程宪平机电传动与控制第三版.pptx
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1、机电传动控制1目录目录 第第3 3章章 第第3 3章章 控制电机控制电机3-1 3-1 伺服电动机伺服电动机3-2 3-2 微型同步电动机微型同步电动机3-3 3-3 测速发电机测速发电机3-4 3-4 步进电动机步进电动机3-5 3-5 直线电动机直线电动机3-6 3-6 旋转变压器旋转变压器3-7 3-7 感应同步器感应同步器机电传动控制2第第3 3章章 控制电机控制电机 了解机电传动控制系统中一些常用控制电机基本结构;了解机电传动控制系统中一些常用控制电机基本结构;掌握控制电机基本工作原理、主要运行特性及特点;掌握控制电机基本工作原理、主要运行特性及特点;了解控制电机的应用场所,以便正确
2、选用和使用它们。了解控制电机的应用场所,以便正确选用和使用它们。掌握常用控制电动机基本工作原理,运行特性与特点。掌握常用控制电动机基本工作原理,运行特性与特点。交流伺服电动机交流伺服电动机“自转自转”现象及消除该现象的原理。现象及消除该现象的原理。重点重点重点重点难点难点难点难点基本要求基本要求基本要求基本要求机电传动控制3第第3 3章章 控制电机控制电机概概 述述控制电机与普通电机比较:控制电机与普通电机比较:控制电机与普通电机比较: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;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,普通电
3、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。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对控制电机的基本要求对控制电机的基本要求对控制电机的基本要求:具有良好的可控性,即易于控制和调节;具有良好的可控性,即易于控制和调节;具有快速的响应性能,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;即要有较大的启动转矩和较小的转动惯量;精确度要高,误差要小。精确度要高,误差要小。机电传动控制4第第3 3章章 控制电机控制电机交流伺服电动机的结构交流伺服电动机的结构 是一种小型或微型是一种小型或微型 两相异步电动机。两相异步电动机。交流伺服电动机的交流
4、伺服电动机的原理原理 与电容分相式与电容分相式 单相异步电动机相同。单相异步电动机相同。交流伺服电动机特点交流伺服电动机特点 结构简单、运行可靠、结构简单、运行可靠、维护简便、转动惯量小,维护简便、转动惯量小,广泛用于功率较小的广泛用于功率较小的 控制系统中。控制系统中。3-1 3-1 伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机交流伺服电动机的原理图交流伺服电动机的原理图励磁励磁绕组绕组控制控制绕组绕组SM一、交流一、交流一、交流一、交流伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机机电传动控制5第第3 3章章 控制电机控制电机“自转自转”现象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,如果
5、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。这种失控现象称为继续不停地转动。这种失控现象称为“自转自转”。“自转自转”现象的消除现象的消除要求要求交流伺服电动机的交流伺服电动机的转子电阻值设计得很大,使电机转子电阻值设计得很大,使电机在失去控制信号而单相运行时,正转矩或负转矩的最大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值均出现在sm1的地方。的地方。交流伺服电动机的转速控制方式交流伺服电动机的转速控制方式 幅值控制幅值控制 相位控制相位控制 幅相控制幅相控制3-
6、1 3-1 伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机一、交流一、交流一、交流一、交流伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机机电传动控制6第第3 3章章 控制电机控制电机3-1 3-1 伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机交流伺服电动机的机械特性交流伺服电动机的机械特性交流伺服电动机的机械特性交流伺服电动机的机械特性励磁和控制绕组通电励磁和控制绕组通电励磁绕组通电励磁绕组通电转子电阻转子电阻转子电阻转子电阻设计得设计得设计得设计得很大很大很大很大运行运行 绕组通电绕组通电运行和起动运行和起动 绕组通电绕组通电普通单相电动机的机械特性普通单相电动机的机械特性普通单相电动机的机械特性普通单相电
7、动机的机械特性“自转自转”现象现象的消除的消除T TL LT TL LT TL L“自转自转”现象现象B B控制信号控制信号控制信号控制信号0 0转速转速转速转速0 0A AA A0 0一、交流一、交流一、交流一、交流伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机A A0 0 A A正常工作点正常工作点正常工作点正常工作点B B0 0控制信号控制信号控制信号控制信号0 0转速转速转速转速0 0机电传动控制7第第3 3章章 控制电机控制电机幅值控制幅值控制接线图接线图相位控制相位控制接线图接线图幅值幅值-相位相位控制接线图控制接线图交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机的转速控制方式
8、的转速控制方式的转速控制方式的转速控制方式 f f 励磁绕组励磁绕组励磁绕组励磁绕组k k 控制绕组控制绕组控制绕组控制绕组3-1 3-1 伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机一、交流一、交流一、交流一、交流伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机机电传动控制8第第3 3章章 控制电机控制电机幅值控制幅值控制接线图接线图交流伺服电动机交流伺服电动机幅值控制时幅值控制时的机械特性的机械特性l 在一定的负载转矩下,在一定的负载转矩下,控制电压控制电压 Uk 大小变化时,大小变化时,转速转速 n 与电压与电压Uk 成正比变化,成正比变化,Uk=0V时,能立即停止。时,能立即停止。l l U Uk
9、 k 的极性的极性的极性的极性 改变时,改变时,改变时,改变时,转子的转向转子的转向转子的转向转子的转向 改变。改变。改变。改变。l l U Uk k U U1 1U U2 2U U3 3 U U 4 4 f f 励磁绕组励磁绕组励磁绕组励磁绕组k k 控制绕组控制绕组控制绕组控制绕组3-1 3-1 伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机一、交流一、交流一、交流一、交流伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机机电传动控制9第第3 3章章 控制电机控制电机 直流伺服电动机是一种小型直流电机,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它能将直流信号电压转换成转轴上的 角位
10、移或角速度,以完成一定的控制任务。角位移或角速度,以完成一定的控制任务。其控制方式有其控制方式有电枢控制电枢控制和和磁场控制磁场控制两种。两种。直流伺服电动机启动转矩大、直流伺服电动机启动转矩大、特性较硬且线性度好、特性较硬且线性度好、调节范围广、体积小、效率高,因此调节范围广、体积小、效率高,因此 一般用于功率较大的控制系统中。一般用于功率较大的控制系统中。3-1 3-1 伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机二、直流二、直流二、直流二、直流伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机机电传动控制10第第3 3章章 控制电机控制电机SM励磁励磁电压电压电枢电枢电压电压直流伺服电动机直流伺服电动
11、机电枢控制时电枢控制时电枢控制时电枢控制时的机械特性的机械特性l 励磁电压励磁电压Uf 不变时,不变时,在一定的负载转矩下,在一定的负载转矩下,电枢电压电枢电压电枢电压电枢电压 U Uk k 大小变化时,大小变化时,大小变化时,大小变化时,转速转速转速转速 n n 与电压与电压与电压与电压U Uk k 成正比变化,成正比变化,成正比变化,成正比变化,U Uk k=0V=0V时,能立即停止。时,能立即停止。时,能立即停止。时,能立即停止。l l U Uk k 的极性的极性的极性的极性 改变时,改变时,改变时,改变时,电枢的转向电枢的转向电枢的转向电枢的转向 改变。改变。改变。改变。l l U U
12、k k U U1 1U U2 2U U3 3 直流伺服电动机直流伺服电动机的原理图的原理图3-1 3-1 伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机二、直流二、直流二、直流二、直流伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机机电传动控制11优缺点比较:n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。n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。机电传动控制12第第3 3章章 控制电机控制电机 力矩电动机是一种能够长期处于启动力矩电动机是一种能够长期处于启动(堵转堵转)状态下工作的低转速、大转矩的执行电
13、机。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,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。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,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。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它与高精度的检测元件、放大元件和校
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