控制電動(dòng)機(jī)綜述

1、控制電動(dòng)機(jī)綜述1. 1. 控制電機(jī)在現(xiàn)代化建設(shè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用控制電機(jī)在現(xiàn)代化建設(shè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用 控制電機(jī)是一種機(jī)電元件，它在各類自動(dòng)控制系統(tǒng)中具有執(zhí)行、檢測(cè)和解算的功能。 傳統(tǒng)的控制電機(jī)是一種微電機(jī)，機(jī)座外徑約在幾毫米至幾十毫米之間，容量在幾十毫瓦至幾百瓦之間；目前控制電機(jī)的功率已達(dá)數(shù)十千瓦。 控制電機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、現(xiàn)代軍事裝備和其它科技領(lǐng)域中不可缺少的重要元件，它的應(yīng)用范圍十分廣泛。概述2. 2. 控制電機(jī)的分類控制電機(jī)的分類（1 1）執(zhí)行元件）執(zhí)行元件（功率元件）。它包括直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和力矩式自整角接收機(jī)等。它的任務(wù)是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成

2、軸上的角速度、線速度和角位移，并帶動(dòng)控制對(duì)象運(yùn)動(dòng)。因向控制對(duì)象輸出機(jī)械功率，所以此類控制電機(jī)又稱為功率元件。（2 2）測(cè)量元件）測(cè)量元件（信號(hào)元件）。它包括直流測(cè)速發(fā)電機(jī)、交流測(cè)速發(fā)電機(jī)、控制式自整角機(jī)等。它的任務(wù)是將機(jī)械轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)角差轉(zhuǎn)換成為電壓信號(hào)。由于它們能夠測(cè)量機(jī)械轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)角差，把機(jī)械量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送入自動(dòng)控制系統(tǒng)中，所以又稱為信號(hào)元件。3. 3. 自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)控制電機(jī)的基本要求自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)控制電機(jī)的基本要求 高可靠性高可靠性?？刂齐姍C(jī)的工作可靠性對(duì)保證自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常工作極為重要。在宇宙航行系統(tǒng)、軍事裝備和一些現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)中，對(duì)所用控制電機(jī)的可靠性總是提出第一位的

3、要求。無(wú)刷電機(jī)的可靠性比有刷電機(jī)好。高精度高精度。在軍事設(shè)備、無(wú)線電導(dǎo)航與定位、位置指示、自動(dòng)記錄、遠(yuǎn)程控制、機(jī)床加工、自動(dòng)控制等系統(tǒng)中，對(duì)精度要求越來(lái)越高，因而相應(yīng)的這些系統(tǒng)中所使用的控制電機(jī)在精度方面也提出了更高的要求，有時(shí)它們的精度對(duì)系統(tǒng)起著決定性的作用?？焖夙憫?yīng)快速響應(yīng)。由于自動(dòng)控制系統(tǒng)中主令信號(hào)變化很快，所以要求控制電機(jī)特別是功率元件能對(duì)信號(hào)做出快速響應(yīng)。4. 4. 控制電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)控制電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)（1）產(chǎn)品向小型、輕量、薄型化方向發(fā)展。（2）新型材料的應(yīng)用：工程塑料；高性能稀土永磁材料。（3）電機(jī)及其控制電路向集成化、專用化和機(jī)電一體化方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、微電子技術(shù)和電力

4、電子技術(shù)的發(fā)展，為控制電機(jī)的集成化、專用化和機(jī)電一體化提供了條件。（4）新型產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。超聲波電機(jī)；靜電電機(jī)；光熱電機(jī)等。3.1 伺服電動(dòng)機(jī)概述1. 1. 伺服電動(dòng)機(jī)的概念伺服電動(dòng)機(jī)的概念 伺服電動(dòng)機(jī)又稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，其功能是把輸入的電壓信號(hào)變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出。2. 2. 伺服電動(dòng)機(jī)的分類伺服電動(dòng)機(jī)的分類（1 1）直流伺服電動(dòng)機(jī)：）直流伺服電動(dòng)機(jī)：普通直流伺服電動(dòng)機(jī)，低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)，直流力矩電動(dòng)機(jī)；（2 2）交流伺服電動(dòng)機(jī)：）交流伺服電動(dòng)機(jī)：兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，無(wú)刷永磁伺服電動(dòng)機(jī)；（3 3）直線伺服電動(dòng)機(jī)）直線伺服電動(dòng)機(jī)（1）寬廣的調(diào)速范圍：轉(zhuǎn)速隨控制信

5、號(hào)可作寬范圍的連續(xù)調(diào)節(jié)。（2）機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性；（3）無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象；（3）轉(zhuǎn)子的慣量小，快速響應(yīng)。隨控制電壓改變反應(yīng)靈敏，迅速實(shí)現(xiàn)起動(dòng)、停轉(zhuǎn)等。 此外，還要求伺服電動(dòng)機(jī)的控制功率小、過載能力強(qiáng)、可靠性好，重量輕、體積小等。3. 控制系統(tǒng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求控制系統(tǒng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求1.1.兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似。 從結(jié)構(gòu)上看，電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。運(yùn)行時(shí)定子繞組通入交流電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在閉合的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。（1）定子：由定

6、子鐵心和定子繞組繞組構(gòu)成。為了控制方便，定子為兩相繞組，在空間相差90電角度。其中一相為勵(lì)磁繞組，運(yùn)行時(shí)接至電壓為Uf的交流電源上；另一相為控制繞組，施加與Uf同頻率、大小或相位可調(diào)的控制電壓Uc，通過Uc控制伺服電動(dòng)機(jī)的起、停及運(yùn)行轉(zhuǎn)速。由于勵(lì)磁繞組電壓Uf固定不變，而控制電壓Uc是變化的，故通常情況下兩相繞組中的電流不對(duì)稱，電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)也不是圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 （2）轉(zhuǎn)子 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式有三種：籠型轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子、非磁性空心杯轉(zhuǎn)子非磁性空心杯轉(zhuǎn)子和鐵磁性空心杯轉(zhuǎn)子鐵磁性空心杯轉(zhuǎn)子。1 1籠型轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子 與普通籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子相似，只是為了減少轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，需做的細(xì)而長(zhǎng)。轉(zhuǎn)子籠的導(dǎo)條和端環(huán)可以用銅（通常采用高電阻率的黃銅或青銅等）制造，也可以采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。2 2非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子 它的定子分為外定子和內(nèi)定子兩部分，內(nèi)外定子鐵心通常均由硅鋼片疊成。外定子鐵心槽中放置空間相距90電角度的兩相交流繞組，內(nèi)定子鐵心中一般不放繞組，僅作為磁路的一部分。在內(nèi)、外定子之間有細(xì)長(zhǎng)的空心轉(zhuǎn)子裝在轉(zhuǎn)軸上，空心轉(zhuǎn)子做成杯子形狀，所以稱為空心杯形轉(zhuǎn)子。SMfUCUCWFW控制電壓控制繞組勵(lì)磁電壓勵(lì)磁繞組CfUCW