4微特电机模块课件

4.2步进电动机4.3测速发电机4.4自整角机4.5旋转变压器4.6感应同步器4.1伺服电动机模块四微特电机4.2步进电动机4.3测速发电机4.4自整角机4.5旋转变压器4.6感应同步器4.1伺服电动机电机与拖动4.1伺服电动机伺服电动机——执行电动机。●功能：将电压信号转换成转角或转速信号。●种类：直流伺服电动机、交流伺服电动机。电机与拖动伺服电动机的特点可控性好：控制信号一出现，电机马上转动；控制信号一消失，电机立即停转具有线性的机械特性和调节特性转动惯量小，能快速响应(转子结构：细长、无铁心、空心杯)1.直流伺服电动机(1)基本结构与普通小型直流电动机相同。●励磁方式：永磁式、电磁式（他励）。稀土永磁材料：稀土钴、稀土钕铁硼等。SM+Ua－IaE永磁式SM+Ua－IaE+Uf－If电磁式电机与拖动(2)工作原理——与普通直流电机无异施加Ua→Ia主磁通：ΦTe→n→E电磁转矩：Te=CTΦIa电动势：E=CEΦn电枢电路电压方程：Ua=E+RaIan=UaCEΦ－RaCECTΦ2Te电机与拖动(3)控制方式及其特性①电枢控制式：Uf=UfN，Ua=Uc（控制电压）n=UcCEΦN－RaCECTΦN2TeOTenUc3Uc2Uc1Uc3＞Uc2＞Uc1机械特性OUcnT1T2T3T3＞T2＞T1控制特性电机与拖动②磁场控制式：Ua=UaN，Uf=Uc（控制电压）忽略磁路饱和、不计电枢反应：Φ=CφUf=CφUcn=UaNCECφUc－RaCECTCφ2Uc2TenOTeUc3Uc2Uc1UC3＞Uc2＞Uc1机械特性电机与拖动(1)基本结构①定子：两相对称绕组②转子:笼型结构/空心杯2.(传统的)交流伺服电动机电机与拖动SM~控制绕组励磁绕组c＋Uc－＋Uf－f交流伺服电动机实际上是一种两相异步电动机。转子内定子外定子绕组转轴空心杯转子交流伺服电动机的结构示意图电机与拖动1111cossincos(90)sin(90)CffFtfFt对称两相绕组在空间上互差90电角度绕组中对称两相电流在时间上互差90电角度1c1f111cossincos(90)sin(90)11sin()sin()2211sin()sin(180)22fffFtFttttt两相绕组产生的圆形旋转磁动势11sin()fFtfc1分解为两个大小相等、转向相反的旋转磁动势ff1分解为两个大小相等、转向相反的旋转磁动势反向旋转磁动势互相抵消正向旋转磁动势合成圆形旋转磁动势f1两相磁动势的合成①两相绕组通以相位相差90o的额定电压●对称两相运行→圆形旋转磁场●改变转向：uc反相，即改变两相绕组中电流的相序→旋转磁场改变方向→转子的转向改变。(2)工作原理SM~控制绕组励磁绕组c＋Uc－＋Uf－f电机与拖动②当uc=0或uc≠0，但uc和uf同相位时电机处在单相状态→脉振磁通势F0：静止时：n=0，Te+=Te－，Te=0，不能起动；正在运行时：Te≠0，转子继续旋转——单相自转！TeOnn=f(TF)n=f(TR)n=f(T)普通异步电动机电机与拖动如果电机参数与一般的单相异步电动机一样，当控制信号消失时，电机转速虽会下降，但仍会继续转动。伺服电动机在控制信号消失后仍继续旋转的失控现象称为“自转”。TeOnn=f(Te+)n=f(Te-)n=f(Te)普通异步电动机nTeOR2↑n=f(Te+)n=f(Te-1)n=f(Te)交流伺服电动机克服自转加大转子电阻，使sm1，单相运行时:n0,Te0①两相控制：保持=90o和Uc=Uf，同时改变Uc和Uf的大小（始终为对称运行）。②幅值控制：保持=90o和Uf=UN，改变Uc和Uf的大小。③相位控制：保持Uc=Uf=UN，改变的大小。④幅相控制：同时改变uc的大小和相位。●交流伺服电动机的功率和频率：0.1~100W，50、400Hz等。(3)控制方式电机与拖动交流伺服电动机电机与拖动交流伺服电动机电机与拖动4.2步进电动机●功能：将电脉冲信号转换成转角或转速信号。转角θ∝脉冲信号的个数；转速n∝脉冲信号的频率。●用途：高精度的角度控制。●按定子相数不同：三相、四相、五相、六相等；按转子结构不同：永磁式、磁阻式、混合式与电源、负载、环境等因素无关1.基本结构2.工作原理电机与拖动14231.定子：一、结构2.转子：U1U2V1V2W2W1三相磁阻式步进电动机原理图电机与拖动●步进电动机的典型结构U2U1W2W1V1V2电机与拖动2.工作原理●一拍：从一次通电到另一次通电。●步距角：每一拍转子转过的角度。(1)m相单m拍运行（三相单三拍运行）(2)m相双m拍运行（三相双三拍运行）(3)m相单-双m拍运行（三相双三拍运行）电机与拖动U1U2V1V2W2W1(1)m相单m拍运行（三相单三拍运行）通电顺序：U相→V相→W相→U相。1423(1)U相通电1423U1U2V1V2W2W1(2)V相通电U1U2V1V2W2W1(3)W相通电●步距角：θ=30°电机与拖动(2)m相双m拍运行（三相双三拍运行）通电顺序：UV相→VW相→WU相。U1U2V1V2W2W1(1)UV相通电U1U2V1V2W2W1(2)VW相通电U1U2V1V2W2W1(3)WU相通电●步距角：θ=30°电机与拖动(3)m相单-双2m拍运行(三相单-双六拍运行）通电顺序：U→UV→V→VW→W→WU→U。1423U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W11423●θ=15°电机与拖动●步距角：θ=360°zNz：转子齿数N：拍数●转速：一个θ→转(1/zN)圈，脉冲频率为f→每秒转(f/zN)圈。n=60fzN例如：三相步进电动机z=40，则①采用单/双三拍时：②采用三相六拍时：θ=360°zN360°40×3==3°θ=360°zN360°40×6==1.5°电机与拖动●步进电动机的参数：脉冲放大器步进电动机脉冲分配器脉冲输入负载驱动电源最大静转矩、起动频率、运行频率。●步进电动机的控制方式：电机与拖动步进电动机电机与拖动步进电动机电机与拖动4.3测速发电机●功能：将转速信号转换成与之成正比的电压信号。●用途：校正元件、计算元件。●种类：直流测速发电机、交流测速发电机。1.直流测速发电机2.交流测速发电机电机与拖动1.直流测速发电机(1)基本结构：与普通小型直流发电机相同。励磁方式：电磁式（他励）和永磁式。EI＋U－TGRL＋Uf－If电磁式TGRLEI＋U－永磁式(2)工作原理空载时：U=E=CEΦn负载时：U=E－RaI电机与拖动U=CEΦn－RaURLU=nCEΦ1+RaRLU∝nRL→∞RL2RL1UnORL2＞RL1①电枢反应——采用较大RL②环境温度的变化，引起各绕组的电阻值变化；③负载变化，引起电刷与换向器接触电阻的变化。电机与拖动2.交流测速发电机(1)基本结构定子：定子铁心上有两相对称绕组。转子：笼型、杯型。输出绕组励磁绕组(2)工作原理－Uf＋IfΦd正弦交流uf→if→ΦdΦd=Φdmsinωt①转子静止时：励磁绕组:一次绕组转子绕组:二次绕组Ef××··Ed→Ef→Ed→Id电机与拖动IfId→Ff→Fd→Φd××··－Uf＋IfEfΦdEd忽略励磁绕组的漏阻抗，则：Uf=－Ef=j4.44fkwfNfΦdm输出绕组：与Φd无交链，不会产生E0。＋U0－Ed=－j4.44fkwrNrΦdm即：n=0时，U0=0。电机与拖动②转子旋转时：Φd－Uf＋IfEfΦd＋U0－交变感应旋转切割Ed→IdEq→IqEq·×××··→ΦqΦqeq=C1Φdn=C1nΦdmsinωtΦq=C2eq=C1C2nΦdmsinωt=ΦqmsinωtC1、C2——电机常数。Φqm=C1C2nΦdm电机与拖动输出绕组：U0=－E0=j4.44fkw0N0Φqm=j4.44fkw0N0C1C2nΦdm=C1C2nUfkw0N0KwfNfΦq→E0→U0输出空载电压：－Uf＋IfEfΦd＋U0－Eq·×××··ΦqE0●结论：①U0∝n；②u0与uf同频率、同相位。电机与拖动4.4自整角机●功能：对角位移或角速度的偏差进行自动整步。●同步联接系统：无机械联接的两个系统同步转动。●种类：①按作用的不同：力矩式、控制式；②按相数的不同：单相、三相。●结构：定子、转子。单相：定子为三相绕组、转子为单相绕组；三相：定子、转子均为三相绕组。电机与拖动自整角机的结构示意图转子铁心单相绕组定子铁心三相绕组电刷1.力矩式自整角机2.控制式自整角机电机与拖动1.力矩式自整角机UVWUVWa发送机b接收机~ΦΦEUaEVaEWaEUbEVbEWb(1)转子处在协调位置时纵向脉振Φ→EUa=EUb，EVa=EVb，EWa=EWb;IUIVIWIU=IV=IW=0→Te=0，转子静止。定同子步绕组电机与拖动UVWUVWa发送机b接收机~EUaEVaEWaEUbEVbEWbIUIVIW(2)转子处在非协调位置时ΦΦ→EUa≠EUb，EVa≠EVb，EWa≠EWb;IU、IV、IW≠0→T≠0，电机与拖动UVWUVWa发送机b接收机~EUaEVaEWaEUbEVbEWbIUIVIW(2)转子处在非协调位置时Φ→EUa≠EUb，EVa≠EVb，EWa≠EWb;IU、IV、IW≠0→Te≠0，接收机转子旋转角。从新达到协调位置，使IU=IV=IW=0，Te=0。电机与拖动2.控制式自整角机UVWa控制式发送机UVWb自整角变压器ΦΦ'EUaEVaEWaIUIVIW＋Uf－＋U0－(1)转子处在协调位置时Φ→EU、EV、EW不同大小同相位，则IU、IV、IW不同大小同相位→产生纵向脉振磁场→与输出绕组不交链→U0=0。电机与拖动UVWa控制式发送机UVWb自整角变压器＋Uf－＋U0－(2)转子处在非协调位置时EUaEVaEWaIUIVIWΦ→EU、EV、EW→IU、IV、IW→Φ'→Φ'与输出绕组交链E0→产生E0∝sin。即U0∝sin。电机与拖动U1U2V1V2W1W2ΦU1U2V1V2W1W2(a)励磁绕组在垂直位置时(b)励磁绕组转过角时自整角机中的脉振磁场Φ电机与拖动4.5旋转变压器●功能：将转子转角变换成与之有函数关系的电压信号。●结构：相当于一台两相绕线型异步电动机。定、转子铁心上都有两个结构相同而互相垂直的绕组。●种类：计算用和数据传输用旋转变压器。1.正余弦旋转变压器2.线性旋转变压器3.比例式旋转变压器4.数据传输用旋转变压器电机与拖动1.正余弦旋转变压器●将转子转角变换成与之成正余弦函数关系的电压信号。●定子：D1D2：励磁绕组；D3D4：补偿绕组。●转子：Z1Z2：余弦输出绕组；Z3Z4：正弦输出绕组。D1D2D3D4Z1Z2Z3Z4基准位置（初始位置）电机与拖动(1)空载运行D1D2D3D4Z1Z2Z3Z4＋Uf－＋Ucos－＋Usin－转子处在基准位置时ID12Uf→ID12→FDd→Φd●转子处在基准位置时：在D1D2中：Φd→ED在Z1Z2中：Φd→EZ在Z3Z4中：没有感应。ED=4.44fkw1N1ΦdmEZ=4.44fkw2N2Φdmk==EZEDkw2N2kw1N1电机与拖动●转子偏离基准位置角时：转子偏离基准位置角D1D2D3D4Z1Z2Z3Z4＋Uf－＋Ucos－＋Usin－ID12Z1Z3Z4Z2＋Ucos－＋Usin－ΦZ12=ΦdcosΦZ34=ΦdsinEZ12=EZcos=kEDcos=kUfcosEZ34=EZsin=kEDsin=kUfsin空载输出电压：Ucos=kUfcosUsin=kUfsinFdFZ12FZ34电机与拖动●设Z1Z2接负载：(2)负载运行D1D2D3D4＋Uf－ID12Z1Z3Z4Z2＋Ucos－＋Usin－ZLEZ12→IZ12→F