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1、第10章 控制电机,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,第 10 章 控制电机,10.1 测速发电机,10.3 步进电动机,10.2 伺服电动机,10.4 自整角机,课堂讨论,下一章,上一章,返回主页,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,10.1 测速发电机,第10章 控 制 电 机,功能将转速信号转换成与之成正比的电压信号。 用途校正元件、计算元件。 种类直流测速发电机、交流测速发电机。 一、直流测速发电机1. 基本结构与普通小型直流发电机相同。励磁方式：电磁式（他励）和永磁式。,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,10.1 测速发电机,他励直流测速发电机,永磁式直流
2、测速发电机,2. 工作原理 (1) 空载时 U = E = CE n (2) 负载时U = E Ra I,结论：U n 。,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,空载时，输出电压严格与转速成正比。 负载时，在一定的转速下，输出电压随着 RL 的减小和 I 的增大而下降。即 RL 和 I 使误差 。 产生误差的主要原因是电枢反应。电枢电流要削弱发电机内的合成磁场，即 I 。 结论直流测速发电机运行时要 限定最小负载和最高转速。,10.1 测速发电机,RL RL2 RL1,RL2RL1,3. 直流测速发电机的输出特性,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,测速发电机应用举例（速度控制系
3、统）,10.1 测速发电机,直流伺服电动机,机械负载,放大器,控制系统原理图,控制系统框图,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,二、交流测速发电机,10.1 测速发电机,1. 基本结构 (1) 定子：有两相对称绕组。 (2) 转子：笼型或杯型。,励磁 绕组,输出 绕组,励磁 绕组,输出绕组,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,2. 工作原理,10.1 测速发电机,(1) 转子静止时 d 与输出绕组无交链， 输出绕组无感应，Uo = 0。 Uf4.44 ff Nf d d Uf,d,纵向脉 振磁通,转子感应,转子感应,励磁 if,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,(2)
4、 转子旋转时,10.1 测速发电机, Uf ,If,Ef,转子 n,q,eq d n q eq d n Uo q d n Uf n,n,与输出绕组交链,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,10.1 测速发电机,结论 U0 n 。 u0 与 uf 同频率、同相位。 改变 n 的方向，u0 与将反相位。 实际上是有线性误差的。,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,测速发电机,10.1 测速发电机,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,10.2 伺服电动机,第10章 控 制 电 机,伺服电动机 执行电动机。 功能：将电压信号转换成转角或转速信号。 种类：直流伺服电动机、交流伺服
5、电动机。 一、直流伺服电动机 1. 基本结构与普通小型直流电动机相同。 2. 励磁方式,他励式、并励式、串励式。 稀土永磁材料。,电磁式： 永磁式：,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,10.2 伺服电动机,+Ua ,他励直流伺服电动机,+Uf,+Ua ,永磁直流伺服电动机,3. 工作原理,施加 Ua Ia 主磁通： ,T,n,E,(1) 电磁转矩 T = CT Ia,(2) 电动势 E = CE n (3) 电枢电路电压方程 Ua = ERa Ia,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,10.2 伺服电动机,(4) 机械特性方程,4. 控制方式及其特性 (1) 电枢控制式Uf
6、= UfN Ua（控制电压） (2) 磁场控制式Ua = UaNUf（控制电压） 控制特性非线性。,Uc3Uc2Uc1,机械特性,T3T2T1,控制特性,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系, 原理：旋转 Rp 和 Ug 改变 Ud 改变 SM 和负载 L 旋转 和Uf 改变 = Ud = 0 SM 和负载 L 不再旋转。 直流伺服电动机的功率：PN = 1 600 W,直流伺服电动机应用举例 采用电位器的位置随动系统。,10.2 伺服电动机,电位器,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,二、交流伺服电动机,1. 基本结构 (1) 定子：定子绕组为两相绕组。 (2) 转子：笼型或杯
7、型。,10.2 伺服电动机,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,10.2 伺服电动机,ic 和 if 产生旋转磁场产生 T转子旋转。如果 uc 反相，改变 ic 和 if 的相序旋转磁场改变方向 n 的方向改变。减小 uc 磁动势的幅值 T n 。,2. 工作原理,SM ,控制绕组,励磁绕组,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,10.2 伺服电动机,(1) 两相控制保持 uc 和 uf 的相位差 = 90o 和 Uc = Uf ， 同时改变Uc 和 Uf 的大小。 (2) 幅值控制保持 = 90o 和 Uf = UN，改变 Uc 的大小。 (3) 相位控制保持 Uc = Uf
8、= UN ，改变 的大小。 (4) 幅相控制同时改变 uc 的大小和相位。 额定值：0.1 100 W，50Hz 、400Hz 等。,3. 控制方式,幅相控制时的机械特性,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,交流伺服电动机,10.2 伺服电动机,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,10.3 步进电动机,功能：将电脉冲信号转换成转角或转速信号。 转角 脉冲信号的个数；转速 n 脉冲信号的频率。用途：高精度的角度控制。分类(1) 按定子相数不同三相、四相、五相、六相等。 (2) 按转子材料不同永磁式、磁阻式（反应式）。,第10章 控 制 电 机,LFChun 制作,大连理工大学电气
9、工程系,1. 定子 2. 转子,一、基本结构,反应式步进电动 机的原理图,10.3 步进电动机,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,步进电动机的典型结构,10.3 步进电动机,特点结构简单，维护方便。,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,二、工作原理,一拍：从一次通电到另一次通电。步距角：每一拍转子转过的角度。,10.3 步进电动机,1. 三相单三拍运行通电顺序： U 相V 相W 相U 相。,(1) U 相通电,(2) V 相通电,(3) W 相通电,（步距角 = 30）,1,2,3,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,2. 三相双三拍运行,通电顺序： UV 相VW 相
10、WU 相。,(1) UV 相通电,(2) VW 相通电,(3) WU 相通电,10.3 步进电动机,（步距角 = 30）,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,3. 三相单双六拍运行,通电顺序：UUV VVW W WU U。,1,2,3,4,5,6,10.3 步进电动机,（步距角 = 15）,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,步距角,转速,设三相步进电动机z = 40，则 (1) 采用单/双三拍时：,(2) 采用三相六拍时：,10.3 步进电动机,结论起动灵敏，停机准确， 精确度高。,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,步进电动机的参数,驱动电源,最大静转矩、起动频率、
11、运行频率。 步进电动机的控制方式,10.3 步进电动机,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,步进电动机,10.3 步进电动机,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,10.4 自整角机,第10章 控制电机,功能：将转角信号转换成电压信号，或反之。 通过两个或两个以上的组合，以实现转角的 传输、转换和接收（组成转角随动系统）。 种类 (1) 按作用的不同分为力矩式自整角机、控制式自整角机。 (2) 按相数的不同分为单相自整角机、三相自整角机。,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,自整角机的结构,10.4 自整角机,由定子和转子组成。 (1) 单相自整角机：定子为三相绕组、转子
12、为单相绕组。 (2) 三相自整角机：定子和转子均为单相绕组。,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系, 励磁绕组的轴线在纵向时,单相自整角机中的脉振磁场, 励磁绕组转过 角时,10.4 自整角机,(1) 定子三相绕组又称为同步绕组。 (2) 转子绕组为励磁绕组。,定子感应,励磁 if,转子转过 角，磁 场轴线也转过 角,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,1. 转子处在协调位置时纵向脉振,一、力矩式自整角机,10.4 自整角机,a 发送机,b 接收机,T = 0，转子静止。,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,2. 转子处在非协调位置时,a 发送机,b 接收机,T 0，,1
13、0.4 自整角机,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,2. 转子处在非协调位置时,T 0，,接收机转子旋转 角。,重新达到协调位置，使,T = 0。,a 发送机,b 接收机,10.4 自整角机,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,力矩式自整角机的应用实例 主要用于角度随动系统，可以直接驱动微小 功率的机械负载。,10.4 自整角机,自整角发送机,自整角接收机,液位指示器示意图, 最大误差：0.25o 0.75o 。,同步联接系统无机械联接的两 个系统同步转动。,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,二、控制式自整角机,10.4 自整角机,1. 转子处在协调位置时,产生纵向
14、脉振磁,场 与输出绕组不交链, U0 = 0。,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,2. 转子处在非协调位置时, 与输出绕组交链,产生 E0sin。,即 U0sin 。,与输出绕组交链的分量,10.4 自整角机,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,控制式自整角机的应用实例 位置随动系统。,10.4 自整角机,主令轴,随动轴, 转角的随动是通过伺服电动机来驱动的 。,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,自整角机,10.4 自整角机,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,10.1 步进电动机步距角的大小由什么因素决定？ 答：（ ）。 a. 由步进电动机转子的齿数决定。 b. 由步进电动机的通电方式决定。 c. 由步进电动机的齿数和通电方式共同决定。,课 堂 讨 论,第10章 控制电机,10.2 一台五相步进电动机，采用五相十拍运行方式， 步距角 = 3，如果驱动电源的脉冲频率为 2000 Hz， 则该步进电动机的转速 n 为（ ） 。 a. 500 r/min b. 1 000 r/min c. 1 500 r/min,c,b,LFChun 制作,
