邓钟星《机电传动控制》(第五版)控制电机.

控制电机的主要作用不是进行能量转换，而是用来完成信息的传递和变换。控制电机的主要特点：具有良好的可控性具有快速的响应能力精确度要高，误差要小控制电机在自动控制系统中的职能可分为测量元件、放大元件、执行元件和校正元件四类。第五章控制电动机2020/3/302伺服电动机（执行元件）是一种执行电动机，其功能是将电信号转换为轴上的转角或转速，以带动控制对象。直流伺服电动机交流伺服电动机其最大特点是可控——由控制信号来控制伺服电动机的启动和停止；改变控制电压的大小和相位即可改变伺服电动机的转速和转向。伺服电动机2020/3/3035.2直流伺服电动机直流伺服电动机能将直流信号电压转换成转轴上的角位移或角速度，以完成一定的控制任务。控制方式电枢控制磁场控制电磁式永磁式主要类型电磁式即为他励式，故直流伺服电动机的机械特性公式与他励直流电动机机械特性公式相同。Uc—电枢控制电压；R—电枢回路电阻；Φ—每极磁通；Ke、Kt—电动机结构常数。因而，可通过改变Uc和Φ进行调速，前者叫电枢控制，后者叫磁场控制。电枢调速具有响应速度快、机械特性好、调速特性线性好的有点，而广泛应用。2020/3/305直流伺服电动机机械特性曲线可见，在一定负载转矩下，当磁通不变时，如果降低电枢电压Uc，电动机的转速就会下降，当Uc=0时，电动机立即停止，无自转现象。2020/3/306直流伺服电动机直流伺服的缺点：存在机械换向器和电刷，降低了电动机运行的可靠性，加重了维护成本，且功率难以做得很大。2020/3/3075.3交流伺服电动机5.3.1交流伺服电动机的基本结构其定子上放置了对称布置的三相绕组，转子为永磁体，故又称为稀土永磁电动机。相当于将直流伺服的定子与转子位置进行了互换，省去了机械换向器与电刷，改之为电子换向器或逆变器。交流伺服电动机按气隙磁场的分布方式可分为两类：一类是无刷直流电动机（BDCM），一类是永磁同步电动机（PMSM）。5.3.2无刷直流电动机在无刷直流电动机的转子轴上装有转子位置检测器、测速发电机和光电脉冲编码器。转子位置检测器的输出信号控制电子换向器，实现对电动机的换向，即电子换向器中的晶体管的导通与截止由转子位置检测器的输出信号决定。测速发电机的输出信号用于速度反馈。而光电编码器的信号送入CNC装置，用于位置反馈。无刷直流电动机的转子位置检测器无刷直流电动机的工作原理无刷直流电动机相当于三个换向片的直流电动机，只不过换向是由晶体管完成的，因此电枢绕组及变流器静止不动，而磁极旋转。无刷直流电动机的工作原理由原理可知，转子每转过60°电角度就有一只晶体管换流，为此，要求随着转子的旋转，使相应的晶体管周期性地导通或截止，才能使定子磁场和转子磁场保持同步，但这里的磁场是以“跳跃”方式旋转的。5.3.3正弦波永磁同步电动机电机结构与无刷直流电动机的基本相同，但其气隙磁场是按正弦分布的。其转轴上安装有测速发电机，其输出信号用于速度反馈，在转子上装有转子位置检测器，可测转角位置。其电磁转矩公式为：由于电子绕组中有正弦反电动势及三相供电关系，公式可简化为：其电磁力矩是平稳的。5.4力矩电动机由于伺服电机的低速性能不好，因而经常需要减速使用。为此研制了低速、大力矩的电机。现在主要应用的是直流力矩电动机。5.4.1直流力矩电动机的结构特点扁平状的直流伺服电动机。5.4.2直流力矩电动机转矩大、转速低的原因从直流电动机的原理可知，设直流电动机每个磁极下磁感应强度平均值为B，电枢绕组上导体的电流为Ia,导体的有效长度为l，则每根导体所受的电磁力为：电磁转矩为：N电磁绕组总的导体数，D为电枢铁芯直径。上式表明了电磁转矩与电动机结构参数l、D的关系。电枢体积大小在一定程度上反映了整个电动机体积的大小，因此，在电枢体积相同的条件下，即保持不变，当D增大时，铁芯长度l就相应变小。其次，在相同电流Ia以及相同用铜量的条件下，电枢绕组的导线粗细不变，则总导体数N应随l的减小而增加，以保持Nl不变。满足上述条件，则BIaNl/2近似为常数，故转矩T与直径D近似成正比例关系。5.4.2直流力矩电动机转矩大、转速低的原因导体在磁场中运动切割磁力线所产生的感应电动势为：式中V为导体运动的线速度，设一对电刷之间的并联支路数为2，则一对电刷间N/2根导体串联后总的感应电动势为Ea，且在理想空载条件下，外加电压Ua应与Ea相平衡，故：即：上式说明，在保持Nl不变的情况下，理想空载转速no和电枢直径D成反比，电枢直径越大，电动机理想空载转速no就越低。因此，在其他条件相同下，增大电动机的转子直径，减小轴向长度，有利于增加电动机的转矩和降低空载转速。这种电动机常用在低速、需转矩调节和需要一定张力的随动系统中。5.5直线电动机直接将电能转换为直线运动的电动机。直线异步电动机直线直流电动机直线同步电动机2020/3/3018直线异步电动机的结构直线异步电动机的工作原理直线电机是由旋转电机演变而来的，因而当初级的多相绕组通入多相电流后，也会产生气隙磁场，其强度按通电顺序作直线移动。在此磁场的切割下，次级导条将产生感应电动势和电流，所有导条的电流和气隙磁场相互作用，产生切向电磁力，如果初级是固定的，则次级就顺着磁场运动的方向作直线运动。其速度与电动机极距及电源频率成正比。因此，改变极距或电源频率都可改变电动机的速度。改变通电相序，即可改变运动方向。直线电机的应用越来越广。