電工與電子技術(shù)第9章控制電機ppt課件

1、 伺服電動機又稱執(zhí)行電動機。其功能是將輸伺服電動機又稱執(zhí)行電動機。其功能是將輸入的電壓控制信號轉(zhuǎn)換為軸上輸出的角位移和角入的電壓控制信號轉(zhuǎn)換為軸上輸出的角位移和角速度，驅(qū)動控制對象。速度，驅(qū)動控制對象。 伺服電動機可控性好，反響迅速。是自動控伺服電動機可控性好，反響迅速。是自動控制系統(tǒng)和計算機外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。制系統(tǒng)和計算機外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。 交流伺服電動機就是一臺兩相交流異步電機。交流伺服電動機就是一臺兩相交流異步電機。它的定子上裝有空間互差它的定子上裝有空間互差9090的兩個繞組：勵磁繞的兩個繞組：勵磁繞組和控制繞組，其構(gòu)造如下圖。組和控制繞組，其構(gòu)造如下圖。勵磁繞組勵磁繞

2、組控制繞組控制繞組杯形轉(zhuǎn)子杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)定子內(nèi)定子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 , C , 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。 適中選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流適中選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流相位差接近相位差接近9090, ,從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場。從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場。 1UCU1I1U1I2I2UU放放大大器器檢檢測測元元件件2U2I+U+控制繞組控制繞組0.8 U20.6 U2On 交流伺服電機的輸出功率普通為交流伺服電機的輸出功率普通為0.1-100 W0.

3、1-100 W，電源頻率分電源頻率分50Hz50Hz、400Hz400Hz等多種。它的運用很廣等多種。它的運用很廣泛，如用在各種自動控制、自動記錄等系統(tǒng)中。泛，如用在各種自動控制、自動記錄等系統(tǒng)中。供電方式：他勵供電。勵磁繞組和電樞分別由兩供電方式：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 直流伺服電機的機直流伺服電機的機械特性與他勵直流電機械特性與他勵直流電機一樣一樣，也可用下式一樣一樣，也可用下式表示表示TKKRKUnTEE2a2 機械特性曲線如

4、下圖。機械特性曲線如下圖。直流伺服電動機的直流伺服電動機的n=f(T)曲線曲線(U1=常數(shù)常數(shù))U20.8U20.6U20.4U2nTO 直流伺服電機的特性較交流伺服電機硬。通常直流伺服電機的特性較交流伺服電機硬。通常運用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動系統(tǒng)中的位置控運用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。制等。 直流伺服電機輸出功率普通為直流伺服電機輸出功率普通為1-600W1-600W。 測速發(fā)電機是一種轉(zhuǎn)速丈量傳感器。在許多自動控制系統(tǒng)中，它被用來丈量旋轉(zhuǎn)安裝的轉(zhuǎn)速，向控制電路提供與轉(zhuǎn)速大小成正比的信號電壓。測速發(fā)電機分為交流和直流兩種類型。測速發(fā)電機分為交流和直流兩種類型。 交流測

5、速發(fā)電機又分為同步式和異步式兩種，交流測速發(fā)電機又分為同步式和異步式兩種，這里只分析異步式交流測速發(fā)電機的任務(wù)原理。這里只分析異步式交流測速發(fā)電機的任務(wù)原理。 1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子勵磁繞組勵磁繞組輸出繞組輸出繞組 異步式交流測速發(fā)電機的構(gòu)造與杯形轉(zhuǎn)子異步式交流測速發(fā)電機的構(gòu)造與杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電機類似，它的定子上有兩個繞組，交流伺服電機類似，它的定子上有兩個繞組，一個是勵磁繞組，一個是輸出繞組。一個是勵磁繞組，一個是輸出繞組。輸出輸出繞組繞組2U+勵磁勵磁繞組繞組1U1I1+ 任務(wù)時，測速發(fā)電機的勵磁繞組接交流電任務(wù)時，測速發(fā)電機的勵磁繞組接交流電源源U1U1，由，由 U1 U1 4.44 f1

6、N1 4.44 f1N11 1 可知：可知：11U 當(dāng)被測轉(zhuǎn)動軸帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)當(dāng)被測轉(zhuǎn)動軸帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子切割子切割1 1產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢ErEr和轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子電流IrIr，它們的大小與它們的大小與1 1和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n n 成正比：成正比：nEI1rr 轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流 Ir也產(chǎn)生磁通也產(chǎn)生磁通r ，r 在輸出繞在輸出繞組中感應(yīng)出電壓組中感應(yīng)出電壓U2 ， U2的大小與的大小與r成正比：成正比：r2 U 綜合上述分析可知：綜合上述分析可知：nUnU112 當(dāng)當(dāng) U1 U1恒定不變時，恒定不變時， U2 U2與與n n 成正比，這樣，成正比，這樣，

7、發(fā)電機就把被測安裝的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成了電壓發(fā)電機就把被測安裝的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成了電壓信號，輸出給控制系統(tǒng)。信號，輸出給控制系統(tǒng)。 由于鐵心線圈電感的非線性影響，交流測由于鐵心線圈電感的非線性影響，交流測速發(fā)電機的輸出電壓速發(fā)電機的輸出電壓 U2與與n 間存在著一定的非間存在著一定的非線性誤差，運用時要留意加以修正。線性誤差，運用時要留意加以修正。 直流測速發(fā)電機分永磁式和他勵式兩種。直流測速發(fā)電機分永磁式和他勵式兩種。兩種電機的電樞一樣，任務(wù)時電樞接負(fù)載電阻兩種電機的電樞一樣，任務(wù)時電樞接負(fù)載電阻RLRL。但永磁式的定子運用永久磁鐵產(chǎn)生磁場，。但永磁式的定子運用永久磁鐵產(chǎn)生磁場，因此沒有勵磁線圈；

8、他勵式的構(gòu)造與直流伺服因此沒有勵磁線圈；他勵式的構(gòu)造與直流伺服電機一樣，任務(wù)時勵磁繞組加直流電壓電機一樣，任務(wù)時勵磁繞組加直流電壓U1U1勵磁。勵磁。他勵式直流測速發(fā)電機接線圖他勵式直流測速發(fā)電機接線圖TGRLI2U2+Ra+EI1U1+ 當(dāng)被測安裝轉(zhuǎn)動軸帶動發(fā)電機電樞旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)被測安裝轉(zhuǎn)動軸帶動發(fā)電機電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞產(chǎn)生電動勢電樞產(chǎn)生電動勢E E，其大小為：，其大小為：nKE E 發(fā)電機的輸出電壓為：發(fā)電機的輸出電壓為：2a2a2 IRnKIREUE 上式中代入：上式中代入：L22RUI 于是于是nRRKUEL2a1 可見，當(dāng)勵磁電壓可見，當(dāng)勵磁電壓U1U1堅持恒定時堅持恒定時 亦恒亦恒定，

9、假設(shè)定，假設(shè)RaRa、RLRL不變，那么輸出電壓不變，那么輸出電壓U2U2的大小與的大小與電樞轉(zhuǎn)速電樞轉(zhuǎn)速 n n 成正比。這樣，發(fā)電機就把被測裝成正比。這樣，發(fā)電機就把被測裝置的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成了電壓信號，輸出給控制置的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成了電壓信號，輸出給控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。0nU2RL2RL1RL=RL2RL1 值得留意的是，由于直流電機中存在著電值得留意的是，由于直流電機中存在著電樞反響景象，使得輸出電壓樞反響景象，使得輸出電壓U2與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n 有一定有一定的線性誤差。的線性誤差。 RL越小、越小、n 越大，誤差越大。因越大，誤差越大。因此，在運用中應(yīng)使此，在運用中應(yīng)使RL和和 n的大小符合直流

10、測速的大小符合直流測速發(fā)電機的技術(shù)要求。發(fā)電機的技術(shù)要求。 步進(jìn)電機是利用電磁鐵的作用原理，將步進(jìn)電機是利用電磁鐵的作用原理，將脈沖脈沖信號轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機。每來一信號轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機。每來一個電脈個電脈沖，步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動一定角度，帶動機械挪動沖，步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動一定角度，帶動機械挪動一小段一小段間隔。間隔。 區(qū)別在于勵磁式步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)子上有勵磁線圈，區(qū)別在于勵磁式步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)子上有勵磁線圈，反響式步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)子上沒有勵磁線圈。反響式步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)子上沒有勵磁線圈。種類：勵磁式和反響式兩種。種類：勵磁式和反響式兩種。 下面以反響式步進(jìn)電機為例闡明步進(jìn)電機的下面以反響式步進(jìn)電機為例闡

11、明步進(jìn)電機的構(gòu)造和任務(wù)原理。構(gòu)造和任務(wù)原理。 定子內(nèi)圓周均勻分布著六個磁極，磁極上有勵磁繞組，每兩個相對的繞組組成一相。轉(zhuǎn)子有四個齒。定子定子ABCIAIBIC轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子CABBCA3412 A相繞組通電，B、C相不通電。由于在磁場作用下，轉(zhuǎn)子總是力圖旋轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，故在這種情況下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：1、3齒與A、A極對齊。CABBCA34121C342CABBA 按AB C A 的順序給三相繞組輪番通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動起來。每一拍轉(zhuǎn)過30(步距角)，每個通電循環(huán)周期(3拍)轉(zhuǎn)過90(一個齒距角)。 按按A AAB AB B B BC BC C C CA CA的順序給三相繞的順

12、序給三相繞組輪番通電。這種方式可以獲得更準(zhǔn)確的控制特組輪番通電。這種方式可以獲得更準(zhǔn)確的控制特性。性。CABBCA3412CABBCA3412 A相通電，轉(zhuǎn)子相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒與齒與A、A 對齊。對齊。 A、B一樣時通電，一樣時通電，A、A 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15，到達(dá)左圖，到達(dá)左圖所示位置。所示位置。CABBCA3412 B 相通電，轉(zhuǎn)子相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒與齒與B、B 對齊對齊,又轉(zhuǎn)又轉(zhuǎn)過過15。3412CABBCA B、C一樣時通電，一樣時通電，C 、C 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)

13、子再轉(zhuǎn)過齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過15。 三相反響式步進(jìn)電動機的一個通電循環(huán)周三相反響式步進(jìn)電動機的一個通電循環(huán)周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每個循，每個循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15步距角，步距角，一個通電循環(huán)周期一個通電循環(huán)周期(6拍拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90 (齒距角齒距角)。 與單三拍相比，六拍驅(qū)動方式的步進(jìn)角更與單三拍相比，六拍驅(qū)動方式的步進(jìn)角更小，更適用于需求準(zhǔn)確定位的控制系統(tǒng)中。小，更適用于需求準(zhǔn)確定位的控制系統(tǒng)中。 按按AB AB BC BC CACA的順序給三相繞組輪番通的順序給三相繞組輪番通電。每拍有兩相繞組同時通電。電。每拍有兩相繞組同時

14、通電。AB通電通電CABBCA3412BC通電通電3412CABBCACA通電通電CABBCA3412 與單三拍方式類似，雙三拍驅(qū)動時每個通電循與單三拍方式類似，雙三拍驅(qū)動時每個通電循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30 (步距角步距角)，一個通電循環(huán)周期一個通電循環(huán)周期(3拍拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90(齒距角齒距角)。 從以上對步進(jìn)電機三種驅(qū)動方式的分析可得步距角計算公式：mZr360 步距角步距角Zr 轉(zhuǎn)子齒數(shù)轉(zhuǎn)子齒數(shù)m 每個通電循環(huán)周期的拍數(shù)每個通電循環(huán)周期的拍數(shù) 適用步進(jìn)電機的步距角多為適用步進(jìn)電機的步距角多為3 3和和1.51.5 。為了獲得小步距角，電機的

15、定子、轉(zhuǎn)子都做成多為了獲得小步距角，電機的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，如教材圖齒的，如教材圖10.4.410.4.4所示。圖中轉(zhuǎn)子外表有所示。圖中轉(zhuǎn)子外表有4040個齒，個齒，齒距角是齒距角是9 9；定子仍是；定子仍是 6 6個磁極，但每個磁極個磁極，但每個磁極外表加工有五個和轉(zhuǎn)子一樣的齒。外表加工有五個和轉(zhuǎn)子一樣的齒。運用：運用： 用某種安裝替代人，按照人的志愿自動完成一系列控制過程，稱作自動控制。 從構(gòu)造上看，自動控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制從構(gòu)造上看，自動控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類。和閉環(huán)控制兩類。 控制對象控制對象控制控制指令指令輸出輸出 開環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)造簡單，控制對象按照控制指令任務(wù)，但

16、不能根據(jù)輸出結(jié)果自動調(diào)理，僅用于對控制精度要求不高的場所?？刂茖ο罂刂茖ο蠓错懎h(huán)節(jié)反響環(huán)節(jié)誤差誤差輸出輸出給定給定反響反響 閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)造比較復(fù)雜。把輸出信號的一部分經(jīng)過反響環(huán)節(jié)引回到輸入端，與給定信號比較，得到誤差信號，再送入控制對象去調(diào)理輸出結(jié)果。如此反復(fù)循環(huán)，直至誤差為零。這種控制是經(jīng)過反響來實現(xiàn)的，所以也叫做反響控制系統(tǒng)。 給定元件給定元件 放大元件放大元件 執(zhí)行元件執(zhí)行元件 控制對象控制對象檢測元件檢測元件被調(diào)量被調(diào)量控制指令控制指令+UgUdUf 閉環(huán)控制系統(tǒng)反響控制系統(tǒng)的各個基閉環(huán)控制系統(tǒng)反響控制系統(tǒng)的各個基本環(huán)節(jié)如以下圖所示：本環(huán)節(jié)如以下圖所示：系統(tǒng)中各部分的作用如下：系統(tǒng)中各部分的作用如下：給定元件給定元件把控制指令變成給定值。它把控制指令變成給定值。它與被調(diào)量存在著一定的函數(shù)關(guān)系。改動給定值，與被調(diào)量存在著一定的函數(shù)關(guān)系。改動給定值，即可改動被調(diào)量。即可改動被調(diào)量。檢測元件檢測元件把被調(diào)量檢測出來，按一定的把被調(diào)量檢測出來，按一定的函數(shù)關(guān)系反響到輸入端。函數(shù)關(guān)系反響到輸入端。比較元件比較元件把反響信號把反響信號Uf與給定信號