機電傳動控制第(9)

1、 傳動生產(chǎn)機械用的傳動生產(chǎn)機械用的傳動電機傳動電機主要用來完成能量的主要用來完成能量的變換，具有較高的力能指標變換，具有較高的力能指標(如效率和功率因數(shù)等如效率和功率因數(shù)等)； 控制電機則主要用來完成控制電機則主要用來完成控制信號控制信號的傳遞和變換，的傳遞和變換，要求它們技術性能穩(wěn)定可靠、動作靈敏、精度高、體要求它們技術性能穩(wěn)定可靠、動作靈敏、精度高、體積小、重量輕、耗電少。積小、重量輕、耗電少。 控制電機和傳動電機區(qū)別：控制電機和傳動電機區(qū)別：當然，傳動用電機與控制電機并沒有一個嚴格的界線。當然，傳動用電機與控制電機并沒有一個嚴格的界線。 控制電機一般是指用于自動控制、自動調(diào)節(jié)、控制電機一

2、般是指用于自動控制、自動調(diào)節(jié)、遠距離測量、隨動系統(tǒng)以及計算裝置中的微特電機。遠距離測量、隨動系統(tǒng)以及計算裝置中的微特電機。它是構成它是構成開環(huán)控制、閉環(huán)控制開環(huán)控制、閉環(huán)控制、同步連接等系統(tǒng)的、同步連接等系統(tǒng)的基礎元件?；A元件。 在在自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)中的職能可分為中的職能可分為測量測量元件、元件、放大放大元件、元件、執(zhí)行執(zhí)行元件和元件和校正校正元件四類。元件四類。 6.1 伺服電機伺服電機 伺服電動機也稱為伺服電動機也稱為執(zhí)行執(zhí)行電動機，在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元電動機，在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，將件，將電信號電信號轉(zhuǎn)換為軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動控制對象。轉(zhuǎn)換為軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動控

3、制對象。 伺服電動機的最大特點是伺服電動機的最大特點是可控可控。在有控制信號輸。在有控制信號輸入時，伺服電動機就轉(zhuǎn)動；沒有控制信號輸入，則停入時，伺服電動機就轉(zhuǎn)動；沒有控制信號輸入，則停止轉(zhuǎn)動；改變止轉(zhuǎn)動；改變控制電壓的大小和相位控制電壓的大小和相位(或極性或極性)就可改就可改變伺服電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。變伺服電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。與普通電動機相比具有如下特點：與普通電動機相比具有如下特點：1 調(diào)速調(diào)速范圍廣，能在很廣的范圍內(nèi)范圍廣，能在很廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)連續(xù)調(diào)節(jié)；2 轉(zhuǎn)子的慣性小，即能實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的慣性小，即能實現(xiàn)迅速啟迅速啟動和停轉(zhuǎn)動和停轉(zhuǎn)；3 控制功率小，控制功率小，過載能力過載能力強，可靠強

4、，可靠性好性好接線圖杯型轉(zhuǎn)子伺服電動機結構圖 激磁繞組1;控制繞組2;內(nèi)定子3; 外定子4;轉(zhuǎn)子5放放大大器器檢檢測測元元件件2U2I+U+控制繞組控制繞組勵磁繞組勵磁繞組UCU1I1U+ 勵磁繞組串聯(lián)電容勵磁繞組串聯(lián)電容C ,可使通入兩個繞組的電流相位差接可使通入兩個繞組的電流相位差接近近90 ,是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。該磁場與轉(zhuǎn)子中的感應電該磁場與轉(zhuǎn)子中的感應電流相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動起來。其同步轉(zhuǎn)速流相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動起來。其同步轉(zhuǎn)速n0=60f/p2 工作原理工作原理 對伺服電動機的對伺服電動機的要求要求是控制電壓是控制電壓，電動，電動機必須立即

5、停轉(zhuǎn)。機必須立即停轉(zhuǎn)。 根據(jù)單相異步電動機的原理，電動機轉(zhuǎn)子一根據(jù)單相異步電動機的原理，電動機轉(zhuǎn)子一旦轉(zhuǎn)動以后，再取消控制電壓，僅剩勵磁電壓單相旦轉(zhuǎn)動以后，再取消控制電壓，僅剩勵磁電壓單相供電，它將供電，它將繼續(xù)轉(zhuǎn)動繼續(xù)轉(zhuǎn)動，即存在，即存在“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，這意現(xiàn)象，這意味著失去控制作用，這是不允許的。味著失去控制作用，這是不允許的。3 “自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象：現(xiàn)象： 從三相異步電動機的從三相異步電動機的機械特性可知，轉(zhuǎn)子機械特性可知，轉(zhuǎn)子電阻對電動機的轉(zhuǎn)速電阻對電動機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性影響很大，轉(zhuǎn)矩特性影響很大，轉(zhuǎn)子電阻增大到一定轉(zhuǎn)子電阻增大到一定程度，最大轉(zhuǎn)矩可出程度，最大轉(zhuǎn)矩可出現(xiàn)在現(xiàn)在S=1 附

6、近。附近。不同轉(zhuǎn)子電阻時的機械特性不同轉(zhuǎn)子電阻時的機械特性 消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象辦法就消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象辦法就是使轉(zhuǎn)子導條具有是使轉(zhuǎn)子導條具有較較大電阻大電阻。曲線曲線T：當速度當速度n為正時，電磁轉(zhuǎn)矩為正時，電磁轉(zhuǎn)矩T 為負，當為負，當n 為負時，為負時，T 為正，即電磁轉(zhuǎn)矩的方向總是為正，即電磁轉(zhuǎn)矩的方向總是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，所以是一個制動轉(zhuǎn)矩。與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，所以是一個制動轉(zhuǎn)矩。 曲線曲線1 為為有控制有控制電壓時伺服電電壓時伺服電機的機械特性曲線，機的機械特性曲線， 曲線曲線T 為為去掉控制去掉控制電壓后，單電壓后，單相供電時的合成轉(zhuǎn)矩，在第二和第相供電時的合成轉(zhuǎn)矩，在第二和第四象限。其中曲線四象限。

7、其中曲線T+， T- 為脈動為脈動磁場分解為正、反兩個旋轉(zhuǎn)磁場對磁場分解為正、反兩個旋轉(zhuǎn)磁場對應產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩曲線。應產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩曲線。 由于由于制動轉(zhuǎn)矩制動轉(zhuǎn)矩的存在，可使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動，的存在，可使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動，保證了不會存在保證了不會存在“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 增大轉(zhuǎn)子電阻增大轉(zhuǎn)子電阻有利于消除有利于消除“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”，使使穩(wěn)定運行段穩(wěn)定運行段加寬，加寬，啟動轉(zhuǎn)矩啟動轉(zhuǎn)矩增大，有利于增大，有利于調(diào)速和啟動。調(diào)速和啟動。 兩相交流伺服電動機的兩相交流伺服電動機的控制方法有三種：控制方法有三種：幅值控制；幅值控制；相位控制；相位控制；幅值幅值-相位控制。相位控制。4、控制特性、控制特性 幅值

8、控制幅值控制 兩相繞組相接于同一單相兩相繞組相接于同一單相電源，適當選擇電容電源，適當選擇電容C ，使兩電壓相差使兩電壓相差90， 改變改變R 的大小，即改變控的大小，即改變控制電壓制電壓 U c的大小的大小。0.8 U20.6 U2on 利用改變利用改變控制電壓控制電壓幅值大小來改變轉(zhuǎn)速的方法，幅值大小來改變轉(zhuǎn)速的方法，稱為幅值控制方法。稱為幅值控制方法。交流伺服電動機可以：交流伺服電動機可以：1. 利用控制電壓的利用控制電壓的有無有無來進行啟動、停止控制；來進行啟動、停止控制；2. 利用改變電壓的利用改變電壓的幅值幅值(或相位或相位)大小大小來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的高來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的高低；低；3. 利用改

9、變利用改變U c的的極性極性來改變電動機轉(zhuǎn)向。它是控制系來改變電動機轉(zhuǎn)向。它是控制系統(tǒng)中的原動機。統(tǒng)中的原動機。 交流伺服電機的輸出功率一般為交流伺服電機的輸出功率一般為0.1-100 W，電源電源頻率分頻率分50Hz、400Hz等多種。等多種。5、應用、應用供電方式：供電方式：他勵供電。勵磁繞組和電樞分別由兩他勵供電。勵磁繞組和電樞分別由兩個獨立的電源供電。個獨立的電源供電。U1為勵磁電壓，為勵磁電壓，U2為電樞電壓為電樞電壓MU1I1I2U2U+直流伺服電動機的接線圖直流伺服電動機的接線圖 直流伺服電機的機械直流伺服電機的機械特性與他勵直流電機相同特性與他勵直流電機相同一樣，也可用下式表示

10、一樣，也可用下式表示TKKRKUnTEE2a2 改改變控制電壓變控制電壓U2 或改變磁或改變磁通通都可以控制直流伺服電動機都可以控制直流伺服電動機的的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，即：轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，即：電樞電樞控制；控制；磁場磁場控制?？刂啤Ｖ绷魉欧妱訖C的機械特性曲線直流伺服電動機的機械特性曲線 n=f(T)曲線曲線(U1=常數(shù)常數(shù))U20.8U20.6U20.4U2nTO 電樞控制電樞控制具有響應迅速、機械特性硬、調(diào)速特具有響應迅速、機械特性硬、調(diào)速特性線性度好的優(yōu)點，在實際生產(chǎn)中大都采用電樞控性線性度好的優(yōu)點，在實際生產(chǎn)中大都采用電樞控制方式制方式 永磁式伺服電動機，只能采取電樞控制。永磁式伺服電動機，只能

11、采取電樞控制。 直流伺服電動機與交流伺服電動機的機械特性直流伺服電動機與交流伺服電動機的機械特性比較，前者的比較，前者的堵轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)矩大，特性曲線線性度好，大，特性曲線線性度好，機械特機械特性性較硬。較硬。缺點缺點是有是有換向器換向器，因而結構復雜，產(chǎn)生無線，因而結構復雜，產(chǎn)生無線電干擾。在確定系統(tǒng)采用何種電動機時，要綜合考慮電干擾。在確定系統(tǒng)采用何種電動機時，要綜合考慮各種電動機的特點。各種電動機的特點。 直流伺服電機的特性較交流伺服電機直流伺服電機的特性較交流伺服電機硬。通常應用于硬。通常應用于功率稍大功率稍大的系統(tǒng)中，如隨的系統(tǒng)中，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。動系統(tǒng)中的位置控制等。 直流伺服

12、電機輸出功率一般為直流伺服電機輸出功率一般為1-600W。 力矩電動機就是一種能和負載直接連接產(chǎn)生較大力矩電動機就是一種能和負載直接連接產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，能帶動負載在轉(zhuǎn)矩，能帶動負載在堵轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn)或或大大低于空載轉(zhuǎn)速大大低于空載轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)下運轉(zhuǎn)的電動機。的電動機。 異步型交流力矩電動機的工作原理與異步型交流力矩電動機的工作原理與交流伺服交流伺服電動機相電動機相同，但為了產(chǎn)生低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，電動機做成同，但為了產(chǎn)生低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，電動機做成徑向尺寸大，軸徑向尺寸大，軸向尺寸小向尺寸小的多極扁平形。的多極扁平形。 直流力矩電動機具有良好的直流力矩電動機具有良好的低速平穩(wěn)性低速平穩(wěn)性和和線性線性的機械特的機械特

13、性及調(diào)節(jié)特性，在生產(chǎn)中應用最廣泛。性及調(diào)節(jié)特性，在生產(chǎn)中應用最廣泛。 一般直流伺服電動機為了減少一般直流伺服電動機為了減少其其轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量，大部分做成細長，大部分做成細長圓柱形，圓柱形，而而直流力矩電動機直流力矩電動機為了能在相同體積和電樞電壓為了能在相同體積和電樞電壓的前提下，產(chǎn)生比較的前提下，產(chǎn)生比較大的轉(zhuǎn)矩大的轉(zhuǎn)矩及較低的轉(zhuǎn)速，一般都做成及較低的轉(zhuǎn)速，一般都做成扁扁平狀平狀。一、結構一、結構 1、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)矩大二、特性二、特性DlNBIDlNBIDNFT222aa 從直流電動機基本工作原理可知，由直流電動從直流電動機基本工作原理可知，由直流電動機每個磁極下機每個磁極下磁感應強磁感應強

14、度平均值、電樞繞組導體度平均值、電樞繞組導體上的上的電流電流和導體的有效和導體的有效長度長度，得到每根導體所受，得到每根導體所受的電磁力，可得電磁轉(zhuǎn)矩為的電磁力，可得電磁轉(zhuǎn)矩為 在相同的在相同的電樞體積電樞體積、電流電流以及相同以及相同用銅量用銅量的條的條件下，扁平形狀的直流力矩電動機轉(zhuǎn)矩與直徑近似件下，扁平形狀的直流力矩電動機轉(zhuǎn)矩與直徑近似成成正比正比例關系。例關系。 2、轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)速低 在理想空載條件下，外加電壓與導體在磁場中在理想空載條件下，外加電壓與導體在磁場中運動切割磁力線所產(chǎn)生的感應電勢平衡：運動切割磁力線所產(chǎn)生的感應電勢平衡： 0aa06060DnUENBlvNBlNBlDn 仍

15、在相同的仍在相同的電樞體積電樞體積和相同和相同用銅量用銅量的條件下，的條件下，扁平形狀的直流力矩電動機轉(zhuǎn)速與直徑近似成扁平形狀的直流力矩電動機轉(zhuǎn)速與直徑近似成反比反比例關系。例關系。調(diào)速范圍可達調(diào)速范圍可達0.00017r/min25r/min 在在電樞體積電樞體積、電流電流以及以及用銅量用銅量相同的情況下，相同的情況下，增大電動機直徑，減小軸向長度，有利于增加電動增大電動機直徑，減小軸向長度，有利于增加電動機的轉(zhuǎn)矩和降低空載轉(zhuǎn)速，所以力矩電動機都做成機的轉(zhuǎn)矩和降低空載轉(zhuǎn)速，所以力矩電動機都做成扁平圓盤狀結構。扁平圓盤狀結構。結論結論三、應用三、應用 由于在設計、制造上保證了電動機能在由于在設

16、計、制造上保證了電動機能在低速或低速或堵轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn)下運行，在堵轉(zhuǎn)情況下能產(chǎn)生下運行，在堵轉(zhuǎn)情況下能產(chǎn)生足夠大的力矩足夠大的力矩而不而不損壞電動機，加上它有精度高、反應速度快、線性度損壞電動機，加上它有精度高、反應速度快、線性度好等優(yōu)點，因此，它常用在好等優(yōu)點，因此，它常用在低速、需要轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)低速、需要轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和需和需要一定張力的要一定張力的隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。中作為執(zhí)行元件。 功率從零點幾瓦到數(shù)百瓦的小功率同步電動機，在功率從零點幾瓦到數(shù)百瓦的小功率同步電動機，在需要恒速傳動的裝置中常用作需要恒速傳動的裝置中常用作傳動傳動電動機，在自動電動機，在自動控制系統(tǒng)中也可用作控制系統(tǒng)中也可用作執(zhí)行執(zhí)行元件。元件。 交、直流伺服電動機轉(zhuǎn)子速度的高低和轉(zhuǎn)向隨著控交、直流伺服電動機轉(zhuǎn)子速度的高低和轉(zhuǎn)向隨著控制信號電壓的大小和極性制信號電壓的大小和極性(或相位或相位)而變化。而變化。 在有些控制設備和自動裝置中，卻往往要求速度不在有些控制設備和自動裝置中，卻往往要求速度不受外界的影響而受外界的影響而恒定恒定不變。在這些裝置中不變。在這些裝置中小功率同小功率同步電動機步電動機得到了廣泛的應用：如得到了廣泛的應用：如驅(qū)動器儀表中的走紙、驅(qū)動器儀表中的走紙、打印記錄機構、電子鐘、