《電機及拖動》第8章 控制電機和其它電機

1、1模塊模塊4 4 電力拖動系統(tǒng)電動機的電力拖動系統(tǒng)電動機的 選擇及其它控制電機選擇及其它控制電機 2第第8 8章章 控制電機和其它電機控制電機和其它電機 3本章要點本章要點n伺服電動機的基本運行特性。伺服電動機的基本運行特性。n步進電動機的結(jié)構(gòu)和工作特性。步進電動機的結(jié)構(gòu)和工作特性。n測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。n自整角機和旋轉(zhuǎn)變壓器的工作特性。自整角機和旋轉(zhuǎn)變壓器的工作特性。n直線電動機及微型同步電動機的工作特性。直線電動機及微型同步電動機的工作特性。48.1 8.1 控制電機的特性控制電機的特性8.2 8.2 伺服電動機伺服電動機8.3 8.3 步進電動機步進電

2、動機8.4 8.4 測速發(fā)電機測速發(fā)電機8.5 8.5 自整角機自整角機8.6 8.6 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器8.7 8.7 直線電動機直線電動機8.8 8.8 微型同步電動機微型同步電動機本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容58.1 8.1 控制電機的特性控制電機的特性 任務(wù)任務(wù)1 1各種控制電機的外形觀察與銘牌解讀各種控制電機的外形觀察與銘牌解讀 任務(wù)任務(wù)2 2各種控制電機的運行觀察各種控制電機的運行觀察 任務(wù)任務(wù)3 3控制電機的拆卸與裝配控制電機的拆卸與裝配 6任務(wù)任務(wù)1 1各種控制電機的外形觀察與銘牌解讀各種控制電機的外形觀察與銘牌解讀1 1、觀察、觀察控制控制電機的外觀電機的外觀 直流伺服電動機如

3、圖直流伺服電動機如圖8-18-1所示，交流伺服電動機與伺服控制器如圖所示，交流伺服電動機與伺服控制器如圖8-28-2所示，步進電動機如圖所示，步進電動機如圖8-38-3所示，測速發(fā)電機如圖所示，測速發(fā)電機如圖8-48-4所示。所示。 圖圖8-18-1直流伺服電動機直流伺服電動機圖圖8-28-2交流伺服電動機與伺服控制器交流伺服電動機與伺服控制器7任務(wù)任務(wù)1 1各種控制電機的外形觀察與銘牌解讀各種控制電機的外形觀察與銘牌解讀 圖圖8-3 8-3 步進電動機步進電動機 圖圖8-48-4測速發(fā)電機測速發(fā)電機 8任務(wù)任務(wù)1 1各種控制電機的外形觀察與銘牌解讀各種控制電機的外形觀察與銘牌解讀2 2、觀察

4、、觀察各種控制電機各種控制電機的銘牌的銘牌 將銘牌數(shù)據(jù)記錄在表將銘牌數(shù)據(jù)記錄在表8-18-1中。中。 表表8-1 8-1 控制電機控制電機的銘牌數(shù)據(jù)的銘牌數(shù)據(jù)型型 號號產(chǎn)品編號產(chǎn)品編號結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型勵磁方式勵磁方式額定功率額定功率勵磁電壓勵磁電壓額定電壓額定電壓工作方式工作方式額定電流額定電流絕緣等級絕緣等級額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速重重 量量標(biāo)準(zhǔn)編號標(biāo)準(zhǔn)編號出廠日期出廠日期9任務(wù)任務(wù)2 2各種控制電機各種控制電機的運行觀察的運行觀察1 1、直流伺服電動機直流伺服電動機的運行情況的運行情況 按照直流伺服電動機的運行要求進行接線，啟動直流伺服電動機按照直流伺服電動機的運行要求進行接線，啟動直流伺服電動機達(dá)到

5、額定運行，改變直流伺服電動機的輸入控制電壓，觀察、測量直達(dá)到額定運行，改變直流伺服電動機的輸入控制電壓，觀察、測量直流伺服電動機運轉(zhuǎn)速度，記錄在表流伺服電動機運轉(zhuǎn)速度，記錄在表8-28-2（1 1）中。分析控制電壓）中。分析控制電壓U U與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n n的關(guān)系。的關(guān)系。 表表8-28-2（1 1） 直流伺服電動機直流伺服電動機的運行觀察的運行觀察直流伺服電動機信號 /V01/4UN1/2UN3/4UN1直流伺服電動機的轉(zhuǎn)速 /r/min10任務(wù)任務(wù)2 2各種控制電機各種控制電機的運行觀察的運行觀察2 2、交流伺服電動機交流伺服電動機的運行情況的運行情況 按照交流伺服電動機的運行要求進行接線，

6、啟動交流伺服電動機按照交流伺服電動機的運行要求進行接線，啟動交流伺服電動機達(dá)到額定運行，改變交流伺服電動機的輸入控制電壓，觀察、測量交達(dá)到額定運行，改變交流伺服電動機的輸入控制電壓，觀察、測量交流伺服電動機運轉(zhuǎn)速度，記錄在表流伺服電動機運轉(zhuǎn)速度，記錄在表8-28-2（2 2）中。分析控制電壓）中。分析控制電壓U U與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n n的關(guān)系。的關(guān)系。 表表8-28-2（2 2） 交流伺服電動機交流伺服電動機的運行觀察的運行觀察交流伺服電動機信號 /V01/4UN1/2UN3/4UN1交流伺服電動機的轉(zhuǎn)速 /r/min11任務(wù)任務(wù)2 2各種控制電機各種控制電機的運行觀察的運行觀察 步進電動機經(jīng)常運

7、行于啟動、制動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速狀態(tài)，因步進電動機經(jīng)常運行于啟動、制動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速狀態(tài)，因此電動機的步數(shù)與脈沖數(shù)應(yīng)嚴(yán)格相等，否則可能出現(xiàn)此電動機的步數(shù)與脈沖數(shù)應(yīng)嚴(yán)格相等，否則可能出現(xiàn)“丟步丟步”。3 3、步進電動機的運行、步進電動機的運行 圖圖8-5 8-5 步進電動機的控制接線方式步進電動機的控制接線方式 步進電動機的控步進電動機的控制接線方式如圖制接線方式如圖8-58-5所所示。按照圖示連接步示。按照圖示連接步進電動機三相接線，進電動機三相接線，注意脈沖頻率與位移注意脈沖頻率與位移之間的比例關(guān)系。之間的比例關(guān)系。12任務(wù)任務(wù)2 2各種控制電機各種控制電機的運行觀察的運行觀察 3 3、

8、步進電動機的運行、步進電動機的運行 改變步進電動機的輸入控制電壓脈沖頻率，觀察、測量步進電改變步進電動機的輸入控制電壓脈沖頻率，觀察、測量步進電動機運轉(zhuǎn)速度，記錄在表動機運轉(zhuǎn)速度，記錄在表8-28-2（3 3）中。分析控制電壓頻率）中。分析控制電壓頻率f f與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n n的關(guān)系。的關(guān)系。 表表8-28-2（3 3） 步進電動機步進電動機的運行觀察的運行觀察步進電動機控制電源的脈沖頻率 /Hz01/4fN1/2fm3/4fm1步進電動機的轉(zhuǎn)速 /r/min13任務(wù)任務(wù)2 2直流電動機的運行觀察直流電動機的運行觀察4 4、測速發(fā)電機的運行、測速發(fā)電機的運行 將測速發(fā)電機通過過軸節(jié)或者齒輪組與調(diào)

9、速電動機機械連接。將將測速發(fā)電機通過過軸節(jié)或者齒輪組與調(diào)速電動機機械連接。將電壓表接入測速發(fā)電機的輸出端，給定測速發(fā)動機各不同的轉(zhuǎn)速，測電壓表接入測速發(fā)電機的輸出端，給定測速發(fā)動機各不同的轉(zhuǎn)速，測定相應(yīng)的輸出電壓，記錄在表定相應(yīng)的輸出電壓，記錄在表8-28-2（4 4）中。分析測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速）中。分析測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速n n與與輸出電壓輸出電壓U U的關(guān)系。的關(guān)系。 表表8-28-2（4 4） 測速發(fā)電機測速發(fā)電機的運行觀察的運行觀察測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速 /r/min01/4nN1/2nN3/4nN1測速發(fā)電機的輸出電壓 /V14任務(wù)任務(wù)3 3控制電機的拆卸與裝配控制電機的拆卸與裝配 任意拆卸一種

10、控制電機，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，結(jié)合前面所學(xué)知識說任意拆卸一種控制電機，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，結(jié)合前面所學(xué)知識說出各部分的名稱，記錄在表出各部分的名稱，記錄在表8-38-3中。觀察結(jié)束，將電機裝配還原。中。觀察結(jié)束，將電機裝配還原。表表8-3 8-3 控制電機各部件名稱控制電機各部件名稱158.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 伺服電動機伺服電動機：因為能夠帶動負(fù)載在自動控制系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，所以：因為能夠帶動負(fù)載在自動控制系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，所以 又稱執(zhí)行電動機。它可以將接收到的電壓控制信號轉(zhuǎn)換又稱執(zhí)行電動機。它可以將接收到的電壓控制信號轉(zhuǎn)換 為轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出，其轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速隨著輸入為轉(zhuǎn)軸的角位移

11、或角速度輸出，其轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速隨著輸入 電壓信號的方向和大小變化而改變。電壓信號的方向和大小變化而改變。 交流伺服電動機交流伺服電動機：其輸出功率一般都比較小，為幾：其輸出功率一般都比較小，為幾W W幾十幾十W W，主要用，主要用 于小功率的自動控制系統(tǒng)。于小功率的自動控制系統(tǒng)。直流伺服電動機直流伺服電動機：主要用于功率較大的自動控制系統(tǒng)，可達(dá)幾百：主要用于功率較大的自動控制系統(tǒng)，可達(dá)幾百W W。 16一、直流伺服電動機一、直流伺服電動機1 1、基本結(jié)構(gòu)與分類、基本結(jié)構(gòu)與分類 直流伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)直流伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)：與普通直流電動機在結(jié)構(gòu)上并無本質(zhì)上的差：與普通直流電動機在結(jié)構(gòu)上并無本質(zhì)

12、上的差 別，都是由別，都是由定子和轉(zhuǎn)子定子和轉(zhuǎn)子組成。稍有不同的是，直流伺服電動機的電樞電組成。稍有不同的是，直流伺服電動機的電樞電 流很小，沒有換向困難的問題，因此，流很小，沒有換向困難的問題，因此，一般不再安裝換向極一般不再安裝換向極；此外，為；此外，為 減小轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子形狀上做得細(xì)長一些，氣隙比較小，磁路上并不飽減小轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子形狀上做得細(xì)長一些，氣隙比較小，磁路上并不飽 和和, ,電樞電阻較大電樞電阻較大, ,機械特性軟機械特性軟, ,線性電阻大線性電阻大, ,可弱磁啟動也可直接啟動。可弱磁啟動也可直接啟動。 直流伺服電動機的分類直流伺服電動機的分類：按照勵磁方式的不同，直流伺服電

13、動機可以分成：按照勵磁方式的不同，直流伺服電動機可以分成電電 磁式和永磁式磁式和永磁式兩種。兩種。電磁式直流伺服電動機電磁式直流伺服電動機：磁極上面裝有勵磁繞組，可以在繞組內(nèi)通入直流電：磁極上面裝有勵磁繞組，可以在繞組內(nèi)通入直流電 流，從而建立穩(wěn)定的磁場。流，從而建立穩(wěn)定的磁場。永磁式直流伺服電動機永磁式直流伺服電動機：勵磁磁場由永磁鐵建立，不需要再安裝勵磁繞組：勵磁磁場由永磁鐵建立，不需要再安裝勵磁繞組。 8.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 17、 為了適應(yīng)不同系統(tǒng)的需要，在一般直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)上做了為了適應(yīng)不同系統(tǒng)的需要，在一般直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)上做了不同方面的調(diào)整和改進，不同方面

14、的調(diào)整和改進，發(fā)展出一系列新的伺服電動機。如發(fā)展出一系列新的伺服電動機。如無槽電樞無槽電樞直流伺服電動機直流伺服電動機 、空心杯形電樞永磁式直流伺服電動機空心杯形電樞永磁式直流伺服電動機 、印制繞組印制繞組直流伺服電動機直流伺服電動機 、無刷直流伺服電動機無刷直流伺服電動機等。等。 圖圖8-6 8-6 無槽電樞直流伺無槽電樞直流伺服電動機結(jié)構(gòu)簡圖服電動機結(jié)構(gòu)簡圖圖圖8-7 8-7 空心杯形電樞永磁空心杯形電樞永磁式直流伺服電動機結(jié)構(gòu)圖式直流伺服電動機結(jié)構(gòu)圖 8.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 182 2、工作原理、工作原理 直流伺服電動機工作時的控制方法：電樞控制方式，磁場控制方式。直流伺服

15、電動機工作時的控制方法：電樞控制方式，磁場控制方式。電樞控制方式電樞控制方式：直流伺服電動機采用勵磁繞組上加恒壓勵磁，控制電：直流伺服電動機采用勵磁繞組上加恒壓勵磁，控制電 壓施加于電樞繞組來進行的控制。壓施加于電樞繞組來進行的控制。磁場控制方式磁場控制方式：直流伺服電動機在電樞繞組上施加恒壓，將控制電壓：直流伺服電動機在電樞繞組上施加恒壓，將控制電壓 信號施加于勵磁繞組來進行的控制。信號施加于勵磁繞組來進行的控制。 電樞控制時直流伺服電動機的工作原理如圖電樞控制時直流伺服電動機的工作原理如圖8-88-8所示。圖中勵磁所示。圖中勵磁繞組接到直流電源繞組接到直流電源UfUf上，通過電流上，通過電

16、流I If f產(chǎn)生磁通產(chǎn)生磁通。電樞繞組作為控制。電樞繞組作為控制繞組接控制電壓繞組接控制電壓U UC C，將電樞電壓作為控制信號來控制電動機的轉(zhuǎn)速。，將電樞電壓作為控制信號來控制電動機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)控制電壓不為零時，電動機旋轉(zhuǎn)；當(dāng)控制電壓為零時，電動機停止當(dāng)控制電壓不為零時，電動機旋轉(zhuǎn)；當(dāng)控制電壓為零時，電動機停止轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動。8.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 19圖圖8-8 8-8 直流伺服電動機的工作原理直流伺服電動機的工作原理 8.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 203 3直流伺服電動機的特性直流伺服電動機的特性（1 1）機械特性）機械特性 機械特性機械特性：在控制電壓保持不變的情況下

17、，直：在控制電壓保持不變的情況下，直流伺服電動機的轉(zhuǎn)速流伺服電動機的轉(zhuǎn)速n n隨轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)矩T T變化的關(guān)系?？勺兓年P(guān)系。可表示為表示為: : TCCRCUnTeaeC28.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 直流伺服電動機機械特性曲線如圖直流伺服電動機機械特性曲線如圖8-98-9所示。所示。 圖圖8-9 8-9 直流伺服電動直流伺服電動機機械特性曲線機機械特性曲線 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速n n0 0：當(dāng)轉(zhuǎn)矩當(dāng)轉(zhuǎn)矩T T為零時，電為零時，電動機轉(zhuǎn)速動機轉(zhuǎn)速n n僅與電樞電壓僅與電樞電壓U UC C有關(guān)，即有關(guān)，即eCCUnn0堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T TD D：當(dāng)轉(zhuǎn)速：當(dāng)轉(zhuǎn)速n n為零時，電動機為零

18、時，電動機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T T僅與電樞電壓僅與電樞電壓U UC C有關(guān)，即有關(guān)，即 TaDCRUT21（2 2）調(diào)節(jié)特性）調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性：負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時，直流伺服電動：負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時，直流伺服電動機轉(zhuǎn)速機轉(zhuǎn)速n n與電樞電壓與電樞電壓U UC C的關(guān)系。其調(diào)節(jié)特性如的關(guān)系。其調(diào)節(jié)特性如圖圖8-108-10所示。所示。 圖圖8-10 8-10 直流伺服電直流伺服電動機的調(diào)節(jié)特性動機的調(diào)節(jié)特性8.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 電樞控制的直流伺服電動機的電樞控制的直流伺服電動機的優(yōu)點優(yōu)點：機械特性和：機械特性和調(diào)節(jié)特性都是線性的，且這種線性關(guān)系與電樞電調(diào)節(jié)特性都是線性的，且這種線性關(guān)系與電樞

19、電阻的大小無關(guān)，這是交流伺服電動機所不能達(dá)到阻的大小無關(guān)，這是交流伺服電動機所不能達(dá)到的；其機械特性能夠很好的滿足控制系統(tǒng)的要求。的；其機械特性能夠很好的滿足控制系統(tǒng)的要求。缺點缺點：由于換向器的存在，使得換向器與電刷之間易產(chǎn)生火花，干擾：由于換向器的存在，使得換向器與電刷之間易產(chǎn)生火花，干擾驅(qū)動器工作，不能應(yīng)用在有可燃?xì)怏w的場合；電刷和換向器存在摩擦，驅(qū)動器工作，不能應(yīng)用在有可燃?xì)怏w的場合；電刷和換向器存在摩擦，會產(chǎn)生較大的死區(qū)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護比較困難。會產(chǎn)生較大的死區(qū)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護比較困難。22二、交流伺服電動機二、交流伺服電動機 1 1基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 交流伺服電動機的交流伺服電動機的

20、定子鐵心定子鐵心是用是用硅鋼片、鐵鋁合金或鐵鎳合金片疊壓硅鋼片、鐵鋁合金或鐵鎳合金片疊壓而成，在其定子槽內(nèi)放置兩個空間互而成，在其定子槽內(nèi)放置兩個空間互差差9090電角度的定子繞組：一個是勵電角度的定子繞組：一個是勵磁繞組，一個是控制繞組。磁繞組，一個是控制繞組。 交流伺服電動機的交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠形和杯形兩種形式。有籠形和杯形兩種形式。 圖圖8-11 8-11 籠型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機結(jié)構(gòu)籠型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機結(jié)構(gòu) 1-1-定子鐵芯定子鐵芯 2-2-籠型轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子 3-3-繞組繞組 4-4-轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 5-5-軸承軸承8.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 圖圖8-12 8-1

21、2 空心杯型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機結(jié)構(gòu)空心杯型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機結(jié)構(gòu)1-1-外定子鐵芯外定子鐵芯 2-2-空心杯型轉(zhuǎn)子空心杯型轉(zhuǎn)子 3-3-內(nèi)定子內(nèi)定子鐵芯鐵芯 4-4-繞組繞組 5-5-轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 6-6-軸承軸承232 2工作原理工作原理 圖圖8-13 8-13 交流伺服電動交流伺服電動機的工作原理圖機的工作原理圖8.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 勵磁繞組由電壓保持恒定的交流電源勵磁繞組由電壓保持恒定的交流電源U Uf f勵磁，勵磁，控制繞組由控制電壓控制繞組由控制電壓U UC C供電。工作時兩相繞組中所供電。工作時兩相繞組中所加的額定控制電壓加的額定控制電壓U UCNCN和額定勵磁電壓和額

22、定勵磁電壓U UfNfN，當(dāng)在相，當(dāng)在相位上相差位上相差9090時，其電流在氣隙中建立的合成磁通時，其電流在氣隙中建立的合成磁通勢是圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢，從而在杯形轉(zhuǎn)子的杯形筒壁勢是圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢，從而在杯形轉(zhuǎn)子的杯形筒壁上或在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中感應(yīng)出電動勢及其電流，轉(zhuǎn)子電上或在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中感應(yīng)出電動勢及其電流，轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿旋流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，如果加轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，如果加在控制繞組上的控制電壓反相時在控制繞組上的控制電壓反相時( (保持勵磁電壓不保持勵磁電壓不變變) )，由于旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)

23、方向發(fā)生變化，使電動，由于旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變化，使電動機轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。機轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。243 3控制方式和特性控制方式和特性 （1 1）幅值控制）幅值控制圖圖8-14 8-14 交流伺服電動交流伺服電動機幅值控制接線圖機幅值控制接線圖 8.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 交流伺服電動機不僅需具有受控于交流伺服電動機不僅需具有受控于控制信號而啟動和停轉(zhuǎn)的伺服性，而且控制信號而啟動和停轉(zhuǎn)的伺服性，而且還須具有轉(zhuǎn)速的大小及其轉(zhuǎn)向的可控性。還須具有轉(zhuǎn)速的大小及其轉(zhuǎn)向的可控性。其控制方法主要有三種：其控制方法主要有三種：幅值控制幅值控制、相相位控制位控制和和幅值幅值相位控制相位控制。 交流伺服電動機交流

24、伺服電動機幅值控制幅值控制接線圖如圖接線圖如圖8-148-14所示，這種方式是通過所示，這種方式是通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)U UC C的大小來改變電動機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)勵磁電壓的大小來改變電動機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)勵磁電壓U Uf f大小不變，并使控大小不變，并使控制電壓制電壓U UC C和和U Uf f保持保持9090相位差不變時，相位差不變時，U UC C越大，則轉(zhuǎn)速越高。其機械特越大，則轉(zhuǎn)速越高。其機械特性和調(diào)節(jié)特性如圖性和調(diào)節(jié)特性如圖8-158-15所示。所示。25圖圖8-15 8-15 交流伺服電動機幅值控制的機械特性和調(diào)節(jié)特性交流伺服電動機幅值控制的機械特性和調(diào)節(jié)特性 由圖由圖8-158-15可見，可見，隨著

25、控制電壓的下降，隨著控制電壓的下降，特性曲線下移。在同特性曲線下移。在同一負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用時，一負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用時，電動機轉(zhuǎn)速隨控制電電動機轉(zhuǎn)速隨控制電壓的下降而均勻減小。壓的下降而均勻減小。8.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 26（2 2）相位控制）相位控制圖圖8-16 8-16 交流伺服電動機相位控制接線圖交流伺服電動機相位控制接線圖 8.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 交流伺服電動機交流伺服電動機相位控制相位控制接接線圖如圖線圖如圖8-168-16所示，這種方式是所示，這種方式是通過改變通過改變U UC C的相位來改變電動機的相位來改變電動機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)控制電壓的轉(zhuǎn)速。當(dāng)控制電壓U UC C和

26、勵磁電和勵磁電壓壓U Uf f的大小保持額定值不變時，的大小保持額定值不變時，而而U UC C與與U Uf f的相位差在的相位差在0 09090之間之間變化時，相位差越大，轉(zhuǎn)速越高。變化時，相位差越大，轉(zhuǎn)速越高。目前，這種控制方式采用的比較目前，這種控制方式采用的比較少。少。27（3 3）幅值）幅值- -相位控制相位控制 圖圖8-17 8-17 幅值幅值- -相位控制相位控制8.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 交流伺服電動機交流伺服電動機幅值幅值- -相位控制相位控制接線圖如圖接線圖如圖8-178-17所示，這種方式是通過同時調(diào)節(jié)控制電壓所示，這種方式是通過同時調(diào)節(jié)控制電壓U UC C的幅值

27、和的幅值和相位來改變電動機的轉(zhuǎn)速。勵磁繞組通過串接移相相位來改變電動機的轉(zhuǎn)速。勵磁繞組通過串接移相電容后接到交流電源上，其電壓電容后接到交流電源上，其電壓U Uf f與電源電壓不相等，與電源電壓不相等，也不同相，隨電動機的運行情況而變化?？刂评@組也不同相，隨電動機的運行情況而變化。控制繞組通過分壓電阻接同一電源電壓上，其電壓通過分壓電阻接同一電源電壓上，其電壓U UC C的頻率和的頻率和相位與電源相同，但幅值可調(diào)。通過改變控制繞組相位與電源相同，但幅值可調(diào)。通過改變控制繞組電壓電壓U UC C的幅值和相位，交流伺服電動機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向隨的幅值和相位，交流伺服電動機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向隨控制電壓相位的反相而改

28、變?？刂齐妷合辔坏姆聪喽淖?。幅值幅值- -相位控制方式的相位控制方式的優(yōu)點優(yōu)點：設(shè)備簡單，不用移相：設(shè)備簡單，不用移相裝置，輸出功率較大，在實際上應(yīng)用最為廣泛。裝置，輸出功率較大，在實際上應(yīng)用最為廣泛。28 自動控制系統(tǒng)對伺服電動機的性能要求可以概括為以下幾點：自動控制系統(tǒng)對伺服電動機的性能要求可以概括為以下幾點： （1 1）寬廣的調(diào)速范圍寬廣的調(diào)速范圍。機械特性和調(diào)節(jié)特性均有著良好的線性度，能。機械特性和調(diào)節(jié)特性均有著良好的線性度，能夠在較大范圈內(nèi)平滑穩(wěn)定的進行調(diào)速。夠在較大范圈內(nèi)平滑穩(wěn)定的進行調(diào)速。 （2 2）空載始動電壓低，靈敏度要高空載始動電壓低，靈敏度要高。當(dāng)電動機空載運行時，其轉(zhuǎn)

29、子不。當(dāng)電動機空載運行時，其轉(zhuǎn)子不論在哪個位置，只要施加很小的控制電壓信號，伺服電動機就能從靜止?fàn)顟B(tài)論在哪個位置，只要施加很小的控制電壓信號，伺服電動機就能從靜止?fàn)顟B(tài)開始加速啟動。這個控制電壓就稱為始動電壓，其越小，表示電動機的靈敏開始加速啟動。這個控制電壓就稱為始動電壓，其越小，表示電動機的靈敏度越高。度越高。 （3 3）無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。所謂自轉(zhuǎn)現(xiàn)象就是轉(zhuǎn)動中的伺服電動機在控制電壓。所謂自轉(zhuǎn)現(xiàn)象就是轉(zhuǎn)動中的伺服電動機在控制電壓為零時繼續(xù)轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象。通常要求在控制信號到來之前，伺服電動機靜止不為零時繼續(xù)轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象。通常要求在控制信號到來之前，伺服電動機靜止不動；一旦控制信號來到，轉(zhuǎn)子能迅

30、速轉(zhuǎn)動；當(dāng)控制電壓降到零時，伺服電動動；一旦控制信號來到，轉(zhuǎn)子能迅速轉(zhuǎn)動；當(dāng)控制電壓降到零時，伺服電動機立即自行停轉(zhuǎn)。根據(jù)這種機立即自行停轉(zhuǎn)。根據(jù)這種“伺服伺服”的性能，因此命名為伺服電動機。消除的性能，因此命名為伺服電動機。消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象是自動控制系統(tǒng)正常工作的必要條件之一。自轉(zhuǎn)現(xiàn)象是自動控制系統(tǒng)正常工作的必要條件之一。 （4 4）快速響應(yīng)性好，即機電時間常數(shù)要小快速響應(yīng)性好，即機電時間常數(shù)要小。當(dāng)控制信號發(fā)生變化時，。當(dāng)控制信號發(fā)生變化時，要求伺服電動機能迅速從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)。因而，伺服電動機都要求伺服電動機能迅速從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)。因而，伺服電動機都要求機電時間常數(shù)小。要

31、求機電時間常數(shù)小。8.2 8.2 伺服電動機伺服電動機 29步進電動機步進電動機：是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成輸出軸的角位移或直線：是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成輸出軸的角位移或直線 位移的機電元件，并用電脈沖信號進行控制的控制位移的機電元件，并用電脈沖信號進行控制的控制 電機。簡言之，當(dāng)輸入一個電脈沖信號時，它就前電機。簡言之，當(dāng)輸入一個電脈沖信號時，它就前 進一步或驅(qū)動步進電動機輸出軸按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動進一步或驅(qū)動步進電動機輸出軸按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動 一個固定的角度，因此又被稱為脈沖電動機。步進一個固定的角度，因此又被稱為脈沖電動機。步進 電動機輸出軸輸出角位移或線位移量與輸入脈沖數(shù)電動機輸出軸輸出角位移

32、或線位移量與輸入脈沖數(shù) 成正比，而轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，因此可以在寬成正比，而轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，因此可以在寬 廣的范圍內(nèi)精確地調(diào)速。廣的范圍內(nèi)精確地調(diào)速。 8.3 8.3 步進電動機步進電動機30一、步進電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理一、步進電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理 步進電動機的結(jié)構(gòu)型式和分類：步進電動機的結(jié)構(gòu)型式和分類： 按勵磁方式分：反應(yīng)式按勵磁方式分：反應(yīng)式( (亦稱磁阻式亦稱磁阻式) )、永磁式和混合式；、永磁式和混合式； 按工作方式分：功率式和伺服式；按工作方式分：功率式和伺服式； 按相數(shù)分：單相、兩相、三相和多相等。按相數(shù)分：單相、兩相、三相和多相等。 8.3 8.3 步進電動機步進電動

33、機1 1基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 圖圖8-188-18所示是三相反應(yīng)式步進電動所示是三相反應(yīng)式步進電動機的結(jié)構(gòu)示意圖，其定子、轉(zhuǎn)子鐵芯都機的結(jié)構(gòu)示意圖，其定子、轉(zhuǎn)子鐵芯都用硅鋼片或軟磁材料疊成雙凸極形式。用硅鋼片或軟磁材料疊成雙凸極形式。圖圖8-18 8-18 三相反應(yīng)式步進電三相反應(yīng)式步進電動機的結(jié)構(gòu)示意圖動機的結(jié)構(gòu)示意圖 31 定子上有六個磁極，其上裝有繞組，兩個相對磁極上的繞組串聯(lián)定子上有六個磁極，其上裝有繞組，兩個相對磁極上的繞組串聯(lián)起來，構(gòu)成一相繞組，組成三相獨立的繞組，稱為三相繞組，繞組接起來，構(gòu)成一相繞組，組成三相獨立的繞組，稱為三相繞組，繞組接成三相星形接法作為控制繞組。繞組由專門的電

34、源輸入電脈沖信號，成三相星形接法作為控制繞組。繞組由專門的電源輸入電脈沖信號，通電順序稱為步進電動機的相序。當(dāng)定子中的繞組在脈沖信號的作用通電順序稱為步進電動機的相序。當(dāng)定子中的繞組在脈沖信號的作用下，有規(guī)律地通電、斷電工作時，在轉(zhuǎn)子周圍有一個按相序規(guī)律變化下，有規(guī)律地通電、斷電工作時，在轉(zhuǎn)子周圍有一個按相序規(guī)律變化的磁場。的磁場。 轉(zhuǎn)子鐵芯的凸極結(jié)構(gòu)就是轉(zhuǎn)子均勻分布的齒，有四個磁極，上面轉(zhuǎn)子鐵芯的凸極結(jié)構(gòu)就是轉(zhuǎn)子均勻分布的齒，有四個磁極，上面沒有繞組。轉(zhuǎn)子的齒也稱顯極，轉(zhuǎn)子開有齒槽，其齒距與定子磁極極沒有繞組。轉(zhuǎn)子的齒也稱顯極，轉(zhuǎn)子開有齒槽，其齒距與定子磁極極靴上的齒距相等，而齒數(shù)有一定要求

35、，不能隨便取值。轉(zhuǎn)子在定子產(chǎn)靴上的齒距相等，而齒數(shù)有一定要求，不能隨便取值。轉(zhuǎn)子在定子產(chǎn)生的磁場中形成磁體，具有磁性轉(zhuǎn)軸。定、轉(zhuǎn)子間有氣隙隔開。生的磁場中形成磁體，具有磁性轉(zhuǎn)軸。定、轉(zhuǎn)子間有氣隙隔開。8.3 8.3 步進電動機步進電動機1 1基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 322 2工作原理工作原理 步進電動機的控制繞組從一相通電狀態(tài)換到另一相通電狀態(tài)稱為步進電動機的控制繞組從一相通電狀態(tài)換到另一相通電狀態(tài)稱為一拍，每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角一拍，每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。根據(jù)通電方式的不同，。根據(jù)通電方式的不同，反應(yīng)式步進電動機的運行方式分為反應(yīng)式步進電動機的運行方式分為三相單三拍三相單三拍、三

36、相雙三拍三相雙三拍、三相六三相六拍拍等幾種運行方式。等幾種運行方式。 8.3 8.3 步進電動機步進電動機步距角的計算為：步距角的計算為： NZ360步進電動機的轉(zhuǎn)速為：步進電動機的轉(zhuǎn)速為：NZfn60 “ “三相三相”是指繞組的相數(shù)；是指繞組的相數(shù)；“單單”是指每拍只有一相繞組通電；是指每拍只有一相繞組通電；“雙雙”是指每次同時給兩相繞組通電；是指每次同時給兩相繞組通電；“三拍三拍”是指一個循環(huán)周期包是指一個循環(huán)周期包括三次換接；括三次換接；“六拍六拍”是指一個循環(huán)周期包括六次換接。是指一個循環(huán)周期包括六次換接。33圖圖8-19 8-19 三相反應(yīng)式步進電動機三三相反應(yīng)式步進電動機三相單三拍

37、通電方式工作原理相單三拍通電方式工作原理 （1 1）三相單三拍運行方式的工作原理）三相單三拍運行方式的工作原理8.3 8.3 步進電動機步進電動機 三相反應(yīng)式步進電動機三相反應(yīng)式步進電動機三相單三拍通電方式的工作三相單三拍通電方式的工作原理如圖原理如圖8-198-19所示。當(dāng)以所示。當(dāng)以UVWUUVWU的通電順序使三的通電順序使三個控制繞組不斷地輪流通電個控制繞組不斷地輪流通電時，步進電動機的轉(zhuǎn)子就會時，步進電動機的轉(zhuǎn)子就會沿沿UVWUVW的方向一步一步地的方向一步一步地轉(zhuǎn)動。其步距角為轉(zhuǎn)動。其步距角為3030。當(dāng)。當(dāng)改變控制繞組的通電順序時，改變控制繞組的通電順序時，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反。則轉(zhuǎn)

38、子轉(zhuǎn)動方向相反。 34（2 2）三相雙三拍運行方式的工作原理）三相雙三拍運行方式的工作原理 圖圖8-20 8-20 三相反應(yīng)式步進電動機三相反應(yīng)式步進電動機三相雙三拍通電方式工作原理三相雙三拍通電方式工作原理8.3 8.3 步進電動機步進電動機 三相反應(yīng)式步進電動三相反應(yīng)式步進電動機三相雙三拍通電方式的機三相雙三拍通電方式的工作原理如圖工作原理如圖8-208-20所示。所示。當(dāng)三相繞組按當(dāng)三相繞組按UVVWWUUVVWWU順序通電時，轉(zhuǎn)子順時針順序通電時，轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)；改變通電順序，即旋轉(zhuǎn)；改變通電順序，即可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。步距可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。步距角為角為3030 。35（3 3）三相六拍

39、運行方式的工作原理）三相六拍運行方式的工作原理 （4 4）小步距角三相反應(yīng)式步進電動機）小步距角三相反應(yīng)式步進電動機 圖圖8-21 8-21 小步距角三相反應(yīng)式小步距角三相反應(yīng)式步進電動機的結(jié)構(gòu)示意圖步進電動機的結(jié)構(gòu)示意圖 8.3 8.3 步進電動機步進電動機 當(dāng)按當(dāng)按UUVVVWWWUUUVVVWWWU的順序給三相繞組輪流通電時，稱為的順序給三相繞組輪流通電時，稱為三相六拍運行方式。一相通電和兩相通電相間隔，每次循環(huán)共六拍。三相六拍運行方式。一相通電和兩相通電相間隔，每次循環(huán)共六拍。其步距角為其步距角為1515。這種通電方式可以獲得更精確的控制特性，更適用。這種通電方式可以獲得更精確的控制特

40、性，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。 圖圖8-218-21是最常用的一種小步距角三相反是最常用的一種小步距角三相反應(yīng)式步進電動機的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中轉(zhuǎn)子上應(yīng)式步進電動機的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中轉(zhuǎn)子上均勻分布了均勻分布了4040個小齒，定子每個極面上也有個小齒，定子每個極面上也有5 5個小齒，定、轉(zhuǎn)子小齒的齒距必須相等。個小齒，定、轉(zhuǎn)子小齒的齒距必須相等。對于三相雙三拍步距角為對于三相雙三拍步距角為3 3，三相六拍步，三相六拍步距角為距角為1.51.5。36 步進電動機必須由專門驅(qū)動電源供電。驅(qū)動電源一般由邏步進電動機必須由專門驅(qū)動電源供電。驅(qū)動電源一般由邏輯電路與功率放大

41、器組成，近年來，隨著微處理器與微計算機輯電路與功率放大器組成，近年來，隨著微處理器與微計算機技術(shù)的發(fā)展，驅(qū)動電源不斷的更新?lián)Q代，使得步進電動機控制技術(shù)的發(fā)展，驅(qū)動電源不斷的更新?lián)Q代，使得步進電動機控制技術(shù)不斷的更新?lián)Q代。而且驅(qū)動電源和步進電動機是一個整體，技術(shù)不斷的更新?lián)Q代。而且驅(qū)動電源和步進電動機是一個整體，步進電動機的功能和運行性能都是兩者配合的綜合結(jié)果。步進電動機的功能和運行性能都是兩者配合的綜合結(jié)果。 8.3 8.3 步進電動機步進電動機37二、反應(yīng)式步進電動機的特性二、反應(yīng)式步進電動機的特性 反應(yīng)式步進電動機的特性分反應(yīng)式步進電動機的特性分靜態(tài)運行特性靜態(tài)運行特性和和動態(tài)運行特性動態(tài)

42、運行特性，動態(tài)，動態(tài)運行特性又分成運行特性又分成步進運行特性步進運行特性和和連續(xù)運行特性連續(xù)運行特性。 8.3 8.3 步進電動機步進電動機1 1靜態(tài)運行特性靜態(tài)運行特性 靜態(tài)運行狀態(tài)靜態(tài)運行狀態(tài)：步進電動機不改變通電方式的狀態(tài)，此時，步進電動：步進電動機不改變通電方式的狀態(tài)，此時，步進電動機轉(zhuǎn)子受到內(nèi)部反應(yīng)轉(zhuǎn)矩機轉(zhuǎn)子受到內(nèi)部反應(yīng)轉(zhuǎn)矩靜轉(zhuǎn)矩的作用而處于靜止?fàn)顟B(tài)。靜轉(zhuǎn)矩的作用而處于靜止?fàn)顟B(tài)。失調(diào)角失調(diào)角：通電相的定、轉(zhuǎn)子中心線間夾角（用電角度表示）。：通電相的定、轉(zhuǎn)子中心線間夾角（用電角度表示）。矩角特性矩角特性：靜轉(zhuǎn)矩：靜轉(zhuǎn)矩T T與失調(diào)角的關(guān)系，即與失調(diào)角的關(guān)系，即T=f()T=f()曲線，

43、如圖曲線，如圖8-238-23所示，所示，是靜態(tài)運行的主要特性是靜態(tài)運行的主要特性 。38圖圖8-23 8-23 反應(yīng)式步進電動機反應(yīng)式步進電動機的矩角特性曲線的矩角特性曲線8.3 8.3 步進電動機步進電動機 表征矩角特性有兩項基本內(nèi)容：一是表征矩角特性有兩項基本內(nèi)容：一是矩角特性上電磁轉(zhuǎn)矩的最大值，稱為最大矩角特性上電磁轉(zhuǎn)矩的最大值，稱為最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩靜態(tài)轉(zhuǎn)矩T Tmaxmax，它表示步進電動機承受負(fù)，它表示步進電動機承受負(fù)載的能力，是步進電動機最主要的性能指載的能力，是步進電動機最主要的性能指標(biāo)之一，它的大小與通電狀態(tài)及繞組中電標(biāo)之一，它的大小與通電狀態(tài)及繞組中電流的大小有關(guān)。流的大小有關(guān)

44、。 另一項是它的波形，矩角特性的波形另一項是它的波形，矩角特性的波形與很多因素有關(guān)，當(dāng)磁路結(jié)構(gòu)及繞組型式與很多因素有關(guān)，當(dāng)磁路結(jié)構(gòu)及繞組型式確定后，它主要取決于定、轉(zhuǎn)子齒的尺寸確定后，它主要取決于定、轉(zhuǎn)子齒的尺寸比、通電狀態(tài)及磁路飽和程度等。比、通電狀態(tài)及磁路飽和程度等。 392 2步進運行狀態(tài)步進運行狀態(tài)步進運行狀態(tài)步進運行狀態(tài)：指控制脈沖頻率很低時，下一脈沖到來之前，轉(zhuǎn)子已完成一：指控制脈沖頻率很低時，下一脈沖到來之前，轉(zhuǎn)子已完成一 步，并且運動已經(jīng)停止。在這種狀態(tài)下有兩個主要特性：步，并且運動已經(jīng)停止。在這種狀態(tài)下有兩個主要特性：動動 穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定區(qū)和和最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。（1 1）

45、動穩(wěn)定區(qū)）動穩(wěn)定區(qū) 步進電動機的動穩(wěn)定區(qū)：步進電動機的動穩(wěn)定區(qū)：指從一種通電狀態(tài)換接到另一種通電狀態(tài)時，指從一種通電狀態(tài)換接到另一種通電狀態(tài)時，不會引起失步的區(qū)域。動穩(wěn)定區(qū)與靜穩(wěn)定區(qū)重疊越大，步進電動機的穩(wěn)定性不會引起失步的區(qū)域。動穩(wěn)定區(qū)與靜穩(wěn)定區(qū)重疊越大，步進電動機的穩(wěn)定性越好。而步距角越小，即相數(shù)或拍數(shù)越多，動穩(wěn)定區(qū)越接近靜穩(wěn)定區(qū)。越好。而步距角越小，即相數(shù)或拍數(shù)越多，動穩(wěn)定區(qū)越接近靜穩(wěn)定區(qū)。（2 2）最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩）最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩 最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩：等于下一個通電相的最小靜轉(zhuǎn)矩，也稱啟動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)步：等于下一個通電相的最小靜轉(zhuǎn)矩，也稱啟動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)步進電動機負(fù)載運行時，轉(zhuǎn)子除了每一步必須

46、停在動穩(wěn)定區(qū)，還必須使下一次進電動機負(fù)載運行時，轉(zhuǎn)子除了每一步必須停在動穩(wěn)定區(qū)，還必須使下一次通電最小靜轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機才有可能在原方向上繼續(xù)運行。顯然通電最小靜轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機才有可能在原方向上繼續(xù)運行。顯然步距角越小，最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩越接近最大靜轉(zhuǎn)矩。步距角越小，最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩越接近最大靜轉(zhuǎn)矩。8.3 8.3 步進電動機步進電動機403 3連續(xù)運行狀態(tài)連續(xù)運行狀態(tài) 連續(xù)運行狀態(tài)連續(xù)運行狀態(tài)：當(dāng)脈沖頻率很高時，其周期比轉(zhuǎn)子振蕩的過渡過程時：當(dāng)脈沖頻率很高時，其周期比轉(zhuǎn)子振蕩的過渡過程時 間還短，雖然轉(zhuǎn)子仍然是一個脈沖前進一步，步距角間還短，雖然轉(zhuǎn)子仍然是一個脈沖前進一步，步距角 不

47、變，但轉(zhuǎn)子卻連續(xù)不停地平滑旋轉(zhuǎn)，當(dāng)頻率恒定不變，但轉(zhuǎn)子卻連續(xù)不停地平滑旋轉(zhuǎn)，當(dāng)頻率恒定 時，電動機作勻速運動。時，電動機作勻速運動。動態(tài)轉(zhuǎn)矩動態(tài)轉(zhuǎn)矩：連續(xù)運行時轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩，步進電動機的最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩：連續(xù)運行時轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩，步進電動機的最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩 小于最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。脈沖頻率愈高，步進電動機的轉(zhuǎn)速愈小于最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。脈沖頻率愈高，步進電動機的轉(zhuǎn)速愈 快，則平均動態(tài)轉(zhuǎn)矩越小?？欤瑒t平均動態(tài)轉(zhuǎn)矩越小。運行頻率運行頻率：步進電動機在連續(xù)運行狀態(tài)下不失步的最高頻率。運行頻：步進電動機在連續(xù)運行狀態(tài)下不失步的最高頻率。運行頻 率越高，在一定條件下表征了步進電動機的調(diào)速范圍越大。率越高，在一定條件下表

48、征了步進電動機的調(diào)速范圍越大。啟動頻率啟動頻率：步進電動機不失步啟動的最高頻率。啟動頻率一般較低，：步進電動機不失步啟動的最高頻率。啟動頻率一般較低， 以保證步進電動機有足夠大的轉(zhuǎn)矩。以保證步進電動機有足夠大的轉(zhuǎn)矩。 8.3 8.3 步進電動機步進電動機41 由于步進電動機的轉(zhuǎn)速不受電壓和負(fù)載變化的影響，也不由于步進電動機的轉(zhuǎn)速不受電壓和負(fù)載變化的影響，也不受環(huán)境條件的限制，只與脈沖頻率成正比，所以它能按照控制受環(huán)境條件的限制，只與脈沖頻率成正比，所以它能按照控制脈沖數(shù)的要求立即啟動、停止和反轉(zhuǎn)，在不失步的情況下運行脈沖數(shù)的要求立即啟動、停止和反轉(zhuǎn)，在不失步的情況下運行時，角位移的誤差不會長期

49、積累，所以步進電動機可用在高精時，角位移的誤差不會長期積累，所以步進電動機可用在高精度的開環(huán)控制系統(tǒng)中；如果采用了速度和位置檢測裝置，也可度的開環(huán)控制系統(tǒng)中；如果采用了速度和位置檢測裝置，也可用于閉環(huán)系統(tǒng)。用于閉環(huán)系統(tǒng)。8.3 8.3 步進電動機步進電動機42測速發(fā)電機測速發(fā)電機：是一種測量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機，它把轉(zhuǎn)速作為輸入量，電壓信：是一種測量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機，它把轉(zhuǎn)速作為輸入量，電壓信 號作為輸出量。其基本任務(wù)就是將輸入的機械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓號作為輸出量。其基本任務(wù)就是將輸入的機械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓 信號輸出，并要求輸出的電壓信號與轉(zhuǎn)速成正比，在自動控制信號輸出，并要求輸出的電壓信號與轉(zhuǎn)速成正比

50、，在自動控制 系統(tǒng)及計算裝置中可以為檢測元件、阻尼元件、計算元件和角系統(tǒng)及計算裝置中可以為檢測元件、阻尼元件、計算元件和角 加速信號元件。加速信號元件。輸出特性輸出特性：測速發(fā)電機輸出電壓：測速發(fā)電機輸出電壓U U和輸入的轉(zhuǎn)速和輸入的轉(zhuǎn)速n n之間的關(guān)系，即之間的關(guān)系，即U=f(n)U=f(n)。自動控制系統(tǒng)要求測速發(fā)電機的輸出特性有以下性能：自動控制系統(tǒng)要求測速發(fā)電機的輸出特性有以下性能： （1 1）輸出特性有良好的線性關(guān)系，即特性曲線是一條直線，且不隨溫）輸出特性有良好的線性關(guān)系，即特性曲線是一條直線，且不隨溫度等外界條件的改變而發(fā)生變化。度等外界條件的改變而發(fā)生變化。 （2 2）電機的靈

51、敏度要高，即特性曲線的斜率要大。）電機的靈敏度要高，即特性曲線的斜率要大。 （3 3）電機的轉(zhuǎn)動慣量要小，以保證反應(yīng)迅速，響應(yīng)快，線性誤差要小。）電機的轉(zhuǎn)動慣量要小，以保證反應(yīng)迅速，響應(yīng)快，線性誤差要小。 （4 4）轉(zhuǎn)速為零時的電壓低。）轉(zhuǎn)速為零時的電壓低。 （5 5）溫度變化時引起的誤差小。）溫度變化時引起的誤差小。8.4 8.4 測速發(fā)電機測速發(fā)電機43測速發(fā)電機的用途較多：測速發(fā)電機的用途較多：當(dāng)用于當(dāng)用于測速元件測速元件時，要求靈敏度、線性度較高，反應(yīng)速度快。時，要求靈敏度、線性度較高，反應(yīng)速度快。作作解算元件解算元件時，要求線性度較高，溫度誤差較小，有一定的剩余電時，要求線性度較高，

52、溫度誤差較小，有一定的剩余電壓，但是對靈敏度要求不高。壓，但是對靈敏度要求不高。作為作為阻尼元件阻尼元件時，要求靈敏度較高，但是對線性度要求則不高。時，要求靈敏度較高，但是對線性度要求則不高。測速發(fā)電機的分類：測速發(fā)電機的分類：直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機和和交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機。直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機：永磁式和電磁式測速發(fā)電機；：永磁式和電磁式測速發(fā)電機；交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機：同步和異步測速發(fā)電機。：同步和異步測速發(fā)電機。8.4 8.4 測速發(fā)電機測速發(fā)電機 44一、直流測速發(fā)電機一、直流測速發(fā)電機 直流測速發(fā)電機實際上就是一臺普通的微型直流發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)直流測速發(fā)電機

53、實際上就是一臺普通的微型直流發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)與普通小型直流發(fā)電機相同，由與普通小型直流發(fā)電機相同，由定子定子、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子、電刷電刷和和換向器換向器四部分組四部分組成。成。 直流測速發(fā)電機的分類：直流測速發(fā)電機的分類： 按定子磁極的勵磁方式分為按定子磁極的勵磁方式分為電磁式電磁式和和永磁式永磁式， 按電樞結(jié)構(gòu)不同，又可分為有按電樞結(jié)構(gòu)不同，又可分為有槽式電樞槽式電樞、無槽式電樞無槽式電樞、空心杯形空心杯形電樞電樞和和印制繞組電樞印制繞組電樞等，其中最常用的是有槽式電樞結(jié)構(gòu)。等，其中最常用的是有槽式電樞結(jié)構(gòu)。8.4 8.4 測速發(fā)電機測速發(fā)電機 1 1、直流測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和分類、直流測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)

54、和分類 452 2直流測速發(fā)電機的工作原理直流測速發(fā)電機的工作原理 圖圖8-24 8-24 直流測速發(fā)直流測速發(fā)電機的工作原理電機的工作原理 8.4 8.4 測速發(fā)電機測速發(fā)電機 nCEe00 由上式可知，空載時當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速由上式可知，空載時當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速n n發(fā)生變發(fā)生變化，輸出電壓的大小也隨之改變。測量輸出電壓的化，輸出電壓的大小也隨之改變。測量輸出電壓的變化就可以反映出速度的變化，從而達(dá)到測量轉(zhuǎn)速變化就可以反映出速度的變化，從而達(dá)到測量轉(zhuǎn)速的目的。的目的。 直流測速發(fā)電機的工作原理和直流發(fā)電機相同，其工直流測速發(fā)電機的工作原理和直流發(fā)電機相同，其工作原理如圖作原理如圖8-248-2

55、4所示。在勵磁繞組中通入直流電以建立極所示。在勵磁繞組中通入直流電以建立極性恒定的磁極磁通。在磁場的作用下，被測外部的機械轉(zhuǎn)性恒定的磁極磁通。在磁場的作用下，被測外部的機械轉(zhuǎn)軸拖動電樞繞組以轉(zhuǎn)速軸拖動電樞繞組以轉(zhuǎn)速n n旋轉(zhuǎn)，切割磁力線，從而在電刷旋轉(zhuǎn)，切割磁力線，從而在電刷間產(chǎn)生空載感應(yīng)電動勢間產(chǎn)生空載感應(yīng)電動勢E E0 0，由電刷兩端引出，大小與轉(zhuǎn)速，由電刷兩端引出，大小與轉(zhuǎn)速成正比，極性與轉(zhuǎn)速的方向有關(guān)，即成正比，極性與轉(zhuǎn)速的方向有關(guān)，即46帶載運行時，直流測速發(fā)電機的輸出電壓為：帶載運行時，直流測速發(fā)電機的輸出電壓為：knnCRRRRRUEIREUeaLLaLa0008.4 8.4 測

56、速發(fā)電機測速發(fā)電機 k k 輸出特性的斜率，測速發(fā)電機的靈敏度，輸出特性的斜率，測速發(fā)電機的靈敏度， nCRRRkeaLL0 從上式可以看到只要保持從上式可以看到只要保持0 0、R Ra a、R RL L不變，直流不變，直流測速發(fā)電機的輸出電壓測速發(fā)電機的輸出電壓U U與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n n成正比的線性關(guān)系，成正比的線性關(guān)系，其特性曲線如圖其特性曲線如圖8-258-25所示。由圖看出，輸出電壓的大所示。由圖看出，輸出電壓的大小隨轉(zhuǎn)速的大小變化而變化，其極性隨旋轉(zhuǎn)方向改變小隨轉(zhuǎn)速的大小變化而變化，其極性隨旋轉(zhuǎn)方向改變而改變。負(fù)載電阻而改變。負(fù)載電阻R RL L的大小將影響靈敏度，的大小將影響靈敏度，

57、R RL L變大，變大，靈敏度提高，空載時靈敏度最高；靈敏度提高，空載時靈敏度最高；R RL L減小時，輸出電減小時，輸出電壓隨之降低。在高速時，輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間的線性壓隨之降低。在高速時，輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間的線性關(guān)系不再滿足線性關(guān)系。為減少電樞反應(yīng)的影響，通關(guān)系不再滿足線性關(guān)系。為減少電樞反應(yīng)的影響，通常安裝補償繞組。常安裝補償繞組。圖圖8-25 8-25 直流測速發(fā)直流測速發(fā)電機的輸出特性電機的輸出特性 47二、交流測速發(fā)電機二、交流測速發(fā)電機 交流同步測速發(fā)電機交流同步測速發(fā)電機：實際上就是單相同步發(fā)電機，其輸出電壓不僅：實際上就是單相同步發(fā)電機，其輸出電壓不僅 大小與轉(zhuǎn)速有關(guān)，頻率也

58、隨轉(zhuǎn)速變化。這樣，大小與轉(zhuǎn)速有關(guān)，頻率也隨轉(zhuǎn)速變化。這樣， 輸出電壓不再與轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系，故應(yīng)用很輸出電壓不再與轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系，故應(yīng)用很 少，一般用作指針式轉(zhuǎn)速計。少，一般用作指針式轉(zhuǎn)速計。交流異步測速發(fā)電機交流異步測速發(fā)電機：其輸出電壓與轉(zhuǎn)速有嚴(yán)格的線性關(guān)系，廣泛用：其輸出電壓與轉(zhuǎn)速有嚴(yán)格的線性關(guān)系，廣泛用 于自動控制系統(tǒng)中。于自動控制系統(tǒng)中。 8.4 8.4 測速發(fā)電機測速發(fā)電機 1 1交流異步測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)交流異步測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu) 交流異步測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)與交流伺服電動機相似，主要由交流異步測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)與交流伺服電動機相似，主要由定定子子和和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子組成。它的定子上也有兩相空間上互

59、差組成。它的定子上也有兩相空間上互差9090的繞組，其中的繞組，其中一相繞組是一相繞組是勵磁繞組勵磁繞組，另一相繞組用來作為輸出電壓的，另一相繞組用來作為輸出電壓的輸出繞組輸出繞組。48按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同分為籠式轉(zhuǎn)子和空心杯轉(zhuǎn)子兩種。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同分為籠式轉(zhuǎn)子和空心杯轉(zhuǎn)子兩種?；\式測速發(fā)電機籠式測速發(fā)電機：由于轉(zhuǎn)動慣量大、性能差，測速精度不及空心杯：由于轉(zhuǎn)動慣量大、性能差，測速精度不及空心杯 轉(zhuǎn)子測速發(fā)電機的測量精度高，所以只用在精度轉(zhuǎn)子測速發(fā)電機的測量精度高，所以只用在精度 要求不高的控制系統(tǒng)中。要求不高的控制系統(tǒng)中?？招谋D(zhuǎn)子測速發(fā)電機空心杯轉(zhuǎn)子測速發(fā)電機：轉(zhuǎn)子由電阻率較大、溫度系數(shù)較小的非磁

60、：轉(zhuǎn)子由電阻率較大、溫度系數(shù)較小的非磁 性材料制成，其輸出特性線性度好、精度性材料制成，其輸出特性線性度好、精度 高，在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用較為廣泛。高，在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用較為廣泛。 8.4 8.4 測速發(fā)電機測速發(fā)電機 1 1交流異步測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)交流異步測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu) 492 2交流異步測速發(fā)電機的工作原理交流異步測速發(fā)電機的工作原理 圖圖8-26 8-26 交流異步測速發(fā)電機的工作原理交流異步測速發(fā)電機的工作原理 8.4 8.4 測速發(fā)電機測速發(fā)電機 空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機的工作原理如圖空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機的工作原理如圖8-268-26所示。圖中，勵磁繞組所示。圖中，勵磁繞