第五章 控制電機(jī)

1、1第五章 控制電機(jī)2控制電機(jī) 定義：用于自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)距離測(cè)量的特微（小功率）電機(jī)。 分類：測(cè)量元件、放大元件、執(zhí)行元件、校正元件。 作用：完成控制信號(hào)的傳遞和變換。 特點(diǎn)：性能穩(wěn)定可靠，動(dòng)作靈敏，精度高，體積小。35.1 5.1 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)5.2 5.2 力矩電機(jī)力矩電機(jī)5.3 5.3 小功率同步電機(jī)小功率同步電機(jī)5.4 5.4 伺服電機(jī)伺服電機(jī)5.5 5.5 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)5.6 5.6 自整角機(jī)自整角機(jī)5.7 5.7 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)45.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。 它每接受一個(gè)電脈沖，其轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)

2、子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電機(jī)繞組通電相序，即獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。5基本要求： 在電脈沖的控制下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能迅速起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和停車；調(diào)速范圍寬廣；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角要小，步距精度要高，不丟步不越步；工作頻率高、響應(yīng)速度快。6541 基本工作原理分類： 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 永磁式步進(jìn)電機(jī) 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)71反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（可變磁阻式） 利用磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)形式通常分為單段式和多段式兩種?？梢宰龀啥?、三相、四相、五相或更多的相數(shù)。 定子上有六個(gè)極，每個(gè)極上裝有控制繞組，每相對(duì)的兩

3、極組成一相。轉(zhuǎn)子上有四個(gè)均勻分布的齒，其上設(shè)有繞組。81反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（可變磁阻式）l當(dāng)A相控制繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)力的作用下與定子齒對(duì)齊，即轉(zhuǎn)子齒l、3和定子齒A、A對(duì)齊，如圖（a）所示。l若切斷A相，同時(shí)接通B相，在磁場(chǎng)力作用下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)30，轉(zhuǎn)子齒2、4與定于齒B、B對(duì)齊，如圖（b）所示。l如再使B相斷電，同時(shí)C相控制繞組通電，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò)30，使轉(zhuǎn)子齒1、3與定子齒C、C對(duì)齊，如圖(c)所示。l如此循環(huán)往復(fù)，按ABCA順序通電，步進(jìn)電機(jī)便按一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)。上述通電方式稱為三相單三拍，這里“拍”指定子控制繞組每改變一次通電方式，為一拍；“單”指每次只有一相控制繞組通電；“三拍”指經(jīng)過(guò)三次切

4、換控制繞組的通電狀態(tài)為一個(gè)循環(huán)。 91反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（可變磁阻式） 三相單雙六拍通電方式，通電順序?yàn)锳ABBBCCCAA或 AACCCBBBAA。 當(dāng)A相控制繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒l、3和定子齒A、A對(duì)齊。 當(dāng)A、B相同時(shí)通電，轉(zhuǎn)子齒2、4在定子極B、B的吸引下使轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，至轉(zhuǎn)子齒l、3和定子極A、A間的作用力與轉(zhuǎn)子齒2、4和定子極B、B間的作用力相平衡。 當(dāng)斷開(kāi)A相控制繞組而由相B控制繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，轉(zhuǎn)子齒2、4和定子極B、B對(duì)齊，如圖(c)所示，依此類推。101反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（可變磁阻式）單三拍通電方式時(shí)，步距角為30，而采用六拍通電方式時(shí)，步距角為1

5、5，采用單雙拍通電方式時(shí)，步距角要比單拍電方式時(shí)減小一半。步進(jìn)電機(jī)的步距角s的大小是由轉(zhuǎn)子的齒數(shù)、控制繞組的相數(shù)和通電方式所決定式中，C為通電狀態(tài)系數(shù)，當(dāng)采用單拍方式時(shí)，Cl；而采用單雙拍方式時(shí)，C2；m為步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)；Zr為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)。360srmZ C11 若步進(jìn)電機(jī)通電的脈沖頻率為f（每秒的拍數(shù)），則步進(jìn)電機(jī)的速度為 式中 f為頻率， n為轉(zhuǎn)速。 電機(jī)在脈沖頻率一定時(shí)，電機(jī)的相數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)越多，則步距角s就越小，轉(zhuǎn)速也越低。 mZrCfn60122永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 一般將轉(zhuǎn)子使用永磁材料的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)稱作永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。通常轉(zhuǎn)子為一對(duì)極或幾對(duì)極的星形磁鋼，定子上繞有二相或多相繞

6、組，定子每相的軸線對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子的軸線，這類電動(dòng)機(jī)要求電源提供正負(fù)脈沖。 增加轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)及定子的齒數(shù)可以減小步距角，但轉(zhuǎn)子要制成NS相間的多對(duì)磁極是較困難的，同時(shí)定子極數(shù)及繞組線圈數(shù)也必須相應(yīng)增加，這將受到定子空間的限制，因此永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角都較大。133混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是在永磁和變磁阻原理共同作用下運(yùn)轉(zhuǎn)的，故稱為混合式或永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 通常轉(zhuǎn)子裝有一個(gè)軸向磁化永磁體用以產(chǎn)生一個(gè)單向磁場(chǎng)，其中一段經(jīng)永磁體磁化為S極，另一段磁化成N極。定子的齒距和轉(zhuǎn)子的齒距相同。它與反應(yīng)式的主要區(qū)別是轉(zhuǎn)子上置有磁鋼。反應(yīng)式電機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)磁鋼，輸入能量全靠定子勵(lì)磁電流供給，靜態(tài)電流比永

7、磁式大許多。 混合式電機(jī)具有驅(qū)動(dòng)電流小、效率高、過(guò)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。145.4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)1.輸出角位移與輸入脈沖數(shù)成正比。2.轉(zhuǎn)速與輸人的脈沖頻率成正比。3.轉(zhuǎn)向可以通過(guò)改變通電順序來(lái)改變。4.具有自鎖能力，一旦停止輸入脈沖，只要維持繞組通電，電動(dòng)機(jī)就可以保持在該固定位置。5.不易受電源電壓波動(dòng)、電流、溫度變化等影響，只要干擾未引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī) “丟步”，就不會(huì)影響其正常工作。6.步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定步數(shù)以后也會(huì)出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差為“零” 。7.易于直接與微機(jī)的I/O接口，構(gòu)成開(kāi)環(huán)位置伺服系統(tǒng)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于開(kāi)環(huán)

8、控制結(jié)構(gòu)的機(jī)電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，并可靠地獲得較高的位置精度。152使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題（1）驅(qū)動(dòng)電源的優(yōu)劣對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行影響極大，使用時(shí)要特別注意，需根據(jù)運(yùn)行要求，盡量采用先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)電源，以滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能。（2）若所帶負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，則應(yīng)在低頻下啟動(dòng)，然后再上升到工作頻率，停車時(shí)也應(yīng)從工作頻率下降到適當(dāng)頻率再停車。（3） 在工作過(guò)程中，應(yīng)盡量避免由于負(fù)載突變而引起的誤差。（4）若在工作中發(fā)生失步現(xiàn)象，首先，應(yīng)檢查負(fù)載是否過(guò)大，電源電壓是否正常，再檢查驅(qū)動(dòng)電源輸出波形是否正常，在處理問(wèn)題時(shí)不應(yīng)隨意變換元件。165.4.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)和應(yīng)用1步

9、進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)（1) 矩角特性及最大靜轉(zhuǎn)矩矩角特性是控制繞組通電狀態(tài)不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系，即靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系 。 最大靜轉(zhuǎn)矩是指在規(guī)定的通電相數(shù)下矩角特性上的轉(zhuǎn)矩最大值。通常在技術(shù)數(shù)據(jù)中所規(guī)定的最大靜轉(zhuǎn)矩是指一相繞組通上額定電流時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩值。按最大靜轉(zhuǎn)矩的大小可把步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。175.1.1 直流伺服電動(dòng)機(jī)（1600W） 它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同，不同點(diǎn)只是他做得比較細(xì)長(zhǎng)一些，以滿足快速響應(yīng)的要求。18直流伺服電動(dòng)機(jī)的實(shí)物圖191. 控制方式l電樞控制（改變控制電壓）響應(yīng)迅速、機(jī)械特性硬，調(diào)速線性度好，應(yīng)用較多

10、。 l磁場(chǎng)控制（改變磁通 ）不適合永磁伺服電機(jī)。202. 運(yùn)行特性 電樞控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性包括機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性。 1）機(jī)械特性 當(dāng)控制電壓Ua0時(shí)，電動(dòng)機(jī)立即停止，因此，無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 2）調(diào)節(jié)特性 調(diào)節(jié)特性為一上翹的直線。Ua0是電動(dòng)機(jī)處在待動(dòng)而又未動(dòng)臨界狀態(tài)時(shí)的控制電壓，稱為始動(dòng)電壓，負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，始動(dòng)電壓越高。而且控制電壓從0到Ua0一段范圍內(nèi)，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為電動(dòng)機(jī)的死區(qū)。213直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時(shí)間響應(yīng)，機(jī)械特性較硬。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電刷換向使速度受到限制，有附加阻力，甚至可能會(huì)出現(xiàn)低速運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。 低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于電樞齒槽、電刷接觸壓降和

11、電刷和換向器之間摩擦的影響，轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)時(shí)快、時(shí)慢，甚至?xí)簳r(shí)停一下的不均勻現(xiàn)象。低速運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性可以通過(guò)增加穩(wěn)速控制電路或使用直流力矩電動(dòng)機(jī)加以解決。225.1.2 低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī) 1.空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī) 空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是慣量低；靈敏度高，時(shí)間常數(shù)很??； 損耗小，效率高；力矩波動(dòng)小，低速轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，噪音很??；換向性能好，壽命長(zhǎng)。多用于高精度自動(dòng)控制系統(tǒng)及測(cè)量裝置等設(shè)備中。232.印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī) 印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子呈薄片圓盤狀，用印刷電路制成雙面電樞繞組。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；力矩波動(dòng)很小，低速運(yùn)行穩(wěn)定；換向性能好；電樞轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，

12、反應(yīng)快。243.無(wú)槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī) 無(wú)槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞鐵心是光滑、無(wú)槽的圓柱體。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；反應(yīng)快；低速運(yùn)行均勻；換向性能良好。 255.1.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) 改變控制電壓的大小和相位（或極性）就可以改變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 特點(diǎn)：調(diào)速范圍廣；狀態(tài)（啟動(dòng)、停止）變換快；控制功率小，過(guò)載能力強(qiáng)，可靠性好。0.1100W261. 兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 定子：繞組有兩個(gè)（勵(lì)磁繞組WF，控制繞組WC）。 轉(zhuǎn)子：一般分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種結(jié)構(gòu)。27交流伺服電機(jī)實(shí)物圖282. 兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)基本工作原理 WF的勵(lì)磁電壓為一定，WC的控制電

13、壓可以變換。 輸入控制信號(hào)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)； 控制電壓相位改變180度，電機(jī)反轉(zhuǎn)； 但控制電壓取消后如何使其停止呢？ 29消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條具有較大的電阻。303. 控制方式1）幅值控制；2）相位控制；3）幅值-相位控制。 315.1.4 交/直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較1.機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性 直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性都是線性的，且在不同控制電壓下機(jī)械特性是平行的，斜率不變。 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性都是非線性的，且其線性化機(jī)械特性的斜率隨控制電壓的變化而變化，這會(huì)在一定程度上影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度。 直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬，通常應(yīng)用于功率稍大的系

14、統(tǒng)中，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置控制等。 322.動(dòng)態(tài)響應(yīng) 由于直流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上有電樞繞組和換向器等，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要比兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)大得多。但由于直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性比兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)硬得多，若空載轉(zhuǎn)速相同，直流伺服電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩要大得多。因此，它們的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間常數(shù)相差不多。333. “自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象 對(duì)于兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，若參數(shù)選擇不當(dāng)或制造工藝不良，可能會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，而直流伺服電動(dòng)機(jī)卻不存在該問(wèn)題。 344. 體積、重量和效率 為了滿足控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)性能的要求，兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻很大，因此其損耗大、效率低。而且常運(yùn)行在橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下，負(fù)序電流和反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的存

15、在，一方面產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電磁轉(zhuǎn)矩減小，另一方面也進(jìn)一步增加了電機(jī)的損耗，降低了電機(jī)的利用率。因此當(dāng)輸出功率相同時(shí)，兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)要比直流伺服電動(dòng)機(jī)體積大、重量重、效率低，所以它只適用于較小功率的場(chǎng)合，對(duì)于功率較大的控制系統(tǒng)，則較多地采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。355. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、運(yùn)行可靠性及對(duì)系統(tǒng)的干擾 直流伺服電動(dòng)機(jī)由于存在電刷和換向器，使電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)比較麻煩；由于電刷和換向器的滑動(dòng)接觸，增加了電動(dòng)機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩，并且會(huì)影響電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性；存在換向火花問(wèn)題，會(huì)對(duì)其它儀器和無(wú)線電通訊等產(chǎn)生干擾。 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，特別適宜于在不易檢修的場(chǎng)合使用。3

16、65.2 力矩電動(dòng)機(jī)分類： 交流（異步同步）。特點(diǎn) 375.2.1永磁式直流力矩電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 相同體積和電樞電壓時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸上直徑大，導(dǎo)體有效長(zhǎng)度短（電樞鐵心厚度?。?。38直流力矩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速低39直流力矩電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 具有良好的低速平穩(wěn)性和線性的機(jī)械特性及調(diào)節(jié)特性；精度高、反應(yīng)速度快、線性度好。常用為執(zhí)行元件。 例如天線（雷達(dá)、衛(wèi)星）；與測(cè)速發(fā)電機(jī)等組成高精度的寬調(diào)速伺服系統(tǒng)，調(diào)速范圍可達(dá)0.000174天一轉(zhuǎn)25rpm 。40力矩電動(dòng)機(jī)的實(shí)物圖415.3 小功率同步電動(dòng)機(jī)小功率同步電動(dòng)機(jī) 小功率同步電動(dòng)機(jī)的功率通常在數(shù)百瓦以下，在要求速度恒定不變的控制系統(tǒng)和裝置中常用作執(zhí)行

17、元件，如打印記錄機(jī)構(gòu)、電鐘、錄像機(jī)、電影攝/放映機(jī)、傳真機(jī)等控制設(shè)備和自動(dòng)裝置。 同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便。 根據(jù)轉(zhuǎn)子機(jī)械結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)子材料，同步電動(dòng)機(jī)可分為永磁式、磁阻式和磁滯式等類型。 42三相永磁式同步電動(dòng)機(jī)實(shí)物圖435.3.1 永磁式同步電動(dòng)機(jī) 永磁式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子主要由永久磁鐵、鐵心、鼠籠繞組構(gòu)成。永久磁鐵用來(lái)產(chǎn)生磁通，鼠籠繞組置于轉(zhuǎn)子鐵心槽中。 永磁式同步電動(dòng)機(jī)的工作原理與一般同步電動(dòng)機(jī)基本相似，只是其轉(zhuǎn)子勵(lì)磁是采用永久磁鐵。 啟動(dòng)方法和一般的同步電動(dòng)機(jī)一樣，在轉(zhuǎn)子上裝有啟動(dòng)用的鼠籠繞組。 445.3.2 磁阻式電磁減速同步電動(dòng)機(jī) 磁阻

18、電動(dòng)機(jī)又稱為反應(yīng)式電動(dòng)機(jī)，這種電機(jī)的轉(zhuǎn)子本身沒(méi)有磁性，只是利用磁場(chǎng)中可移動(dòng)部件試圖使磁路磁阻最小的原理，依靠轉(zhuǎn)子兩個(gè)正交方向磁阻的不同而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，這種轉(zhuǎn)矩稱為磁阻轉(zhuǎn)矩或反應(yīng)轉(zhuǎn)矩。 磁阻電動(dòng)機(jī)有單相和三相兩種，功率從幾瓦到幾百瓦。 起動(dòng)也需要在轉(zhuǎn)子上另外裝設(shè)起動(dòng)繞組，以達(dá)到異步起動(dòng)，同步運(yùn)行。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本較低，轉(zhuǎn)速一般在每分鐘幾十轉(zhuǎn)到上百轉(zhuǎn)之間，是一種常用的低速電動(dòng)機(jī)。 45轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為rsZZ22定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的角速度0和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度之比，稱為電磁減速系數(shù)srrrssRZZZZZZK222046電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度為pfZZZZZZrsrrsr20式中，p定子磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)475

19、.3.3 磁滯式同步電動(dòng)機(jī) 磁滯電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，不需要裝任何起動(dòng)裝置就能平穩(wěn)地牽入同步。 磁滯電動(dòng)機(jī)也屬于交流同步電機(jī)，其定子與一般交流電機(jī)相同，而轉(zhuǎn)子也沒(méi)有勵(lì)磁源，由硬磁材料沖片疊壓而成的轉(zhuǎn)子，其渦流轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)及運(yùn)行主要依靠磁滯轉(zhuǎn)矩；由整塊硬磁材料做成的轉(zhuǎn)子，除了磁滯轉(zhuǎn)矩外，還有渦流轉(zhuǎn)矩，可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 磁滯式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是用硬磁材料做成的，這種硬磁材料具有比較寬的磁滯回環(huán)，其剩磁密度和矯頑力要比軟磁材料大。481步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)（2）起動(dòng)頻率和起動(dòng)的矩頻特性起動(dòng)頻率是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠不失步起動(dòng)的最高脈沖頻率。技術(shù)數(shù)據(jù)中給出空載和負(fù)載起動(dòng)

20、頻率。實(shí)際使用時(shí)，大多是在負(fù)載情況下起動(dòng)，所以又給出起動(dòng)的矩頻特性，以便確定負(fù)載起動(dòng)頻率。491步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)（3）步距角及步距角精度 步距角是指輸入一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。步距角小的電機(jī)起動(dòng)和運(yùn)行頻率較高。步距角精度是指步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差，用百分比表示：誤差/步距角100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同。501步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)（4）運(yùn)行頻率和運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行頻率是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，控制脈沖頻率連續(xù)上升而不失步的最高頻率。通常在技術(shù)數(shù)據(jù)中也給出空載和負(fù)載運(yùn)行頻率，運(yùn)行頻率的高低與負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小有關(guān)，所以又給出了運(yùn)行矩頻特性。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和

21、脈沖頻率的關(guān)系，稱為矩頻特性。在一定控制脈沖頻率范圍內(nèi)，隨頻率升高，電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速都相應(yīng)地提高，超出該范圍則隨頻率升高轉(zhuǎn)矩下降，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的能力也逐漸下降，到某一頻率以后，就帶不動(dòng)任何負(fù)載，而且只要受到一個(gè)很小的擾動(dòng)，就會(huì)振蕩、失步以至停轉(zhuǎn)。 51步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩角特性/矩頻特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩角特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩頻特性525.5測(cè)速發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速變?yōu)殡娦盘?hào)用途：用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速； 廣泛應(yīng)用于速度或位置控制系統(tǒng)中， 以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度為參數(shù)變量，可作為機(jī)電微分、積分器。常用于PID控制。分類：直流測(cè)速發(fā)電機(jī)；異步（交流）測(cè)速發(fā)電機(jī)；同步發(fā)電機(jī)。 53直流測(cè)速發(fā)電機(jī)0eUEKneEKn54直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤

22、差 1） 電樞反應(yīng)的影響 發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞中通過(guò)的電流Ia產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)，使氣隙中的合成磁場(chǎng)產(chǎn)生畸變 2）延遲換向的影響 延遲換向是指換向元件中的總電動(dòng)勢(shì)eK阻礙電流變化，使換向延遲的現(xiàn)象。 3）溫度的影響 溫度變化導(dǎo)致勵(lì)磁繞組電阻變化，將引起勵(lì)磁電流和磁通的變化 4）紋波電動(dòng)勢(shì)的影響 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)因換向片數(shù)有限，而電樞繞組電動(dòng)勢(shì)是每一支路中有限個(gè)元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的疊加，因此輸出電動(dòng)勢(shì)總是帶有微弱的波動(dòng)，這種微小的波動(dòng)稱為紋波，紋波造成了線性誤差。 5） 電刷接觸壓降對(duì)輸出特性的影響 電刷接觸電壓的影響導(dǎo)致輸出特性存在不靈敏區(qū)。55直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要性能指標(biāo) 1）線性誤差 在工作轉(zhuǎn)速范圍

23、內(nèi)，實(shí)際輸出特性曲線與線性輸出特性之間的最大差值與最高線性轉(zhuǎn)速在線性特性曲線上對(duì)應(yīng)的電壓之比。 2）靈敏度 也稱輸出斜率，是指在額定勵(lì)磁電壓下，轉(zhuǎn)速為1000 rmin時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓。 3）最高線性工作轉(zhuǎn)速和最小負(fù)載電阻 是保證測(cè)速發(fā)電機(jī)工作在允許的線性誤差范圍內(nèi)的兩個(gè)使用條件。56 4）不靈敏區(qū) 由電刷接觸壓降Ub而導(dǎo)致輸出特性斜率顯著下降(幾乎為零)的轉(zhuǎn)速范圍。該性能指標(biāo)在超低速控制系統(tǒng)中是重要的。 5）輸出電壓的不對(duì)稱度 指在相同轉(zhuǎn)速下，測(cè)速發(fā)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)時(shí)，輸出電壓絕對(duì)值之差與兩者平均值之比。對(duì)要求正、反轉(zhuǎn)的控制系統(tǒng)需考慮該指標(biāo)。 6）紋波系數(shù) 測(cè)速發(fā)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下，輸出電壓中交

24、流分量的有效值與直流分量之比。高精度速度伺服系統(tǒng)對(duì)該指標(biāo)的要求較高。57交流（感應(yīng)）測(cè)速發(fā)電機(jī) 交流測(cè)速發(fā)電機(jī):同步測(cè)速發(fā)電機(jī)和感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)兩大類。 同步測(cè)速發(fā)電機(jī)定子輸出繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和頻率都隨轉(zhuǎn)速n的變化而變化，不宜用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中。 感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的定子上有兩相正交繞組，其中一相接電源勵(lì)磁，另一相用作輸出電壓信號(hào)。 鼠籠轉(zhuǎn)子感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但性能較差；空心杯形轉(zhuǎn)子感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)性能好，是目前應(yīng)用最廣泛的一種交流測(cè)速發(fā)電機(jī)。58轉(zhuǎn)子切割勵(lì)磁磁場(chǎng)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)220fUEn 0104.44rvvwrrfff k Nkn59主要技術(shù)指標(biāo) （1）線性誤差 嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，輸出電壓

25、和轉(zhuǎn)速之間不是直線關(guān)系，由非線性引起的誤差稱為線性誤差 （2）相位誤差 相位誤差是指交流測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電壓與勵(lì)磁電壓之間相位移的變化量，它隨轉(zhuǎn)速的改變而變化。 （3）剩余電壓 剩余電壓是指交流測(cè)速發(fā)電機(jī)在勵(lì)磁繞組接額定勵(lì)磁電壓，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)輸出繞組中所產(chǎn)生的電壓。它會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作而引起系統(tǒng)的誤差。 外接補(bǔ)償裝置用補(bǔ)償繞組來(lái)消除剩余電壓,可以達(dá)到完全補(bǔ)償剩余電壓的目的。 （4）輸出斜率（靈敏度）： 輸出斜率是額定勵(lì)磁電壓下，轉(zhuǎn)速為1000 rmin時(shí)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓。輸出斜率越大，測(cè)速發(fā)電機(jī)靈敏度就越高。 60直流測(cè)速發(fā)電機(jī)與異步測(cè)速發(fā)電直流測(cè)速發(fā)電機(jī)與異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的性能比較機(jī)的性能

26、比較沒(méi)有相位波動(dòng)，沒(méi)有剩余電壓,輸出特性較軟，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，摩擦轉(zhuǎn)矩大，換向時(shí)有火花和無(wú)線電干擾信號(hào)，輸出特性不穩(wěn)定且正反向不對(duì)稱。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易維護(hù)，慣量小，輸出特性穩(wěn)定（正反轉(zhuǎn)對(duì)稱），精度高，工作可靠。存在剩余電壓和相位誤差，且負(fù)載的大小和性質(zhì)會(huì)影響輸出電壓的幅值和相位。615.6自整角機(jī)（用于角度的傳輸、變換和指示） 特點(diǎn)特點(diǎn)在隨動(dòng)系統(tǒng)中，用于角度的傳輸、變換和指示。通常是兩臺(tái)或多臺(tái)組合使用，異地兩根軸同步旋轉(zhuǎn)。 分類： 發(fā)送機(jī)接收機(jī)；力矩式（指示系統(tǒng)）控制式（隨動(dòng)系統(tǒng)）；三相（電軸）單相（角度傳遞系統(tǒng)）。 62自整角機(jī)及其變送器實(shí)物圖635.6.1控制式自整角機(jī)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子繞組為初級(jí)繞組，通常

27、按50Hz或400Hz的交流勵(lì)磁電壓。定子繞組為次級(jí)繞組。次級(jí)繞組中感應(yīng)的電壓取決于磁力線與線圈切割時(shí)的角度。當(dāng)兩組平行時(shí)為最大，而當(dāng)兩繞組正交時(shí)為零。所以在任何一個(gè)繞組中感應(yīng)的電壓取決于轉(zhuǎn)子相對(duì)于該繞組的位置?？刂剖阶哉菣C(jī)發(fā)送機(jī) 64定子繞組中的感應(yīng)電壓與轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系 rzsKEEcos2)120cos(3rzsKEE)120cos(1rzsKEE這三個(gè)線間電壓與軸的轉(zhuǎn)角是單值對(duì)應(yīng)的，沒(méi)有任何兩個(gè)軸的轉(zhuǎn)角位置上能使三個(gè)電壓對(duì)應(yīng)相等。 655.6.2力矩式自整角接收機(jī)力矩式自整角接收機(jī) 力矩式自整角接收機(jī)與控制式自整角發(fā)送機(jī)相反，是一種把電壓變成位置的傳感器。 兩個(gè)裝置的定子引線間是

28、電聯(lián)系，兩個(gè)轉(zhuǎn)子使用同一個(gè)勵(lì)磁。 66自整角發(fā)送機(jī)接收機(jī)機(jī)組當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角cr與在相應(yīng)的一對(duì)定子引線之間感應(yīng)出相等的電壓，在任一個(gè)裝置中都沒(méi)有定子電流流動(dòng)。因?yàn)闆](méi)有產(chǎn)生定子磁場(chǎng)，在定子和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間沒(méi)有相互作用，因而在轉(zhuǎn)子上不產(chǎn)生力矩。 相同時(shí)，如果自整角發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子相對(duì)于自整角接收機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，在相應(yīng)的定子繞組磁場(chǎng)中感應(yīng)的電壓就不相等。此電壓差將引起兩定子繞組之間流過(guò)電流。定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個(gè)力矩。 67自整角發(fā)送機(jī)接收機(jī)機(jī)組的使用局限于較低的負(fù)載力矩，其精度由接收機(jī)軸承的摩擦和負(fù)載來(lái)確定。常用于機(jī)械負(fù)載輕的儀表指示系統(tǒng)。 685.6.3控制式自整角變壓器控制式自整角

29、變壓器 控制式自整角變壓器是專為隨動(dòng)系統(tǒng)中作為位置傳感器和誤差檢測(cè)器而設(shè)計(jì)的。其結(jié)構(gòu)與發(fā)送機(jī)或接收機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，其中定子是由三個(gè)相隔間距的形連接的繞組構(gòu)成。而轉(zhuǎn)子是圓柱形的，屬于隱極結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)均勻的氣隙而具有最小的激磁電流。另外控制式自整角變壓器具有較高的繞組阻抗使其輸入功率盡可能降低到實(shí)際需要的大小。 69當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的軸線垂直于發(fā)送機(jī)軸位置指明的磁場(chǎng)矢量時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電壓為零。因此控制式自整角變壓器的零點(diǎn)或零位被定義為轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓為零位位置。 )sin(maxbfzEE705.6.4控制式差動(dòng)發(fā)送機(jī)控制式差動(dòng)發(fā)送機(jī)控制式差動(dòng)發(fā)送機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子都有三個(gè)相距的繞組如圖519所示。這些繞組與自整角發(fā)送機(jī)的定子繞組相似。這種布局為該裝置提供了兩個(gè)輸入：作用在定子繞組上的自整角發(fā)送機(jī)數(shù)據(jù)以及作用在轉(zhuǎn)子上的機(jī)械角度輸入。 71接收機(jī)的轉(zhuǎn)角 dfc如果把自整角發(fā)送機(jī)和差動(dòng)發(fā)送機(jī)的接頭S1和S3互換，則輸出將是這兩個(gè)輸入角之和 72控制式和力矩式自整角機(jī)的比較 項(xiàng) 目控制式自整角機(jī)力矩式自整角機(jī)負(fù)載能力 自整角變壓器只輸出信號(hào)，負(fù)載能力取決于系統(tǒng)中伺服電動(dòng)機(jī)及放大器的功率接收機(jī)的負(fù)載能力受到精度及比整步轉(zhuǎn)矩的限制，故只能帶動(dòng)指針、刻度盤等輕負(fù)載精 度 較高較低系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 較復(fù)雜，需要用伺服電動(dòng)機(jī)、放大器、減速齒輪等較簡(jiǎn)單，不需要用其