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1、 第第 6 章章 控制电机控制电机一、直流伺服电动机一、直流伺服电动机 1. 1. 基本结构基本结构基本结构基本结构 与普通小型直流与普通小型直流M相同。相同。 励磁方式：励磁方式： 电磁式：他励、并励、串励。电磁式：他励、并励、串励。 永磁式：稀土永磁材料永磁式：稀土永磁材料 （稀土钴、稀土钕铁硼）（稀土钴、稀土钕铁硼）2. 2. 工作原理工作原理工作原理工作原理 与普通直流电动机相同。与普通直流电动机相同。 6.1 伺服电动机大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作2电磁转矩：电磁转矩： Te = CT Ia 电动势：电动势： E = CE n电枢电路电压方程：电枢电路电压方程： Ua = E
2、Ra Ia机械特性：机械特性： 3. 3. 控制方式及其特性控制方式及其特性控制方式及其特性控制方式及其特性 (1) 电枢控制式电枢控制式 Uf = UfN ，Ua = Uc 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作3(2) 磁场控制式磁场控制式Ua = UaN ，Uf = Uc = C Uf = C Uc大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作4二、交流伺服电动机二、交流伺服电动机 1. 1. 基本结构基本结构基本结构基本结构 (1) 定子定子(2) 转子转子：两相对称绕组（励磁、控制）。：两相对称绕组（励磁、控制）。 ：笼型、非磁性空心杯形等。笼型、非磁性空心杯形等。 1-外定子铁心；外定子铁心；
3、2-杯型转子；杯型转子；3-内定子铁心；内定子铁心；4-定子绕组；定子绕组；5转轴；转轴；6轴承轴承空心杯形转子空心杯形转子大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作5(1) (1) 两相运行两相运行两相运行两相运行 两相电流两相电流 ic 和和 if 产生旋转产生旋转 磁场，产生磁场，产生 Te ，转子旋转。，转子旋转。 如果如果 uc 反相，即改变反相，即改变 ic 和和 if 的相序，旋转磁场改变方向，的相序，旋转磁场改变方向， n 的方向改变。的方向改变。 当当 uc 和和 uf 任意为零时，任意为零时， 产生脉振磁场，产生脉振磁场， Tst = 0， 不会起动。不会起动。 2. 2. 工作
4、原理工作原理工作原理工作原理 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作6(2)(2) 克服单相自转的方法克服单相自转的方法克服单相自转的方法克服单相自转的方法 增加增加 R2 ，合成，合成 Te 位于二四象限，克服位于二四象限，克服单相自转！单相自转！ 两相控制、幅值控制、相位控制、幅相控制两相控制、幅值控制、相位控制、幅相控制 3. 3. 控制方式控制方式控制方式控制方式 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作76.2 步进电动机步进电动机功能：功能： 将电脉冲信号转换成转角或转速信号。将电脉冲信号转换成转角或转速信号。 转角或转速转角或转速正比于正比于脉冲信号的个数或频率。脉冲信号的个数或频率。
5、 用途：用途：高精度的角度控制。高精度的角度控制。分类：分类： 按定子相数不同：三相、四相、五相、六相等；按定子相数不同：三相、四相、五相、六相等； 按转子材料不同：永磁式按转子材料不同：永磁式 、反应式、反应式 、混合式、混合式 。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作8一、基本工作原理一、基本工作原理 1. 1. 三相单三拍运行三相单三拍运行三相单三拍运行三相单三拍运行 通电顺序：通电顺序： U 相相V 相相W 相相U 相。相。 (1) U 相通电相通电 (2) V 相通电相通电 (3) W 相通电相通电 步距角步距角 = 30 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作92. 2. 三相单双六
6、拍运行三相单双六拍运行三相单双六拍运行三相单双六拍运行 通电顺序：通电顺序：UUV VVW W WU U。 （步距角（步距角 = 15） (1) U 相通电相通电 (2) UV 相通电相通电 (3) V 相通电相通电 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作10二、反应式步进电动机二、反应式步进电动机 特点特点: 结构简单，维护方便。结构简单，维护方便。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作11大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作12 步进电动机步进电动机应用举例（数控铣床）应用举例（数控铣床） 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作13一、直流测速发电机一、直流测速发电机 1. 1. 基本结构基本
7、结构基本结构基本结构 与普通小型直流发电机相同。与普通小型直流发电机相同。 励磁方式：电磁式和永磁式。励磁方式：电磁式和永磁式。 2. 2. 工作原理工作原理工作原理工作原理 空载时：空载时： U = E = CE n Un 负载时：负载时：U = ERa Ia6.3 测速发电机大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作14产生误差的原因：产生误差的原因： 电枢反应。电枢反应。 环境温度的变化，引起各绕组的电阻值变化。环境温度的变化，引起各绕组的电阻值变化。 负载变化，引起电刷与换向器接触电阻的变化。负载变化，引起电刷与换向器接触电阻的变化。 测速发电机应用举例大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作1
8、5二、交流异步测速发电机二、交流异步测速发电机 1. 1. 基本结构基本结构基本结构基本结构 定子：定子： 转子：转子：2. 2. 工作原理工作原理工作原理工作原理 定子铁心上有两相对称绕组。定子铁心上有两相对称绕组。 笼型、杯型笼型、杯型 。 (1) 转子静止时转子静止时 输出绕组：输出绕组： 与与 d 无交链，无交链，E0 = 0 。 n = 0 时，时，U2 = 0 。 若若 n = 0 时，时， U2 0 剩余电压剩余电压剩余电压剩余电压。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作16(2) 转子旋转时转子旋转时 eq = C1 d n = C1 n dm sint q = C2 eq =
9、 qm sint C1、C2 电机常数电机常数。 输出空载电压：输出空载电压： U2 qm n dm U2 n，与，与 uf 同频率；同频率； 若若 n 反向，则反向，则u2 反相位。反相位。 主要技术指标：主要技术指标： 线性误差、相位误差、剩余电压。线性误差、相位误差、剩余电压。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作176.4 自自 整整 角角 机机功能：功能： 将转角信号转换成电压信号，或反之。通过两个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。或两个以上的组合，以实现转角的传输、转换和接收。 种类：种类： 按作用不同：力矩式、控制式。按作
10、用不同：力矩式、控制式。 按相数不同：单相、三相。按相数不同：单相、三相。 结构：结构： 定子、转子。定子、转子。1定子；定子； 2转子转子 3阻尼绕组阻尼绕组; 4电刷电刷 5接线柱；接线柱； 6集电环集电环大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作18一、力矩式自整角机一、力矩式自整角机 1. 1. 转子处在协调位置转子处在协调位置转子处在协调位置转子处在协调位置 Te = 0，转子静止。，转子静止。 1 = 2 ，因对称：因对称：2. 2. 转子处在非协调位置转子处在非协调位置转子处在非协调位置转子处在非协调位置 1 2 ，因不对称：因不对称： Te 0， 接收机转子旋转，接收机转子旋转， 重
11、新达到协调位置重新达到协调位置 1 = 2 Te = 0。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作19二、控制式自整角机二、控制式自整角机 1. 1. 转子处在协调位置转子处在协调位置转子处在协调位置转子处在协调位置 发送机发送机 if 产生产生 ， 与输出绕组不交链，与输出绕组不交链， U2 = 0。 2. 2. 转子处在非协调位置转子处在非协调位置转子处在非协调位置转子处在非协调位置 发送机发送机 if 产生产生 与输出绕组交链，与输出绕组交链，产生感应电动势，产生感应电动势， U2sin 。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作20 自整角机的应用实例自整角机的应用实例 舵角指示器舵角指示
12、器 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作21 自整角机的应用实例自整角机的应用实例 火炮跟踪系统火炮跟踪系统 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作226.5 旋转变压器旋转变压器功能：功能： 将转子转角变换成与之有函数关系的电压信号。将转子转角变换成与之有函数关系的电压信号。 自控系统的解算元件：坐标变换、三角运算。自控系统的解算元件：坐标变换、三角运算。 随动系统的传感元件：远程测量、传输角度。随动系统的传感元件：远程测量、传输角度。 种类：种类：计算用和数据传输用。计算用和数据传输用。 原理：原理： 一二次绕组的相对位置因旋转而改变，一二次绕组的相对位置因旋转而改变， 互感改变（与转角相关
13、），故输出与转角成函数关系。互感改变（与转角相关），故输出与转角成函数关系。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作23 结构结构 D3D2D4Z4 D1Z 2Z1Z3定、转子铁心上都有两个结构相同而互相垂直的绕组。定、转子铁心上都有两个结构相同而互相垂直的绕组。 1-环形变压器的转子环形变压器的转子 2-环形变压器的定子环形变压器的定子3-旋转变压器本体定子旋转变压器本体定子 4-旋转变压器本体转子旋转变压器本体转子5-转轴转轴大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作24 正余弦旋转变压器正余弦旋转变压器正余弦旋转变压器正余弦旋转变压器 将转子转角变换成与之成正将转子转角变换成与之成正余弦函数关系
14、的电压信号。余弦函数关系的电压信号。 定子定子 D1D2 ：励磁绕组：励磁绕组。 D3D4 ：补偿绕组：补偿绕组。 转子转子 Z1Z2 ：余弦输出绕组。：余弦输出绕组。 Z3Z4 ：正弦输出绕组。：正弦输出绕组。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作251. 1. 空载运行空载运行空载运行空载运行 转子偏离基准位置转子偏离基准位置 角角Ucos = kUf cos ，Usin = kUf sin Ucos = kUf ，Usin = 0 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作26(1) (1) 设设设设 Z Z1 1Z Z2 2 接负载接负载接负载接负载 2. 2. 负载运行负载运行负载运行负载运
15、行 绕组绕组Z Z1 1Z Z2 2中产生电流中产生电流 ，使气隙磁场畸变。使气隙磁场畸变。 (2) (2) 补偿方式补偿方式补偿方式补偿方式 定子边补偿定子边补偿: 将将 D3D4 短路。短路。 转子边补偿将：转子边补偿将： Z3Z4 接接 ZC 。 定转子边同时补偿定转子边同时补偿 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作27 旋转变压器在永磁同步电机控制系统中的应用旋转变压器在永磁同步电机控制系统中的应用大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作286.6 感应同步器感应同步器 功能：功能： 将转角或直线位移转换成电压信号。将转角或直线位移转换成电压信号。 分类：圆盘式、直线式分类：圆盘式、直线式1. 圆盘式感应同步器圆盘式感应同步器典型应用：典型应用： 转台的角度数字显示和精确定位。转台的角度数字显示和精确定位。转子转子定子定子大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作292. 2. 直线式感应同步器直线式感应同步器直线式感应同步器直线式感应同步器大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作30工作原理：工作原理： 典型应用：典型应用： 用于有平移运动的车床，测量刀架位移。用于有平移运动的车床，测量刀架位移。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作31
