20151022控制电机1资料.ppt
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1、控制电机控制电机微电机微电机微电机一般是指折算至1000转/分时连续额定功率为750瓦以下或机壳外径不大于160毫米或轴中心高不大于90毫米的电机。按用途可分为驱动微电机、控制微电机和电源微电机驱动微电机、控制微电机和电源微电机三大类。驱动微电机用以拖动机械负载的电动机;控制微电机主要用在自动控制系统中,做检测、放大执行和解算元件用;电源微电机通常在自动装置中作小容量特殊电源用。控制电机控制电机单相异步电动机单相异步电动机电容运转单相机电容运转单相机制冷压缩机制冷压缩机洗衣机电动机洗衣机电动机电风扇电动机电风扇电动机控制电机控制电机单相异步电动机的结构单相异步电动机的结构控制电机控制电机 单相
2、异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。单相异步电动机的定子中放置单相绕组,转子一般用鼠笼式。定子绕组中通入单相交流电后,形成脉动磁场,若不采取措施,将无法获得所需的起动转矩。定子定子定子定子绕组绕组转子转子AA NS1 单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理控制电机控制电机 定子绕组产生的脉动磁场,可用正、反两个旋转磁场合成来等效。+-=+-=m mt 控制电机控制电机脉动磁场的分解脉动磁场的分解脉动磁场的分解脉动磁场的分解 +-+-+控制电机控制电机正反向旋转磁场的合成转矩特性正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩合成转矩(正向正向正向正向)起动转
3、矩起动转矩为零为零(反向反向反向反向)正正转转转转反反控制电机控制电机.F鼠笼式转子鼠笼式转子导条及电流导条及电流 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。AA控制电机控制电机 为了获得所需的起动转矩,单相异步电动机的定子进行了特殊设计。常用的单相异步电动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电动机。他们都采用鼠笼式转子,但定子结构不同。2 2 电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机 电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组,一个是工作绕组 AA,另一个是起动绕组 BB ,两
4、个绕组在空间相隔90。起动时,BB 绕组经电容接电源,两个绕组的电流相位差近90,即可获得所需的旋转磁场。控制电机控制电机iBiA电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机iAS SABBA iB设两相电流为设两相电流为设两相电流为设两相电流为两相电流两相电流两相电流两相电流正弦波形如图所示。正弦波形如图所示。起动绕组起动绕组起动绕组起动绕组工作绕组工作绕组工作绕组工作绕组控制电机控制电机450ABBAABBAABBAiBiA两相旋转磁场两相旋转磁场900控制电机控制电机S SABBiAiBA 12实现正反转的电路实现正反转的电路实现正反转的电路实现正反转
5、的电路 改变电容改变电容改变电容改变电容C C的串联位置,可使的串联位置,可使的串联位置,可使的串联位置,可使单相异步电动机反转。单相异步电动机反转。单相异步电动机反转。单相异步电动机反转。将开关S合在位置1,电容C与B绕组串联,电流 iB较iA超前近90;当将S切换到位置2,电容C与A绕组串联,电流iA 较iB 超前近90。这样就改变了旋转磁场的转向,从而实现电动机的反转。电动机转子转动起来后,利用离心力将开关S断开(S是离心开关),使起动绕组BB 断电。控制电机控制电机2 罩极式单相异步电机罩极式单相异步电机i 1 2定子绕组定子绕组鼠笼式转子鼠笼式转子短路环短路环极掌极掌(极靴极靴)控制
6、电机控制电机 当电流i 流过定子绕组时,产生了一部分磁通1,同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通2。由于短路环中感应电流的阻碍作用,使得2在相位上落后1,从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场,使转子获得所需的起动转矩。罩极式单相异步电动机起动转矩较小,转向不能改变,常用于电风扇、吹风机中;电容分相式单相异步电动机的起动转矩大,转向可改变,故常用于洗衣机等电器中。控制电机控制电机 三相异步电动机在运行过程中,若其中一相与电源断开,就成为单相电动机运行。此时电动机仍将继续转动。若此时还带动额定负载,则势必超过额定电流,负载,则势必超过额定电流,时间一长,会使电机烧坏。这种情
7、况往往不易察觉,在使用电动机时必须注意。如果三相异步电动机在起动前就断了一线,则不能起动,此时只能听到嗡嗡声,这时电流很大,时间长了,也会使电动机烧坏。3 三相异步电动机的单相运行三相异步电动机的单相运行控制电机控制电机控制电机控制电机1控制电机概述控制电机概述2步进电动机步进电动机3伺服电动机伺服电动机4测速发电机测速发电机控制电机控制电机1控制电机概述控制电机概述1.1控制电机的用途和类别在科学技术高速发展的今天,控制电机是构成开环控制、闭环控制、同步联结和模拟解算等系统的基础元件,广泛应用于化工、炼油、钢铁、造船、原子能反应堆、数控机床、自动化仪器仪表、电影电视、电子计算机外设等民用设备
8、,或雷达天线自动定位、飞机自动驾驶导航、激光和红外线技术、导弹和火箭的制导、自动火炮射击控制、舰艇驾驶盘和方向盘的控制等军事设备。控制电机控制电机这些系统能处理包括直线位移、角位移、速度、加速度、直线位移、角位移、速度、加速度、温度、湿度、流量、压力、液面高低、比重、浓度、硬度温度、湿度、流量、压力、液面高低、比重、浓度、硬度等多种物理量。现以自动控制系统中按预定要求控制物体位置的伺服系统为例来说明。其中图1 a为经济型数控机床常用的步进电动机开环伺服系统,计算机数控装置给出位移指令脉冲,驱动电路将脉冲放大,去驱动步进电动机按命令脉冲转动,并带动工作台按要求进行位移。控制电机控制电机图1(b)
9、为高档数控机床使用的全闭环位置伺服控制系统,该系统由数控装置给出加工所要求的位移指令值,在机床工作台上装有直线位置传感器进行实际位置检测,在伺服电动机轴上还装有速度传感器完成实际速度检测。该系统的位置比较电路要进行位置指令值和实际位置反馈值之间的偏差运算,根据偏差情况计算出所需速度,所需速度还要和实际速度检测值进行比较,用一系列综合运算结果实时地通过伺服驱动器去推动伺服电动机旋转,实现工作台的精确移动。控制电机控制电机图1两种伺服系统示意方框图(a)步进电动机开环伺服系统(b)全闭环位置伺服控制系统back控制电机控制电机控制电机的种类很多,若按电流分类,可分为直流和交流两种;按用途分类,直流
10、控制电机又可分为直流伺服电动机、直流测速发电机和直流力矩电动机等;交流控制电机可分为交流伺服电动机、交流测速发电机、步进电动机、微型同步电动机等。各种控制电机的用途和功能尽管不同,但它们基本上可分为信号元件信号元件和功率元件功率元件两大类。控制电机控制电机1.作为信号元件用的控制电机(1)交、直流测速发电机。测速发电机的输出电压与转速精确地保持正比关系,在系统中主要用于转速检测或速度反馈,也可以作为微分、积分的计算元件。(2)自整角机。自整角机的基本用途是传输角度数据,一般由两个以上元件对接使用,输出电压信号时是信号元件,输出转矩时是功率元件。作为信号元件时,输出电压是两个元件转子角差的正弦函
11、数。作为功率元件时,输出转矩也近似为两个元件转子角差的正弦函数。控制电机控制电机2.作为功率元件用的控制电机(1)交流和直流伺服电动机。交、直流伺服电动机在系统中作执行元件,其转速和转向取决于控制电压的大小和极性(或相位),机械特性近于线性,即转速随转矩的增加近似线性下降,比普通电动机的控制精度高。(2)电机扩大机。电机扩大机可以利用较小的功率输入来控制较大的功率输出,在系统中作为功率放大元件。电机扩大机的控制绕组上所加的电压一般不高,励磁电流不大,而输出电动势较高,电流较大,这就是功率放大。控制电机控制电机(3)步进电动机。步进电动机是一种将脉冲信号转为相应的角位移或线位移的机电元件。它由专
12、门的电源供给脉冲信号电压,当输入一个电脉冲信号时,就前进一步,输出角位移量或线位移量与输入脉冲数成正比,而转速与脉冲频率成正比。步进电动机在经济型数控系统中作为执行元件得到广泛应用。(4)微型同步电动机。微型同步电动机具有转速恒定,结构简单,应用方便等特点,应用在自动控制系统和其他需要恒定转速的仪器上。控制电机控制电机对控制电机的要求及其发展概况1.对控制电机的要求控制电机是在普通旋转电机的基础上发展起来的,其基本原理与普通旋转电机并无本质区别。不过,普通电机的主要任务是完成能量的转换,对它们的要求主要着重于提高效率等经济指标以及起动和调速等性能。而控制电机的主要任务是完成控制信号的传递和转换
13、。现代控制系统对它的基本要求是高高精精确确度度、高高灵灵敏敏度度和和高可靠性高可靠性。控制电机控制电机 高高精精确确度度是是指指控控制制电电机机的的实实际际特特性性与与理理想想特特性性的的差差异异应应越越小越好。小越好。对功率元件来说,是指其特性的线性度和不灵敏区;对信号元件来说,则主要指静态误差、动态误差以及环境温度、电源频率、电压的变化所引起的漂移。高高灵灵敏敏度度是是指指控控制制电电机机的的输输出出量量应应能能迅迅速速跟跟上上输输入入信信号号的的变变化化,即即对对输输入入信信号号能能做做出出快快速速响响应应。自动控制系统中的控制指令是经常变化的,有时极为迅速;控制电机,特别是功率元件能否
14、对输入信号做出快速响应,会严重影响整个系统的工作。表征快速响应的主要指标有灵敏度和机电时间常数等。高高可可靠靠性性是是指指控控制制电电机机对对不不同同的的使使用用环环境境应应有有广广泛泛的的适适应应性,在较差的环境中能非常可靠地工作性,在较差的环境中能非常可靠地工作。控制电机控制电机 2.控制电机的发展概况 控制电机属于电机制造工业中一个新机种,它的历史虽短但发展迅速。控制电机的品种繁多,用途各异,据不完全统计,已达3000种以上。国外从20世纪30年代开始,控制电机随着工业自动化、科学技术和军事装备的发展而迅速发展,其使用领域也日益扩大。到了20世纪40年代以后,已逐步形成自整角机、旋转变压
15、器、交直流伺服电动机、交直流测速发电机等一些基本系列。控制电机控制电机 20世纪60年代以后,由于电子技术、航天等科学技术的发展和自动控制系统的不断完善,对控制电机的精度和可靠性提出了更高的要求,控制电机的品种也日益增多。在原有的基础上又生产出多极自整角机、多极旋转变压器、感应同步器、无接触自整角机、无接触旋转变压器、永磁式直流力矩电动机、无刷直流伺服电动机、空心杯转子永磁式直流伺服电动机、印制绕组直流伺服电动机等新机种。控制电机控制电机 随着新原理、新技术、新材料的发展,使电机在很多方面突破了传统的观念,研制出一些新原理、新结构的电机,如霍尔效应的自整角机及旋转变压器、霍尔无刷直流测速发电机
16、、压电直线步进电动机,利用“介质极化”研制出驻极体电机,利用“磁性体的自旋再排列”研制出光电机,此外,还有电介质电动机、静电电动机、集成电路电动机等。控制电机的进一步发展已经不限于一般的电磁理论,而将与其他学科相互结合,相互促进,成为一门多种学科相互渗透的边缘学科。控制电机控制电机2、步进电动机、步进电动机在自动控制系统中,常常需要把数字信号转换为角位移。步进电动机就是一种用电脉冲信号进行控制,将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的控制电机。它通过专用电源把电电脉脉冲冲按按一一定定顺顺序序供供给给定定子子各各相相控控制制绕组绕组,在气隙中产生类似于旋转磁场的脉冲磁场脉冲磁场。控制电机控制电机控
17、制电机控制电机输入一个脉冲信号,电动机就转动一个角度或前进一步,因此,步进电动机又称为脉冲电动机。步进电动机的角位移量或线位移量与电脉冲数成正比,它的转速或线速度与电脉冲频率成正比。在负载能力范围内,这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化。通过改变脉冲频率的高低,可以在很大范围内实现步进电动机的调速,并能快速起动、制动和反转。控制电机控制电机 随着电子技术和计算技术的迅速发展,步进电动机的应用日益广泛,目前在经济型数控机床、绘图机、自动记录仪表和数模变换装置上都使用步进电动机。从零件加工过程看,工作机械对步进电动机的基本要求是:(1)调速范围宽,应尽量提高最高转速最高转速以提高劳
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