學習目標:

項目四常用控制電機掌握伺服電動機、測速發電機、步進電機、機等控制電機的結構、性能和工作原理。了解控制電機在生產領域中的實際應用。結構、性能、用途或原理等與常規電機不同，且體積和輸出功率較小的微型電機或特種精密電機，一般其外徑不大于130mm。

項目四常用控制電機定義：控制用特種電機驅動用特種電機分類：驅動各種機構、儀表以及家用電器等。在自動控制系統中傳遞、變換和執行控制信號的小功率電機

任務1：伺服電動機案例1：數控機床伺服系統是以機床移動部件的機械位移為直接控制目標的自動控制系統，也稱位置隨動系統，它接收來自插補器的步進脈沖，經過變換放大后轉化為機床工作臺的位移。高性能的數控機床伺服系統還由檢測元件反饋實際的輸出位置狀態，并由位置調節器構成位置閉環控制。伺服電動機外形圖調速范圍寬。機械特性和調節特性為線性。無“自轉”現象。快速響應。在自動控制系統中，對伺服電動機的性能要求：交流伺服電動機直流伺服電動機分類：輸出功率較大輸出功率較小一、直流伺服電動機（一）結構結構和原理與普通直流電動機的結構和原理沒有根本區別。電磁式直流伺服電動機永磁式直流伺服電動機按照勵磁方式分類：不需要勵磁繞組和勵磁電源一般采用他勵結構無槽電樞直流伺服電動機空心杯形轉子直流伺服電動機按照轉子結構分類：力能指標較低散熱好、力能指標高、快速性好（二）控制方式電樞控制恒壓勵磁控制電壓電樞控制中回路電感小，響應快，在自動控制系統中多采用電樞控制。UfUc（二）控制方式磁場控制恒壓控制電壓UCUf機械特性表達式:磁路一般不飽和，不考慮電樞反應，認為主磁通Φ大小不變。特性分析Tm2>Tm1>Tem機械特性調節特性始動電壓線性度好，調整范圍大，起動轉矩大，效率高UC1>UC2>UC3電樞電流較大；電刷和換向器維護工作量大；接觸電阻不穩定；電刷與換向器之間的火花有可能對控制系統產生干擾。缺點：始動電壓越高，死區越大。負載越大，死區越大，伺服電機不靈敏，所以不可帶太大負載。二、交流伺服電動機（一）結構非磁性空心杯形轉子籠型轉子結構形式:體積較大，氣隙小，所需的勵磁電流小，功率因數較高，電動機的機械強度大，但快速響應性能稍差，低速運行也不夠平穩。轉動慣量小且具有較大的電阻。響應快、運行平穩的優點，但結構復雜，氣隙大，空載電流大，功率因數較低。二、交流伺服電動機（一）結構機殼外定子繞組外定子內定子轉軸空心杯轉子勵磁繞組控制繞組空間相差90o電角度空心杯轉子交流伺服電動機結構示意圖（二）工作原理兩個繞組共同作用在電動機內部產生了一個旋轉磁場，使轉子轉動。“自轉”當轉子轉動起來以后，斷開起動繞組，電動機仍然能夠轉動。“自轉”的消除：增加伺服電動機的轉子電阻轉子電阻較小（臨界轉差率Sm<1）時的機械特性轉子電阻較大（臨界轉差率Sm≥1）時的機械特性電磁轉矩的方向與轉速的方向相同，電動機仍然能夠轉動。電磁轉矩的方向與轉速的方向相反，電動機迅速停轉。（三）控制方法改變加在控制繞組上的電壓的大小和相位，能夠改變電動機轉速的大小和方向。1.幅值控制改變控制電壓的幅值來控制電機的轉速，而相位始終保持不變。UC=0，則轉速為0，電動機停轉.2.相位控制改變控制電壓的相位,從而改變控制電流與勵磁電流之間的相位角來控制電動機的轉速。與之間的相位角為00時，則轉速為0，電動機停轉。3.幅相控制移相電容同時改變控制電壓的幅值及與之間的相位角來控制電機的轉速UC改變時，If也跟著改變任務2步進電動機案例3：步進電動機驅動數控機床分類：電脈沖信號轉換成相應角位移的電動機，每當一個電脈沖加到步進電動機的控制繞組上時，它的軸就轉動一定的角度，角位移量與電脈沖數成正比，轉速與脈沖頻率成正比，又稱為脈沖電動機。永磁式磁阻式（反應式）按勵磁方式分類：混磁式單相兩相三相多相一、模型結構示意圖定子轉子轉子齒二、工作原理三相磁阻式步進電動機單三拍控制時的工作原理磁力線總是通過磁阻最小的路徑閉合，轉子受到磁阻轉矩的作用U相控制繞組通電，V、W兩相控制繞組不通電轉子齒1和3與定子U相磁級軸線對齊，轉子停止轉動二、工作原理三相磁阻式步進電動機單三拍控制時的工作原理磁力線總是通過磁阻最小的路徑閉合，轉子受到磁阻轉矩的作用V相控制繞組通電，U、W兩相控制繞組不通電轉子齒2和4與定子V相磁級軸線對齊，轉子停止轉動二、工作原理三相磁阻式步進電動機單三拍控制時的工作原理磁力線總是通過磁阻最小的路徑閉合，轉子受到磁阻轉矩的作用W相控制繞組通電，U、V兩相控制繞組不通電轉子齒1和3與定子W相磁級軸線對齊，轉子停止轉動結論：按U－V－W－U的順序輪流給各相控制繞組通電轉子在磁阻轉矩的作用下按U－V－W相序方向一步一步的轉動轉速:取決于繞組變換通電狀態的頻率，即輸入脈沖的頻率。旋轉方向:取決于控制繞組輪流通電的順序。幾個概念：“一拍”控制繞組從一種通電狀態變換到另一種通電狀態。步距角θb

每一拍轉子轉過的角度。三相步進電動機的控制方式三相單三拍、三相雙三拍、三相單、雙六拍控制方式。轉子轉過一個齒距需要的拍數為N

轉子齒數

三相單三拍控制方式每次只有一相控制繞組通電，切換三次為一個循環。運行不穩定，很少采用。切換瞬間，轉子失去自鎖能力，容易失步（即轉子轉動步數與拍數不相等），在平衡位置也容易產生振蕩三相雙三拍控制方式每次有兩相繞組同時通電，如UV－VW－WU－UV，每一循環也需要切換三次，步距角與三相單三拍控制方式相同，也為30o三相單雙六拍控制方式通電順序如：U－UV－V－VW－W－WU－U，步距角只有三相單三拍和雙三拍的一半，為15o在切換過程中始終保證有一相持續通電，力圖使轉子保持原有位置，工作比較平穩轉速：

脈沖電源的頻率

為滿足生產中小位移量的要求，須減小步距角，實際中轉子和定子磁極都加工成多齒結構：