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1、第3章 特种电机,第3章 特种电动机,素质目标： 了解伺服电动机、测速发电机及步进电动机的结构和特点。 掌握特种电机的工作原理和工作特性。 了解特种电机的具体应用。,第3章 特种电机,3.1 伺服电动机,伺服电动机又叫执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件，其任务是把接收到的电信号转变为轴上的角位移或角速度。这种电机有信号时就动作，没有信号时就立即停止。伺服电动机又分为直流伺服电动机和交流何服电动机。伺服电动机的工作状态与一般作动力用的电动机有很大的区别，它的起动、制动和反转十分频繁，多数时间电动机转速处在零或低速状态等过渡过程中。 对伺服电动机的性能有如下要求: (1)无“自转“现象。即当
2、信号电压为零时，电动机应当迅速自行停转。 (2)具有下垂的机械特性，即运行的稳定性要好。在控制电压改变时，电动机能在较宽的转速范围内稳定运行。,第3章 特种电机,3.1 伺服电动机,(3)具有线性的机械特性和调速特性。 (4)快速响应。即对信号反应灵敏，机电时间常数要小 3.1.1 直流伺服电动机 1、直流伺服电动机的结构 直流伺服电动机实际上就是一台他励直流电动机，其 结构与普通小型直流电动机相同。 2、工作原理 直流伺服电动机的工作原理和普通直流电动机完全相同，其原理如图所示。当磁极有磁通，绕组中有电流流过时，电枢电流与磁通相互作用而产生转矩，伺服电动机就动作，其基本关系式同普通直流电动机
3、一样。,第3章 特种电机,3.1 伺服电动机,3、 控制方式 直流伺服电机的控制方式,有电枢控制和磁场控制两种。,电枢控制，即磁场绕组加恒定励磁电压，电枢绕组加控制电压，在负载转矩恒定时，电枢的控制电压升高，电动机的转速就升高；反之，减小电枢控制电压，电动机的转速就降低；改变控制电压的极性，电机就反转:控制电压为零，电机就停转。,第3章 特种电机,3.1 伺服电动机,磁场控制方式,在磁场绕组加控制电压，而电枢绕纽加恒定电压控制方式。改变励磁电压的大小和方向，就能改变电动机的转速与转向。 电枢控制的主要优点是:没有控制信号时，电枢电流为零，电枢中没有损耗，只有较小的励磁损耗:磁极控制优点是：控制
4、功率小。自动控制系统中多采用电枢控制方式。,4、控制特性 (1)机械特性。机械特性是指励磁电压Uf恒定，电枢的控制 电压Uk为恒定值时电动机的转速n和电磁转矩M之间的关系， 即n=f(M)，如下图a所示。,第3章 特种电机,3.1 伺服电动机,(2)调节特性。调节特性是指电磁转矩恒定时，电机的转速随控制电压的变化关系，即n=f(Uk),如下图b所示。,第3章 特种电机,3.1 伺服电动机,(2)调节特性。调节特性是指电磁转矩恒定时，电机的转速随控制电压的变化关系，即n=f(Uk),如图b所示。 从图中可看出，随着控制电压UK增大，电机的机械特性曲线平行地向转速和转矩增加的方向移动，但是它们的斜
5、率保持不变。 从调节特性曲线来看，调节特性曲线与横轴的交点，就表示在某一电磁转矩时电动机的始动电压在转矩 恒定时，电机的控制电压大于相应的始动电压，电动机便能起动并达到某一转达；反之，控制电压小于相应的始动电压，则这时电动机所能产生最大起动转矩小于所要求的转矩值，故不能起动。所以，在调节特性曲线上原点到始动电压点的这一段横坐标所示的范围，称为某一电磁转矩值时伺服电动机的失灵区。显然，失灵区的大小与电磁转矩的大小成正比。,第3章 特种电机,3.1 伺服电动机,3.1.2、 交流伺服电动机 1、交流伺股电动机的结构 交流伺服电动机是两相异步电动机，其定了槽内嵌有两套在空间相差900电角度的定子绕组
6、，一套是励磁绕组，另一套是控制绕组。交流伺服电动机转子有两种基本结构形式，一种是笼形转子，与三相异步电动机笼形转子相似，只是外形上细而长，这样可以减小转子的转动惯量。另一种为非磁性空心怀形转子。 2、工作原理,第3章 特种电机,3.1 伺服电动机,第3章 特种电机,3.1 伺服电动机,只要控制电压的相位与励磁电压的相位不同，就能在电动机中产生一个两相旋转磁场，使电动机旋转起来。若没有控制电压加于控制绕组，电动机中产生的就是单相脉振磁场，电动机不能旋转。 假如电动机处在旋转状态下，而控制电压为零时，即UK=0时，交流伺服电动机能停止转动吗？由单相异步电动机的理论可知，此时的电动机在单相磁场的作用
7、下会继续按原旋转方向转动，只是转速略有下降，但不会停转。这种在控制电压消失后电动机仍然旋转不停的现象称为“自转“。自转现象破坏了伺服电动机的伺服性，显然是要避免的。,第3章 特种电机,3.1 伺服电动机,曲线M=f(s)具有以下特点：（1）过零，无起动转矩； （2）0nn1时，MO, 是制动转矩；-n1n0,时，M0,也是制动转矩。在此情 况下，若控制电压消失，在励磁绕组单相通电运行时的电磁 转矩是制动性的， 电动机将停转。故只要sm+1,就能避免自转现象。,第3章 特种电机,3.1 伺服电动机,3、控制方式,交流伺服电动机的控制方式有以下二种,第3章 特种电机,3.1 伺服电动机,(1)幅值
8、控制方式。这种控制方式是通过调节控制电压的大小来改变电机的转速。采用此方法时，将励磁电压UK和控制电压Uf之间的相位差始终保持900电角度。当控制屯压UK=0时,电机停转. (2) 相位控制方法。调节控制电压UK与励磁电压Uf之间的相位角来改变电机的转速。控制电压的幅值保持不变。当相位差等于零时，电机停转. (3) 幅值-相位控制 (又叫电容控制)方式。这种控制方式是将励磁绕组串联电容C以后，接到稳压电源U上.这时励磁绕细上的电压Uf=U-Uc而控制绕组上，仍加控制电压Uk，Uk的相位始终与U相同。当.调节控制电压的幅值来改变电动机转速时，由于转子绕组的耦合作用，励磁绕组,第3章 特种电机,3.1 伺服电动机,的电流亦发生变化，使励磁绕组的电压Uf及电容C上的 电压Uc也随之变化。这就是说，电压Uk和Uf的大小及它 们之间的相位角也都随之改变。所以这是 一种幅值和相 位的复合控制方式。若控制电压Uk=0时，电机便停转。这 种控制方式实质是利用申联电容器来分相，它不需要复杂 的移相装置，所以其设备简单、成本较低，成为最常用 的一种控制方式。,
