电机与机床电气控制项目ppt课件

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1、 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制工程工程4 4 控制电机控制电机 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制义务4.1 步进电动机活动情境步进电动机是用于开环伺服系统中的驱动原件，它是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的执行器，如图4.1所示。步进电动机的角位移量与电脉冲数成正比，其转速与电脉冲频率成正比。经过控制脉冲频率、脉冲数量、电动机绕组通电相序，就可获得所需转速、转角及转向。义务要求了解步进电动机的分类和构造特点，了解其任务原理及运转特点，并能据此掌握步进电动机的参数选择和驱动控制方式。图4.1 步进电动机外形图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制根本活动4.1.1

2、步进电动机1步进电动机的分类步进电动机可从多角度分类，按任务原理分，通常分为反响式磁阻式、永磁式和永磁反响式；按构造分，可分为单段式径向式、多段式轴向式及印刷绕组式；按运动方式分，可分为旋转运动式、直线运动式、平面运动式及滚切运动式；按运用场所分，可分为功率式和控制式；按相数分，可分为三相、四相、五相、六相等。实际中反响式步进电动机运用较广泛。1反响式步进电动机反响式步进电动机又称磁阻式步进电动机，它的定子和转子由硅钢片或其他软磁资料制成，定子有励磁绕组，绕组通电励磁产生反响力矩使转子转动。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制反响式步进电动机具有如下特点：对步进电动机的控制非常方便。气

3、隙小。步距角小。电动机内部阻尼较小。带惯性负载才干差，尤其在高速时容易失步。断电后无定位转矩。2永磁式步进电动机永磁式步进电动机的定子由软磁资料制成并有多对绕组，而转子上装有永磁铁制成的磁极。永磁式步进电动机具有如下特点：步距角大。控制功率小，效率高。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制内阻尼较大，单步振荡时间短。断电后具有一定的定位转矩。3永磁反响式步进电动机永磁反响式步进电动机又称混合式步进电动机。它在构造和性能上，兼有反响式和永磁式步进电动机的特点，既具有反响式步进电动机步距角小和任务频率较高的特点，又具有永磁式步进电动机控制功率小和低频振荡小的特点。2步进电动机的构造与任务原理

4、这里仅以反响式步进电动机为重点，引见步进电动机的任务原理。1径向式反响式步进电动机反响式步进电动机的定子、转子是用硅钢片或其他软磁资料制成的，定子上装有多相普通为三相星形衔接的控制绕组，每对极组成一相绕组， 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制如图4.2a所示。步进电动机通电方式有以下3种：图4.2 反响式步进电机任务原理图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制单相轮番通电方式。双相轮番通电方式。单双相轮番通电方式。2多段反响式步进电动机前面引见的反响式步进电动机是按径向分相的，这种电动机也称单段反响式步进电动机，它是目前步进电动机中运用最多的一种构造方式。反响式步进电动机的另一种

5、构造方式是接轴向分相的，称作多段反响式步进电动机。与径向分相不同，它的各相磁极是沿轴向陈列的，定子和转子都分成多段图中为三段，每一段都用一组绕组励磁，构成一相。3小步距角步进电动机普通简单构造的反响式步进电动机的步距角较大，假设用于数控机床难以保证加工精度。因此，实践中采用的是小步距角的步进电动机。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.3 三段反响式步进电动机构造原理图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.4 小步距角的三相反响式步进电动机图4.5 定子、转子展开图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制为了便于阐明电动机的任务原理，现沿圆周方向把电动机展开成如图4

6、.5所示的平面图。反响式步进电动机的转子齿数根本上由步距角z的要求所决议。当定子的相邻极属于不同的相时在某一极下假设定子和转子的齿对齐时，那么要求在相邻极下的定子和转子之间应错开转子齿距的1/m，即它们之间在空间位置上错开360/mz的角度。由此可得出转子齿数应满足的条件为 式中 2p步进电动机的定子极数； m步进电动机的相数； K正整数。通电方式采用三相六拍时，即按AABBBCCCAA顺序循环通电，同样步距角也要减少1/2，即每一脉冲仅转动1.5。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制假设步进电动机通电的脉冲频率为f时，那么步进电动机的转速为 4.1.2 步进电动机的运转特性及选用1步

7、进电动机的运转特性1步距角如前所述，步进电动机每切换一次通电顺序称为一拍，每一拍所转过的角度称为一步，每步所转过的角度称为步距角，可按式4.3计算 式中 步距角； m步进电动机相数； z转子的齿数； 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制 c形状系数，当采用单三拍或双三拍通电式时，c=1；而采用三相六拍通电方式时，c=2。 2最大静转矩Tjmax当步进电机不改动通电形状时，转子处于不动的形状称为静态。步进电动机的静态特性主要指静态矩角特性和最大静转矩特性。图4.6 静态转角特性矩角特性 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制曲线上的电磁转矩最大值称为最大静转矩Tjmax。它与通电形状及

8、绕组内电流的值有关。在一定通电形状下，最大静转矩与绕组内电流的关系，称为最大静转矩特性。3空载启动突跳频率fq步/s步进电动机在空载时由静止忽然启动，进入不丢步的正常运转的最高频率，称为启动频率或突跳频率，它是衡量步进电动机快速性能的重要技术数据。4空载运转频率fmax步/s步进电动机在空载启动后，当控制脉冲延续发出时，能不失步运转的最高频率称作运转频率。它是步进电机的重要性能目的，对于提高消费率和系统的快速性具有重要意义。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.7 步进电动机最大静转矩特性图4.8 启动频率与负载的关系 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制5启动矩频特性当步进

9、电动机带着一定的负载转矩启动时，作用在电动机轴上的加速转矩为电磁转矩与负载转矩之差。负载转矩越大，加速转矩就越小，电动机就不易转起来，只需当每步有较长的加速时间采用较低的脉冲频率时，电动机才干启动。6运转矩频特性运转矩频特性是描画步进电机延续稳定运转时，输出转矩T与延续运转频率之间的关系，它是衡量步进电机运转时承载才干的动态性能目的。2步进电动机的选用合理地选用步进电动机是伺服系统设计的一项重要任务。通常希望步进电动机的输出转矩大，启动频率和运转频率高，步距角小，性能价钱比高。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.9 90BF001启动矩频特性图图4.10 90BF001运转矩频特

10、性图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制实践选用时，必需全面思索，在满足主要技术性能的前提下，综合思索步进电机的参数。1步距角的选择图4.11为步进电机的驱动系统，在如图4.11a所示直线进给系统中，进给系统的脉冲当量为mm/脉冲，步进电动机的步距角为，它们之间的关系如下 在如图4.11b所示的圆周进给系统如数控转台，脉冲当量为，蜗杆为zk头，蜗轮为zw齿，那么有 通常脉冲当量已在总体方案设计时，兼顾系统精度和速度要求确定。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.11 步进电动机驱动系统 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制2最大静态转矩Tjmax的选择选择步进电动机时

11、，首先，必需满足步进电动机的输出功率大于负载所需的功率。因此，应计算机械传动系统的负载转矩，且使步进电动机的转矩大于负载转矩，保证步进电动机可靠地运转。步进电动机的负载由切削力F和任务台运动时的摩擦力组成，负载转矩TF的计算公式为式中 F运动方向的阻抗切削力，N； 导轨摩擦系数； W工件及任务台质量，kg； 齿轮和丝杠的总效率； i齿轮传动比。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制计算出的负载转矩TF应满足： 对于相数较多、突跳频率要求不高时取系数大值，反之取小值。3启动频率fq的选择步进电动机在带负载启动时，其启动频率会降低。参照步进电动机的启动矩频特性，并留有一定余地来选fq，详细步

12、骤如下：先计算电动机轴上的等效负载转动惯量：式中 J1，J2齿轮的转动惯量，Nms2； J3丝杠的转动惯量，Nms2; 脉冲当量，mm/脉冲。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制然后进展负载启动频率fqF的估算：式中 fq空载启动频率，Hz； T启动频率下，由矩频特性决议的力矩，Nm； J电动机转子转动惯量，Nms2。假设负载参数无法确定，那么可按fqF=0.5fq估算。4运转频率fmax的选择选择步进电动机的延续运转频率fmax应能满足机床任务台最高运转速度的要求。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制4.1.3 4.1.3 步进电动

13、机的驱动控制步进电动机的驱动控制从步进电动机的任务原理可知，必需使其定子励磁绕组顺序通电，并具有从步进电动机的任务原理可知，必需使其定子励磁绕组顺序通电，并具有一定功率的电脉冲信号，才干使其正常运转，步进电动机驱动电路亦称一定功率的电脉冲信号，才干使其正常运转，步进电动机驱动电路亦称驱动电源就承当此项义务。步进电动机及其驱动电路是一有机的整体。驱动电源就承当此项义务。步进电动机及其驱动电路是一有机的整体。步进电动机的运转性能是步进电动机和驱动电路的综合结果。步进电动机的运转性能是步进电动机和驱动电路的综合结果。1 1环形分配器环形分配器环形分配器的主要功能是将数控安装的插补脉冲，按步进电动机所

14、要求的环形分配器的主要功能是将数控安装的插补脉冲，按步进电动机所要求的规律分配给步进电动机驱动电源的各相输入端，以控制励磁绕组的导通或规律分配给步进电动机驱动电源的各相输入端，以控制励磁绕组的导通或断开。由于步进电动机有正反转要求，环形分配器的输出又是可逆的。断开。由于步进电动机有正反转要求，环形分配器的输出又是可逆的。图图4.144.14是一个三相步进电动机按六拍方式通电的环形分配器原理图，其任是一个三相步进电动机按六拍方式通电的环形分配器原理图，其任务形状见表务形状见表4.34.3， 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.12 软件环形分配器 出版社电机与机床电气控制电机与机床电

15、气控制图4.13 软件环形分配器流程图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.14 三相六拍式通电的环形分配器原理图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制2功率放大器由环形分配器输出的脉冲功率很小，需求进展功率放大，使脉冲电流到达110 A，才足以驱动步进电动机旋转。为使步进电动机有较大高频转矩，还应使功率放大电路能输出较大的高频电流。1单电压驱动电路单电压驱动电路的任务原理如图4.15所示。2高低压驱动电路高低压驱动电路的特点是供应步进电动机绕组有两种电压：一种是高电压U1，由电动机参数和晶体管特性决议，普通在80 V至更高范围；另

16、一种是低电压U2，即步进电动机组额定电压，普通为几伏，不超越20 V。该电路的优点是在较宽的频率范围内有较大的平均电流，能产生较大稳定的平均转矩，其缺陷是电流波顶有谷点见图4.17。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.15 单电压驱动电路原理图图4.16 高低压驱动电路原理图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制3斩波驱动电路高低压驱动电路的电流在高低压衔接处出现谷点，呵斥高频输出转矩在谷点下降，为了使励磁绕组中的电流维持在额定值附近，需采用斩波驱动电路。3种驱动电路电流波形如图4.17所示。斩波驱动电路的原理如图4.18所示。斩波驱动电路虽然复杂，但它的优点比较突出：绕组

17、的脉冲电流边沿陡，快速呼应好。功耗小、效率高。输出恒定转矩。3与数控安装的衔接步进电动机驱动安装分为两类：一类是其本身包括环形分配器称为硬环分， 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.17 3种驱动电路电流波形图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.18 斩波驱动电路原理图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制数控安装只需发脉冲即可，每一个脉冲即对应电动机转过一个固定的角度；另一类是驱动安装没有环形分配器，环形分配需由数据安装中的计算机软件来完成称为软环分。图4.19 硬件环形分配器驱动与数控安装的衔接 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.20 软件环形

18、分配器驱动与数控安装的衔接义务 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制4.2 4.2 交流伺服电动机交流伺服电动机活动情境活动情境伺服电动机有直流和交流两大类。交流伺服电动机有直流和交流两大类。交流伺服电动机通常指两相交流伺服电动伺服电动机通常指两相交流伺服电动机输出功率较小，普通只需几十瓦。机输出功率较小，普通只需几十瓦。直流伺服电动机输出功率较大，普通直流伺服电动机输出功率较大，普通可达几千瓦。可达几千瓦。义务要求义务要求了解并掌握交流伺服电动机的性能要求、了解并掌握交流伺服电动机的性能要求、构造特点和任务原理，以及对应的控制构造特点和任务原理，以及对应的控制方式及运用。方式及运用。图

19、4.21 交流伺服电动机外形图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制根本活动自动控制系统对交流伺服电动机提出的要求主要有以下几点：转速和转向应方便地受控制信号的控制，调速范围较大；整个运转范围内的特性应接近线性关系，保证运转的稳定性；当控制信号消除时，伺服电动机应立刻停转，要求无“自转景象； 控制功率要小，启动转矩应大；机电时间常数要小，启动电压要低。当控制信号变化时，反响快速灵敏。4.2.1 两相交流伺服电动机的构造交流伺服电动机的构造主要可分为定子部分和转子部分。图4.22 两相绕组分布图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制定子铁芯由硅钢片叠压而成。定子上绕有两个方式一样并在

20、空间互差90的绕组，其中一个是励磁绕组f1f2，另一个是控制绕组k1k2。鼠笼型转子的构造和普通异步电动机的笼型转子类似，不过为了减小转子的转动惯量，需求做得细而长，鼠笼导条的资料采用高电导率的导电资料，如黄铜、青铜等，也可采用铸铝构造。图4.23 鼠笼型转子交流伺服电动机 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制空心杯转子交流伺服电动机的构造如图4.24所示。图4.24 杯形转子交流伺服电动机 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制4.2.2 4.2.2 交流伺服交流伺服电动电动机根本任机根本任务务原理原理图图4.254.25是交流伺服是交流伺服电动电动机的任机的任务务原理原理图图，图

21、图4.254.25 a a 中中WeWe为为励磁励磁绕组绕组，它由，它由恒定恒定电压电压的交流的交流电电源励磁。源励磁。WcWc为为控制控制绕组绕组，普通由伺服放大器供，普通由伺服放大器供电电。两个。两个绕组绕组在空在空间间相差相差9090电电角度。控制角度。控制绕组绕组所加的所加的电压电压UcUc与励磁与励磁电压电压UeUe有一定有一定相位差，在理想的情况下，相位差角相位差，在理想的情况下，相位差角为为9090。两。两绕组绕组中的中的电电流在气隙建立流在气隙建立一个旋一个旋转转磁磁场场，转转子子导导体切割此磁体切割此磁场产场产生感生感应电动势应电动势和和电电流，此流，此电电流再与流再与磁磁场

22、场的相互作用而的相互作用而产产生生电电磁磁转转矩，使矩，使转转子随旋子随旋转转磁磁场场的方向而旋的方向而旋转转。4.2.3 4.2.3 交流伺服交流伺服电动电动机的控制方式机的控制方式交流伺服交流伺服电动电动机控制方法有机控制方法有3 3种：幅种：幅值值控制、相位控制以及幅一相控制。控制、相位控制以及幅一相控制。消消费费中运用幅中运用幅值值控制的最多，下面只控制的最多，下面只讨论讨论幅幅值值控制。控制。这这种控制方法是种控制方法是坚坚持持控制控制电压电压UcUc与励磁与励磁电压电压UeUe之之间间的相位差不的相位差不变变，并等于，并等于9090电电角度，角度， 出版社电机与机床电气控制电机与机

23、床电气控制图4.25 交流伺服电动机的任务原理图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制改动RP的大小，即可改动控制电压Uc的大小，可以得到图4.27所示的不同控制电压下的机械特性曲线族。图4.26 交流伺服电动机的控制接线原理图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.27 不同控制电压的n=fT曲线 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制4.2.4 4.2.4 交流伺服交流伺服电动电动机特性机特性对单对单相异步相异步电动电动机，机，转转子子转转起来之后，再断开启起来之后，再断开启动绕组动绕组，转转子仍可以子仍可以继续继续转动转动，但是，但是对对交流伺服交流伺服电动电动机来机

24、来说说，假，假设设控制控制绕组绕组的控制的控制电压电压消逝，消逝，转转子子应应能立刻停能立刻停转转，而不允，而不允许许伺服伺服电动电动机有机有“自自转转景象存在。景象存在。图4.28 交流伺服电动机的机械特性 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制4.2.5 4.2.5 交流伺服电动机的运用交流伺服电动机的运用交流伺服电动机在自动控制系统、自动检测系统和计算安装中主要作为执行交流伺服电动机在自动控制系统、自动检测系统和计算安装中主要作为执行元件。元件。在自动控制和位置控制之中，尤其是位置控制系统，可以实现远间隔角度传在自动控制和位置控制之中，尤其是位置控制系统，可以实现远间隔角度传送，它的

25、任务原理是将主令轴的转角传送到远间隔的执行轴，命名为复现主送，它的任务原理是将主令轴的转角传送到远间隔的执行轴，命名为复现主令轴的转角位置。令轴的转角位置。义务义务4.3 4.3 直流伺服电动机直流伺服电动机活动情境活动情境直流伺服电动机，通常用在功率稍大的直流伺服电动机，通常用在功率稍大的系统中，其输出功率为系统中，其输出功率为1600 kW1600 kW。根本。根本构造和任务原理与普通直流他励电动机构造和任务原理与普通直流他励电动机一样，不同点只是它做得要细长一些。一样，不同点只是它做得要细长一些。图4.29 直流伺服电动机外形图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制义务要求了解并掌

26、握直流伺服电动机的控制方式、特性及运用。根本活动4.3.1 直流伺服电动机的控制方式直流伺服电动机控制方式有两种：一种是电枢控制；另一种是磁极控制。把电枢电压作为控制信号即采用改动电枢电压控制转速的方法称为电枢控制，把励磁绕组电压作为控制信号即改动励磁绕组电压控制转速的方法称为磁场控制或磁极控制。4.3.2 直流伺服电动机的特性电磁式就是他励式，因此，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一样，即 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制 式中 Ue电枢控制电压； Ra电枢回路电阻； 每极磁通； K1，K2电动机构造常数。调理特性是指电磁转矩恒定时，电动机的转速随控制电压变

27、化的关系，即T=常数时，n=fU。由式4.10便可画出直流伺服电动机的调理特性曲线，如图4.30所示，它们也是一组平行的直线。电枢控制式直流伺服电动机的机械特性和调理特性都是一组平行的直线，与交流电动机的机械特性比较，前者的堵转转矩大，特性曲线线性度好，机械特性较硬，缺陷是有换向器，因此构造复杂，产生无线电干扰。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.30 电枢控制式直流电压 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制4.3.3 直流伺服电动机的运用直流伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件，即在输入控制电压后，电动机能按控制电压信号的要求驱开任务机械。由伺服电动机组成的伺服系统，通

28、常采用两种控制方式：一是速度控制方式；二是位置控制方式。在此系统中，速度的给定量和反响量都是以电压信号方式出现的。图4.31 速度控制原理框图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制义务4.4 力矩电动机活动情境力矩电动机是可以满足长时间低速运转甚至堵转要求的一种高性能电机，它是基于直流、异步和同步电动机的原理，按特殊设计要求而制成的，如图4.32所示。由于这一类电动机可以不经过齿轮减速而直接与负载衔接，因此简化了机械构造，消除了齿轮减速传动引起的齿隙误差等，从而改善了机械特性和调理特性的线性度。图4.32 力矩电动机外形图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制义务要求了解并掌握力矩

29、电动机的构造、特性及运用。4.4.1 永磁式直流力矩电动机的构造特点直流力矩电动机任务原理上属于永磁式直流伺服电动机，外形及尺寸与普通直流电动机有较大差别。图4.33 永磁直流力矩电动机的构造表示图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制4.4.2 直流力矩电动机转矩大、转速低的缘由1转矩大的缘由设电枢铁芯体积不变，假设电枢铁芯的直径增大一倍，那么圆柱体的截面积增大为原来的4倍，即Sa=2r2=4r2，其长度可减少为原来的1/4。假设电枢导体总数为N、导体有效长度为L、气隙平均磁通量密度为B、支路电流为i、电枢总电流为I、支路对数为a，在导体中电流密度不变即电流不变，那么根据定义，电动机的

30、电磁转矩T为 由式4.10可以看出，N越大，D越大，a越小，电磁转矩越大。假设思索NL的乘积根本不变时，T与D成正比，即电枢直径增大一倍，电磁转矩也增大一倍。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制2转速低的缘由设电枢每条支路的导体数为N/2a，那么一条支路的感应电动势E为 式中 v电枢外表线速度，m/s； n电枢转速，r/min； U电枢两端电源电压，V。式4.11阐明，在电源电压U一定时，n与D成反比。电枢直径越大，电动机理想转速就越低。4.4.3 直流力矩电动机的特点和运用由于在设计、制造上保证了电动机能在低速或堵转下运转，在堵转情况下能产生足够力矩而不损坏，有精度高、反响速度快、线

31、性度好等优点，所以，它常用在低速、需求转矩调理的随动系统中作为执行元件。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制义务4.5 小功率同步电动机活动情境小功率同步电动机具有转速不随负载和电压变化而变化的特性，依托同步转矩运转的交流电动机，其转速与旋转磁场的转速同步。小功率同步电动机具有转速恒定、构造简单、运用方便的特点。义务要求了解并掌握永磁式同步电动机的构造、特性及运用。图4.34 同步电动机外形图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制根本活动4.5.1 永磁式同步电动机构造特点与根本任务原理永磁式同步电动机转子主要由两部分构成：用来产生转子磁通的永久磁铁和置于转子铁芯槽中的鼠笼绕组，

32、如图4.35所示。图4.35 永磁式同步电动机转子表示图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制永磁式同步电动机的任务原理与同步电动机是类似的，只是其转子磁通是永久磁铁产生的，如图4.36所示。图4.36 永磁式同步电动机任务原理图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制当同步电动机的定子绕组通以三相或两相包括单相电源经电容分相交流电流时，产生旋转磁场以Ns，Ss表示，以同步角速度逆时针方向旋转。维持转子旋转的电磁转矩是定子旋转磁场和转子永久磁铁磁场相互作用而产生的。4.5.2 永磁式同步电动的启动方法永磁式同步电动机启动比较困难。为了使永磁式同步电动机能自行启动，在转子上普通都装有启

33、动用的鼠笼绕组，如图4.35和图4.38所示。定子旋转磁场以0的速度逆时针方向旋转时，在转子鼠笼绕组中会感应电势er，并产生电流ir，该电流与定子旋转磁场相互作用，产生异步转矩Ti，使永磁式同步电动机像异步电动机那样启动起来，这跟转子励磁的大功率同步电动机完全一样。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.37 启动困难的缘由图4.38 永磁式同步电动机的异步启动图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制义务4.6 测速发电机活动情境测速发电机是一种微型发电机，可将机械转速转换为相应的电压信号，如图4.39所示。因此在自动控制系统中用它作为丈量转速信号的元件。义务要求了解并掌握测速

34、发电机的构造、特性及运用。根本活动在自动控制系统中，对测速发电机的主要要求是：电压与转速坚持线性关系，即函数U=fn是一条直线，以到达较高的准确度；U=fn特性曲线的斜率要大，即转速变化所引起的电压变化要大，以满足灵敏要求； 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制温度变化引起的误差要小。图4.39 各种测速发电机外形图图4.40 异步交流测速发电机外形图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制1 1根本构造和任根本构造和任务原理原理异步异步测速速发电机的构造和空心杯形机的构造和空心杯形转子伺服子伺服电动机机类似，如似，如图4.404.40所示。所示。为方便起方便起见，杯形，杯形转子可看

35、成是一个子可看成是一个导条数目非常多的鼠条数目非常多的鼠笼转子。当励磁子。当励磁电压UfUf一定一定时，1m1m根本不根本不变因因Uf=4.44f1N11mUf=4.44f1N11m，故，故由由e2Pe2P产生的生的电流流i2pi2p也要也要产生一个脉生一个脉动磁通磁通22，其方向正好与，其方向正好与输出出绕组WCWC轴线重合，且穿重合，且穿过WCWC，所以就在，所以就在输出出绕组WCWC上感上感应出出变压器器电势e0e0，其，其有效有效值E0E0与磁通与磁通22成正比，即成正比，即而而 将式将式4.144.14及式及式4.124.12代入式代入式4.134.13，可得，可得 出版社电机与机床

36、电气控制电机与机床电气控制式4.15阐明：在励磁电压Uf一定的情况下，当输出绕组的负载很小时，异步测速发电机输出电压U0与转子转速n成正比，如图4.41所示。图4.41 异步测速发电机的输出特性 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制2 2主要技主要技术目的目的剩余剩余电压：指的是当：指的是当测速速发电机的机的转速速为零零时的的输出出电压。线性性误差：差：严厉来来说，输出出电压和和转速之速之间不是直不是直线关系，由非关系，由非线性引性引起的起的误差称差称为线性性误差，并差，并规定由式定由式4.164.16决决议： 式中式中UmaxUmax实践践输出特性和工程上出特性和工程上选取的理想取的理

37、想输出特性出特性间输出出电压的的 最大差最大差值； Umax Umax对应最大最大转速速nmaxnmax的的输出出电压，如，如图4.424.42所示。所示。相位相位误差：指在差：指在规定的定的转速范速范围内，内，输出出电压与励磁与励磁电压之之间相位移的相位移的变化量，普通要求交流化量，普通要求交流测速速发电机相位机相位误差不超越差不超越1212。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.42 输出特性的线性度 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制输出斜率灵敏度：指额定励磁条件下，单位转速1 000 r/min产生的输出电压。义务4.7 自整角机 活动情境自整角机是自动控制系统中的

38、同步元件。利用两台或多台自整角机在电路上的联络，将转轴上转角变换为电信号，或将电信号变换为转轴的转角，可使相隔一定间隔且机械上互不相连的两根或多根转轴坚持同步旋转或产生一样的转角变化，以实现角度的传输、变换和接纳。图4.43 各种自整角机外形图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制义务要求了解并掌握自整角机的构造、分类及任务原理。根本活动自整角机按其运用要求不同，可分为控制式自整角机和力矩式自整角机。根据相数不同，分三相和单相自整角机。4.7.1 自整角机的根本构造与直流电机类似，自整角机的构造主要分成两大部分，即定子和转子。为了使转子绕组和外电路衔接，在转子上装有滑环和电刷安装。此外，

39、还有分装式自整角机，其定子、转子是可以分开的，分别在现场安装固定。4.7.2 力矩式自整角机力矩式自整角机系统由两台自整角机组成，其接线图如图4.45所示。两台自整机中一台作为发送机，另一台作为接纳机。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.44 自整角机构造图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.45 力矩式自整角机的接线图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制1根本任务原理当发送机和接纳机各自的转子的励磁绕组通入同一单相交流电流时，两个绕组分别在各自的电机内产生脉动磁场，同时在各自的定子绕组中产生感应电动势。当发送机和接纳机的定、转子之间的相对位置一样时，其定子

40、对应相绕组中的感应电动势的大小和相位必然一样。定子电路内就不会有电流，因此，发送机和接纳机均不会产生电磁转矩，转子不会自行转动，此时两机处于稳定的平衡位置。发送机转子偏离基准电气零位角度1与接纳机转子偏离基准电气零位角度2之差，即=1-2 ，称为失调角。当失调角不等于零时，而接纳机转子未动，此时发送机和接纳机对应定子绕组中的电动势就不相等，也就不能相互抵消，于是定子绕组回路中就有电流Iab1，Iab2，Iab3流过图4.45中只注明了Iab1。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制2 2运用举例运用举例图图4.464.46是力矩式自整角机在液位指示器中运用的一例。图中的浮子随液面是力矩式

41、自整角机在液位指示器中运用的一例。图中的浮子随液面而升降，经过滑轮和平衡锤使自整角发送机转动。自整角发送机与接纳机而升降，经过滑轮和平衡锤使自整角发送机转动。自整角发送机与接纳机之间经过导线远间隔衔接。由于自整角接纳机是随动的，所以它带动指针之间经过导线远间隔衔接。由于自整角接纳机是随动的，所以它带动指针能准确地反映发送机转过的角度，从而实现了液位的传送。能准确地反映发送机转过的角度，从而实现了液位的传送。4.7.3 4.7.3 控制式自整角机控制式自整角机为了提高远间隔角传送系统的精度和负载才干，常使力矩式接纳机的励磁为了提高远间隔角传送系统的精度和负载才干，常使力矩式接纳机的励磁绕组从电源

42、断开，使其在变压器形状任务。这时，接纳机输出的不是角位绕组从电源断开，使其在变压器形状任务。这时，接纳机输出的不是角位移或旋转运动，而是与失调角有关的信号电压，这个小功率信号电压再经移或旋转运动，而是与失调角有关的信号电压，这个小功率信号电压再经过放大器放大，去推进伺服电动机。并经减速器与机械负载联络在一同。过放大器放大，去推进伺服电动机。并经减速器与机械负载联络在一同。这种间接经过伺服电动机来到达同步联络的系统称为同步随动系统。这种间接经过伺服电动机来到达同步联络的系统称为同步随动系统。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.46 液位指示器的表示图 出版社电机与机床电气控制电机与

43、机床电气控制图4.47 控制式自整角机的接线图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.48为控制式自整角机在自动跟踪系统中运用的一个例子，它将自整角变压器输出绕组的输出电压经放大器3放大后，加到两相可调伺服电动机4的控制绕组K上，使伺服电动机转动，经过减速5使被控机械负载6及自整角变压器转子一同转动，直至负载偏转的角度与发送机偏转的角度相等为止。图4.48 控制式自整角机运用实例义务 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制义务义务4.8 4.8 直线电动机直线电动机活动情境活动情境图4.49 直线电动机外形图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制直线电动机是一种能直接将电能

44、转换为直线运动的伺服驱动元件。在交通运输、机械工业和仪器工业中，直线电动机已得到推行和运用。它为实现高精度、呼应快和高稳定的机电传动和控制开辟了新的领域。义务要求了解并掌握直线电动机的分类、构造、任务原理及运用特点。根本活动原那么上对于每一种旋转电动机都有其相应的直线电动机，故它种类繁多，但普通按任务原理来区分，可分为直线异步电动机、直线直流电动机和直线同步电动机3种。4.8.1 直线异步电动机的构造直线异步电动机与鼠笼式异步电动机任务原理完全一样，两者只是在构造方式上有所差别。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.50a所示是直线异步电动机的构造表示图，它相当于把旋转异步电动机如

45、图4.50b所示沿径向剖开，并将定、转子圆周展开成平面。直线异步电动机的定子普通是初级，而它的转子动子那么是次级。图4.50 直线异步电动机的构造表示图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.51 平板型直线电动机 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制4.8.2 4.8.2 直直线线异步异步电动电动机的任机的任务务原理原理直直线线异步异步电动电动机是由旋机是由旋转电动转电动机演化而来的，因此当初机演化而来的，因此当初级级的多相的多相绕组绕组通入通入多相多相电电流后，也会流后，也会产产生一个气隙磁生一个气隙磁场场，这这个磁个磁场场的磁感的磁感应应强强度度BB按通按通电电的相序的相

46、序顺顺序作直序作直线线挪挪动动，该该磁磁场场称称为为行波磁行波磁场场。显显然行波的挪然行波的挪动动速度与旋速度与旋转转磁磁场场在走子内在走子内圆圆外表的外表的线线速度是一速度是一样样的，的，这这个速度称之个速度称之为为同步同步线线速，用速，用vsvs表示，且表示，且 式中式中 极距，极距，cmcm； f f电电源源频频率，率，HzHz。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制图4.52 直线电机任务原理图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制直线异步电动机的推力公式与三相异步电动机转矩公式相类似，即 式中 K电机构造常数： p初级磁极对数； I2次级电流； m初级一对磁极的磁通量的幅

47、值； cos2次级功率因数。在F推力作用下，次级运动速度v应小于同步速度vs，那么沿差率s为 故次级挪动速度 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制式4.19阐明直线异步电动机的速度与电机极距及电源频率成正比，因此，改动极距或电源频率都可改动电动机的速度。改动直线异步电动机磁极绕组的通电相序，就可改动电动机的运动方向，从而可使电动机做往返运动。4.8.3 直线电动机的特点及运用与旋转电机相比，直线电机传动主要有以下优点：直线电机由于不需求中间传动机械，因此使整个机械得到简化，提高了精度，减少振动和噪声；快速呼应，由于不存在中间传动机构，因此加速和减速时间短，可实现快速启动正反向运转；仪表用

48、的直线电机可以省去电刷和换向器等易损零件，使可靠性和寿命添加； 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制直线电机由于散热面积大，容易冷却，所以允许较高的电磁负荷，可提高电机的容量定额；装配灵敏性大。直线电动机和旋转电动机相比较，它存在着效率和功率因数低、电源功率大及低速性能差等缺陷。工程小结直流伺服电机的任务原理与普通直流电机一样。交流伺服电机的任务原理同两相交流电机。在控制系统中，伺服电机主要作为执行元件，因此要求伺服电机启动、制动及跟随性能要好，交流伺服电机无控制电压时，应无自转景象。直流伺服电机的特性可经过下式获得，从式中可以看出，直流伺服电机的特性较好，其机械特性和调理特性均为线性的

49、。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制 交流伺服电机的特性是非线性的，其相位控制方式特性最好。直流伺服电机的控制方式比较简单，可经过控制电枢电压实现对直流伺服电机的控制。交流伺服电机的控制方式分为幅值控制、相位控制和幅相控制3种。力矩电动机是可以满足长时间低速运转甚至堵转要求的一种高性能电机，它是基于直流、异步和同步电动机的原理，按特殊设计要求而制成的。微型同步异步电动机主要指永磁式同步电动机、反响式同步电动机和磁滞式同步电动机。测速发电机是丈量转速的一种丈量电机。根据测速发电机发出电压不同，测速发电机可分为直流测速发电机和异步测速发电机两类。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控

50、制直流测速发电机的任务与直流发电机一样；异步测速发电机的任务原理可经过下式进展阐明:转子切割电势 q轴磁通 输出绕组电势 因此，异步测速发电机的输出电压正比于测速发电机的轴上转速。直流测速发电机的误差主要有电枢反响引起的误差、电刷接触电阻引起的误差和纹波误差。交流测速发电机的误差主要有幅值及相位误差和剩余电压误差。自整角机是同步传送系统中的关键元件，运用时需求成对运用，一个作为发送机，另一个作为接纳机。 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制直线异步电动机相当于将三相异步电动机切开展平，适于带动直线运动的负载，这样省去了由旋转运动变直线运动的转换安装，使其构造简单、运转可靠、效率高。直线异步电动机有平板形、圆筒形和圆盘形3种构造方式。