1、第六章 控制電機本章要求了解機電傳動控制系統中一些常用的控制電機在了解其基本結構的基礎上，重點掌握各種控制電機的基本工作原理、主要運行特性及特點、，以求正確選擇和使用它們。9/1/20221與一般電機的區別動力電機：能量轉換，要求力能指標高。控制電機：控制信號的變換和傳遞，要求技術性能穩定可靠、動作靈敏、精度高、體積小、重量輕、耗電少。9/1/20222控制電機簡介控制電機用于自動控制、自動調節、遠距離測量、隨動系統以及計算機裝置中的微特電機。功率和體積都比普通電機小得多，一般功率從1w到幾百w分類：測量元件、放大元件、執行元件和校正元件.對控制電機的基本要求：精度高、響應快和性能穩定可靠。

2、9/1/20223學習本章主要考慮的問題結構上的特殊性原理上的特殊性應用上的特殊性9/1/2022461 交流伺服電動機一、伺服電動機也稱為執行電動機，在控制系統中用作執行元件，將電信號轉換為軸上的轉角或轉速，以帶動控制對象。有交流和直流兩種，最大特點是可控。轉速和轉向隨輸入電壓信號的大小和方向的變化而變化。 9/1/20225伺服電動機的特點1、可控性好；2轉子慣性小，響應快，轉速的高低和方向隨控制電壓信號變化快反應靈敏；3、 穩定性好。轉速能隨轉矩的增大均勻下降；4、調速范圍大。轉速能根據電壓信號的變化在較大范圍內調節；5、控制功率小、過載能力強，可靠性好，重量輕，體積小，耗電省。9/1/

3、20226伺服電動機的分類直流伺服電動機：用于功率稍大的系統，輸出功率為1w600w；交流伺服電動機：輸出功率為0.1w100w, 功率較小9/1/20227二、兩相交流伺服電動機的結構和原理控制繞組勵磁繞組9/1/20228兩相交流伺服電動機性能特點、應用范圍種類型號結構特點性能特點應用范圍鼠籠式轉子SL類似于普通鼠籠轉子，但細長，電阻率高勵磁電流小，體積小，機械強度高，低速不穩定，速度有抖動小功率的自動控制系統空心杯轉子SK薄壁圓筒形，放于內外定子之間轉動慣量小，運行平滑，無抖動現象，勵磁電流大，體積大要求運行平滑的系統9/1/20229兩相交流伺服電動機的基本工作原理一個空間軸線固定而大

4、小按正弦規律變化的脈動磁場，可以分解成兩個大小相等而方向相反的旋轉磁場。TL9/1/202210基本原理及自轉現象脈動磁場圓形磁場橢圓磁場9/1/202211消除自轉現象的措施：增大轉子電阻脈動磁場橢圓磁場脈動磁場合成曲線當Wc0，旋轉磁場 脈動磁場 自轉現象9/1/202212增大轉子電阻的優點 1、利于消除自轉現象，使單相供電時合成的電磁轉矩在二、四象限，成為制動轉矩；2、使穩定運行段加寬，啟動轉矩增大，有利于調速和啟動。 9/1/202213單相異步電動機的Tf(S)曲線9/1/202214特性和應用1、控制特性9/1/2022152、應用舉例啟動、停止控制 調節轉速的高低 改變電動機的

5、轉向 9/1/20221662 直流伺服電動機直流伺服電動機，通常用于功率稍大的系統中。基本結構和工作原理與普通直流他勵電動機相同，只是它做得比較細長一些，以便滿足快速響應的要求。9/1/202217直流伺服電動機原理9/1/2022189/1/202219轉速和轉向的控制方法 電樞控制：改變控制電壓。響應迅速、機械特性硬、調速特性好； 磁場控制：改變磁通。9/1/202220直流伺服電動機的機械特性機械特性的特點1 堵轉矩大，線性度好，機械特性較硬；2、有換向器，結構復雜，易產生無線電干擾。 9/1/20222163 力矩電動機力矩電動機是一種能和負載直接連接產生較大轉矩，能帶動負載在堵轉或

6、大大低于空載轉速下運轉的電動機。低轉速、大轉矩廣泛應用在各種位置及速度伺服系統中作為驅動電動機。9/1/202222力矩電動機的分類直流力矩電動機：應用廣泛，具有良好的低速平穩性、線性的機械特性及調節特性交流力矩電動機1、異步型：多極扁平型結構，工作可靠，低速性能需完善。有兩相和三相之分，在小功率伺服系統中多采用兩相的，在一般工業（如紡織、印染、造紙等行業）中多采用三相的。2、同步型：主要做成磁阻式電磁減速同步電動機 9/1/202223永磁式直流力矩電動機結構特點：電樞多做成扁平狀分類：分裝式：定子、轉子和刷架內裝式：與一般的直流電動機相同9/1/202224直流力矩電動機轉矩大轉速低的原因

7、1.轉矩大的原因2. 轉速低的原因9/1/202225直流力矩電動機的特點和應用優點：堵轉矩大而不損壞電機，精度高，反應速度快，線性度好。應用于數控機床、衛星天線、雷達天線的驅動等。9/1/20222664 小功率同步電動機一、小功率同步電動機 一種連續運轉的同步電動機，將不變的交流電信號變換為轉速恒定的機械運動，功率從幾W到幾百W。 主要用于需要恒轉速，小功率（100瓦以下）的執行元件。 在傳動的裝置中用作傳動電動機，在自動控制系統中用作執行元件。9/1/202227結構永磁鐵硬磁材料分類：1、根據定子旋轉磁場分類：三相、單相、罩極2、根據轉子結構材料分類：永磁式反應式（磁阻式）磁滯式啟動困

8、難（除磁滯式和磁阻減速電機）9/1/202228小功率同步電動機特點一、永磁式同步電動機 特點：不需要電刷和滑環，因而結構簡單，運行可靠，效率較高，但起動特性不好，體積也比較大。 應用范圍：適用于要求轉速恒定場合。例如化纖紡織設備、自動化裝置、自動記錄儀表。在這些設備和裝置中，主要作為驅動元件。 二、磁阻式同步電動機特點：結構簡單，運行可靠，起動特性較好，轉子采用凸極結構，交軸磁阻大，勵磁電流大，因而功率因數低，效率不高。應用范圍：適用于大容量轉速恒定的場合。例如音響設備、攝影、記錄，通信裝置。 9/1/202229小功率同步電動機特點三、磁滯式同步電動機 磁滯：鐵磁體在反復磁化的過程中,它的

9、磁感應強度的變化總是滯后于它的磁場強度的現象。 特點：不需要起動裝置就能自行起動；在整個起動階段磁滯轉矩恒定不變，能將轉動慣量較大的負載平穩地拉入同步。此外，結構簡單，運行可靠，運行噪音低，但功率因數和效率都不高。應用范圍：廣泛用于恒速系統中，如自動計時、儀表、亦可用于轉動慣量大的傳動裝置 、例如陀螺儀等。在這些裝置和系統中主要用作驅動元件。 當它在異步狀態運行時，還可用作伺服元件。9/1/202230永磁式同步電動機（一）結構特點與基本原理負載轉矩不能超出一定限度(最大同步轉矩)，否則電動機將停轉、稱為“失步” 功率角正比于負載轉矩T9/1/202231（二）啟動方法9/1/202232磁阻

10、式電磁減速同步電動機定子、轉子齒數不相等;（一） 結構特點（無啟動繞組）9/1/202233磁阻式電磁減速同步電動機磁力線總是力圖使自己經過的磁路磁阻最小9/1/20223465 測速發電機9/1/202235一測速發電機（一）測速發電機將機械轉速信號轉換為相應的電壓信號，輸出的電壓與轉速成正比，在自動控制系統中作為檢測轉速的信號元件。 測速發電機的輸出電壓為： （二）測速發電機的主要用途1 測量轉速。測速發電機的輸出電壓與轉速；2作為機電微分、積分器。9/1/202236（三）自動控制系統對測速發電機的主要要求1、線性度好；2、有足夠的靈敏度；3、剩余電壓低；4、輸出電壓的極性或相位能隨轉動

11、方向的改變而改變；5、 轉動慣量和電磁時間常數小，響應快。9/1/202237（四）分類直流測速發電機交流測速發電機 異步測速發電機 同步測速發電機：很少采用 9/1/202238二異步（交流）測速發電機（一）基本結構和工作原理9/1/202239（二）交流測速發電機的幾個技術指標 1、剩余電壓nmaxUmax1）剩余電壓 9/1/202240三 直流測速發電機（一）基本結構電磁式永磁式 9/1/202241（二）基本原理及特性注意：nRN9/1/202242四、測速發電機的性能比較（一）異步測速發電機優點：不需要電刷和換向器，結構簡單，維護容易，慣量小，無滑動接觸，輸出特性穩定，精度高，摩擦

12、轉矩小；不產生無線電干擾，工作可靠，正、反向旋轉時輸出特性對稱。主要缺點：存在剩余電壓和相位誤差；負載的大小和性質會影響輸出電壓的幅值和相位。 （二）直流測速發電機優點：沒有相位波動，沒有剩余電壓，輸出特性的斜率比異步測速發電機的大。缺點：有電刷和換向器，結構復雜，維護不便，摩擦轉矩大，有換向火花，產生無線電干擾信號；輸出特性不穩定；正、反向旋轉時，輸出特性不對稱。 9/1/20224366 自整角機一、自整角機 在隨動系統中，廣泛用來進行角度的傳輸、變換和指示。通常用兩臺或多臺組合使用，實現兩個或兩個以上機械不相連接的轉軸同時偏轉或同步旋轉。9/1/202244（二）分類1按其在隨動系統中的

13、作用 自整角發送機：產生信號 自整角接收機：接收信號2按使用要求控制式自整角機：用于隨動系統，作為檢測元件，將轉角信號變換為與轉角成一定函數關系的電壓信號。適用于負載較大、精度要求較高的場合。力矩式自整角機：用于指示系統，可以遠距離傳輸角度信號。適用于系統精度要求不高和只帶指針或刻度盤等輕負載的場合。3按相數不同 三相自整角機：用于電軸系統。 單相自整角機：用于角傳遞系統9/1/202245二單相自整角機（一）結構特點三相整步繞組勵磁繞組9/1/202246三、控制式自整角機（一）結構 1接線 2轉角基準電氣零位 9/1/202247控制式自整角機9/1/202248（二）基本工作原理9/1/

14、202249（三）應用舉例9/1/202250四力矩式自整角機（一）基本工作原理9/1/202251（二）應用舉例9/1/202252五、產品選擇及應用一、系統選擇：精度不高、負荷輕采用力矩式指示系統。精度高負載重采用控制式組成伺服系統。二.產品選擇：1.小尺寸的自整角機較為可靠；2.長線傳送采用高壓。3.尺寸要求較小時可采用400HZ中頻電源，反之采用50HZ。9/1/20225367 直線電動機一直線電動機伺服驅動元件，可直接將電能轉換為直線運動。分類（按工作原理）直線異步電動機直線直流電動機直線同步電動機9/1/202254直線異步電動機9/1/202255直線異步電動機的結構9/1/2

15、02256直線異步電動機的工作原理 行波磁場同步速度9/1/202257直線電動機的特點1.無中間傳動裝置，系統簡單、減小振動和噪音。 2.響應快、加速和減速時間短，可快速啟動和正反轉。3.散熱良好，額定值高，對啟動的限制小。4.裝配靈活性大。9/1/202258直線電機的應用大致可分為五個方面物流系統工業設備信息與自動化系統交通與民用軍事及其他。9/1/202259直線電機在機床業中的應用直線電機在工業設備中的應用，主要在機床業方面比較突出。近幾年，國際上對數控機床采用直線電機顯得特別熱門。原因是：傳統機床的驅動裝置依賴絲杠驅動，絲杠驅動本身具有一系列不利因素，如長度限制、機械間隙、摩擦、扭曲、螺距一周期誤差等；而直線電機不僅無此缺陷，且結構簡單、精度可以是絲杠的10倍甚至100倍，加速度可以是傳統機床的20倍以上。9/1/202260什么是磁懸浮列車？磁懸浮列車利用的是磁極吸引力和排斥力。排斥力使列車懸起來，吸引力讓列車開動。磁懸浮列車上裝有超導磁鐵，鐵路底部則安裝線圈。通電后，地面線圈產生的磁場極性與列車上的電磁體極性總保持相同，兩者“同性相斥”，排斥力使列車懸浮起來。鐵軌兩側也裝有線圈，采用長定子同步直線電機將電供至地面線圈