电机及拖动第七章.ppt

第7章 控 制 电 机 控制电机：是指在控制系统中，作为检测、放大或执行作用，具有特殊性能的小功率电机。 控制电机一般分为两大类： 作为测量元件（信号元件）：交、直流测速发电机，自整角机，旋转变压器等。 作为执行元件（功率元件）：步进电动机、交、直流伺服电动机等。 控制电机的作用：在控制系统中完成控制信号的传递和转换。 6.3 步进电动机 步进电动机是一种将电脉冲信号转换为转角位移或转速的电动机。其转角或转速仅受控于控制绕组的脉冲频率，在控制系统中作为执行元件。 一、反应式步进电动机的基本结构 1.定子部分：定子铁心、控制绕组及机座。 定子铁心：由硅钢片叠成，在铁心的内圆上形成一定极数的主磁极铁心。 定子控制绕组：每相对的主磁极铁心上放置一相控制绕组，控制绕组可以为三相、四相及五相。 2.转子部分：转子铁心、转轴两大部分组成。 转子铁心：由开有一定齿、槽的硅钢片叠装组成。转子铁心上的齿宽和齿距，与定子主磁极表面的齿宽及齿距相同。 二、基本工作原理 当定子A相控制绕组通电，B、C两相断电时，转子平衡位置为1、3齿（转子磁极）轴线与定子A相主磁极轴线对齐。 当定子B相控制绕组通电，A、C两相断电时，转子齿2、4与定子B相主磁极相作用，在磁阻转矩的作用下，转子逆时针转过300，转子平衡位置为2、4齿（转子磁极）轴线与定子B相主磁极轴线对齐。 当定子C相控制绕组通电，A、B两相断电时，转子齿1、3与定子C相主磁极相作用，在磁阻转矩的作用下，转子逆时针转过300，转子平衡位置为1、3齿（转子磁极）轴线与定子C相主磁极轴线对齐。 结论：当按照A—B—C—A的通电顺序依次通电时，转子逆时针转动一个角度；如果按照A—C—B—A顺序依次通电，则转子顺时针转动一个角度。改变定子控制绕组的通电顺序，可以改变步进电动机的旋转方向。 定子控制绕组的通电方式 定子控制绕组的通电可以是单相通电，也可以 两相通电。 定子绕组通电状态每改变一次，称为“一”拍。 一个通电周期内，通电状态改变的次数称为“拍数N”。 对于三相步进电动机，通电方式有： “三相单三拍运行”：记为（A—B—C—A） “三相双三拍运行”：记为（AB—BC—CA—AB） “三相单、双六拍运行”：记为（A—AB—B—BC—C—CA—A） 步距角：定子控制绕组通过一个电脉冲（一拍）时，转子转过的角位移（角度）。 其中： 为转子齿数（转子磁极数） 当通电脉冲的频率为 时，转子可以连续转动，其转速与脉冲频率的关系为 对于三相步进电动机，“三相单三拍运行”时的步距角与“三相双三拍运行”时的步距角相同，为“三相单、双六拍运行”时的步距角的2倍。 7.1 伺 服 电 动 机 伺服电动机是一种将电压信号变换成转轴的角位移或转速输出的电动机，又称为执行电动机。 伺服电动机的分类： 交流伺服电动机：将交流电压信号变换成角位移或转速； 直流伺服电动机：将直流电压信号变换成角位移或转速。 对伺服电动机的要求： 调速范围要大，即随控制电压的改变，转速能够在较大的范围内连续调节。 机械特性应为线性。 无“自转”现象。即当控制电压为零时，电动机的转速为零。 快速响应。 一、交流伺服电动机 1.交流伺服电动机的基本结构 定子部分：由定子铁心、定子绕组、机座组成。 定子铁心由冲有一定槽数的硅钢片叠装组成。 定子绕组由在空间上相差90电角度的两相交流绕组组成。绕组的匝数可以相同，也可以不相同。接交流电源的称为励磁绕组，外加控制电压的称为控制绕组。 转子部分：转子结构分为鼠笼型转子和非磁性杯形转子两种。 鼠笼形转子铁心冲片 转子绕组 非磁性杯形转子及总体结构图 2.交流伺服电动机的工作原理 1）在转速 时，无控制电压 当励磁绕组外加励磁电压 时，绕组中通过单相交流电 流，产生单相脉振磁动势： 对于正、反两个旋转磁动势，分别产生正、反旋 转磁场，切割转子绕组导体，产生转子电流及电 磁转矩。即 对应的机械特性为 则总转矩为 单相脉振磁场产生的转矩特性 结论：在 时，合成电磁转矩为零，无起动转矩。 2）在转速 时，外加控制电压 励磁绕组和控制绕组在外加电压作用下，分 别通过大小相等，相位差900的励磁电流和控制电 流，产生励磁磁动势和控制绕组磁动势。两相合 成磁动势为旋转磁动势，产生旋转磁场，切割转 子绕组导体，产生转子电流。转子电流与旋转磁 场相作用，产生电磁