控制电机及应用

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直流伺服电动机机械特性曲线
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第五章 控制电机及应用
直流伺服电动机
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5.3 力矩电动机——一种能和负载直接连接，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。它可分为交流和直流。
永磁式直流力矩电动机的结构特点:扁平 状；主要采用永磁式电枢控制方式。
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5.1 交流伺服电动机
5.1.1 两相交流伺服电动机的结构
交流伺服电动机实质上是一个两相异步电动机。 定子：
定子上装有两个在空间相差90度的绕 组:励磁绕组WF和控制绕组WC。 这两套绕组分别由两个不同的交流电 源供电。
运行时，励磁绕组始终加上一 定的交流励磁电压Uf，控制绕组则 加上控制信号电压Uc。
交流伺服电动机的接线图
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5.1.1 两相交流伺服电动机的结构
转子：分为鼠笼型和杯型两种。
(1)鼠笼型转子交流伺服电 动机的结构与普通笼型异步 电动机相同；多应用于小功 率自动控制系统中。
(2)空心杯型转子交流伺服 电动机的结构如右图所示。 多用于要求低速运行平滑的 系统中。
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工作原理则与普通直流发电机基本相同。
应用场合——在自动控制系统和计算装置中应用甚广。
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5.6 直线电动机
直线电动机是一种能直接将电能转换为直线运动的伺服 驱动部件。
直线异步电动机 直线直流电动机 直线同步电动机
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第五章 控制电机及应用
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第五章 控制电机及应用
伺服电动机（执行元件）——执行电动机，其功能是将 电信号转换为轴上的转角或转速，以带动控制对象。
直流伺服电动机 交流伺服电动机
其最大特点是可控—— ➢ 由控制信号来控制伺服电动机的启动和停止； ➢ 改变控制电压的大小和相位即可改变伺服电动机的转速和转向。
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工作原理：与一般同步电动机基本相同。
应用场合： 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； 小功率同步电动机广泛应用于仪器、仪表及无线电设备中。
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5.5 测速发电机
测速发电机是一种将转速信号变换成电信号的元件，它的 输出电压与转速成正比。它分交流和直流两大类。
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杯型转子伺服电动机结构图
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5.1.2 基本工作原理
交流伺服电动机的工作原理与电容分相式单相异步电动机相似。
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”。
交流伺服电动机接线
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“自转”的原因是什么？ 怎么样消除“自转”这种失控现 象呢？
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控制电机与功率电动机的区别：
控制电机的主要作用不是进行能量转换， 而是用来完成信息的传递和变换。
控制电机的主要特点： 具有良好的可控性 具有快速的响应能力 精确度要高，误差要小
控制电机在自动控制系统中的职能可分为测量元件、放大元件、 执行元件和校正元件四类。
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直流力矩电动机的应用: 卫星天线驱动; 雷达天线驱动; 数控机床驱动; X-Y纪录仪传动。
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力矩电动机
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5.4 小功率同步电动机——小功率同步电动机为连续
运转的同步电动机，用于传动及执行元件。
小功率同步电动机的结构： 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。
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5.1.3 消除自转现象的措施
对应于不同转子电阻r2的n=f(T)曲线
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Uc=0时交流伺服电动机的n=f(T)曲线
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消除“自转现象”的措施——
Uc=0时交流伺服电动机的n=f(T)曲线
增大转子电阻r2，可使单相供
电时合成电磁转矩在第二和第四象 限，成为制动转矩，不仅可以消除 “自转”现象，还可以扩大交流伺 服电动机的稳定运行范围。但转子 电阻过大，会降低起动转矩，从而 影响快速响应性能。
交流伺服电动机结构简单、运行可靠、维护方便、转动 惯量小，它广泛应用于功率较小的控制系统中。
交流伺服电动机典型应用方框图
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交流伺服电机
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5.2 直流伺服电动机
直流伺服电动机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。
维持Uf与Uc相位差为90度，利 用改变控制电压幅值大小来改变转速 的方法，称为幅值控制方法。
实质都是利用改变正、反向旋转 磁势的大小，以改变T+和T-的大小， 借此改变合成转矩的大小来达到改变 电动机运行速度的目的。
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应用举例
➢ 利用控制电压Uc的有无来进行启动、停止控制； ➢ 利用改变电压的幅值（或相位）大小来调节转速的高低； ➢ 利用改变Uc的极性来改变电动机转向。
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5.1.4 交流伺服电动机的特性与应用 交流伺服电动机的控制方法有三种：
幅值控制、相位控制、幅值-相位控制。
幅值控制电路原理图
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不同控制电压下的机械特性
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不同控制电压下的机械特性
通过改变R的大小，即改变控制 电压Uc的大小；在一定负载转矩下， 控制电压越高，转差率越小，电动机 的转速就越高；
电枢控制
控制方式 磁场控制
直流伺服电动机电枢控制线路图
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主要类型
电磁式 永磁式
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直流伺服电动机的机械特性公式与他励直流电动机机械 特性公式相同，即
பைடு நூலகம்
可见，在一定负载转矩下， 当磁通不变时，如果降低电枢电 压Uc，电动机的转速就会下降， 当Uc=0时，电动机立即停止，无 自转现象。