n第六章控制电机资料PPT课件
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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。
第六章 控制电机
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
（2）交流伺服电机 R2设计得较大，使Sm>1，Tst大， 启动迅速，稳定运行范围大。
（3）控制电压 U2 大小变化时，转子转速相应变 化，转速与电压 U2 成正比。U2 的极性改变 时，转子的转向改变。
.
11
第六章 控制电机
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
1 U1
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ET和转子电流IT有：
ITET 1n 转子电流 IT也产生磁通T ，T 在输出绕组 中感应出电压U2 ： U2 T
.
9
T 正转 反转
T'
0
1
2 s'
2
T1
0 s"
T"
交流伺服电动机的
T=f(s)曲线（U2=0时）
当U2=0V时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生
的转距T、T 的合成转矩 T 与单相异步机不同。合
成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机在U2=0V时， 能立即停止，体现了控制信号的作用(有控制电压时
转动，无控制电压时不转)，以免失控。
第六章 控制电机
6.1.2直流伺服电动机
1）结构特点
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。
励磁绕组和电枢绕组 分别由两个独立的电源 供电的他励方式
U1为励磁电压， U2为电枢电压
I2
I1
放+
+
U 大 U2 M U1
器–
–
直流伺服电动机的接线图
第六章 控制电机
第六章 控制电机 6.1.2测速发电机
测速发电机是一种转速测量传感器。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。
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。
EKen 由于恒定，故E与被测转速 n成正比
交流伺服电动机的特点：
（1）U2= 0 时，转子停止。 这时，虽然U2 =0V，U1仍存在，似乎成单 相运行状态，但和单相异步机不同。若单 相电机启动运行后，出现单相后仍转。伺 服电机不同，单相电压时设备不能转。
原因：交流伺服电机 R2设计得较大。所以 在U2=0时，交流伺服电机的T=f(s)曲线如下 页图：
元器
–
件
控制绕组
与电控源制电电压压U
U 2
频
率相同，相位相
同或反相。
工作时两个绕组中产生的电流 I1 和 I 2 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。
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。
检 测 元 件
放 大 器
+
U
U+1
I 2
–
– 励磁绕组
+ U 2 –
控制绕组
U 1
I1
1 1
(b) 相量图
U U C
(a）接线图
励磁绕组串联电容C , 是 为了产生两相旋转磁场。
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,
第六章 控制电机
控制信号
+
U
检 测
放 大
I 2
+U 2 –
第六章 控制电机
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
•1 •
定子
•
I1
+
U 1
励磁 绕组
Φ1
–
•
输出
励磁绕组
绕组
转子
+ U 2 –
第六章 控制电机
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：
第六章 控制电机
1伺服电动机
2测速发电机 3自整角机 4步进电动机
通常的电机是进行能量 的转换的装置，其主要问题 是提高能量转换的效率，而 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。
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。
第六章 控制电机
Hale Waihona Puke Baidu
第六章 控制电机 6.1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
第六章 控制电机
6.1.1交流伺服电动机
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：励磁绕组和控制绕组。
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。
第六章 控制电机
问题一：交流伺服电动机当控制电压为零 时，为什么能够迅速停止 ？
因为交流伺服电动机转子电阻很大，使发生最大 电磁转矩的转差率ｓm＞1。这样，伺服电动机单相运行产 生的合成转矩将和普通鼠笼转子的情况相反。转子电阻很 大时，脉振磁场分解的正、反相旋转磁场在ｓ＞1时产生的 电磁转矩将比在ｓ＜1时产生的转矩大，所以运行中，若交 流伺服电动机控制电压为零，伺服电动机处于单相运行状 态，此时与转子同向的旋转磁场产生的转矩将小于与转子 反向的旋转磁场产生的转矩。因而总的合成电磁转矩将变 成制动转矩，在电磁制动转矩的作用下，电动机就能够迅 速停止。
2）控制方法
n
直流伺服电机的机械特性 与他励直流电机相同一样.
nKUEΦ 2 KEK RaTΦ2T
T
O
直流伺服电动机的
由机械特性可知：
n=f(T)曲线(U1=常数)
(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。
第六章 控制电机
控制绕组
杯形转子: 1、减少转动惯量；
2、提高电阻R2 使 Sm=R2/X20 >1，
避免“自转”现象。
内定子 外定子 励磁绕组
第六章 控制电机
2
3
5
1
4
交流杯形伺服电动机 1 励磁绕组； 2 控制绕组； 3 内定子； 4 处定子； 5转子；
第六章 控制电机
2）工作原理
I1
U C
+–
+
U
–
控制信号
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。
第六章 控制电机
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。
.
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（2）交流伺服电机 R2设计得较大，使Sm>1，Tst大， 启动迅速，稳定运行范围大。
（3）控制电压 U2 大小变化时，转子转速相应变 化，转速与电压 U2 成正比。U2 的极性改变 时，转子的转向改变。
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第六章 控制电机
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
1 U1
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ET和转子电流IT有：
ITET 1n 转子电流 IT也产生磁通T ，T 在输出绕组 中感应出电压U2 ： U2 T
.
9
T 正转 反转
T'
0
1
2 s'
2
T1
0 s"
T"
交流伺服电动机的
T=f(s)曲线（U2=0时）
当U2=0V时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生
的转距T、T 的合成转矩 T 与单相异步机不同。合
成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机在U2=0V时， 能立即停止，体现了控制信号的作用(有控制电压时
转动，无控制电压时不转)，以免失控。
第六章 控制电机
6.1.2直流伺服电动机
1）结构特点
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。
励磁绕组和电枢绕组 分别由两个独立的电源 供电的他励方式
U1为励磁电压， U2为电枢电压
I2
I1
放+
+
U 大 U2 M U1
器–
–
直流伺服电动机的接线图
第六章 控制电机
第六章 控制电机 6.1.2测速发电机
测速发电机是一种转速测量传感器。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。
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。
EKen 由于恒定，故E与被测转速 n成正比
交流伺服电动机的特点：
（1）U2= 0 时，转子停止。 这时，虽然U2 =0V，U1仍存在，似乎成单 相运行状态，但和单相异步机不同。若单 相电机启动运行后，出现单相后仍转。伺 服电机不同，单相电压时设备不能转。
原因：交流伺服电机 R2设计得较大。所以 在U2=0时，交流伺服电机的T=f(s)曲线如下 页图：
元器
–
件
控制绕组
与电控源制电电压压U
U 2
频
率相同，相位相
同或反相。
工作时两个绕组中产生的电流 I1 和 I 2 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。
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。
检 测 元 件
放 大 器
+
U
U+1
I 2
–
– 励磁绕组
+ U 2 –
控制绕组
U 1
I1
1 1
(b) 相量图
U U C
(a）接线图
励磁绕组串联电容C , 是 为了产生两相旋转磁场。
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,
第六章 控制电机
控制信号
+
U
检 测
放 大
I 2
+U 2 –
第六章 控制电机
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
•1 •
定子
•
I1
+
U 1
励磁 绕组
Φ1
–
•
输出
励磁绕组
绕组
转子
+ U 2 –
第六章 控制电机
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：
第六章 控制电机
1伺服电动机
2测速发电机 3自整角机 4步进电动机
通常的电机是进行能量 的转换的装置，其主要问题 是提高能量转换的效率，而 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。
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。
第六章 控制电机
Hale Waihona Puke Baidu
第六章 控制电机 6.1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
第六章 控制电机
6.1.1交流伺服电动机
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：励磁绕组和控制绕组。
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。
第六章 控制电机
问题一：交流伺服电动机当控制电压为零 时，为什么能够迅速停止 ？
因为交流伺服电动机转子电阻很大，使发生最大 电磁转矩的转差率ｓm＞1。这样，伺服电动机单相运行产 生的合成转矩将和普通鼠笼转子的情况相反。转子电阻很 大时，脉振磁场分解的正、反相旋转磁场在ｓ＞1时产生的 电磁转矩将比在ｓ＜1时产生的转矩大，所以运行中，若交 流伺服电动机控制电压为零，伺服电动机处于单相运行状 态，此时与转子同向的旋转磁场产生的转矩将小于与转子 反向的旋转磁场产生的转矩。因而总的合成电磁转矩将变 成制动转矩，在电磁制动转矩的作用下，电动机就能够迅 速停止。
2）控制方法
n
直流伺服电机的机械特性 与他励直流电机相同一样.
nKUEΦ 2 KEK RaTΦ2T
T
O
直流伺服电动机的
由机械特性可知：
n=f(T)曲线(U1=常数)
(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。
第六章 控制电机
控制绕组
杯形转子: 1、减少转动惯量；
2、提高电阻R2 使 Sm=R2/X20 >1，
避免“自转”现象。
内定子 外定子 励磁绕组
第六章 控制电机
2
3
5
1
4
交流杯形伺服电动机 1 励磁绕组； 2 控制绕组； 3 内定子； 4 处定子； 5转子；
第六章 控制电机
2）工作原理
I1
U C
+–
+
U
–
控制信号