电机。 各种控制电机有各自的控制任务： 如: 伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱 动控制对象；测速发电机将转速转换为电压，并传 递到 输入端作为反馈信号。步进电动机将脉冲信号 转换为角位移或线位移。
对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、 重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。
适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相 位差接近90,从而产生所需的旋转磁场。
控制信号
+
U
检
放 I2
测 元
大 器
+U 2 –
–
件
控制绕组
与电源控电制压电U压 U频 2
率相同，相位相 同或反相。
Hale Waihona Puke Baidu
工作时两个绕组中产生的电流I1 和I2 的 相位差近于90º，因此便产生两相旋转磁场。在 旋转磁场的作用下，转子便转动起来。
个独立的电源供电。 I2
I1
放
+
+
U1为励磁电压， U
大 U2 M
U1
U2为电枢电压
器
–
–
直流伺服电动机的接线图
直流伺服电机的
n
机械特性与他励直流电
机相同一样，也可用下
式表示
n
U2
K EΦ
Ra
K E KTΦ 2
T
T
机械特性曲线如图所示。 O 直流伺服电动机的
由机械特性可知：
n=f(T)曲线(U1=常数)
U2 RL2<RL1 RL= RL1 RL2
RL。但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场，
因而没有励磁线圈；他励式的结构与直流伺服
电机相同，工作时励磁绕组加直流电压U1励磁。
I1
I2
+
+
+
U1
–
E TG – Ra
U2
–
RL
他励式直流测速发电机接线图
当被测装置转动轴带动发电机电枢旋转时，
电枢产生电动势E，其大小为：
E KE n
发电机的输出电压为：
测速发电机是一种转速测量传感器。在许 多自动控制系统中，它被用来测量旋转装置的 转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信 号电压。
测速发电机分为交流和直流两种类型。
10.2.1 交流测速发电机
交流测速发电机又分为同步式和异步式两 种，这里只分析异步式交流测速发电机的工作 原理。
10.2.1 交流测速发电机
控制电机
控制电机
教学要求： 1.了解交流伺服电动机的结构和工作原理。 2.了解直流伺服电动机的结构和工作原理。 3.了解交流测速发电机的结构和工作原理。 4.了解步进电动机的结构和工作原理。
前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是 作为动力使用的，其主要任务是能量的转换。
本章介绍的各种控制电机的主要任务是转换和 传递控制信号，能量的转换是次要的。
(1) 一定负载转矩下，当磁通不变时，U2 n。
(2) U2=0时，电机立即停转。 电动机反转：改变电枢电压的极性，电动机反转。
应用： 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。
直流伺服电机输出功率一般为1-600W。
10.2 测速发电机
和控制绕组，其结构如图所示。
控制绕组
内定子
励磁绕组 交流伺服电动机结构图
杯形转子
I1
U
+
C–
+
+
+
U
控制信号
检 测 元 件
放
I2
U
–
U–1
励磁绕组
1
U 1
1
大 + U 2 –
器
I1
U
–
控制绕组
U C
(a）接线图
(b) 相量图
交流伺服电动机的接线图和相量图
励磁绕组串联电容C , 是为了产生两相旋转磁场。
10.1 伺服电动机
伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输 入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角 速度，驱动控制对象。
伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控 制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。 伺服电动机可分为两类：
交流伺服电动机 直流伺服电动机
10.1.1 交流伺服电动机
交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。 它的定子上装有空间互差90的两个绕组：励磁绕组
应用: 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。
10.1.2 直流伺服电动机
直流伺服电动机的结构与直流电动机基本相
同。只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。
直流伺服电动机的工作原理也与直流电动机
相同。 供电方式：他励供电。励磁绕组和电枢分别由两
U2 E Ra I2 K E n Ra I2
上式中代入：
I2
U2 RL
于是
U2
K EΦ 1 Ra
n
RL
可见，当励磁电压U1保持恒定时（ 亦恒 定），若Ra、RL不变，则输出电压U2的大小与 电枢转速 n 成正比。这样，发电机就把被测装
置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制 系统。
当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转
子切割1产生转子感应电势Er和转子电流Ir， 它们的大小与1和转子转速 n 成正比：
Ir Er 1n
转子电流 Ir也产生磁通r ，r 在输出绕组 中感应出电压U2 ， U2的大小与r成正比：
U2 r
综合上述分析可知：
U2 1n U1n
异步式交流测速发电机的结构与杯形转子
交流伺服电机相似，它的定子上有两个绕组，
一个是励磁绕组，一个是输出绕组。
输出绕组
+ I1
•1 •
•
定子
•
U 1
励磁 绕组
Φ1
–
输出 绕组
励磁绕组
转子
+ U 2 –
工作时，测速发电机的励磁绕组接交流电
源U1，由 U1 4.44 f1N11 可知：
1 U1
当 U1恒定不变时， U2与n 成正比，这样，
发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压 信号，输出给控制系统。
由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测
速发电机的输出电压 U2与n 间存在着一定的非
线性误差，使用时要注意加以修正。
10.2.1 直流测速发电机
直流测速发电机分永磁式和他励式两种。
两种电机的电枢相同，工作时电枢接负载电阻
交流伺服电动机的特点：在电动机运行时如果 控制电压变为零，电动机立即停转。
交流伺服电动机的机械特性如图所示。
n
o T 不同控制电压下的机械特性曲线
n=f(T), U1=常数
在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的 下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时， 电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。
控制电机的种类很多，本章只讨论常用的几种: 伺服电机、测速电机、自整角机、步进电机。 各种控制电机有各自的控制任务： 如: 伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱 动控制对象；测速发电机将转速转换为电压，并传 递到 输入端作为反馈信号。步进电动机将脉冲信号 转换为角位移或线位移。
对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、 重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。
适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相 位差接近90,从而产生所需的旋转磁场。
控制信号
+
U
检
放 I2
测 元
大 器
+U 2 –
–
件
控制绕组
与电源控电制压电U压 U频 2
率相同，相位相 同或反相。
Hale Waihona Puke Baidu
工作时两个绕组中产生的电流I1 和I2 的 相位差近于90º，因此便产生两相旋转磁场。在 旋转磁场的作用下，转子便转动起来。
个独立的电源供电。 I2
I1
放
+
+
U1为励磁电压， U
大 U2 M
U1
U2为电枢电压
器
–
–
直流伺服电动机的接线图
直流伺服电机的
n
机械特性与他励直流电
机相同一样，也可用下
式表示
n
U2
K EΦ
Ra
K E KTΦ 2
T
T
机械特性曲线如图所示。 O 直流伺服电动机的
由机械特性可知：
n=f(T)曲线(U1=常数)
U2 RL2<RL1 RL= RL1 RL2
RL。但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场，
因而没有励磁线圈；他励式的结构与直流伺服
电机相同，工作时励磁绕组加直流电压U1励磁。
I1
I2
+
+
+
U1
–
E TG – Ra
U2
–
RL
他励式直流测速发电机接线图
当被测装置转动轴带动发电机电枢旋转时，
电枢产生电动势E，其大小为：
E KE n
发电机的输出电压为：
测速发电机是一种转速测量传感器。在许 多自动控制系统中，它被用来测量旋转装置的 转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信 号电压。
测速发电机分为交流和直流两种类型。
10.2.1 交流测速发电机
交流测速发电机又分为同步式和异步式两 种，这里只分析异步式交流测速发电机的工作 原理。
10.2.1 交流测速发电机
控制电机
控制电机
教学要求： 1.了解交流伺服电动机的结构和工作原理。 2.了解直流伺服电动机的结构和工作原理。 3.了解交流测速发电机的结构和工作原理。 4.了解步进电动机的结构和工作原理。
前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是 作为动力使用的，其主要任务是能量的转换。
本章介绍的各种控制电机的主要任务是转换和 传递控制信号，能量的转换是次要的。
(1) 一定负载转矩下，当磁通不变时，U2 n。
(2) U2=0时，电机立即停转。 电动机反转：改变电枢电压的极性，电动机反转。
应用： 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。
直流伺服电机输出功率一般为1-600W。
10.2 测速发电机
和控制绕组，其结构如图所示。
控制绕组
内定子
励磁绕组 交流伺服电动机结构图
杯形转子
I1
U
+
C–
+
+
+
U
控制信号
检 测 元 件
放
I2
U
–
U–1
励磁绕组
1
U 1
1
大 + U 2 –
器
I1
U
–
控制绕组
U C
(a）接线图
(b) 相量图
交流伺服电动机的接线图和相量图
励磁绕组串联电容C , 是为了产生两相旋转磁场。
10.1 伺服电动机
伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输 入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角 速度，驱动控制对象。
伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控 制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。 伺服电动机可分为两类：
交流伺服电动机 直流伺服电动机
10.1.1 交流伺服电动机
交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。 它的定子上装有空间互差90的两个绕组：励磁绕组
应用: 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。
10.1.2 直流伺服电动机
直流伺服电动机的结构与直流电动机基本相
同。只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。
直流伺服电动机的工作原理也与直流电动机
相同。 供电方式：他励供电。励磁绕组和电枢分别由两
U2 E Ra I2 K E n Ra I2
上式中代入：
I2
U2 RL
于是
U2
K EΦ 1 Ra
n
RL
可见，当励磁电压U1保持恒定时（ 亦恒 定），若Ra、RL不变，则输出电压U2的大小与 电枢转速 n 成正比。这样，发电机就把被测装
置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制 系统。
当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转
子切割1产生转子感应电势Er和转子电流Ir， 它们的大小与1和转子转速 n 成正比：
Ir Er 1n
转子电流 Ir也产生磁通r ，r 在输出绕组 中感应出电压U2 ， U2的大小与r成正比：
U2 r
综合上述分析可知：
U2 1n U1n
异步式交流测速发电机的结构与杯形转子
交流伺服电机相似，它的定子上有两个绕组，
一个是励磁绕组，一个是输出绕组。
输出绕组
+ I1
•1 •
•
定子
•
U 1
励磁 绕组
Φ1
–
输出 绕组
励磁绕组
转子
+ U 2 –
工作时，测速发电机的励磁绕组接交流电
源U1，由 U1 4.44 f1N11 可知：
1 U1
当 U1恒定不变时， U2与n 成正比，这样，
发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压 信号，输出给控制系统。
由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测
速发电机的输出电压 U2与n 间存在着一定的非
线性误差，使用时要注意加以修正。
10.2.1 直流测速发电机
直流测速发电机分永磁式和他励式两种。
两种电机的电枢相同，工作时电枢接负载电阻