數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器單元

目錄·第六章

第六章控制電機(jī)

6.1交流伺服電動(dòng)機(jī)

6.2直流伺服電動(dòng)機(jī)

6.3力矩電動(dòng)機(jī)

6.4小功率同步電動(dòng)機(jī)

6.5測速發(fā)電機(jī)

6.6自整角機(jī)

6.7直線電動(dòng)機(jī)第六章控制電機(jī)

①了解機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)中一些常用控制電機(jī)基本結(jié)構(gòu)；

②掌握控制電機(jī)基本工作原理、主要運(yùn)行特性及特點(diǎn)；

③了解控制電機(jī)的應(yīng)用場所，以便正確選用和使用它們。

掌握常用控制電動(dòng)機(jī)基本工作原理，運(yùn)行特性與特點(diǎn)。①交流伺服電動(dòng)機(jī)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象及消除該現(xiàn)象的原理；②自整角機(jī)的工作原理。重點(diǎn)難點(diǎn)基本要求第六章控制電機(jī)概述控制電機(jī)與普通電機(jī)比較：

控制電機(jī)與普通電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理大體相同；

普通電機(jī)的主要作用是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，

控制電機(jī)的主要作用是完成信息的傳遞和變換。對(duì)控制電機(jī)的基本要求:

①具有良好的可控性，即易于控制和調(diào)節(jié)；

②具有快速的響應(yīng)性能，即要有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

③精確度要高，誤差要小。第六章控制電機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

是一種小型或微型兩相異步電動(dòng)機(jī)。交流伺服電動(dòng)機(jī)的原理

與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相同。交流伺服電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，廣泛用于功率較小的控制系統(tǒng)中。6.1交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)的原理圖勵(lì)磁繞組控制繞組SM～第六章控制電機(jī)6.1交流伺服電動(dòng)機(jī)

“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象如果交流伺服電動(dòng)機(jī)參數(shù)與一般的單相異步電動(dòng)機(jī)一樣，那么當(dāng)控制信號(hào)消失時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速雖會(huì)下降些，但仍會(huì)繼續(xù)不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。這種失控現(xiàn)象稱為“自轉(zhuǎn)”。

“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的消除要求交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻值設(shè)計(jì)得很大，使電機(jī)在失去控制信號(hào)而單相運(yùn)行時(shí)，正轉(zhuǎn)矩或負(fù)轉(zhuǎn)矩的最大值均出現(xiàn)在sm＞1的地方。

交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方式①幅值控制②相位控制③幅相控制交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第六章控制電機(jī)6.1交流伺服電動(dòng)機(jī)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的消除①勵(lì)磁和控制繞組通電②勵(lì)磁繞組通電①②轉(zhuǎn)子電阻設(shè)計(jì)得很大②運(yùn)行繞組通電①運(yùn)行和起動(dòng)繞組通電普通單相電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第六章控制電機(jī)6.1交流伺服電動(dòng)機(jī)幅值控制接線圖相位控制接線圖幅值-相位控制接線圖交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方式f－勵(lì)磁繞組k－控制繞組第六章控制電機(jī)6.1交流伺服電動(dòng)機(jī)幅值控制接線圖交流伺服電動(dòng)機(jī)幅值控制時(shí)的機(jī)械特性在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，控制電壓Uk

大小變化時(shí)，轉(zhuǎn)速n與電壓Uk

成正比變化，Uk=0V時(shí)，能立即停止。Uk

的極性改變時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。Uk

＝U1＞U2＞U3

＞U4f－勵(lì)磁繞組k－控制繞組第六章控制電機(jī)6.2直流伺服電動(dòng)機(jī)

直流伺服電動(dòng)機(jī)是一種小型直流電機(jī)，它能將直流信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸上的角位移或角速度，以完成一定的控制任務(wù)。

其控制方式有電樞控制和磁場控制兩種。直流伺服電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、特性較硬且線性度好、調(diào)節(jié)范圍廣、體積小、效率高，因此一般用于功率較大的控制系統(tǒng)中。第六章控制電機(jī)6.2直流伺服電動(dòng)機(jī)SM—?jiǎng)?lì)磁電壓電樞電壓直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞控制時(shí)的機(jī)械特性勵(lì)磁電壓Uf

不變時(shí)，在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，電樞電壓Uk

大小變化時(shí)，轉(zhuǎn)速n與電壓Uk

成正比變化，

Uk=0V時(shí)，能立即停止。

Uk

的極性改變時(shí)，電樞的轉(zhuǎn)向改變。

Uk

＝

U1＞U2＞U3

直流伺服電動(dòng)機(jī)的原理圖第六章控制電機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)用舉例數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)組成第六章控制電機(jī)半閉環(huán)脈沖比較伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖閉環(huán)脈沖比較伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖數(shù)控機(jī)床的位置控制伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)用舉例檢測驅(qū)動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)角度檢測運(yùn)動(dòng)部件實(shí)際位置第六章控制電機(jī)數(shù)控機(jī)床的位置控制伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)用舉例半閉環(huán)脈沖比較伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖半閉環(huán)相位比較伺服系統(tǒng)框圖第六章控制電機(jī)閉環(huán)相位比較伺服系統(tǒng)框圖數(shù)控機(jī)床的位置控制伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)用舉例半閉環(huán)相位比較伺服系統(tǒng)框圖第六章控制電機(jī)數(shù)控機(jī)床的位置控制伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)用舉例半閉環(huán)相位比較伺服系統(tǒng)框圖半閉環(huán)幅值比較伺服系統(tǒng)框圖第六章控制電機(jī)閉環(huán)幅值比較伺服系統(tǒng)框圖數(shù)控機(jī)床的位置控制伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)用舉例半閉環(huán)幅值比較伺服系統(tǒng)框圖第六章控制電機(jī)6.3力矩電動(dòng)機(jī)

力矩電動(dòng)機(jī)是一種能夠長期處于啟動(dòng)(堵轉(zhuǎn))

狀態(tài)下工作的低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行電機(jī)。

直流力矩電動(dòng)機(jī)的工作原理和直流伺服電動(dòng)機(jī)相同，僅在結(jié)構(gòu)上有所區(qū)別，力矩電動(dòng)機(jī)一般作成扁平形。

它主要采用永磁式電樞控制方式。

它反應(yīng)速度快、特性硬度大且線性度好、精度高，能在堵轉(zhuǎn)和低速下運(yùn)行，特別適用于對(duì)速度和位置的控制精度要求很高的系統(tǒng)中。

它與高精度的檢測元件、放大元件和校正環(huán)節(jié)等組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速低達(dá)每天轉(zhuǎn)1/4轉(zhuǎn)，調(diào)速范圍達(dá)幾萬至幾十萬，位置精度達(dá)到角度的秒級(jí)。

第六章控制電機(jī)6.3力矩電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)(a)分裝式(b)內(nèi)裝式第六章控制電機(jī)6.4小功率同步電動(dòng)機(jī)

小功率同步電動(dòng)機(jī)的定子與異步電動(dòng)機(jī)基本相同，有三相或單相之分；轉(zhuǎn)子有永磁式、磁阻式和磁滯式之分；

工作原理與一般同步電動(dòng)機(jī)基本相同；永磁式和磁阻式的啟動(dòng)也常采用異步啟動(dòng)法。永磁式的可用于高速或低速的自動(dòng)裝置中，磁阻式電磁減速同步電動(dòng)機(jī)常用于低速的場合，廣泛應(yīng)用于儀器儀表及無線電設(shè)備中。第六章控制電機(jī)6.5測速發(fā)電機(jī)

測速發(fā)電機(jī)是一種將轉(zhuǎn)速信號(hào)變換成電信號(hào)的元件，輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。交流測速發(fā)電機(jī)主要是異步測速發(fā)電機(jī)，它的結(jié)構(gòu)與交流伺服電動(dòng)機(jī)基本相同，區(qū)別僅在于定子上有一個(gè)繞組是作為感應(yīng)電勢的輸出繞組；

直流測速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和原理與普通直流發(fā)電機(jī)基本相同。交流異步測速發(fā)電機(jī)和直流測速發(fā)電機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際要求綜合考慮。

第六章控制電機(jī)6.6自整角機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常常需要指示位置和角度的數(shù)值，或者需要遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度，或者需要某根軸隨著另外的與其無機(jī)械連接的軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就出現(xiàn)了自整角機(jī)，即用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)指示角度和同步傳輸角度的一類控制電機(jī)。自整角機(jī)是一種對(duì)角位移偏差具有自整步能力的控制電機(jī)。通常成對(duì)運(yùn)行，一臺(tái)作為發(fā)送機(jī)，另一臺(tái)作為接收機(jī)。運(yùn)行方式上可分為力矩式和控制式兩種。第六章控制電機(jī)6.6自整角機(jī)力矩式自整角機(jī)系統(tǒng)中，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的定子繞組用導(dǎo)線對(duì)接起來，轉(zhuǎn)子繞組接在同一交流電源上。

當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)某一角度時(shí)，其定子繞組輸出一個(gè)相應(yīng)的電壓，使接收機(jī)的轉(zhuǎn)子沿同一方向偏轉(zhuǎn)同一角度。當(dāng)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子以某一速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子也以同一速度跟隨旋轉(zhuǎn)，

使兩者的轉(zhuǎn)軸協(xié)調(diào)動(dòng)作，始終保持同步偏轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。這種同步聯(lián)結(jié)系統(tǒng)有時(shí)亦稱為電軸系統(tǒng)，

它用來進(jìn)行遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸和指示。

第六章控制電機(jī)力矩式自整角機(jī)接線圖6.6自整角機(jī)液位指示器示意圖1.浮子；2.自整角發(fā)電機(jī)；3.自整角接收機(jī)；4.平衡錘；5.滑輪第六章控制電機(jī)6.6自整角機(jī)控制式自整角機(jī)系統(tǒng)中，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的定子繞組用導(dǎo)線對(duì)接起來，發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組接交流電源，而接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組則作為信號(hào)輸出。將發(fā)送機(jī)軸上的轉(zhuǎn)角信號(hào)按一定的轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換成接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組上的電壓信號(hào)，通過放大器放大后，作為異步伺服電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，并在其帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)接收機(jī)旋轉(zhuǎn)，直到負(fù)載準(zhǔn)確到達(dá)發(fā)送機(jī)給定的位置為止。由于在此閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中加入了放大環(huán)節(jié)，所以精度較高。

第六章控制電機(jī)6.6自整角機(jī)控制式自整角機(jī)應(yīng)用實(shí)例圖1-發(fā)送機(jī)2-接收機(jī)(自整角變壓器)3-放大器；4-交流伺服電動(dòng)機(jī)第六章控制電機(jī)6.7直線電動(dòng)機(jī)

直線電動(dòng)機(jī)是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)部件，與普通直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)等的工作原理相同；

在結(jié)構(gòu)型式上一般把定子與轉(zhuǎn)子作成初級(jí)與次