文档介绍：本章在已学过的常规旋转电机基本理论的基础上,简要地介绍几种有特殊性能的常用控制电机交直流伺服电动机、交直流测速发电机及步进电动机等的基本结构、工作原理、特性等。
第八章控制电机与特种电机
控制电机是各种自动控制系统中不可缺少的重要元件。
国外,二十世纪30年代开始发展,40年代初步形成了基本系列。
进入60年代后其结构和性能方面均得到了快速发展和改进。
国内,二十世纪50年代后才发展,60年代后才渐渐形成自己的
系列产品,但总体水平与国外先进水平相比还有不小的差距。
特点
控制电机容量很小,在自动控制系统中作为检测元件或执行元件,
主要完成的是信号传递与转换;速度、转角的测量等任务,能量转
换不是主要的,不太强调它的各项力能指标,而是对它的可靠性、
精度,快速性等要求很高。
第一节控制电机概述
控制电机
系统中
广泛应用于国防、航天航空技术、先进工业技术、民用领域之尖端技术与现代化装备中。
运行高可靠性
性能要求
特性参数高精度
对控制信号的快速响应
传递信息
变换控制信号
执行控制信号
自动控制
应用
雷达的扫描跟踪、飞机自动驾驶、数控机床控制、遥测遥控、工业机器人控制、宇宙飞船等都少不了控制电机。
第一节控制电机概述
第一节控制电机概述
控制电机按功能分类
执行用控制电机
交、直流伺服电动机
步进电动机
测速用控制电机
交、直流测速发电机
测位用控制电机
自整角机
旋转变压器
(电信号控制动作)
(速度信号转换为电信号)
第二节伺服电动机
在自动控制系统中用作执行元件,又称执行电动机。即将接收到的控制电压信号转换为转轴的角位移或角速度输出。
在自动控制系统中,对伺服电动机的性能要求:
无“自转”现象。
空载始动电压低,灵敏度高
机械特性和调节特性为线性,调速范围宽。
快速响应。
一、直流伺服电动机
结构
控制方式
电磁式(他励)和永磁式直流伺服电动机与对应的普通直流电动机在结构上并无本质上的差别
电枢控制
磁场控制
电枢回路电感小,响应快,在自动控制系统中多采用电枢控制。
Uc
Ua
Uc:控制电压
Control
一、直流伺服电动机
工作原理
直流伺服电动机与普通直流电动机的工作原理是完全相同的。对于电磁式且为枢控方式,当励磁绕组施加恒压时,建立气隙磁通Φ,电枢绕组作为控制绕组接收到控制电压Uc后,电枢绕组内的电流与磁场作用,产生电磁转矩T,电动机转动。当控制电压Uc=0时,Ic=0,电磁转矩T=0,电动机立即停转。保证了电动机无“自转”现象,所以直流伺服电动机是自动控制系统中一种很好的执行元件。
电枢控制
一、直流伺服电动机
特性
与他励直流电动机改变电枢电压时的人为机特相似。
不同Uc时的机特族是线性的
控制电压UC越大,则n=0时对应的起动转矩T也越大,越利于起动。
T一定Uc越大n越高
T一定时的n=f(Uc)
机械特性
调节特性
不同T时的调特族是线性的
控制电压UC<始动电压Uc0,电动机不转—“失灵区”。同样的T下,失灵区越小,灵敏度越高。
T1
始动电压
一、直流伺服电动机
结论
优点:直流伺服电动机在电枢控制方式运行时,特性的线性度好,调速范围大,效率高,起动转矩大,没有“自转现象”,可以说,具有理想的伺服性能。
缺点:电刷和换向器的接触电阻数值不够稳定,对低速运行的稳定有一定影响。此外,电刷与换向器之间的火花有可能对控制系统产生有害的电磁波干扰。
结论
二、交流伺服电动机
交流伺服电动机在结构上类似单相异步电动机。它的定子铁心是用硅钢片、铁铝合金或铁镍合金片叠压而成,在其槽内嵌放两个空间相差90电角度的两个定子绕组,一个是励磁绕组,另一个是控制绕组。
结构
转子形式
笼型转子
非磁性
杯形转子
与普通三相异步电动机笼型转子相似,只是外形上细而长,缩小直径可使惯量降低;功率因数较高,电动机的机械强度大,但快速响应性能稍差,低速运行也不够平稳。