《控制電機(jī)》PPT課件

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1、第9章控制電機(jī)9.1控制電機(jī)概述9.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)9.3伺服電動(dòng)機(jī)9.4微型同步電動(dòng)機(jī)9.5測速發(fā)電機(jī)思考題與習(xí)題9.1控制電機(jī)概述9.1.1控制電機(jī)的用途和類別在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，控制電機(jī)已是構(gòu)成開環(huán)控制、閉環(huán)控制、同步聯(lián)結(jié)和機(jī)電模擬解算裝置等系統(tǒng)的基礎(chǔ)元件，廣泛應(yīng)用于各個(gè)部門，如化工、煉油、鋼鐵、造船、原子能反應(yīng)堆、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化儀表和儀器、電影、電視、電子計(jì)算機(jī)外設(shè)等民用設(shè)備，或雷達(dá)天線自動(dòng)定位、飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀、導(dǎo)航儀、激光和紅外線技術(shù)、導(dǎo)彈和火箭的制導(dǎo)、自動(dòng)火炮射擊控制、艦艇駕駛盤和方向盤的控制等軍事設(shè)備。這些系統(tǒng)能處理

2、包括直線位移、角位移、速度、加速度、溫度、濕度、流量、壓力、液面高低、比重、濃度、硬度等多種物理量。現(xiàn)以自動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要分支——按預(yù)定要求控制物體位置的伺服系統(tǒng)為例來說明一下控制電機(jī)的種類和用途。圖9-1為兩種伺服系統(tǒng)的示意方框圖。其中圖9-1（a）為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床常用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置給出位移指令脈沖，驅(qū)動(dòng)電路將脈沖放大，去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按命令脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)工作臺(tái)按要求進(jìn)行位移。圖9-1（b）為高檔數(shù)控機(jī)床使用的全閉環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由數(shù)控裝置給出加工所要求的位移指令值，在機(jī)床工作臺(tái)上裝有直線位

3、置傳感器進(jìn)行實(shí)際位置檢測，在伺服電動(dòng)機(jī)軸上還裝有速度傳感器完成實(shí)際速度檢測。該系統(tǒng)的位置比較電路要進(jìn)行位置指令值和實(shí)際位置反饋值之間的偏差運(yùn)算，根據(jù)偏差情況計(jì)算出所需速度，所需速度還要和實(shí)際速度檢測值進(jìn)行比較，用一系列綜合運(yùn)算結(jié)果實(shí)時(shí)地通過伺服驅(qū)動(dòng)器去推動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的精確移動(dòng)。控制電機(jī)的種類很多，若按電流分類，可分為直流和交流兩種；按用途分類，直流控制電機(jī)又可分為直流伺服電動(dòng)機(jī)、直流測速發(fā)電機(jī)和直流力矩電動(dòng)機(jī)等；交流控制電機(jī)可分為交流伺服電動(dòng)機(jī)、交流測速發(fā)電機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、微型同步電動(dòng)機(jī)等。各種控制電機(jī)的用途和功能盡

4、管不同，但它們基本上可分為信號(hào)元件和功率元件兩大類。圖9-1兩種伺服系統(tǒng)示意方框圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)；(b)全閉環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)1.作為信號(hào)元件用的控制電機(jī)(1)交、直流測速發(fā)電機(jī)。測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速精確地保持正比關(guān)系，在系統(tǒng)中主要用于轉(zhuǎn)速檢測或速度反饋，也可以作為微分、積分的計(jì)算元件。(2)自整角機(jī)。自整角機(jī)的基本用途是傳輸角度數(shù)據(jù)，一般由兩個(gè)以上元件對(duì)接使用，輸出電壓信號(hào)時(shí)是信號(hào)元件，輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)是功率元件。作為信號(hào)元件時(shí)，輸出電壓是兩個(gè)元件轉(zhuǎn)子角差的正弦函數(shù)。作為功率元件時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩也近似為兩個(gè)元件轉(zhuǎn)子角差的正

5、弦函數(shù)。自整角機(jī)在隨動(dòng)系統(tǒng)中可作為自整步元件或角度的傳輸、變換、接收元件。(3)旋轉(zhuǎn)變壓器。普通旋轉(zhuǎn)變壓器都做成一對(duì)磁極，其輸出電壓是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的正弦、余弦或其他函數(shù)，主要用于坐標(biāo)變換、三角運(yùn)算，也可以作為角度數(shù)據(jù)傳輸和移相元件使用。多極旋轉(zhuǎn)變壓器是在普通旋轉(zhuǎn)變壓器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種精度可達(dá)角秒級(jí)的元件，在高精度解算裝置和多通道系統(tǒng)中用作解算、檢測元件或?qū)崿F(xiàn)數(shù)模傳遞。2.作為功率元件用的控制電機(jī)(1)交流和直流伺服電動(dòng)機(jī)。交、直流伺服電動(dòng)機(jī)在系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向取決于控制電壓的大小和極性（或相位），機(jī)械特性近于線性，即轉(zhuǎn)速隨

6、轉(zhuǎn)矩的增加近似線性下降，比普通電動(dòng)機(jī)的控制精度高。使用時(shí)，電動(dòng)機(jī)通常經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)負(fù)載，所以又稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。(2)電機(jī)擴(kuò)大機(jī)。電機(jī)擴(kuò)大機(jī)可以利用較小的功率輸入來控制較大的功率輸出，在系統(tǒng)中作為功率放大元件。電機(jī)擴(kuò)大機(jī)的控制繞組上所加的電壓一般不高，勵(lì)磁電流不大，而輸出電動(dòng)勢較高，電流較大，這就是功率放大。電機(jī)擴(kuò)大機(jī)的放大倍數(shù)可達(dá)1000～10000倍，也可作為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)元件。(3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)為相應(yīng)的角位移或線位移的機(jī)電元件。它由專門的電源供給脈沖信號(hào)電壓，當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，它就前進(jìn)一步

7、，輸出角位移量或線位移量與輸入脈沖數(shù)成正比，而轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件得到廣泛應(yīng)用。(4)微型同步電動(dòng)機(jī)。微型同步電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)速恒定，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用方便等特點(diǎn)，應(yīng)用在自動(dòng)控制系統(tǒng)和其他需要恒定轉(zhuǎn)速的儀器上。(5)磁滯電動(dòng)機(jī)。磁滯電動(dòng)機(jī)具有恒速特性，亦可在異步狀態(tài)下運(yùn)行，主要用于驅(qū)動(dòng)功率較小的要求轉(zhuǎn)速平穩(wěn)和起動(dòng)頻繁的同步驅(qū)動(dòng)裝置中。(6)單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)是交直流兩用的，多數(shù)情況下使用交流電源。由于它具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和軟的機(jī)械特性，因而廣泛應(yīng)用在電動(dòng)工具中，如手電鉆就采用這種電動(dòng)機(jī)。(7

8、)電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)。電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)是采用電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)可以在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行無級(jí)平滑調(diào)速，是交流無級(jí)調(diào)速設(shè)備中最簡單實(shí)用的一種，在紡織、印染、造紙等輕工業(yè)機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。9.1