(上课)-第5章-控制电动机

,第5章 控制电动机,5.,2,伺服电动机,5.,3,测速发电机,5.,1,步进电动机,通过本章的学习，了解伺服电动机、测速发电机、步进电动机的,结构和工作原理,。,专业无叶风扇电机和控制器,游览观光车电动高尔夫,球车电动叉车使用的控制器总成,车库门遥控器,JMDM RS-485/232,步进电机控制系统,S7200 PLC,控制步进电机,从工作原理上看，控制电机和普通电机没有本质上的差异，前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是作为动力使用的，功率大，其主要任务是能量的转换，侧重于电机的,启动、运行和制动,等方面的性能指标。,而本章介绍的各种控制电机，体积小，功率小，通常 在几百瓦以下，其,主要任务是转换和传递控制信号，,能量的转换是次要的，侧重于电机,控制精度和响应速度,。,控制电机的种类很多，本章只讨论常用的几种,:,步进电机,、,伺服电机,、,测速电机,对控制电机的主要要求：,由于,它用来完成信息的转换和传递。所以要求：体积小、重量轻、耗电少、动作灵敏、准确、运行可靠、精度要高，误差要小等。,5.1,步进电动机,特点,:,(,1),来一个脉冲，转一个步距角。,(2),控制脉冲频率，可控制电机转速。,(3),改变脉冲顺序，可改变转动方向。,种类：,励磁式,和,反应式,两种。,区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。,步进电机是利用电磁铁的作用原理，将,脉冲信号,转换为,线位移或角位移,的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。,以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和原理！,三相反应式步进电动机,的原理结构图,如下：,定子内圆周,均匀分布着六个,磁极，磁极上有,励磁绕组，每两,个相对的绕组组,成一相。,转子有四个齿,相数为三,定子,A,B,C,I,A,I,B,I,C,转子,1,、三相单三拍,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,A,相绕组通电，,B,、,C,相,不通电。由于在磁场作用下，,转子总是力图旋转到磁阻最,小的位置，故在这种情况下，,转子必然转到左图所示位置：,1,、,3,齿与,A,、,A,极对齐。,步进电机的通电方式,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,同理，,B,相通电时，转子会转过,30,角，,2,、,4,齿和,B,、,B,磁极轴线对齐；当,C,相通电时，转子,再转过,30,角，,1,、,3,齿和,C,、,C,磁极轴线对齐。,1,C,3,4,2,C,A,B,B,A,这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为,三相单三拍工作方式,。,按,A,B C A, ,的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过,30,(,步距角,),，每个通电循环周期,(,3,拍,),转过,90,(,一个,齿距角,),，,因为有四个齿！,2,、,三相单双六拍,按,A,AB B BC C, CA,的顺序给三相绕组轮流通电，,可以获得更精确的控制特性。,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,A,相通电，,转子,1,、,3,齿与,A,、,A,对齐。,A,、,B,相同时通电，,A,、,A,磁极拉住,1,、,3,齿，,B,、,B,磁极拉住,2,、,4,齿，转子转,过,15,，,到达左图所示位置。,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,B,相通电，,转子,2,、,4,齿与,B,、,B,对齐,又转,过,15,。,3,4,1,2,C,A,B,B,C,A,B,、,C,相同时通电，,C,、,C,磁极拉住,1,、,3,齿，,B,、,B,磁极拉住,2,、,4,齿，转子再转,过,15,。,三相反应式步进电动机的一个通电循环周,期如下：,A,AB B BC C, CA,，,每个循,环周期分为六拍。每拍转子转过,15,（步距角），,一,个通电循环周期,(,6,拍,),转子转过,90,(,齿距角,),。,与单三拍相比，六拍驱动方式的步距角更,小，更适用于需要精确定位的控制系统中。,3,、,三相双三拍,按,AB,BC,CA,的顺序给三相绕组轮流通,电。每拍有两相绕组同时通电,。,AB,通电,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,BC,通电,3,4,1,2,C,A,B,B,C,A,CA,通电,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电,循,环周期也分为三拍。每拍转子转过,30,(,步距角,),，,一,个通电循环周期,(,3,拍,),转子转过,90,(,齿距角,),。,从以上对步进电机三种驱动方式的分析可,得,步距角,计算公式：, ,步距角,Z,r,转子齿数,m,每个通电循环周期的拍数,实用步进电机的步距角多为,3,和,1.5,。为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的。,步进电动机的应用非常广泛，如各种数控机床、自动绘图仪、机器人等。,伺服电动机,伺服电动机又称,(,执行电动机,),。,功能：将输入的,电压控制信号转换为轴上输出的角位移或角速度,，驱动控制对象。,交流伺服电动机,直流伺服电动机,5.2,伺服电动机,伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。,5.3,测速发电机,交流测速发电机,交流测速发电机又分为,同步式,和,异步式,两种，,这里只分析异步式交流测速发电机的工作原理。,测速发电机是一种,转速测量传感器,。在许多自动控制系统中，它被用来测量旋转装置的转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信号电压。,测速发电机分为交流和直流两种类型。,1,转子,定子,励磁绕组,输出绕组,异步式交流测速发电机的结构与杯形转子交流伺服电机相似，它的定子上有两个绕组，一个是,励磁绕组，一个是输出绕组。,输出,绕组,+,励磁,绕组,+,交流测速发电机,工作时，测速发电机的励磁绕组接交流电,源,U,1,，由,U,1, 4.44,f,1,N,1,1,可知：,当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转子切割,1,产生转子感应电势,E,r,和转子电流,I,r,，它们的大小与,1,和转子转速,n,成正比：,转子电流,I,r,也产生磁通,r,，,r,在输出绕组中感应出电压,U,2,，,U,2,的大小与,r,成正比：,综合上述分析可知：,当,U,1,恒定不变时，,U,2,与,n,成正比，这样，发电机就把被测装置的,转速信号,转变成了,电压信号,，输出给控制系统。,5.3.2,直流测速发电机,直流测速发电机分,永磁式和他励式,两种。,永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场，因而没有励磁线圈；他励式的结构与直流伺服电机相同，工作时励磁绕组加直流电压,U,1,励磁。,他,励式直流测速发电机接线图,TG,R,L,I,2,U,2,+,R,a,+,E,I,1,U,1,+,当被测装置转动轴带动发电机电枢旋转时，电枢产生电动势,E,，其大小为：,发电机的,输出电压为：,上式中代入：,于是,TG,R,L,I,2,U,2,+,R,a,+,E,I,1,U,1,+,0,n,U,2,R,L2,R,L1,R,L,=,R,L2,R,L1,可见：当励磁电压,U,1,恒定时（ 即,恒定,）,，若,R,a,、,R,L,不变，则输出电压,U,2,的大小与电枢转速,n,成正比。实现将,转速信号,变成,电压信号,，输出给控制系统。,