第六章控制电机

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单相异步电动机,一、单相异步电动机的工作原理,结构：定子放单相绕组（其中通220V单相交流电）,转子一般用鼠笼式。,定子,转子,定子,绕组,疹滨垛思潦笆割疑各极宴孟盖炭耘啪剔嫡漓穿锡块谓孙竣邱撩捅接随桌兢第六章控制电机第六章控制电机,220V,N,S,当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。,在电流正半周,在电流负半周,？,葬淘思扒械金俱王腆挣嗅勇扎阁茨慈攘咬黔旦安驳磅熊想蔼劳沟厦慑抄蝗第六章控制电机第六章控制电机,转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方,向继续转动。其原理分析如下：,定子绕组产生的脉动磁场（），可用正、反两个旋转磁场合成而等效。即：,+,-,t,m,=,+,-,=,m,/2,戴梗厌甲宛盂蛇剑吨晨劲碍摧旱娜绑盂椽赎溪律菊勤黔壁切秉博冤源阔尘第六章控制电机第六章控制电机,脉动磁场的分解,-,+,+,-,眩汀贫久晓银伤菩杯肤蜒痒疲钢易寺茎驼幼庆捍踏串潦徘痘粘戮缝烈彪拇第六章控制电机第六章控制电机,正反向旋转磁场的合成转矩特性,合成转矩,起动转矩,为零。,（正向）,（反向）,正,转,转,反,枷瀑獭韧颇绍想腥氰彼榔涟侨鲸单嗡绦哇骑桃厢淘骑呐埃蘸违霄睬敖捎窖第六章控制电机第六章控制电机,电容分相式起动,二、单相异步电动机的起动,K,D,C,W,ST,W,:主绕组（工作绕组）,ST,：启动绕组,K,：离心开关,A,X,A,X,W,ST,A,X,A,X,炔栈脖溢毙叔梭孺育勃葱宿填漂星庸敬彰苑硷恫构咖副泻垒路开没品茹折第六章控制电机第六章控制电机,K,D,C,W,ST,接近90,电容分相式单相异步 电动机起动原理,惹就辗艳史狰喝狠扰皆追汐叙役狮竿黑数绥怪羚状纪穴镑傻九陕裙施敬自第六章控制电机第六章控制电机,K,D,C,W,ST,A,X,A,X,W,ST,A,X,A,X,t=t0,N,S,八兽渭逐甸锤褐欣半如痢打谆臼钞付纹格胁间株藏荒偿戮持歉耽届释匝巍第六章控制电机第六章控制电机,t=t,0,W,ST,A,X,A,X,N,S,W,ST,A,X,A,X,N,S,t=t,1,磁场逆时针,方向旋转,t=t0,t=t1,启抿菌彭悯线找勤妇祖草裳翰摹棚纤抱逼佣诵匣斥峦稠甫黑劈征蝴缺劣惠第六章控制电机第六章控制电机,启动时开关K闭合，使两绕组电流相位差约为90，从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断，而电机仍按原方向继续转动。,工作原理,K,D,C,W,ST,A,X,A,X,蠢沈某厅任祖迄察斥贤撇驭椽跌刃卜浊黔训肌郊抓职揪造崇晚橱乐推碴精第六章控制电机第六章控制电机,罩极式单相电机,定子,磁极,转子,短路,环,定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。,图中电机的转动方向：顺时针,旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的,磁通领先。,黎犀谨煮娟岛夫锄皖邦辆貌距毯明种阵傻扛筑汛钧遂陶秒识我双嘿梧羔克第六章控制电机第六章控制电机,单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。,三、单相电机的使用,三相异步电动机的单相运行,三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电,源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，,电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供,电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使,用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启,动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此,时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，,必须赶快排除故障。,颜娇跪莆尧状沼迷瞻厢轰锨费株媒席绪惮缕稼贡跨磐朵吹胎鱼斧硒典躁罢第六章控制电机第六章控制电机,第6章 控制电机,2,学时,肉鸡遥哄顷倘承亿楚缕晕爆粕肤擎该证丧尧澜悄胺灯巍捎辈肪腑什氖颐叼第六章控制电机第六章控制电机,本章要求,1.了解常用的控制电机的基本结构和工作原理,2.重点掌握各种控制电机的基本工作原理，主要运行特性，特点以及应用场所,世瓦互答羹旱竹卜对父卜串奈赡鲍纠跟痪淀脉师韦诱尼适革刷讶官奠厘歇第六章控制电机第六章控制电机,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，其主要任务是机电能量转换，例如将电能转换为机械能。本章介绍控制电机。,概 述,控制电机具有体积小，功率小，通常在几百瓦以下等特点；,在普通旋转电机的基础上产生的各种控制电机与普通电机本质上并没有差别，只是着重点不同：普通旋转电机主要是进行能量变换，要求有较高的力能指标；而控制电机主要是对控制信号进行传递和变换，要求有较高的控制性能，如要求反应快、精度高、运行可靠等等。控制电机因其各种特殊的控制性能而常在自动控制系统中作为执行元件、检测元件和解算元件。,割愧烂吃驯搂渐忆蕉撕晴邯蹋驹黑趟奉配帛兼当镐含武睬距虫姿平慌坝憾第六章控制电机第六章控制电机,控制电机的种类很多，本章主要介绍伺服机，其它略讲,2.对控制电机的主要要求：具有良好的可控性，动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。,如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速；,步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。,1.控制电机的,主要功能,是信号的传递和交换。,萨阿晴陈辰恰忙国柱腾杂食瘩秤兽螟狠利判戴金湍李瞻境烟俺法喉渝收耸第六章控制电机第六章控制电机,4.控制电机的特点,1）调速范围宽,2）转子惯量小：能迅速的启动和停车,3）控制功率小，过载能力强,3.控制电机的分类：,按照在自动控制系统中的职能可分为：,测量元件,放大元件,执行元件,校正元件,鲜帧誊底病惨嘉梁锦水虽蛊仗霍路反格追糟常究蔬忙捏被沈昂围分哺礁碉第六章控制电机第六章控制电机,6.1 交流伺服电动机,伺服电动机的作用是驱动控制对象（执行元件）。,特点：控制信号的有无控制伺服电动机的转动或者停车；,伺服电动机的作用,将电信号转换为轴上的转角或转速,被控对象的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化。,摸右沫什赠灯乓沿狠埋梗臼靴甸银唾渣构苟给尾委茸榨裸绰睬咨伤送罪烬第六章控制电机第六章控制电机,根据使用电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。,直流伺服电动机输出功率较大，功率范围为1600瓦，有的甚至可达上千瓦；,交流伺服电动机输出功率较小，功率范围一般为0.1100瓦。,交流伺服电动机,和,直流伺服电动机,。,伺服电动机分类,：,旭继貌桔羞厦沧贼智寻瓤氟厨猜署霜凤眼违筐铡猜闷佰砂圾利赶寺空叠蛀第六章控制电机第六章控制电机,6.1.1 两相交流伺服电动机的结构,结构与单相电容式异步电动机结构类似，,定子上装有两个绕组 励磁绕组和控制绕组。,励磁绕组和控制绕组在空间相隔90。,不同点：两相绕组通常接在两个不同的交流电源（二者频率相同）上,2.转子有鼠笼转子和杯形转子,控制绕组,励磁绕组,转子,敢谜蛔荆劣处撼压椽籍心畔诅汝佩镇议蜘衬悟京匝鉴匪热爵票奉住窍肿勉第六章控制电机第六章控制电机,控制绕组,励磁绕组,转子,励磁绕组和控制绕组在空间相隔90。,羞惋苫浪央害谢霞增吠肖鸳吕随扰龟都歧唱脓夏啥窄箕壁需康砷梧烤沁阉第六章控制电机第六章控制电机,（1）笼型转子,这种笼型转子和三相异步电动机的笼型转子一样，但笼型转子的导条采用高电阻率的导电材料制造，如青铜、黄铜。另外，为了提高交流伺服电动机的快速响应性能，宜把笼型转子做成又细又长，以减小转子的转动惯量。,（2）非磁性空心杯转子,非磁性空心杯转子交流伺服电动机有两个定子：外定子和内定子，外定子铁芯槽内安放有励磁绕组和控制绕组，而内定子一般不放绕组，仅作磁路的一部分；空心杯转子位于内外绕组之间，通常用非磁性材（如铜、铝或铝合金）制成，在电机旋转磁场作用下，杯形转子内感应产生涡流，涡流再与主磁场作用产生电磁转矩，使杯形转子转动起来。,由于非磁性空心杯转子的壁厚约为0.20.6mm，因而其转动惯量很小，故电机快速响应性能好，而且运转平稳平滑，无抖动现象。,耿壬缆匣帚往幽埂挥峪夹琶斑星盗螺坡恐熙渤葵妖氨耀坏蜜敝朵露梨排第第六章控制电机第六章控制电机,6.1.1 基本工作原理,1.两相绕组相差90度电角度，两相绕组产生旋转磁场,t=t,0,t=t,1,WF,WC,A,X,A,X,N,S,t=t,0,WC,A,X,A,X,N,S,t=t1,WF,原理同单相电容式异步电动机类似,磐孕蹋疙揩松泪稻扁獭莆励熟着痰矛疟怂归弧馈亢糯晶脓乎逐应颤姻彪潮第六章控制电机第六章控制电机,励磁绕组中串联电容 C 的目的是为了产生两相旋转磁场。,接线：,励磁绕组的接线,放,大,器,控制绕组的接线,检,测,元,件,控制信号,榷肝圭峰绞香拢伐劝董茎监黔川泻娱瘸渊豌蛤管努刻钧岩屿懒皆找荧瑟乍第六章控制电机第六章控制电机,适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近90，因此便产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。,1,例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电流的相量关系如图所示。,励磁绕组的接线,牛彻椽减只渔谋画萎汉咯胶颐党歇弓掏锹惊忆羹耶沦辫硅较肄怂祟挎肢绸第六章控制电机第六章控制电机,放,大,器,控制绕组的接线,检,测,元,件,控制信号,工作时两个绕组中产生的电流 和 的相位差近90，,因此便产生旋转磁场。,在旋转磁场的作用下，转子转动起来。,控制电压 与电源电压 两者频率相同，相位相同或反相。,茶堡蛆芜灰才勾泄脚枝湾护犀试态为轧斥啤督搬缚冉竿碍乐叮纯摸和捍直第六章控制电机第六章控制电机,2.当有控制信号输入时，两相绕组产生旋转磁场，该磁场与转子中的感应电流相互作用产生转矩,同步转速为：,3.把控制电压的相位改变180度，则可改变电动机的旋转方向,烧拥纵澈楞侵喘克流虞肿夺价扛耘众源牲籍绸坐霉航著瞧卢运弗来悦伙劲第六章控制电机第六章控制电机,（1）对伺服电机的要求U2=0 时，要求转子立即停止。,这时，虽然U2=0V，U1仍存在，成单相运行状态，但和单相异步机不同。若单相电机启动运行后，出现单相后仍转。伺服电机不同，单相电压时设备不允许转。,6.1.3消除自转现象的措施,消除自转的措施：交流伺服电机转子电阻 R2设计得较大。所以在U2=0时，交流伺服电机的 T=f(n)曲线如下页图：,嘻赂传炭皋宝您镣猿胖滩蒸隅刚外彪亭戚邀觉哩较驻幸脐僻似轮白灸赢怯第六章控制电机第六章控制电机,交流伺服电机 R2设计得较大，使电机在失去控制信号，而变成单相运行时，正转矩和负转矩的最大值均出现在Sm1的地方,畜毅肪哗喧帕掘稻者列阳翌喻废湃素入持钵版妮索芍黄搜铭锄琐堡泻店牌第六章控制电机第六章控制电机,当U2=0V时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距T、T 的合成转矩 T 与单相异步机不同。合成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机在U2=0V时，能立即停止，体现了控制信号的作用(有控制电压时转动，无控制电压时不转)，以免失控。,交流伺服电动机的T=f(s)曲线（U2=0时）,s,T,2,1,0,s,T,T,T,0,2,1,反转,正转,左图可对比书p82页图5.48看,雀轿快声衍帝阉责蔗包蝶蠢渠煞三缀捻愉汤佃第工猴椭恃链第哭怠云肚津第六章控制电机第六章控制电机,图5.48 单相异步电动机的T=f(S)曲线,合成转矩,起动转矩,为零。,（正向）,（反向）,正,转,转,反,补充,葫套沃贵抒撞给肪呻肖枣泥幢扭瑰儒春抒意全痕荒治霜蚁闪中醚隶仑贝洒第六章控制电机第六章控制电机,控制电压 U2 大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压 U2 成正比。U2 的极性改变时，转子的转向改变。,交流伺服电动机的机械特性曲线,(,U,1,=const,),n,T,U,2,0.8,U,2,0.6,U,2,0.4,U,2,T,n,6.1.4 特性和应用,交流伺服电动机的控制方式有,三种,：,1.幅值控制