第5章_控制电机与特种电机(新)
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邓钟星《机电传动控制》(第五版)控制电机.
5.5 直线电动机
直接将电能转换为直线运动的电动机。
直线异步电动机 直线直流电动机
直线同步电动机
直线异步电动机的结构
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18
直线异步电动机的工作原理
直线电机是由旋转电机演变而来的，因而当初级的多相绕组通入多 相电流后，也会产生气隙磁场，其强度按通电顺序作直线移动。在此 磁场的切割下，次级导条将产生感应电动势和电流，所有导条的电流 和气隙磁场相互作用，产生切向电磁力，如果初级是固定的，则次级 就顺着磁场运动的方向作直线运动。其速度与电动机极距及电源频率 成正比。因此，改变极距或电源频率都可改变电动机的速度。改变通 电相序，即可改变运动方向。
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5.3 交流伺服电动机
5.3.1 交流伺服电动机的基本结构
其定子上放置了对称布置的三相绕组， 转子为永磁体，故又称为稀土永磁电动机。
相当于将直流伺服的定子与转子位置进 行了互换，省去了机械换向器与电刷，改之 为电子换向器或逆变器。 交流伺服电动机按气隙磁场的分布方式 可分为两类：一类是无刷直流电动机 （ BDCM ） ， 一 类 是 永 磁 同 步 电 动 机 （PMSM）。
主要类型 永磁式
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电磁式即为他励式，故直流伺服电动机的机械特性公 式与他励直流电动机机械特性公式相同。 Uc—电枢控制电压； R— 电枢回路电阻； Φ— 每极磁通； Ke、Kt—电动机结构常数。 因而，可通过改变Uc和Φ进行调速，前者叫电枢控制， 后者叫磁场控制。 电枢调速具有响应速度快、机械特性好、调速特性线 性好的有点，而广泛应用。
5.3.3 正弦波永磁同步电动机 电机结构与无刷直流电动机的基本 相同，但其气隙磁场是按正弦分布的。 其转轴上安装有测速发电机，其输出信 号用于速度反馈，在转子上装有转子位 置检测器，可测转角位置。
控制电机与特种电机课后答案第4章
控制电机与特种电机课后答案第4章思考题与习题1. 旋转变压器由_________两大部分组成。
( )A.定子和换向器B.集电环和转子C.定子和电刷D.定子和转子2. 与旋转变压器输出电压呈一定的函数关系的是转子( )。
A.电流B. 转角C.转矩D. 转速3(旋转变压器的原、副边绕组分别装在________上。
( )A(定子、转子 B.集电环、转子 C.定子、电刷 D. 定子、换向器4(线性旋转变压器正常工作时，其输出电压与转子转角在一定转角范围内成________。
5、试述旋转变压器变比的含义, 它与转角的关系怎样?6、旋转变应器有哪几种?其输出电压与转子转角的关系如何,7、旋转变压器在结构上有什么特点?有什么用途。
8、一台正弦旋转变压器，为什么在转子上安装一套余弦绕组?定子上的补偿绕组起什么作用? 9、说明二次侧完全补偿的正余弦旋转变压器条件，转子绕组产生的合成磁动势和转子转角α有何关系。
10、用来测量差角的旋转变压器是什么类型的旋转变压器?11、试述旋转变压器的三角运算和矢量运算方法.12、简要说明在旋转变压器中产生误差的原因和改进方法。
答案1. D2. B3. A4. 正比5.旋转变压器的工作原理和一般变压器基本相似，从物理本质来看，旋转变压器可以看成是一种能转动的变压器。
区别在于对于变压器来说，其原、副边绕组耦合位置固定，所以输出电压和输入电压之比是常数，而旋转变压器的原、副边绕组分别放置在定、转子上，由于原边、副边绕组间的相对位置可以改变，随着转子的转动，定、转子绕组间的电磁耦合程度将发生变化，电磁精确程度与转子的转角有关，因此，旋转变压器能将转角转换成与转角成某种函量关系的信号电压。
输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。
6.按着输出电压和转子转角间的函数关系，旋转变压器主要可以分:正、余弦旋转变压器(代号为XZ)和线性旋转变压器(代号为XX)、比例式旋转变压器(代号为XL)，矢量旋转变压器(代号为XS)及特殊函数旋转变压器等。
第5章 异步电动机恒压频比(VF)控制
f1
这就是恒压频比控制方式。
低频时，Us和Eg都比较小,定子电阻和漏抗压降所占的 份额就比较显著，不能忽略。这时，可以人为的把定子电压 升高一些，以便近似补偿定子阻抗上的压降。带定子压降补 偿的恒压频比控制特性示于图5-1(a)中的1线，而2线为不带 定子压降补偿的恒压频比控制特性。
图5-1 U/f关系 a) 恒压频比控制特性 b) 变压变频控制特性
FBC
FBU
图5-12 恒压频比控制转速开环电流型变频调速系统
当转速给定为负值时，给定积分GI的输出为负极性，经 逻辑开关DLS检测后，控制环形分配器DRC输出逆相序， 。 当突然降低速度给定n*，由于机械惯性转子速度不会立即 变化，异步电机工作在发电制动状态，逆变桥工作在整流状态， 整流桥工作在有源逆变状态。这时的功率关系为：异步电机将 降速过程释放出来的动能转换成交流电功率，经原逆变桥转换 为直流电功率，再经原整流桥有源逆变回馈电网。 本系统能 。使逆变器不同桥臂上的两 只晶闸管同时导通，通过定子绕组流过直流，在气隙中 形成不旋转的磁场；转子绕组依惯性继续转动，在转子 中感应电势，形成电流，转子电流与气隙磁场相互作用 产生制动转矩。最后动能全部变为热能耗散掉。
5.1.2交-直-交电压型方波逆变器的工作原理
180º导电型方波逆变器中晶闸管的导通顺序是 VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1 各触发信号相隔60º的电角度，在任意瞬间有三 只晶闸管同时导通，每只晶闸管导通时间为180º电 角度所对应的时间，两只晶闸管的换流是在同一支 路内进行。从波形图可以求出相电压的有效值Uan和 线电压的有效值Uab分别为
图5-11 脉冲输出级原理电路
6.电压调节器AVR和电流调节器ACR的参数整定
在第四章中已经知道异步电动机的数学模型具有 多变量、非线性、强耦合的特点，比直流电动机的单 输入、单输出的线性特性复杂得多。只有使用微偏线 性化的方法并忽略旋转电动势对动态的影响，才可以 得到线性解耦的动态传递函数和系统结构图，并在此 基础上设计调节器。 其结果只适用于工作点附近稳定性的判别， 不适用大范围动态指标的计算 。 调节器参数的整定可以参考本章第七小节异步 电动机的小信号模型或第九章介绍的调节器整定 的试凑法。
这就是恒压频比控制方式。
低频时，Us和Eg都比较小,定子电阻和漏抗压降所占的 份额就比较显著，不能忽略。这时，可以人为的把定子电压 升高一些，以便近似补偿定子阻抗上的压降。带定子压降补 偿的恒压频比控制特性示于图5-1(a)中的1线，而2线为不带 定子压降补偿的恒压频比控制特性。
图5-1 U/f关系 a) 恒压频比控制特性 b) 变压变频控制特性
FBC
FBU
图5-12 恒压频比控制转速开环电流型变频调速系统
当转速给定为负值时，给定积分GI的输出为负极性，经 逻辑开关DLS检测后，控制环形分配器DRC输出逆相序， 。 当突然降低速度给定n*，由于机械惯性转子速度不会立即 变化，异步电机工作在发电制动状态，逆变桥工作在整流状态， 整流桥工作在有源逆变状态。这时的功率关系为：异步电机将 降速过程释放出来的动能转换成交流电功率，经原逆变桥转换 为直流电功率，再经原整流桥有源逆变回馈电网。 本系统能 。使逆变器不同桥臂上的两 只晶闸管同时导通，通过定子绕组流过直流，在气隙中 形成不旋转的磁场；转子绕组依惯性继续转动，在转子 中感应电势，形成电流，转子电流与气隙磁场相互作用 产生制动转矩。最后动能全部变为热能耗散掉。
5.1.2交-直-交电压型方波逆变器的工作原理
180º导电型方波逆变器中晶闸管的导通顺序是 VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1 各触发信号相隔60º的电角度，在任意瞬间有三 只晶闸管同时导通，每只晶闸管导通时间为180º电 角度所对应的时间，两只晶闸管的换流是在同一支 路内进行。从波形图可以求出相电压的有效值Uan和 线电压的有效值Uab分别为
图5-11 脉冲输出级原理电路
6.电压调节器AVR和电流调节器ACR的参数整定
在第四章中已经知道异步电动机的数学模型具有 多变量、非线性、强耦合的特点，比直流电动机的单 输入、单输出的线性特性复杂得多。只有使用微偏线 性化的方法并忽略旋转电动势对动态的影响，才可以 得到线性解耦的动态传递函数和系统结构图，并在此 基础上设计调节器。 其结果只适用于工作点附近稳定性的判别， 不适用大范围动态指标的计算 。 调节器参数的整定可以参考本章第七小节异步 电动机的小信号模型或第九章介绍的调节器整定 的试凑法。
电机与电气控制技术(第五版)课件第5章
第三节 熔断器 1
熔断器广泛用于低压供配 电系统和控制系统中。当电路 发生短路或严重过载时，熔断 器自动熔断，从而切断电路， 起到保护作用。
熔断器结构简单，体积小 巧，工作可靠，是电气设备重 要的保护元件之一。
二、熔断器的保护特性及主要参数
第三节 熔断器 2 1. 熔断器的保护特性 表明流过熔体的电流大小与熔体熔断时间之间的关係特性。
第四节 交流接触器1
接触器是一种用途最为广泛的开关电器。它利用电磁、 气动或液动原理，通过控制电路来实现主电路的通断。接触 器具有通断电流能力强，动作迅速，操作安全，能频繁操作 和远距离控制优点，但不能切断短路电流，因此接触器通常 需与熔断器配合使用。接触器的主要控制对象是电动机，也 可用来控制其他电力负载，如电焊机、电炉等。
护。例如接触器、控制继电器、主令电器、起动器、电磁阀等。 (3)按触点动力来源分为手动电器和自动电器。
二、低压电器的性能参数 1.额定绝缘电压 电器最大的额定工作电压 2.额定工作电压 长期工作时能保证电器正常工作的电压值。 3.额定发热电流 长期工作时各部分的温度不超过极限值时流过的最大电流。 4.额定工作电流 能保证电器正常工作的电流值。 5.通断能力 电器在规定的条件下，能可靠接通和分断的最大电流。
第六节 继电器2
一.电磁式继电器 电磁式继电器可分电压继电器、电流继电器和中间继电器三种。电磁
式继电器结构、工作原理与接触器相似。
第六节 继电器3
二、时间继电器 1．时间继电器的结构和工作原理 它在电路中起着使控制电路延时动作的作用，即当继电器的感测机构接
收到外界动作信号后，要经过一段时间延时后触点才动作并输出信号去操纵 控制电路。
它由瓷质底座、瓷帽、瓷 套和熔体组成。螺旋式熔 断器具有较好的抗振性能， 灭弧效果与断流能力均优 于瓷插式熔断器，被广泛 用于机床电气控制设备中
最新课件-控制电机电子教案第5章自整角机 精品
图 5 - 4 自整角机结构简图
图 5 - 5 定子铁心冲片
图5–6
自整角机转子
(a)隐极转子；（b）凸极转子
隐极式自整角机的定子和转子示意图如图 5 - 7 所 示， 其中沿定子内圆各槽内均匀分布有三个(也可称为 三相)排列规律相同的绕组， 每相绕组的匝数相等， 线径和绕组形式均相同， 三相空间位置依次落后 120°， 这种绕组就称之为三相对称绕组。 三相对称
图 5 - 2 差动式自整角机电路图
控制式自整角机的功用是作为角度和位置的检测 元件， 它可将机械角度转换为电信号或将角度的数字 量转变为电压模拟量， 而且精密程度较高， 误差范围 仅有3′～14′。 因此，控制式自整角机用于精密的闭环 控制的伺服系统中是很适宜的。
力矩式自整角机的功用是直接达到转角随动的目 的， 即将机械角度变换为力矩输出， 但无力矩放大作 用， 接收误差稍大， 负载能力较差， 其静态误差范围 为 0.5°～2°。 因此， 力矩式自整角机只适用于轻负 载转矩及精度要求不太高的开环控制的伺服系统里。
形接法。
5.2 自整角机的基本结构
自整角机的结构和一般旋转电机相似， 主要由定 子和转子两大部分组成。 定子铁心的内圆和转子铁心 的外圆之间存在有很小的气隙。 定子和转子也分别有 各自的电磁部分和机械部分。 自整角机的结构简图如 图 5 - 4 所示。 定子铁心是由冲有若干槽数的簿硅钢片 叠压而成， 图 5 - 5 表示定子铁心冲片。 图 5 - 6 表示 转子(有隐极和凸极两种)剖视图。 定子铁心槽内布置 有三相对称绕组， 转子铁心上布置有单相绕组(差动式 自整角机为三相绕组)。
第5章 自整角机
5.1 自整角机的类型和用途 5.2 自整角机的基本结构 5.3 控制式自整角机的工作原理 5.4 带有“ZKC”的控制式自整角机 5.5 力矩式自整角机的运行 5.6 自整角机的选用和技术数据 思考题与习题
电机及应用第二版第五章三相异步电动机的电力拖动课件
由前面分析知：
cos2
R2
s R22 ( X 20 )2
U1 4.44K1 f1N1Φm
由此得电磁转矩公式
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
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电磁转矩公式
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12 f1
由公式可知
1.
T
与定子每相绕组电压
U
2 1
成正比。U
改变转子附加电阻R´2 可实现调速。
过载系数(能力) Tm
TN
一般三相异步电动机的过载系数为
1.8 ~ 2.2
工作时必须使TL <Tm ，否则电机将停转。
I2 I1 电机严重过热而烧坏。
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3. 起动转矩 Tst 电动机起动时的转矩。
n0 n
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
1
T
2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。
3. R2 的大小对 T 有影响。绕线型异步电动机可外
接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
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二、机械特性曲线
根据转矩公式 得特性曲线：
T
Tm
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12 f1
nn1N n
Ts t
)
硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。
软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，
起动特性好。
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(2) R2 变化对机械特性的影响
n
电机控制技术-课件
1.2 电力传动系统运动方程
1.2.1 运动方程 一. 单轴电力拖动系统的运动方程
研究运动方程,以电动机的轴为研究对象，电动机 运行时的轴受力如图示。
电力拖动系统正方向的规定：先规定转速n的正方 向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正方向相同， 规定负载转矩的正方向与n的正方向相反。
生产机械转矩分为：摩擦阻力产生的和重力 作用产生的。
（3）恒功率负载：负载转矩与转速成反比。 （4）粘滞摩擦负载：负载转矩与转速成正比。
1.4 电力传动系统的机械特性
第 电动机机械特性：电动机的转速与转矩的关系。
一 电动机四象限运行状态：正向电动状态、反向电
章 动状态，正向制动状态、反向制动状态。
电动机固有机械特性： 电动机人为机械特性：
第II象限 第I象限 正向制动 正向电动
变压器
变电站
楼宇
照明 B
高压输电线
制冷 小型发电机 变压器
M
电力系统简单结构图
H/C 加 热
工厂
1.1 电力传动系统的发展
第 电力传动系统：以电动机为动力源，驱动各种设 一 备及电器的系统，以 完成一定的生产任务。 章 目前，电能的三分之二用于电力传动系统。
电力传动系统的基本结构：
概
述
电源
指令 控制设备
电动机 传动机构 生产机械
1.1 电力传动系统的发展
第 电力传动系统分类： 一 （1）按控制类型：调速系统、位置随动系统。调 章 速系统又分为直流调速和交流调速。
（2）按电动机类型：直流传动系统、交流传动 系统。
概 （3）按机组形式：单台传动系统、多机传动系 述 统。
（4）按运动方式：单向运转不可逆、双向运转 可逆传动系统 （5）按用途形式：主传动系统、辅助传动系统
《控制电机(第2版)》李光友(思考题与习题参考答案)
控制电机（2版）思考题与习题参考答案（机械工业出版社，李光友等编著）第1章 直流伺服电动机1. 一台直流电动机，其额定电压为110V ，额定电枢电流为0.4A ，额定转速为3600r/min ，电枢电阻为50Ω，空载阻转矩015.0T 0=N ·m ，试问电动机的额定负载转矩是多少？ 解： ,=120 ,2. 一台型号为55SZ54的直流伺服电动机，其额定电压为110V ，额定电枢电流为0.46A ，额定转矩为093.0 N ·m ，额定转速为3000r/min 。
忽略电动机本身的空载阻转矩0T ，试求电机在额定运行状态时的反电动势a E 和电枢电阻a R 。
解：U= , ,100，3. 伺服电动机型号为70SZ54，,V 110U U ,W 55P f N N ===效率m i n /r 3000n %,5.62N N ==η，空载阻转矩0714.0T 0= N ·m 。
试求额定运行时电动机的电枢电流aN I ，电磁转矩e T ，反电动势aN E 和电枢电阻a R 。
解：， ，100 ，4. 由两台完全相同的直流电机组成的电动机-发电机组。
它们的励磁电压均为110V ，电枢绕组电阻均为75Ω。
当发电机空载时，电动机电枢加110V 电压，电枢电流为0.12A ，机组的转速为4500r/min 。
试求：（1）发电机空载时的输出电压为多少？（2）电动机仍加110V 电压，发电机负载电阻为1kΩ时，机组的转速为多少?解：（1）（2） 由 得， , =0.12A, n=4500r/min.接负载时，U= ，解得Ф =4207r/min5. 试用分析电枢控制时的类似方法，推导出电枢绕组加恒定电压，而励磁绕组加控制电压时直流伺服电动机的机械特性和调节特性。
并说明这种控制方式有哪些缺点?答：磁场控制时电枢电压保持不变。
机械特性是指励磁电压不变时电动机转速随电磁转矩变化的关系，即= 。
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第 5 章 控制电机与特种电机
5.1 伺服电动机 5.2 力矩电动机 5.3 小功率同步电动机 5.4 步进电动机 5.5 测速发电机 5.6 自整角机 5.7 直线电动机
第 5 章 控制电机与特种电机
定义：用于自动控制、自动调节、远距 离测量的特微（小功率）电机。
分类：测量元件、放大元件、执行元件、 校正元件。
1. 两相交流伺服电动机的结构
控制 绕组
励磁 绕组
交流伺服电机实物图
5.1.3 交流伺服电动机c
5.1.3 交流伺服电动机
自转现象
当UC 0,旋转磁场 脉动磁场 自转现象
5.1.3 交流伺服电动机
消除自转现象的措施 ——使转子导条具有较大的电阻
内、外定子分别用软磁材料 数小，低速运转平滑，换向好。
统。
和永磁材料做成。
在圆盘形绝缘薄板上印制裸 转动惯量小，机电时间常数小， 低速和启动、
SN
露的绕组构成电枢，磁极轴
向安装。
低速运行性能好。
反转频繁的控 制系统。
由晶体管开关电路和位置传 既保持了一般直流伺服电动机 要求噪音低、
SW
感器代替电刷和换向器，转 的优点，又克服了换向器和电 对无线电不产
种类
一般直流 伺服电动
机
无槽电枢 直流伺服
电动机
空心杯形 电枢直流 伺服电动
机
印刷绕组 直流伺服
电动机
无刷直流 伺服电动
机
励磁方式 电磁 或 永磁 电磁 或 永磁
永磁
永磁
永磁
产品型号 SZ 或 SY
SWC
机构特点
性能特点
适用范围
与普通直流电动机相同，但 具有下垂的机械和线性的调节 一般直流伺服
电枢铁心长度与直径之比大 特性，对控制信号的响应快速。
止，因此，无自转现象。 2）调节特性
调节特性为一上翘的直线。
n =k1Ua — A Ua0是电动机处在待动而又未动临界
状态时的控制电压，称为始动电压，负 载转矩越大，始动电压越高。而且控制
电压从 0 到Ua0 一段范围内，电机不转
动，称为电动机的死区。
5.1.1 直流伺服电动机
直流伺服电动机特点和应用范围
5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较
3. “自转”现象 对于两相感应伺服电动机，若参数选择不 当或制造工艺不良，可能会使电动机产生 “自转”现象，而直流伺服电动机却不存 在该问题。
5.1.2 低惯量直流伺服电动机
2.印制绕组直流伺服电动机 印制绕组直流伺服电动机的转子呈
薄片圆盘状，用印刷电路制成双面电枢 绕组，磁极轴向安装。其特点是结构简 单，制造成本低；起动转矩大；力矩波 动很小，低速运行稳定；换向性能好； 电枢转动惯量小，反应快。
5.1.2 低惯量直流伺服电动机
3.无槽电枢直流伺服电动机 无槽电枢直流伺服电动机的电枢铁
薄壁圆 筒形，放于 内外定子之 间
励磁电流小 体积小 机械强度高 低速不稳定 速度有抖动
励磁电流大 体积大 转动惯量小 运行平滑 无抖动现象
应用范围
小功率的自 动控制系统
要求运行平 滑的系统
5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较
1. 机械特性和调节特性
直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是 线性的，且在不同控制电压下机械特性是平 行的，斜率不变。
作用：完成控制信号的传递和变换。 特点：性能稳定可靠，动作灵敏，精度
高，体积小。
5.1 伺服电动机
5.1.1 直流伺服电动机（1～600W）
它的基本结构和工作原理与普通直流他励 电动机相同，不同点只是他做得比较细长一些，
以满足快速响应的要求。
5.1.1 直流伺服电动机
直流伺服电动机电原理图
两相感应伺服电动机的机械特性和调节特性 都是非线性的，且其线性化机械特性的斜率 随控制电压的变化而变化，这会在一定程度 上影响系统的动态精度。
直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬，通 常应用于功率稍大的系统中，如随动系统中 的位置控制等。
5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较
2. 动态响应 由于直流伺服电动机转子上有电枢绕组和 换向器等，转动惯量要比两相感应伺服电 动机大得多。但由于直流伺服电动机的机 械特性比两相感应伺服电动机硬得多，若 空载转速相同，直流伺服电动机的堵转转 矩要大得多。因此，它们的动态响应时间 常数相差不多。
子用永久磁铁做成，电枢绕 刷带来的缺点。寿命长，噪音 生干扰的控制
组在定子上，且做成多相式。
低。
系统。
5.1.2 低惯量直流伺服电动机
1.空心杯转子直流伺服电动机 空心杯转子直流伺服电动机的特点
是惯量低；灵敏度高，时间常数很小； 损耗小，效率高；力矩波动小，低速转 动平稳，噪音很小；换向性能好，寿命 长。多用于高精度自动控制系统及测量 装置等设备中。
系统
一些，气隙较小。
电枢铁心为光滑圆柱体，电 枢绕组用环氧树脂粘在电枢
铁心表面，气隙较大。
具有一般直流伺服电动机的特 需要快速动作、
点，而且转动惯量和机电时间 功率较大的直
常数小，换向良好。
流伺服系统。
电枢绕组用环氧树脂浇注成 具有一般直流伺服电动机的特 需要快速动作
SYK 杯型，置于内、外定子之间， 点，且转动惯量和机电时间常 的直流伺服系
5.1.3 交流伺服电动机 消除自转现象的措施
脉动 磁场
脉动磁场 合成曲线
5.1.3 交流伺服电动机
3. 控制方式 1）幅值控制；2）相位控制；3）幅值-相位控制。
5.1.3 交流伺服电动机
两相交流伺服电动机性能特点,应用范围
种类
型号 结构特点 性能特点
鼠笼式转子 SL 空心杯转子 SK
类似于 普通鼠笼转 子但细长， 电阻率高
n
Uc
Ke
Ra
KeKt 2
T
n0
KT
n0
n
3.13
5.1.1 直流伺服电动机
1. 控制方式 电枢控制（改变控
制电压）——响应迅 速、机械特性硬，调 速线性度好，应用较 多。
磁场控制（改变磁
通Φ ）——不适合永 磁伺服电机。
5.1.1 直流伺服电动机
2. 运行特性
1）机械特性
当控制电压Ua＝0时，电动机立即停
心是光滑、无槽的圆柱体。其特点是转 动惯量低；起动转矩大；反应快；低速 运行均匀；换向性能良好。
5.1.3 交流伺服电动机
改变控制电压的大小和相位（或极性） 就可以改变伺服电动机的转速和转向。
特点：调速范围广；状态（启动、停 止）变换快；控制功率小，过载能力强， 可靠性好。（0.1～100W）
5.1.3 交流伺服电动机
5.1 伺服电动机 5.2 力矩电动机 5.3 小功率同步电动机 5.4 步进电动机 5.5 测速发电机 5.6 自整角机 5.7 直线电动机
第 5 章 控制电机与特种电机
定义：用于自动控制、自动调节、远距 离测量的特微（小功率）电机。
分类：测量元件、放大元件、执行元件、 校正元件。
1. 两相交流伺服电动机的结构
控制 绕组
励磁 绕组
交流伺服电机实物图
5.1.3 交流伺服电动机c
5.1.3 交流伺服电动机
自转现象
当UC 0,旋转磁场 脉动磁场 自转现象
5.1.3 交流伺服电动机
消除自转现象的措施 ——使转子导条具有较大的电阻
内、外定子分别用软磁材料 数小，低速运转平滑，换向好。
统。
和永磁材料做成。
在圆盘形绝缘薄板上印制裸 转动惯量小，机电时间常数小， 低速和启动、
SN
露的绕组构成电枢，磁极轴
向安装。
低速运行性能好。
反转频繁的控 制系统。
由晶体管开关电路和位置传 既保持了一般直流伺服电动机 要求噪音低、
SW
感器代替电刷和换向器，转 的优点，又克服了换向器和电 对无线电不产
种类
一般直流 伺服电动
机
无槽电枢 直流伺服
电动机
空心杯形 电枢直流 伺服电动
机
印刷绕组 直流伺服
电动机
无刷直流 伺服电动
机
励磁方式 电磁 或 永磁 电磁 或 永磁
永磁
永磁
永磁
产品型号 SZ 或 SY
SWC
机构特点
性能特点
适用范围
与普通直流电动机相同，但 具有下垂的机械和线性的调节 一般直流伺服
电枢铁心长度与直径之比大 特性，对控制信号的响应快速。
止，因此，无自转现象。 2）调节特性
调节特性为一上翘的直线。
n =k1Ua — A Ua0是电动机处在待动而又未动临界
状态时的控制电压，称为始动电压，负 载转矩越大，始动电压越高。而且控制
电压从 0 到Ua0 一段范围内，电机不转
动，称为电动机的死区。
5.1.1 直流伺服电动机
直流伺服电动机特点和应用范围
5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较
3. “自转”现象 对于两相感应伺服电动机，若参数选择不 当或制造工艺不良，可能会使电动机产生 “自转”现象，而直流伺服电动机却不存 在该问题。
5.1.2 低惯量直流伺服电动机
2.印制绕组直流伺服电动机 印制绕组直流伺服电动机的转子呈
薄片圆盘状，用印刷电路制成双面电枢 绕组，磁极轴向安装。其特点是结构简 单，制造成本低；起动转矩大；力矩波 动很小，低速运行稳定；换向性能好； 电枢转动惯量小，反应快。
5.1.2 低惯量直流伺服电动机
3.无槽电枢直流伺服电动机 无槽电枢直流伺服电动机的电枢铁
薄壁圆 筒形，放于 内外定子之 间
励磁电流小 体积小 机械强度高 低速不稳定 速度有抖动
励磁电流大 体积大 转动惯量小 运行平滑 无抖动现象
应用范围
小功率的自 动控制系统
要求运行平 滑的系统
5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较
1. 机械特性和调节特性
直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是 线性的，且在不同控制电压下机械特性是平 行的，斜率不变。
作用：完成控制信号的传递和变换。 特点：性能稳定可靠，动作灵敏，精度
高，体积小。
5.1 伺服电动机
5.1.1 直流伺服电动机（1～600W）
它的基本结构和工作原理与普通直流他励 电动机相同，不同点只是他做得比较细长一些，
以满足快速响应的要求。
5.1.1 直流伺服电动机
直流伺服电动机电原理图
两相感应伺服电动机的机械特性和调节特性 都是非线性的，且其线性化机械特性的斜率 随控制电压的变化而变化，这会在一定程度 上影响系统的动态精度。
直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬，通 常应用于功率稍大的系统中，如随动系统中 的位置控制等。
5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较
2. 动态响应 由于直流伺服电动机转子上有电枢绕组和 换向器等，转动惯量要比两相感应伺服电 动机大得多。但由于直流伺服电动机的机 械特性比两相感应伺服电动机硬得多，若 空载转速相同，直流伺服电动机的堵转转 矩要大得多。因此，它们的动态响应时间 常数相差不多。
子用永久磁铁做成，电枢绕 刷带来的缺点。寿命长，噪音 生干扰的控制
组在定子上，且做成多相式。
低。
系统。
5.1.2 低惯量直流伺服电动机
1.空心杯转子直流伺服电动机 空心杯转子直流伺服电动机的特点
是惯量低；灵敏度高，时间常数很小； 损耗小，效率高；力矩波动小，低速转 动平稳，噪音很小；换向性能好，寿命 长。多用于高精度自动控制系统及测量 装置等设备中。
系统
一些，气隙较小。
电枢铁心为光滑圆柱体，电 枢绕组用环氧树脂粘在电枢
铁心表面，气隙较大。
具有一般直流伺服电动机的特 需要快速动作、
点，而且转动惯量和机电时间 功率较大的直
常数小，换向良好。
流伺服系统。
电枢绕组用环氧树脂浇注成 具有一般直流伺服电动机的特 需要快速动作
SYK 杯型，置于内、外定子之间， 点，且转动惯量和机电时间常 的直流伺服系
5.1.3 交流伺服电动机 消除自转现象的措施
脉动 磁场
脉动磁场 合成曲线
5.1.3 交流伺服电动机
3. 控制方式 1）幅值控制；2）相位控制；3）幅值-相位控制。
5.1.3 交流伺服电动机
两相交流伺服电动机性能特点,应用范围
种类
型号 结构特点 性能特点
鼠笼式转子 SL 空心杯转子 SK
类似于 普通鼠笼转 子但细长， 电阻率高
n
Uc
Ke
Ra
KeKt 2
T
n0
KT
n0
n
3.13
5.1.1 直流伺服电动机
1. 控制方式 电枢控制（改变控
制电压）——响应迅 速、机械特性硬，调 速线性度好，应用较 多。
磁场控制（改变磁
通Φ ）——不适合永 磁伺服电机。
5.1.1 直流伺服电动机
2. 运行特性
1）机械特性
当控制电压Ua＝0时，电动机立即停
心是光滑、无槽的圆柱体。其特点是转 动惯量低；起动转矩大；反应快；低速 运行均匀；换向性能良好。
5.1.3 交流伺服电动机
改变控制电压的大小和相位（或极性） 就可以改变伺服电动机的转速和转向。
特点：调速范围广；状态（启动、停 止）变换快；控制功率小，过载能力强， 可靠性好。（0.1～100W）
5.1.3 交流伺服电动机