机电传动控制(邓星钟)6

第6章控制电机•了解机电传动控制系统中一些常用控制电机的基本结构;•掌握各种控制电机的基本工作原理,主要运行特性及特点;••了解控制电机应用场所,正确选用控制电机.6.1交流伺服电动机•控制电机的主要作用是用来完成信息的传递与交换,而不是进行能量转换.••伺服电动机的特点:•可以控制,控制功率小,可靠性高;•调速范围广;•转子惯量小,能迅速起动,停止.1.两相交流伺服电动机的结构•1)定子:•定子由硅钢片叠成;•在定子铁心的内圆表面嵌•有两套相差90度电角度的绕组:激磁绕组WF,控制绕组WC;•这两套绕组分别由两个电源供电.接线图两相交流伺服电动机的结构•2)转子:•分为鼠笼型和杯型两种.•(1)鼠笼型转子作得细而长,转子导体采用高电阻率的材料.用于小功率的自动控制系统.产品型号SL系列.•(2)空心杯型转子作成薄壁圆筒形,放在内外定子之间.用于要求运行平滑的系统.产品型号SK系列.杯型转子伺服电动机结构图激磁绕组1;控制绕组2;内定子3;外定子4;转子52.基本工作原理两相绕组WF和WC分别通入频率相同的交流电,产生旋转磁场,使伺服电动机起动.取消WC后,要防止自转.3.消除自转现象的措施加大转子电阻.如:采用薄壁杯形转子.鼠笼条用高阻材料黄铜•转子电阻不同时的机械特性4.交流伺服电动机的特性和应用•1)控制方法;有三种.•幅值控制,相位控制,幅-相控制•2)幅值控制原理图:控制电压Uc越高,电动机转速越高.不同控制电压下的机械特性3)应用举例•(1)参数:交流伺服电动机输出功率为0.1-100W(再大则用直流伺服电动机);电源频率50-400Hz.•(2)应用:雷达天线的旋转控制;飞机驾驶盘的控制;流体阀门开关控制,应用方框图6.2直流伺服电动机1.基本结构:与普通他激直流电动机相同.(有换向器)2.分类:电磁式(他激式);永磁式,3.电气原理图:如右图.其中(a)为电磁式(b)为永磁式.4.参数:输出功率1-600W.6.3力矩电动机是能与负载直接连接产生大转矩低转速(或堵转)下运转的电动机•1.永磁式直流力矩电动机的结构特点与工作原理:•结构特点:扁平状.•工作原理:同电磁式伺服电动机.2.直流力矩电动机的应用卫星天线驱动;雷达天线驱动;数控机床驱动;X-Y纪录仪传动.与测速发电机配合可组成高精度,宽调速伺服系统.直流力矩电动机的型号为LY系列.其调速可达0.00017r/min,即4天才转一圈.1.定子,2.电枢,3.电刷架6.4小功率同步电动机小功率同步电动机为连续运转的同步电动机,用于传动及作执行元件•1.永磁式同步电动机•1)结构特点:定子绕组可通入三相或两相交流电;转子包括永久磁铁1和装在转子铁心3槽中的起动绕组2.•转子结构示意图见下图.•2)工作原理•负载不能超过一定限度,否则电动机可能“失步”.6.4小功率同步电动机小功率同步电动机为连续运转的同步电动机,用于传动及作执行元件•1.永磁式同步电动机•1)结构特点:定子绕组可通入三相或两相交流电;转子包括永久磁铁1和装在转子铁心3槽中的起动绕组2.•转子结构示意图见下图.•2)工作原理•负载不能超过一定限度,否则电动机可能“失步”.2.磁阻式电磁减速同步电动机1)结构特点园环形的定子装有三相或单相供电的绕组,转子为园盘形,不嵌绕组;转子齿数大于定子齿数.2)工作原理磁力线总是使经过的磁路磁阻最小,磁阻转矩使转子朝着磁导最大的方向转动.是常用的一种低速电动机.6.5测速发电机测速发电机将转速转变为电压信号,广泛用于速度和位置控制系统中.1.异步(交流)测速发电机1)结构特点:定子上有两套互差90度电角度的激磁绕组WF和输出绕组WC;转子为空心杯形.2)工作原理:杯形转子可以看成一个导条非常多的鼠笼转子.在激磁电压一定的情况下,当输出绕组的负载很小时,测速发电机的输出电压U0与转速n成正比:U0=Kn转子静止时转子转动时3)交流测速发电机使用中的几个问题:•(1)主要技术指标•剩余电压:测速发电机转速为零时的输出电压.它会使控制系统误动作.•线性误差:•(2)使用中应注意的问题:•输出特性的线性度,•温度变化的影响,可加温度补偿装置.输出特性的线性度由非线性引起的误差.一般系统要求1%-2%;精密系统要求0.1%-0.25%.相位误差:一般要求不超过1度-2度.灵敏度:交流测速发电机的灵敏度比较低.2.直流测速发电机1)基本原理电气原理如右图所示,它是一种测量转速用小型他激直流发电机.空载时,电枢两端电压为:nCEUea0)/1/(LaeaUUnCU2)输出特性:负载越小,转速越高,输出特性曲线弯曲越厉害.3)性能:没有剩余电压,特性钭率比异步机大;有换向器和电刷,换向火花产生无线电干扰,输出特性不稳定.举例•例:一台直流测速发电机在转速3000r/min时的空载输出电压为52V,接上2000欧负载后的输出电压为50V,求转速为1500r/min,负载5000欧时的输出电压Ua.••解:由nCEUea0300052nUCaoe因此=(52/3000)(1500)/[1+(80/5000)]=26/1.016=25.5V)/1/(LaeaRRCU)/1/(LaeaRRCU)/1/(LaeaRRnCU802000)1503000/300052()1(LaeaRUnCR)/1/(LaeaRRnCU得6.6自整角机用作角度的传输,变换和指示;分为发送机和接收机(自整角变压器)•1.结构特点•1)定子:定子铁心2,三相整步绕组1.•2)转子:转子铁心3(凸极),激磁绕组4,转轴5,滑环6.2.控制式自整角机•1)接线图:如右图.•发送机和接收机结构一样.三相绕组放在定子上,两对三相绕组对应连接;•转子上的单相绕组,发送机为激磁绕组,其电压U1为定值;接收机为输出绕组,其输出电压U2由定子磁通产生.•图中,接收机在变压器状态下工作,又称其为自整角变压器.控制式自整角机2)应用控制式自整角机在转角随动系统中的应用自整角变压器的输出电压放大后控制交流伺服电动机MS,MS同时带动负载和转子.发送机转子的转角不断变化,MS就不断转动,达到转角随动.3.力矩式自整角机•当仪表指针作为负载时,不需要伺服电动机了,而由自整角机直接实现转角随动.这就是力矩式自整角机.••1)接续图:•接收机和发送机的单相绕组都作激磁用.••接收机的转子带负载.发送机接收机力矩式自整角机•2)应用•力矩式自整角机在液位指示器中的应用•力矩式自整角机直接实现转角随动,应用于指针等轻负载.右图中,浮子1的升降通过滑轮5和平衡锺4使发送机2转动,接收机3随动带动指针,准确实现液位的传递.6.7直线电动机直线电动机是将电能转换为直线运动的伺服驱动元件1.直线异步电动机的结构将旋转式异步电动机的定子,转子园周沿径向切开,展成平面.定子为一次侧,一般比较短;转子为二次侧,一般比较长.平板型直线电动机示意图如右图.2.直线异步电动机的工作原理•直线异步电动机•二次侧运动速度为:)1(2Sfv式中,滑差率SssvvvSsv其中,为极距为同步速度3.直线异步电动机的特点和应用•1)特点:•不需要中间传动机构,结构简单,减少了振动和噪声;•可实现快速起动和正反向运行;•装配灵活.•效率低,功率因数低,电源功率大,低速性能差.•2)应用:•门阀开启的驱动装置;•机床工作台进给的驱动装置,此时,将一次侧固定在滑板上或床身上.