电机拖动课件 第六章 控制电机.ppt

第六章 控制电机 第一节 伺服电动机 亦称执行电动机，它具有一种服从控制信号的要求而动作的职能，在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能即时自行停转。 常用的伺服电动机有交流伺服电动机和直流伺服电动机两大类。 一、交流伺服电动机 （一）工作原理 为了讲解伺服电动机的工作原理，先简单讲述单相异步电动机的工作原理。 单相异步电动机的定子绕组由单相电源供电，定子上有一个或两个绕组。 单相正弦电流通过定子绕组时，产生交变脉动磁场。所谓脉动磁场就是空间位置固定，大小随时间变化的磁场。 三相异步电动机转子转动的必要条件有哪些？ 单相异步电动机的定子绕组中有单相正弦电流通过，各点磁感应强度按正弦规律分布，随电流在时间上作正弦交变，而交变脉动磁场可分成两个旋转磁场，它们以同一转速n0在相反的方向旋转（ ），它们的磁感应强度 的幅值相等，且幅值大小为脉动磁 场磁感应强度幅值 的一半。 在t＝0时，两个旋转磁场的磁感应 强度矢量 和 相反，其合成磁感 应强度B＝0。到t＝t1时， 和 按 相反方向各在空间转过ω t1角，故合成磁感应强度： 同样，在任意瞬时t： 如果转子是静止的，则分成的两个转向相反的旋转磁场分别在转子中感应出大小相等、方向相反的电动势和电流，因此产生的转距也大小相等，方向相反而互相抵消，即起动转距为零。 如果电动机的转子借助外力向任意方向以转速n开始转动，则 与电动机转子转向相同的正向旋转磁场对转子的作用和三相异步电动机一样 且 而反向旋转磁场与转子间的相对转速很大，转差率为： 因此反向旋转磁场在转子中产生的感应电动势很大，电流的频率： 也很大，在此频率下，转子绕组（线圈）的感抗很大，由异步电动机电磁转距的表达式： 因为感抗大，所以 很小，所以合成转距的方向就是与转子转动相同的方向，这样转子就可继续转动。 由此可知，要使单相异步电动机能持续不停地转动，首先因使电动机的转子转动，如何使电动机的转子转动？ 在主绕组A之外另加一套辅助绕组B，两者在空间上相差90°，当通入相位相差约90°的两相电流时，也能产生旋转磁场，使电动机转动，当电动机达到额定转速时，再断开辅助绕组中的电源。 产生相位相差的电源的方法之一，是在辅助绕组中串入电容： 由于单相异步电动机的转差率较大，因而其功率因素降低，加之作用了一个反向转距，且产生磁通Φ的磁感应强度的幅值 较小， 因此，单相异步电动机的功率因素和效率都降低，主要制成功率为几百瓦的小型电动机。 问题：三相异步电动机断了一根电源线后，电动机是否能转动？ 交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机相似，当它在系统中运行时，励磁绕组固定地接到电 源上，控制电压为零时，气隙内磁 场为脉振磁场，电动机无起动转矩， 转子不转。若有控制电压加在控制 绕组上，且控制绕组内流过的电流 和励磁绕组内的电流不同相，相当 于单相异步电动机的辅助绕组中通 入了电流，在气隙内建立了一定大 小的旋转磁场，因此电动机有了起 动转矩，转子就旋转起来。 但随之出现的问题是，单相异步电动机开始转动后即使控制电路中的信号消失（即无控制电压，控制绕组中无电流），电动机仍将继续转动，这不符合“信号来到，转子立即转动；信号消失，转子能即时自行停转。”的要求。 单相异步电动机在正常运行时，正、反向机械特性以及合成机械特性见下左侧的图所示，因而不能满足上述要求 解决的办法：增大转子电阻，根据前面所分析的异步电动机的机械特性，最大转矩所对应的临界转差率Sm随转子电阻的增加而变大当 时，也可写成 ， 则正、反向的机械特性必呈现S＋＝1，M＋＝Mmax， S-＝1，M-＝Mmax-，因此正、反向机械特性以及合成机械特性如下右侧的图 从合成的机械特性看出，当单相励磁时， 在电动机运行范围内（0＜S＋＜l）， 出现负转矩，从而产生制动转矩。 如果使交流伺服电动机的转子电 阻满足条件 ， 它在系统中运行时，控制电压为 零，信号消失后，便出现负转矩， 转子能自行停转。所以为了克服自转现象，以防止误动作，必须将转子电阻设计为满足 ≥1。 但转子电阻不能过大，否则会降低交流伺服电动机的起动转矩，以致影响其适应性。 （二）结构特点 伺服电动机转子的结构有笼型和杯形两种，因要求伺服电动机的动作灵敏，为了减小转子的转动惯量，笼型转子作得细而