郝用興主編華中科技大學(xué)出版社第二版機電傳動控制課件第5章

1、NoImagel定義：用于自動控制、自動調(diào)節(jié)、遠距離測量的小功率電機。l分類：測量元件、執(zhí)行元件。l作用：完成控制信號的傳遞和變換。l特點：性能穩(wěn)定可靠，動作靈敏，精度高，體積小。NoImageNoImagel伺服系統(tǒng)是用來控制被控對象的某種狀態(tài)，使其自動地、連續(xù)地、精確地復(fù)現(xiàn)輸入信號的變化規(guī)律，通常是閉環(huán)控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)控制的目的就是使伺服系統(tǒng)在可變的外部條件下仍然完成所期望的行為。廣義來講，可分為兩種：l(1)使系統(tǒng)保持原來的狀態(tài)；l(2)使系統(tǒng)沿著所希望的狀態(tài)軌跡變化；l若系統(tǒng)被控量是位置，則稱為位置伺服系統(tǒng)。位置伺服系統(tǒng)的根本任務(wù)就是使系統(tǒng)按照給定的速度和運動軌跡實現(xiàn)準確的跟蹤和定位

2、，完成功率放大的職能，并在保證系統(tǒng)有足夠的能力推動負載按輸入指令的規(guī)律運動的同時，使輸入和輸出之間的偏差不超過允許的范圍。 伺服電動機分交、直流兩類。 NoImage 它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流他勵電動機相同，不同點只是他做得比較細長一些，以滿足快速響應(yīng)的要求。NoImageNoImagel電樞控制（改變控制電壓）響應(yīng)迅速、機械特性硬，調(diào)速線性度好，應(yīng)用較多。 l磁場控制（改變磁通 ）不適合永磁伺服電機。NoImage 電樞控制直流伺服電動機的運行特性包括機械特性和調(diào)節(jié)特性。 1）機械特性 當控制電壓Ua0時，電動機立即停止，因此，無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 2eetaURnTKK KNoImage

3、調(diào)節(jié)特性為一上翹的直線。Ua0是電動機處在待動而又未動臨界狀態(tài)時的控制電壓，稱為始動電壓，負載轉(zhuǎn)矩越大，始動電壓越高。而且控制電壓從0到Ua0一段范圍內(nèi)，電機不轉(zhuǎn)動，稱為電動機的死區(qū)。1a2eetaURnTkUAKK KNoImagel 機械特性較硬，具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速時間響應(yīng)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電刷換向使速度受到限制。l 低速運轉(zhuǎn)時， 由于電樞齒槽、電刷接觸壓降和電刷和換向器之間摩擦的影響，轉(zhuǎn)速會出現(xiàn)時快、時慢，甚至可能會出現(xiàn)低速運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。低速運轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性可以通過增加穩(wěn)速控制電路或使用直流力矩電動機加以解決。 優(yōu)點:精確的速度控制,轉(zhuǎn)矩速度特性很硬,原理簡單、使用方便,價格優(yōu)勢

4、缺點:電刷換向,速度限制,附加阻力NoImage 1.空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動機 空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動機的特點是慣量低；靈敏度高，時間常數(shù)很??； 損耗小，效率高；力矩波動小，低速轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，噪音很??；換向性能好，壽命長。多用于高精度自動控制系統(tǒng)及測量裝置等設(shè)備中。NoImage圖圖3-30 杯形轉(zhuǎn)子直流伺服電動機杯形轉(zhuǎn)子直流伺服電動機電刷；電刷；2-換向器；換向器；3-空心杯電樞；空心杯電樞；4-外定子；外定子；5-內(nèi)定子內(nèi)定子NoImageNoImagel(1)低慣量。由于轉(zhuǎn)子無鐵心，且薄壁細長，慣量極低，有超低慣量電動機之稱。l(2)靈敏度高；因轉(zhuǎn)子繞組散熱條件好， 繞組的電流密度可取到 3

5、0 A/mm2， 并且永久磁鋼體積大， 可提高氣隙的磁通密度， 所以力矩大。 加上慣量又小， 因而轉(zhuǎn)矩/慣量比很大， 機電時間常數(shù)很小(最小的在 1 ms以下)， 靈敏度高， 快速性好。 l(3)損耗小，效率高；因轉(zhuǎn)子中無磁滯和渦流造成的鐵耗， 所以效率可達 80%或更高。l(4)力矩波動小，低速時運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲??；由于繞組在氣隙中均勻分布， 不存在齒槽效應(yīng)， 因此力矩傳遞均勻， 波動小， 故運轉(zhuǎn)時噪音小， 低速運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。l(5)換向性能好。由于杯形轉(zhuǎn)子無鐵心， 換向元件電感很小， 幾乎不產(chǎn)生火花， 換向性能好， 因此大大提高了電機的使用壽命。據(jù)有關(guān)資料介紹， 這種電機的壽命可達 35 kh，

6、 甚至高于10 kh。 而且換向火花很小， 可大大減小對無線電的干擾。 NoImage 印制繞組直流伺服電動機的轉(zhuǎn)子呈薄片圓盤狀，用印刷電路制成雙面電樞繞組。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低；起動轉(zhuǎn)矩大；力矩波動很小，低速運行穩(wěn)定；換向性能好；電樞轉(zhuǎn)動慣量小，反應(yīng)快。NoImage圖圖3 - 31 印制繞組直流伺服電動機印制繞組直流伺服電動機NoImagel(1) 電機結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。l(2) 起動轉(zhuǎn)矩大。由于電樞繞組全部在氣隙中，散熱良好，其繞組電流密度比一般普通的直流伺服電動機高10倍以上，因此容許的起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩也大。l(3) 力矩波動很小，低速運行穩(wěn)定，調(diào)速范圍廣而平滑，能在1

7、 20的速比范圍內(nèi)可靠平穩(wěn)運行。這主要是由于這種電機沒有齒槽效應(yīng)以及電樞元件數(shù)、換向片數(shù)很多的緣故。 l(4) 換向性能好。電樞由非磁性材料組成，換向元件電感小，所以換向火花小。 l(5) 電樞轉(zhuǎn)動慣量小，反應(yīng)快，機電時間常數(shù)一般為1015 ms,屬于中等低慣量伺服電動機。NoImage 無槽電樞直流伺服電動機的電樞鐵心是光滑、無槽的圓柱體。電樞的制造是將敷設(shè)在光滑電樞鐵心表面的繞組，用環(huán)氧樹脂固化成型并與鐵心粘結(jié)在一起，其氣隙尺寸較大，比普通的直流電動機大10倍以上。定子勵磁一般采用高磁能的永久磁鋼。 其特點是轉(zhuǎn)動慣量低；起動轉(zhuǎn)矩大；反應(yīng)快；低速運行均勻；換向性能良好。 NoImage無槽電

8、樞直流伺服電動機無槽電樞直流伺服電動機NoImagel由于無槽直流電動機在磁路上不存在齒部磁通密度飽和的問題，因此就有可能大大提高電機的氣隙磁通密度和減小電樞的外徑。這種電機的氣隙磁通密度可達 1 T以上，比普通直流伺服電動機大 1.5 倍左右。電樞的長度與外徑之比在5倍以上。所以無槽直流電動機具有轉(zhuǎn)動慣量低、啟動轉(zhuǎn)矩大、反應(yīng)快、啟動靈敏度高、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)、低速運行均勻、換向性能良好等優(yōu)點。目前電機的輸出功率在幾十瓦到10 kW以內(nèi)，機電時間常數(shù)為510 ms。主要用于要求快速動作、功率較大的系統(tǒng)，例如數(shù)控機床和雷達天線驅(qū)動等方面。 改變控制電壓的大小和相位（或極性）就可以改變伺服電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)

9、向。 特點：調(diào)速范圍廣；狀態(tài)（啟動、停止）變換快；控制功率小，過載能力強，可靠性好。0.1100WNoImagel定子：繞組有兩個（勵磁繞組WF，控制繞組WC）。l轉(zhuǎn)子：一般分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種結(jié)構(gòu)。NoImage交流伺服電機實物圖NoImage WF的勵磁電壓為一定，WC的控制電壓可以變化。 輸入控制信號，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電機轉(zhuǎn)動； 控制電壓相位改變180度，電機反轉(zhuǎn)； 控制繞組施加與Uf同頻率、大小或相位可調(diào)的控制電壓Uc，通過Uc控制伺服電動機的起、停及轉(zhuǎn)速NoImagel當激磁繞組與控制繞組所產(chǎn)生的磁勢幅當激磁繞組與控制繞組所產(chǎn)生的磁勢幅值不相等，即值不相等，即 =Bkm /Bf

10、m （ 0 1）；兩繞組電流相位差為兩繞組電流相位差為 （0 90），這時產(chǎn)生的磁場為橢圓形磁場。這時產(chǎn)生的磁場為橢圓形磁場。當當 = 1， = 90o ，電機產(chǎn)生圓形磁場；，電機產(chǎn)生圓形磁場；當當 = 0， = 0； = 0， = 90o ， = 1， = 0；電機產(chǎn)生脈振磁場；電機產(chǎn)生脈振磁場；當當0 1 ， 0 1時的特性曲線 如果轉(zhuǎn)子電阻足夠大，使正向旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率Sm1，則可使單相運行時電機的合成電磁轉(zhuǎn)矩Te在電動機運行范圍內(nèi)均為負值，即Te0 NoImage(2)單相單相“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”asTbsTcsTr2a r2b r2c機械特性的形狀與轉(zhuǎn)子阻值的大小有關(guān)機械特性

11、的形狀與轉(zhuǎn)子阻值的大小有關(guān)NoImage兩相交流伺服電動機的鼠籠導(dǎo)條，通常都是用高電阻材料（如黃銅、青銅）制成，杯形轉(zhuǎn)子的壁很薄，一般只有（0208）mm，因而轉(zhuǎn)子電阻較大，且慣量很小。 NoImage1）幅值控制；2）相位控制；3）幅值-相位控制。 NoImage1.機械特性和調(diào)節(jié)特性l直流伺服電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性都是線性的，且在不同控制電壓下機械特性是平行的，斜率不變。l兩相感應(yīng)伺服電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性都是非線性的，且其線性化機械特性的斜率隨控制電壓的變化而變化，這會在一定程度上影響系統(tǒng)的動態(tài)精度。l直流伺服電機的特性較交流伺服電機硬，通常應(yīng)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動系統(tǒng)中的

12、位置控制等。 NoImage 由于直流伺服電動機轉(zhuǎn)子上有電樞繞組和換向器等，轉(zhuǎn)動慣量要比兩相感應(yīng)伺服電動機大得多。但由于直流伺服電動機的機械特性比兩相感應(yīng)伺服電動機硬得多，若空載轉(zhuǎn)速相同，直流伺服電動機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩要大得多。因此，它們的動態(tài)響應(yīng)時間常數(shù)相差不多。NoImagel對于兩相感應(yīng)伺服電動機，若參數(shù)選擇不當或制造工藝不良，可能會使電動機產(chǎn)生“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，而直流伺服電動機卻不存在該問題。 NoImagel為了滿足控制系統(tǒng)對電機性能的要求，兩相感應(yīng)伺服電動機的轉(zhuǎn)子電阻很大，因此其損耗大、效率低。而且常運行在橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場下，負序電流和反向旋轉(zhuǎn)磁場的存在，一方面產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使電磁轉(zhuǎn)矩減小，另

13、一方面也進一步增加了電機的損耗，降低了電機的利用率。因此當輸出功率相同時，兩相感應(yīng)伺服電動機要比直流伺服電動機體積大、重量重、效率低，所以它只適用于較小功率的場合，對于功率較大的控制系統(tǒng)，則較多地采用直流伺服電動機。NoImagel直流伺服電動機由于存在電刷和換向器，使電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護比較麻煩；由于電刷和換向器的滑動接觸，增加了電動機的阻轉(zhuǎn)矩，并且會影響電機運行的穩(wěn)定性；存在換向火花問題，會對其它儀器和無線電通訊等產(chǎn)生干擾。l兩相感應(yīng)伺服電動機結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護方便，使用壽命長，特別適宜于在不易檢修的場合使用。NoImage分類： 交流（異步同步）。特點 NoImageNoImagel

14、BIFaDlNBIDlNBIDNFTaa222NoImageleaBlv l電樞體積相同的條件下，D大則n0小60Dnv12060200DnNBlDnBlNEUaaDNBlUna11200NoImageNoImageNoImage 小功率同步電動機的功率通常在數(shù)百瓦以下，在要求速度恒定不變的控制系統(tǒng)和裝置中常用作執(zhí)行元件，如打印記錄機構(gòu)、電鐘、錄像機、電影攝/放映機、傳真機等控制設(shè)備和自動裝置。 同步電動機結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。它結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護方便。 根據(jù)轉(zhuǎn)子機械結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)子材料，同步電動機可分為永磁式、磁阻式和磁滯式等類型。 NoImageNoImagel永磁式同步電動機

15、轉(zhuǎn)子主要由永久磁鐵、鐵心、鼠籠繞組構(gòu)成。永久磁鐵用來產(chǎn)生磁通，鼠籠繞組置于轉(zhuǎn)子鐵心槽中。l永磁式同步電動機的工作原理與一般同步電動機基本相似，只是其轉(zhuǎn)子勵磁是采用永久磁鐵。l啟動方法和一般的同步電動機一樣，在轉(zhuǎn)子上裝有啟動用的鼠籠繞組。 NoImagel轉(zhuǎn)子和定子磁場同步旋轉(zhuǎn)。維持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子永久磁鐵磁場相互作用而產(chǎn)生的。l當軸上負載增加或減小時，定、轉(zhuǎn)子磁極軸線間的夾角也相應(yīng)地增大或減小，只要負載不超過一定限度，轉(zhuǎn)子始終和定子磁場同步運轉(zhuǎn)，此時轉(zhuǎn)子速度僅決定于電源頻率和電動機的極對數(shù)，而與負載的大小無關(guān)。l只有當負載超過一定限度時（這個限度以最大同步轉(zhuǎn)矩來衡量）電

16、動機就可能會“失步” 。 NoImagel磁阻電動機又稱為反應(yīng)式電動機，這種電機的轉(zhuǎn)子本身沒有磁性，只是利用磁場中可移動部件試圖使磁路磁阻最小的原理，依靠轉(zhuǎn)子兩個正交方向磁阻的不同而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，這種轉(zhuǎn)矩稱為磁阻轉(zhuǎn)矩或反應(yīng)轉(zhuǎn)矩。l磁阻電動機有單相和三相兩種，功率從幾瓦到幾百瓦。l起動也需要在轉(zhuǎn)子上另外裝設(shè)起動繞組，以達到異步起動，同步運行。l結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本較低，轉(zhuǎn)速一般在每分鐘幾十轉(zhuǎn)到上百轉(zhuǎn)之間，是一種常用的低速電動機。 NoImagel電動機的定子圓環(huán)內(nèi)表面有開口槽，齒數(shù)為Zs。l轉(zhuǎn)子圓盤外表也有開口槽，齒數(shù)為Zr，l一般情況下ZrZs。l定子槽中裝有三相或單相定子繞組，定子繞組接

17、通電源便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通s，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)不嵌繞組， NoImagel旋轉(zhuǎn)磁通轉(zhuǎn)過一個定子齒距 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度為rsZZ22s2 /Z定子旋轉(zhuǎn)磁場的角速度0和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度之比，稱為電磁減速系數(shù) srrrssRZZZZZZK2220NoImagel為獲得較大的磁阻轉(zhuǎn)矩，一般ZrZs2p，l電機的輸出速度僅和Zr、Zs有關(guān)。Zr越大，Zr和Zs越接近，則轉(zhuǎn)子速度就越低。pfZZZZZZrsrrsr20p定子磁場的極對數(shù) NoImagel磁滯電動機的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)可靠，起動轉(zhuǎn)矩大，不需要裝任何起動裝置就能平穩(wěn)地牽入同步。l磁滯電動機也屬于交流同步電機，其定子與一般交流電機相同，而轉(zhuǎn)子也沒有勵磁源，

18、由硬磁材料沖片疊壓而成的轉(zhuǎn)子，其渦流轉(zhuǎn)矩小，電動機起動及運行主要依靠磁滯轉(zhuǎn)矩；l由整塊硬磁材料做成的轉(zhuǎn)子，除了磁滯轉(zhuǎn)矩外，還有渦流轉(zhuǎn)矩，可以增大起動轉(zhuǎn)矩。l磁滯式電動機的轉(zhuǎn)子是用硬磁材料做成的，這種硬磁材料具有比較寬的磁滯回環(huán)，其剩磁密度和矯頑力要比軟磁材料大。NoImagel在磁場中，鐵磁性轉(zhuǎn)子的單元磁體沿磁場的磁力線方向排列。為了便于說明，轉(zhuǎn)子上只畫了兩個磁分子1和2。它們都在中心的磁力線上。它們的極性N、S由定子磁極決定。由于磁分子的軸線與定子磁場軸線一致，所以不產(chǎn)生切向力和轉(zhuǎn)矩。l若定子磁場從圖a位置旋轉(zhuǎn)一個角度(圖b),則由于永磁材料磁分子之間具有很大的內(nèi)摩擦力，轉(zhuǎn)子單元磁體不能立刻

19、轉(zhuǎn)動同樣的角度，故產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象,兩者的軸線之間有某一夾角,磁力線被扭斜，于是產(chǎn)生切向力和轉(zhuǎn)矩。這種因磁滯現(xiàn)象而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱磁滯轉(zhuǎn)矩。如果磁場連續(xù)旋轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子將被帶動一起旋轉(zhuǎn)。 NoImagel步進電動機是將電脈沖控制信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件。l它每接受一個電脈沖，其轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電機繞組通電相序，即獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。l基本要求：在電脈沖的控制下，步進電動機能迅速起動、正反轉(zhuǎn)、制動和停車；調(diào)速范圍寬廣；步進電動機的步距角要小，步距精度要高，不丟步不越

20、步；工作頻率高、響應(yīng)速度快。NoImagel反應(yīng)式步進電動機l永磁式步進電機l混合式步進電動機步進電動機的種類 NoImagel利用磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。其結(jié)構(gòu)形式通常分為單段式和多段式兩種?？梢宰龀啥?、三相、四相、五相或更多的相數(shù)。l定子上有六個極，每個極上裝有控制繞組，每相對的兩極組成一相。轉(zhuǎn)子上有四個均勻分布的齒，其上沒有繞組。NoImagel當A相控制繞組通電時，轉(zhuǎn)子在磁場力的作用下與定子齒對齊，即轉(zhuǎn)子齒l、3和定子齒A、A對齊，如圖（a）所示。l若切斷A相，同時接通B相，在磁場力作用下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30，轉(zhuǎn)子齒2、4與定于齒B、B對齊，如圖（b）所示。l如再使B相斷電，同時C相控制繞組通電

21、，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過30，使轉(zhuǎn)子齒1、3與定子齒C、C對齊，如圖(c)所示。l如此循環(huán)往復(fù)，并按ABCA順序通電，步進電機便按一定方向轉(zhuǎn)動。電機的轉(zhuǎn)速取決于控制統(tǒng)組接通和斷開的變化頻率。若改變通電順序，即ACBA，則電機反向轉(zhuǎn)動。上述通電方式稱為三相單三拍，這里“拍”指定子控制繞組每改變一次通電方式，為一拍；“單”指每次只有一相控制繞組通電；“三拍”指經(jīng)過三次切換控制繞組的通電狀態(tài)為一個循環(huán)。 NoImagel三相步進電機除上述通電方式外，還有三相單雙六拍通電方式，通電順序為AABBBCCCAA或 AACCCBBBAA，這里“AB” 表示 A、B兩相同時通電，依此類推。l采用這種通電方式時，當A相控制

22、繞組單獨通電時，轉(zhuǎn)子齒l、3和定子齒A、A對齊，如圖(a)所示。l當A、B相控制繞組同時通電時，轉(zhuǎn)子齒2、4在定子極B、B的吸引下使轉(zhuǎn)子沿順時針方向轉(zhuǎn)動，直至轉(zhuǎn)子齒l、3和定子極A、A之間的作用力與轉(zhuǎn)子齒2、4和定子極B、B之間的作用力相平衡為止，如圖(b)所示。l當斷開A相控制繞組而由相B控制繞組通電時，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)沿逆時針方向轉(zhuǎn)過一個角度，轉(zhuǎn)子齒2、4和定子極B、B對齊，如圖(c)所示，依此類推。NoImage 由上所述，同一步進電動機由于通電方式不同，運行的步距角也不同。單三拍通電方式時，步距角為30，而采用六拍通電方式時，步距角為15，因為該方式下轉(zhuǎn)子在兩相定極同時通電時存在一個中間狀態(tài)

23、?？梢姴捎脝坞p拍通電方式時，步距角要比單拍電方式時減小一半。 步進電機的步距角s的大小是由轉(zhuǎn)子的齒數(shù)、控制繞組的相數(shù)和通電方式所決定 式中，C為通電狀態(tài)系數(shù)，當采用單拍方式時，Cl；而采用單雙拍方式時，C2；m為步進電機的相數(shù)；Zr為步進電機轉(zhuǎn)子齒數(shù)。 若步進電機通電的脈沖頻率為f（每秒的拍數(shù)），則步進電機的速度為 式中 f為頻率， n為轉(zhuǎn)速，單位為rmin 。 電機在脈沖頻率一定時，電機的相數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)越多，則步距角s就越小，轉(zhuǎn)速也越低。 60rfnmZ C360srmZ CNoImagel一般將轉(zhuǎn)子使用永磁材料的步進電動機稱作永磁式步進電動機。通常轉(zhuǎn)子為一對極或幾對極的星形磁鋼，定子上繞

24、有二相或多相繞組，定子每相的軸線對應(yīng)于轉(zhuǎn)子的軸線，這類電動機要求電源提供正負脈沖。l增加轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)及定子的齒數(shù)可以減小步距角，但轉(zhuǎn)子要制成NS相間的多對磁極是較困難的，同時定子極數(shù)及繞組線圈數(shù)也必須相應(yīng)增加，這將受到定子空間的限制，因此永磁式步進電動機的步距角都較大。NoImagel混合式步進電動機是在永磁和變磁阻原理共同作用下運轉(zhuǎn)的，故稱為混合式或永磁感應(yīng)式步進電動機。通常轉(zhuǎn)子裝有一個軸向磁化永磁體用以產(chǎn)生一個單向磁場，其中一段經(jīng)永磁體磁化為S極，另一段磁化成N極。定子的齒距和轉(zhuǎn)子的齒距相同。它與反應(yīng)式的主要區(qū)別是轉(zhuǎn)子上置有磁鋼。l反應(yīng)式電動機轉(zhuǎn)子無磁鋼，輸入能量全靠定子勵磁電流供給，靜態(tài)

25、電流比永磁式大許多。l永磁感應(yīng)式電動機具有驅(qū)動電流小、效率高、過載能力強等優(yōu)點，是一種有發(fā)展前途的步進電動機。NoImage1步進電動機受數(shù)字脈沖信號控制，輸出角位移與輸入脈沖數(shù)成正比。2步進電動機的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比。3步進電動機的轉(zhuǎn)向可以通過改變通電順序來改變。4步進電動機具有自鎖能力，一旦停止輸入脈沖，只要維持繞組通電，電動機就可以保持在該固定位置。5步進電動機工作狀態(tài)不易受各種干擾因素（如電源電壓的波動、電流的大小與波形的變化、溫度等）影響，只要干擾未引起步進電動機產(chǎn)生“丟步”，就不會影響其正常工作。6步進電動機的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一

26、轉(zhuǎn)以后，其累積誤差為“零”，不會長期積累。7易于直接與微機的I/O接口，構(gòu)成開環(huán)位置伺服系統(tǒng)。l步進電動機被廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)的機電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化，并可靠地獲得較高的位置精度。 NoImage（1) 矩角特性及最大靜轉(zhuǎn)矩矩角特性是控制繞組通電狀態(tài)不變時，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系，即靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系 。 最大靜轉(zhuǎn)矩是指在規(guī)定的通電相數(shù)下矩角特性上的轉(zhuǎn)矩最大值。通常在技術(shù)數(shù)據(jù)中所規(guī)定的最大靜轉(zhuǎn)矩是指一相繞組通上額定電流時的最大轉(zhuǎn)矩值。按最大靜轉(zhuǎn)矩的大小可把步進電動機分為伺服步進電動機和功率步進電動機。伺服步進電動機的輸出轉(zhuǎn)矩較小，有時需要經(jīng)過液壓力矩放大器或伺服功率放大系統(tǒng)放大

27、后再去帶動負載。而功率步進電動機可直接帶動負載，使系統(tǒng)簡化，傳動精度提高。NoImageNoImage（2）步距角及步距角精度 步距角是指輸入一個電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。步距角的大小直接影響步進電動機的起動頻率和運行頻率。相同尺寸的步進電動機，步距角小的起動、運行頻率較高。步距角精度是指步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差，用百分比表示：誤差/步距角100%。不同運行拍數(shù)其值不同。（3）啟動頻率和啟動的矩頻特性啟動頻率是指步進電動機能夠不失步啟動的最高脈沖頻率。技術(shù)數(shù)據(jù)中給出空載和負載啟動頻率。實際使用時，大多是在負載情況下啟動，所以又給出啟動的矩頻特性，以便確定負載啟動頻率。NoIm

28、age步進電動機矩頻特性NoImage（4）運行頻率和運行矩頻特性運行頻率是指步進電動機起動后，控制脈沖頻率連續(xù)上升而不失步的最高頻率。通常在技術(shù)數(shù)據(jù)中也給出空載和負載運行頻率，運行頻率的高低與負載阻轉(zhuǎn)矩的大小有關(guān)，所以又給出了運行矩頻特性。步進電動機的最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩和脈沖頻率的關(guān)系，稱為矩頻特性。矩頻特性表明，在一定控制脈沖頻率范圍內(nèi)，隨頻率升高，電機的功率和轉(zhuǎn)速都相應(yīng)地提高，超出該范圍則隨頻率升高轉(zhuǎn)矩下降，步進電動機帶負載的能力也逐漸下降，到某一頻率以后，就帶不動任何負載，而且只要受到一個很小的擾動，就會振蕩、失步以至停轉(zhuǎn)。 NoImage（1）驅(qū)動電源的優(yōu)劣對步進電動機控制系統(tǒng)的運行影響極

29、大，使用時要特別注意，需根據(jù)運行要求，盡量采用先進的驅(qū)動電源，以滿足步進電動機的運行性能。（2）若所帶負載轉(zhuǎn)動慣量較大，則應(yīng)在低頻下啟動，然后再上升到工作頻率，停車時也應(yīng)從工作頻率下降到適當頻率再停車。（3） 在工作過程中，應(yīng)盡量避免由于負載突變而引起的誤差。（4）若在工作中發(fā)生失步現(xiàn)象，首先，應(yīng)檢查負載是否過大，電源電壓是否正常，再檢查驅(qū)動電源輸出波形是否正常，在處理問題時不應(yīng)隨意變換元件。NoImage分類 異步（交流）測速發(fā)電機；直流測速發(fā)電機；同步發(fā)電機。用途 輸出電壓U0與轉(zhuǎn)速n成正比，用來測量轉(zhuǎn)速；廣泛應(yīng)用于速度或位置控制系統(tǒng)中。 以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度為參數(shù)變量，可作為機電微分、積分器。

30、常用于PID控制。NoImagel按勵磁方式不同，直流測速發(fā)電機可分為電磁式和永磁式兩大類。l其結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流發(fā)電機基本相同。NoImagel只要保持、Ra、RL不變，Ua與n之間就成正比關(guān)系。當負載RL變化時，將使輸出特性斜率發(fā)生變化。改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，Ua的極性隨之改變。 不同負載時的理想輸出特性 eEKnNoImagel1） 電樞反應(yīng)的影響 當發(fā)電機帶上負載后，電樞中通過的電流Ia產(chǎn)生電樞磁場，使氣隙中的合成磁場產(chǎn)生畸變的作用稱為電樞反應(yīng)。負載電阻越小或轉(zhuǎn)速越高，電樞反應(yīng)越顯著。為了減小電樞反應(yīng)對輸出特性的影響，在直流測速發(fā)電機的技術(shù)條件中標有最高轉(zhuǎn)速和最小負載電阻。l2）延遲換向

31、的影響 延遲換向是指換向元件中的總電動勢eK阻礙電流變化，使換向延遲的現(xiàn)象。 通常采用限制最高轉(zhuǎn)速的措施來減小延遲換向去磁效應(yīng)的影響。NoImagel4）紋波電動勢的影響 直流測速發(fā)電機因換向片數(shù)有限，而電樞繞組電動勢是每一支路中有限個元件感應(yīng)電動勢的疊加，因此輸出電動勢總是帶有微弱的波動，這種微小的波動稱為紋波，紋波造成了線性誤差。減小該誤差的方法是增加電機繞組匝數(shù)和相應(yīng)的換向片數(shù)，并在輸出電路中加入濾波電路。l3）溫度的影響 在應(yīng)用中，發(fā)電機本身會發(fā)熱，而且環(huán)境溫度也是變化的。導(dǎo)致勵磁繞組電阻變化，將引起勵磁電流和磁通的變化，造成線性誤差。減少誤差的方法是把磁路設(shè)計得足夠飽和，或者在勵磁回

32、路串聯(lián)阻值較大、溫度系數(shù)很小的附加電阻。l5） 電刷接觸壓降對輸出特性的影響 電刷接觸電壓的影響導(dǎo)致輸出特性存在不靈敏區(qū)。可采用接觸電阻小的電刷。NoImagel1）線性誤差l2）靈敏度l3）最高線性工作轉(zhuǎn)速和最小負載電阻 保證工作在允許線性誤差范圍內(nèi)的兩個使用條件。l4）不靈敏區(qū) 由電刷接觸壓降Ub而導(dǎo)致輸出特性斜率顯著下降(幾乎為零)的轉(zhuǎn)速范圍。該性能指標在超低速控制系統(tǒng)中是重要的。l5）輸出電壓的不對稱度 指在相同轉(zhuǎn)速下，測速發(fā)電機正、反轉(zhuǎn)時，輸出電壓絕對值之差與兩者平均值之比。對要求正、反轉(zhuǎn)的控制系統(tǒng)需考慮該指標。l6）紋波系數(shù) 測速發(fā)電機在一定轉(zhuǎn)速下，輸出電壓中交流分量的有效值與直流

33、分量之比。高精度速度伺服系統(tǒng)對該指標的要求較高。NoImageNoImagel交流測速發(fā)電機分為同步測速發(fā)電機和感應(yīng)測速發(fā)電機兩大類。l而同步測速發(fā)電機定子輸出繞組感應(yīng)電動勢的大小和頻率都隨轉(zhuǎn)速n的變化而變化，不宜用于自動控制系統(tǒng)中。NoImagel1異步測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)特點l感應(yīng)測速發(fā)電機的定子上有兩相正交繞組，其中一相接電源勵磁，另一相則用作輸出電壓信號。轉(zhuǎn)子有鼠籠式和非磁性空心杯式兩種。l空心杯形轉(zhuǎn)子感應(yīng)測速發(fā)電機性能好，是目前應(yīng)用最廣泛的一種交流測速發(fā)電機。NoImagervvwrrf0wrrf01f04.444.4460pEf k Nk Nnkn1）電壓幅值特性 理想狀態(tài)下測速發(fā)電機

34、的輸出特性為過原點的一條直線，實際特性由于各繞組漏阻抗和磁通等都有些變化，使輸出電壓的大小與轉(zhuǎn)速不是嚴格的直線關(guān)系。2）電壓相位特性 是指當勵磁電壓和頻率為常數(shù)時，交流測速發(fā)電機輸出電壓與勵磁電壓之間的相位差與輸入轉(zhuǎn)速n間的函數(shù)關(guān)系。實際上，輸出電壓和勵磁電壓之間總是存在著相位移，并且相位移的大小隨著轉(zhuǎn)速的改變而變化。NoImagel（1）線性誤差嚴格來說，輸出電壓和轉(zhuǎn)速之間不是直線關(guān)系，由非線性引起的誤差稱為線性誤差l（2）相位誤差l相位誤差是指交流測速發(fā)電機實際輸出電壓與勵磁電壓之間相位移的變化量，它隨轉(zhuǎn)速的改變而變化。 NoImagel（3）剩余電壓l剩余電壓是指交流測速發(fā)電機在勵磁繞組

35、接額定勵磁電壓，轉(zhuǎn)子靜止時輸出繞組中所產(chǎn)生的電壓。l （4）輸出斜率（靈敏度）l輸出斜率是在額定勵磁電壓下，轉(zhuǎn)速為1000 rmin時測速發(fā)電機的輸出電壓。 NoImage沒有相位波動，沒有剩余電壓輸出特性較軟結(jié)構(gòu)復(fù)雜，摩擦轉(zhuǎn)矩大，換向時有火花和無線電干擾信號，輸出特性不穩(wěn)定且正反向不對稱。結(jié)構(gòu)簡單，易維護，慣量小，輸出特性穩(wěn)定（正反轉(zhuǎn)對稱），精度高，工作可靠。存在剩余電壓和相位誤差，且負載的大小和性質(zhì)會影響輸出電壓的幅值和相位。NoImagel特點特點在隨動系統(tǒng)中，用于角度的傳輸、變換和指示。通常是兩臺或多臺組合使用，異地兩根軸同步旋轉(zhuǎn)。l分類： 發(fā)送機接收機；力矩式（指示系統(tǒng)）控制式（隨動

36、系統(tǒng)）；三相（電軸）單相（角度傳遞系統(tǒng)）。 NoImageNoImage定子包括三對相隔等距分布的磁極，磁極上繞著定子繞組。l每個定子繞組的一端連接到一個公共點。各繞組的輸出端用引線引出。 控制式自整角機的的作用是把機械角位移變?yōu)殡娏?。它由一個由變壓器鐵心制成的定子，一個在定子內(nèi)自由轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子組成。NoImagel當轉(zhuǎn)子離開零位時，在 繞組中的感應(yīng)電壓將按照如下方程變化rzsKEEcos22sEzEr繞組中感應(yīng)電壓的均方根值，為轉(zhuǎn)子勵磁電壓的均方根值，K為根據(jù)轉(zhuǎn)子與定子之間的匝數(shù)比和磁耦合得出的比例系數(shù)，為逆時針方向測出的轉(zhuǎn)子離開零位的轉(zhuǎn)角。2sNoImage)120cos(3rzsKEE)120cos(1rzsKEErzsKEEcos2rzsKEEsin331)120sin(312rzsKEE)120sin(323rzsKEENoImage力矩式自