n第六章控制电机资料
第六控制用电机-PPT课件
§6—1．伺服电动机 §6—2．测速发电机 §6—3．自整角机 §6—4．旋转变压器 §6—5．步进电动机
学习第六章应该注意的点
第六章学习应注意的几个问题： 1.控制电机的特点和要求是什么 ？ 2.伺服电动机是怎么工作的？它与单相异步电动机有什么差异？ 3.测速发电机的用途是什么？如何工作？ 4.自整角机的结构如何？控制式和力矩式自整角机分别是怎样工 作的 ？整步绕组的电流是单相还是三相？ 5.各种控制电机在什么场合使用？有什么特点？ 本章主要是原理性的概念不要求计算。 相对比较难的点： 1.交流伺服电机“自转”问题的克服；2.自整角机的工作原理。
2．工作原理
交流伺服电动机的工作原理和电容分相式 单相异步电动机相似。在没有控制电压时，气隙 中只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子上没有启 动转矩而静止不动。当有控制电压且控制绕组电 流和励磁绕组电流不同相时，则在气隙中产生一 个旋转磁场并产生电磁转矩，使转子沿旋转磁场 的方向旋转。但是对伺服电动机要求不仅是在控 制电压作用下就能启动，且电压消失后电动机应 能立即停转。如果伺服电动机控制电压消失后像 一般单相异步电动机那样继续转动，则出现失控 现象，我们把这种因失控而自行旋转的现象称为 自转。
em em
图6.3 伺服电动机单相 运行时的M-S曲线
3．控制方法
可采用下列三种方法来控制伺服电动机的转速高低及旋转方 向。 （1）幅值控制 保持控制电压与励磁电压间的相位差不变，仅 改变控制电压的幅值。 （2）相位控制 保持控制电压的幅值不变，仅改变控制电压与 励磁电压间的相位差。 （3）幅-相控制 同时改变控制电压的幅值和相位。 交流伺服电动机的输出功率一般在 100W 以下。电源频率为 50Hz 时 ， 其 电 压 有 36V, 100V, 220V, 380V 数 种 。 当 频 率 为 400Hz时，电压有20V，36V，115V多种。 交流伺服电动机运行平稳，噪音小，但控制特性为非线性并 且因转子电阻大而使损耗大，效率低。与同容量直流伺服电动机 相比体积大，质量大，所以只适用于0.5W～100W的小功率自动 控制系统中。
《机电传动控制》第五版课后习题答案
第3章直流电机的工作原理及特性习题3.1 为什么直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？答案：直流电动机工作时，（1）电枢绕组中流过交变电流，它产生的磁通当然是交变的。
这个（2）变化的磁通在铁芯中产生感应电流。
铁芯中产生的感应电流，在（3）垂直于磁通方向的平面内环流，所以叫涡流。
涡流损耗会使铁芯发热。
为了减小这种涡流损耗，电枢铁芯采用彼此绝缘的硅钢片叠压而成，使涡流在狭长形的回路中，通过较小的截面，以（4）增大涡流通路上的电阻，从而起到（5）减小涡流的作用。
如果没有绝缘层，会使整个电枢铁芯成为一体，涡流将增大，使铁芯发热。
因此，如果没有绝缘，就起不到削减涡流的作用。
习题3.4 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E ＝E1，如负载转矩TL ＝常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳定值后，电枢反电势将如何变化？是大于、小于还是等于E1？答案：∵当电动机再次达到稳定状态后，输出转矩仍等于负载转矩，即输出转矩T ＝T L ＝常200aae e ae m ae m e e R U n I K K R U n E K n T K I n n n K K K U T K =Φ=−ΦΦ=∴=Φ−Φ∴−∆=Φ=ΦQ Q 又当T=0a aU E I R =+数。
又根据公式（3.2）， T ＝K t ФI a 。
∵励磁磁通Ф减小，T 、K t 不变。
∴电枢电流I a 增大。
再根据公式（3.11），U ＝E ＋I a ·R a 。
∴E=U －I a ·R a 。
又∵U 、R a 不变，I a 增大。
∴E 减小即减弱励磁到达稳定后，电动机反电势将小于E 1。
习题3.8 一台他励直流电动机的铭牌数据为：P N ＝5.5KW ，U N ＝110V ，I N ＝62A ，n N ＝1000r/min ，试绘出它的固有机械特性曲线。
（1）第一步，求出n 0 （2）第二步，求出（T N ，n N ）答案：根据公式（3.15），（1-1）Ra ＝（0.50~0.75）(N N N I U P −1)NN I U我们取Ra ＝0.7(N N N I U P −1)NN I U， 计算可得，Ra ＝0.24 Ω 再根据公式（3.16）得，（1-2） Ke ФN ＝（U N －I N Ra ）/n N =0.095 又根据（1-3） n 0＝U N /（Ke ФN ），计算可得，n 0＝1158 r/min 根据公式（3.17），（2-1） T N ＝9.55NNn P ， 计算可得，T N ＝52.525 N ·M 根据上述参数，绘制电动机固有机械特性曲线如下：3.10一台他励直流电动机的技术数据如下：P N =6.5KW ，U N =220V ， IN=34.4A ， n N =1500r/min ， R a =0.242Ω，试计算出此电动机的如下特性：①固有机械特性；②电枢附加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性；③电枢电压为U N /2时的人为机械特性； ④磁通φ=0.8φN 时的人为机械特性；并绘出上述特性的图形。
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第六章 控制电机
6.1.2直流伺服电动机
1）结构特点
直流伺服电动机的 结构与直流电动机基本相 同。只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。
励磁绕组和电枢绕组 分别由两个独立的电源 供电的他励方式
U1为励磁电压， U2为电枢电压
I2
I1
放+
+
U
大 U2 M
U1
器–
–
直流伺服电动机的接线图
第六章 控制电机
第六章 控制电机 6.1伺服电动机
伺服电动机又称执行电动机。其 功能是将输 入的电压控制信号 转换为轴上输出的 角位移和角 速度，驱动控制对象。
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。 伺服电动机可分为两类：
交流伺服电动机 直流伺服电动机
第六章 控制电机
6.1.1交流伺服电动机
第六章 控制电机
应用： 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。
直流伺服电机输出功率一般为 1-600W 。
第六章 控制电机
问题一：交流伺服电动机当控制电压为零 时，为什么能够迅速停止 ？
因为交流伺服电动机转子电阻很大，使发生最大 电磁转矩的转差率ｓm＞1。这样，伺服电动机单相运行产 生的合成转矩将和普通鼠笼转子的情况相反。转子电阻很 大时，脉振磁场分解的正、反相旋转磁场在ｓ＞1时产生的 电磁转矩将比在ｓ＜1时产生的转矩大，所以运行中，若交 流伺服电动机控制电压为零，伺服电动机处于单相运行状 态，此时与转子同向的旋转磁场产生的转矩将小于与转子 反向的旋转磁场产生的转矩。因而总的合成电磁转矩将变 成制动转矩，在电磁制动转矩的作用下，电动机就能够迅 速停止。第六章 控制电机源自控制信号+
第06章控制电机
2019/12/28
课件
U
I1 UC U1
励磁绕组的接线
控制信号
检 放 I2
U
测 元
大
U 2
件器
控制绕组的接线
励磁绕组中串联电容C的目的是为了产生两相旋转磁场。
轮机工程学院船电系
船舶电气设备及系统
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课件
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。
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课件
n
T
机械特性曲线
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课件
由机械特性可知：
U1（即磁通）不变时， 一定的负载下，U2,n。 U2=0时，电机立即停转。
n
T
机械特性曲线
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反转： 电枢电压的极性改变，电机反转。
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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。
U
I1 UC
U1
U1
I1
1
U
励磁绕组的接线
U C
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控制电压 电源电压
U
U
2
与 两
者频率相同，相
T"
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合成转矩的方向与旋转 方向相反，所以电机在
电工学第六章
型号 电压 转速
Y132S－6 380 V 960r/min
三相异步电动机 功 率 3 kW 电 流 7.2 A 功率因数 0.76
频 率 50Hz 联 结Y 绝缘等级 B
4. 额定电流 IN IN = 7.2A
→额定状态下定子三相绕组上的线电流
5. 额定功率因数λN = cosN
P1N = √3 UNIN cosN
P0 = PCu+PFe + PMe
η=
P2 P1
100%
【例】某三相异步电动机，极对数 p = 2，定子绕组三角形
联结，接于 50 Hz、380 V 的三相电源上工作，当负载转矩
TL= 91 N·m 时，测得 I0 = 30 A，P1= 16 kW，n = 1470 r/min， 求该电动机带此负载运行时的 s 、P2 、ŋ 和λ。
解： n0 =
60 f1 2
= 1500 r/min
s n0 n = n0
1500－1470 1500
= 0.02
P2
=
T2
2πn 60
= 91 ×
2×3.14 60
× 1470 W= 14 kW
η= PP21 100% = 87.5%
λ = P1
= 0.81
√3 U1l I1l
对称三相绕组 通入对称三相电流
O ωt
U1 V1 W1
U2 V2 W2 U3 V3 W3
ωt = 0o
V4
U1 N
W3
U4 S
V3
W2
N U3
W4 V1 S U2 W1
V2
ωt = 180o
V4
U1 S
W3
U4 N
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1. 控制电机的主要功能是信号的传递和交换。 如：伺服电机将电压信号转换为转矩和转速；
步进电机将脉冲信号转换为角位移或线位移。
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。
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
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
第六章 控制电机
6.1 交流伺服电动机
6.1.2 基本工作原理
n0 60 f / P S n0 n/ n0
椭圆磁场的 分解
一个大圆和 一个小的反 向圆形磁场
第六章 控制电机
6.1 交流伺服电动机
6.1.2 基本工作原理
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Sm>1的地方。
第六章 控制电机
6.1 交流伺服电动机
6.1.3 消除自转现象的措施
脉动 磁场
椭圆磁场
TL 脉动磁场 合成曲线
第六章 控制电机
6.1 交流伺服电动机
6.1.4 特性和应用 1. 控制特性 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。
第6章 控制电机
本章要求
1. 了解常用的控制电机的基本结构。 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。 3. 正确选用和使用。
概述
异步电动机、直流电动机等都是作为动力源使
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。
控制电机第六章 自整角机_OK
bp1为基波每相磁密瞬时值；Bm1为基波每相电流达最大值时产生的磁密幅值； X为沿周长方向的空间弧度值。
15
2.定子绕组的感应电流
发送机上的转子励磁绕组通入电流后，产生脉振磁通， 匝链到定子各相绕组产生感应电势。 转子处于某一位置，定子三相绕组的感应电势在时间的相位彼 此相同，而感应电势的大小则与转子绕组在空间的位置有关。
4
➢力矩式自整角机有时会用到差动自整角机
差动式发送机（ZCF，TDX），差动式接收机（ZCJ，TDR） 差动发送机接于“ZLF”和“ZLJ”之间，将“ZLF”转角 和自身的转角的和（或差）转变为电信号，输至“ZLJ”； 差动接收机串接于两个“ZLF”之间，接收电信号，将自 身的转角为两发送机转角的和（或差）。
转子转过任意角 1时，磁密在
D1D4轴线的分量分别：
Bf cos1 匝链D1D4绕组 Bf sin1 不匝链D1D4绕组
设 m为一个极的磁通
量，D1相绕组所匝链的 励磁磁通幅值为：
1 m cos1 16
三相定子绕组 所匝链励磁磁 通的幅值为：
1 m cos1 2 m cos(1 1200) 3 m cos(1 2400)
[注意] ：三相整步绕组中的电流是单向电流。
32
两机处于协调位置
发送机偏转造成失调
处于协调位置时，两机 的三相整步绕组感应电势 对应相等，整步绕组中没 有电流流过，气隙只有励 磁磁场，转子都不受力。
失调后整步绕组有电流， 磁场变化，转子受力。
失调时两机的受力情况
33
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5差动式自整角机
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if I fm sint
某一瞬间磁场的轴线即为励磁绕组的轴线，而实际励磁绕组 中电流if随时间作正弦（或余弦）变化，因此磁通密度也随 之变正变负，变大变小。
《控制电机》课件2
新能源汽车的快速发展为控制电机提供了广阔的应用空间，但同时也要求电机具备更高的能效和更低的噪音。
智能家居
智能家居需要控制电机来实现各种自动化功能，但如何保证电机的安全性和稳定性是亟待解决的问题。
THANKS
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电机效率
衡量电机能量转换效率的指标，包括额定效率和运行效率。
电机转矩
表示电机输出机械转矩的能力，是电机的重要性能参数。
衡量电机控制系统对控制信号的跟踪精度，包括转速、转矩和位置等控制量的跟踪精度。
控制精度
评估电机控制系统的稳定性和抗干扰能力，包括系统在各种工况下的稳定性和抗干扰能力。
稳定性
衡量电机控制系统对控制信号的响应速度，包括系统的调节时间和超调量等。
通过控制线圈的通电状态来控制电机的转动角度。控制方法包括脉冲控制和方向控制等。
步进电机的工作原理
通过控制器对直流电机的电流和电压进行控制，实现电机的快速响应和精确控制。
伺服电机的工作原理
电机控制系统主要由控制器、驱动器和电机组成。控制器负责接收输入信号并输出控制信号，驱动器负责将控制信号转换为适合电机的电压和电流，电机则负责将电能转换为机械能。
响应速度
评估电机控制系统的能效比，即控制系统输出的能量与输入能量的比值，是衡量系统能量转换效率的重要指标。
能效比
05
CHAPTER
控制电机的应用案例
总结词
工业自动化是控制电机的重要应用领域，通过控制电机的精确控制，可以实现生产线的自动化和高效化。
详细描述
在工业自动化生产线中，控制电机广泛应用于各种机械和设备中，如传送带、装配机械、包装机械等。通过控制电机的转速、方向和力矩，可以实现生产线的自动化和高效化，提高生产效率和产品质量。