文档介绍：第十章控制电机
伺服电动机
力矩电动机
微型同步电动机
测速发电机
自整角机
直线电动机
步进电动机
主要包括如下几个部分的基础知识,对应章节如下:
本章只做了解!
随着自动控制系统和计算装置的不断发展,在普通电机的基础上产生出多种具有特殊性能的小功率电机。它们在自动控制系统和计算装置中分别作为执行元件、检测元件和解算元件。这类电机统称为控制电机。
控制电机和普通电机并没有本质上的差别,都是基于电磁感应原理进行工作,只是结构的不同使它们有不同的运行特点。
根据用途,普通电机的设计着重于起动和运行状态等力能指标的要求,而控制电机的设计则着重于对旋转角的高精度检测与复现和快速响应等特性。
控制电机的输出功率较小,一般从数百毫瓦到数百瓦;~130mm;质量从数十克到数千克。但是在大功率的自动控制系统中,有些控制电机的输出功率可达数十千瓦,机壳外径可达数百毫米。
高可靠性。
高精度。
快速响应。
现代自动控制系统对控制电机除了要求其体积小、重量轻、耗电少外,还要求具有以下特点:
伺服电动机
伺服电动机也称执行电动机,在控制系统中用作执行元件,其功能是将电信号转换为轴上的角位移或角速度输出,以带动控制对象。通过改变控制电压的大小和极性,就可以控制伺服电动机的启动、停止、转速和转向。
伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机,其中直流伺服电动机又有普通直流伺服电动机、低惯量直流伺服电动机、直流力矩电动机等几种,交流伺服电动机有两相感应伺服电动机、三相感应伺服电动机、无刷永磁伺服电动机等。
机电传动控制系统对伺服电动机的基本要求如下:
调速范围宽伺服电动机的转速应能跟随控制电压在较大的范围内实现连续调节。
快速响应要有较大的堵转转矩和较小的转动惯量,能实现迅速启动、停转。
机械特性和调节特性应呈线性。
无“自转”现象,能够有效进行控制。
控制功率小、重量轻、体积小,过载能力强,可靠性好。
直流伺服电动机
直流伺服电动机的基本结构和工作原理与普通直流他励电动机相同,通常分为电磁式、永磁式两种类型。
控制方式
根据直流他励电动机的机械特性(式(3-8))可知,改变控制电压Ua或改变磁通, 都可以控制直流伺服电动机的转速和转向,对应的控制方式有电枢控制和磁场控制两种。
1)电枢控制
负载转矩和励磁磁通均保持不变,仅改变电枢绕组控制电压的方法称为电枢控制。由于电枢控制具有响应迅速、机械特性硬、调速特性线性度好的优点,在实际生产中大都采用电枢控制方式。对于永磁式伺服电动机,只能采取电枢控制的方式。
2)磁场控制
如果负载转矩和电枢绕组电压保持不变,仅改变励磁回路的电压,当升高励磁电压时,励磁电流增加,主磁通增加,电动机转速就降低;反之,转速升高。尽管磁场控制也可达到控制转速和转向的目的,但励磁电流和主磁通之间是非线性关系,且随着励磁电压的减小其机械特性变软,调节特性也是非线性的,所以应用较少。
直流伺服电动机的特点
直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应,机械特性较硬。但结构复杂,电刷换向使速度受到限制,有附加阻力,甚至可能会出现低速运转不稳定的现象。
直流伺服电动机低速运转时,由于电枢齿槽、电刷接触压降和电刷和换向器之间摩擦的影响,转速会出现时快、时慢,甚至暂时停一下的不均匀现象。低速运转的不稳定性可以通过增加稳速控制电路或使用直流力矩电动机加以解决。其特点和应用见表10-1(具体见书)。
交流伺服电动机
交流伺服电动机通常是指应用比较普及的两相感应伺服电动机。根据伺服电动机的基本要求,两相伺服电动机与普通感应电动机相比,应具有转子电阻大和转动惯量小两个特点。
(感应)伺服电动机的结构
两相交流伺服电动机的基本结构和工作原理与普通感应电动机相似。电机也由定子和转子两大部分构成,定子铁芯中分别安放两个相差90°。电角度的励磁绕组WF和控制绕组WC如图10-3所示。转子制成具有较小惯量的细长形,有鼠笼转子和杯形转子两种结构形式。
图10-3 交流伺服电动机的接线图
两相交流伺服电动机的工作原理类似于单相异步电动机。为了控制方便,定子中的励磁绕组运行时接至电压为Uf的交流电源上,控制绕组施加与Uf同频率、大小或相位可调的控制电压Uc,通过Uc控制伺服电动机的启、停及运行转速的大小。与单相电容式异步电动机不同的是,这两个绕组通常是分别接在两个不同的交流电源(两者频率相同)上。