5.4 常用控制电动机（课件）-《电工电子技术与技能》同步教学（铁道版）

一、步进电动机 步进电动机：把电脉冲信号转换成角位移或直线位移的控制电动机。 特点：每输入一个脉冲，步进电动机就前进一步，这样角位移或线位移与输入脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。 步进电动机分类1 磁阻式(反应式) 步进电动机分类2 单相 两相 三相 多相 永磁式 5.4 常用控制电动机 5.4 常用控制电动机 5.4.1伺服电机 伺服电动机:把输入的控制信号电压转换成轴上的角位移或角速度输出，其转速和转向随控制信号电压的大小和方向而改变。 自动控制系统对伺服电动机的性能要求： （1）无自转现象 在控制信号到来之前，转子静止不动；控制信号到来后，转子迅速转动；当控制信号消失时，转子应立即停转。当控制信号为零时，电动机转子继续转动的现象称为“自转”现象。 （2）空载始动电压低 转子从静止开始起动至连续运转的最小控制电压称为始动电压。始动电压越低，灵敏度越高。 （3）机械特性和调节特性的线性度好，能在宽广的范围内平滑调速。 （4）快速响应性好，因而要求伺服电动机转动惯量小。 1. 直流伺服电动机 （1）基本结构 直流伺服电动机与普通直流电动机在结构上无本质差别。 分类 永磁式 电磁式 定子磁极由永久磁铁构成，不需励磁电源，应用很广泛 定子磁极是由铁心和励磁绕组构成 （2）基本工作原理 磁场控制 电枢控制方式 控制方式 U不变，改变Uf大小与方向 Uf不变，改变U大小与方向 无“自转” 电枢控制 2. 交流伺服电动机 （1）基本结构 交流伺服电动机在结构上与单相异步电动机类似。 分类 笼型 空型杯型 与三相异步电动机的笼型转子相似，只是转子采用细长结构，以减小转动惯量。 外定子上装有励磁绕组和控制绕组，而内定子一般没有绕组，仅作闭合磁路用。 （2）基本工作原理 图5-46 交流伺服电动机原理图 当 ， 脉振磁场，转子不动。 当 ，且 与 有相位差， 旋转磁场，使转子转动。 一旦控制电压 消失，由于 ≥1，因此可使转子能迅速停转，保证无“自转”现象。 当负载转矩一定时，改变控制电压 的大小或相位，均可改变转子的转速。 若控制电压反相，则转子就会反转。 交流伺服电动机控制方式 相位控制 幅值控制 幅相控制 固定控制电压与励磁电压的相位差为电角度 ，仅改变控制电压幅值从而改变转子转速的控制方式 控制电压幅值不变，仅改变控制电压相位从而改变转子转速的控制方式 同时改变控制电压的幅值和相位来改变转子转速的控制方式 控制方式 5.4.2步进电机 1．基本结构 定子（6极）上有控制绕组 转子铁心上没有绕组，但开有齿槽，其齿距、齿宽分别与定子磁极上的齿距、齿宽相等。 三相绕组联成星形 图5-47 反应式步进电机结构示意图 2．基本工作原理 (a)A相通电 (b)A相通电 (c)A相通电 图5-48 单三拍通电方式时转子的位置 （1）三相单三拍运行 三相 单 三拍 定子绕组为三相绕组 每次只有一相通电 每换接三次完成一个循环 若控制绕组按U V W U…的顺序通电，则转子就逆时针一步步转动，且每步转过 ，这个角度称为步距角，用 表示；如若控制绕组按U W V U…的顺序通电，则转子就顺时针一步步转动。 原理：磁通总是沿磁阻最小的路径闭合 即按UV VW WU UV…顺序通电，每次有两相绕组同时通电。运行情况与三相单三拍相同，步距角不变，仍为 。 （3）三相六拍运行 （2）三相双三拍运行 通电顺序为U UV V VW W WU U…时，即每一循环共六拍，步距角为 图5-49 六拍通电方式时转子的位置 双三拍和六拍通电方式，在切换过程中，总有一相绕组处于通电状态，转子磁极受其磁场的控制，因此不易失步，运行也较平稳，在实际中应用较为广泛。 应用 (a)A相通电 (b)A、B相通电 (4) 步距角和转速 式中， 是通电方式系数，若为单拍或双拍，则 ；若为单、双拍交替，则 。 步距角 的大小由转子齿数 、控制绕组的相数 和通电方式 所决定，即 式中，2P 是磁极数，K是正整数，m是相数。 减小步距角的方法： （最大6相) 若步进电