电机与电气控制第1页，共18页，星期日，2025年，2月5日4.1伺服电动机4.2测速发电机4.3步进电机目录上一页下一页第2页，共18页，星期日，2025年，2月5日概述控制电机是在普通旋转电机基础上发展起来的具有特殊用途的小功率电机，也称特种电机，控制电机的种类很多，按电流分类，可分为直流和交流两种；按用途分类，直流控制电机又可分为直流伺服电动机、直流测速发电机和直流力矩电动机等上一页下一页返回第3页，共18页，星期日，2025年，2月5日伺服电动机亦称执行电动机，它用于把输入的电压信号变换成电动机轴的角位移或者转速输出。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，转子立刻自行停转。4.1伺服电动机上一页下一页返回第4页，共18页，星期日，2025年，2月5日4.1.1直流伺服电动机1．结构特点和工作原理普通直流伺服电动机结构与小型普通直流电动机基本相同，分为永磁式和他励式两种，其实质上就是一台他励式直流电动机。与普通直流电动机相比，直流伺服电动机有以下特点：气隙小，磁路不饱；电枢电阻大，机械特性为软特性；电枢细长，转动惯量小。2．控制方式直流伺服电动机的励磁绕组和电枢绕组分别装在定子和转子上，直流伺服电动机有电枢控制和磁场控制两种控制方式。图4-1直流伺服电动机原理图图4-2电枢控制原理上一页下一页返回第5页，共18页，星期日，2025年，2月5日3．运行特性下面以电枢控制方式为例，简要分析其主要的机械特性和调节特性，以便正确使用直流伺服电动机。1）机械特性：机械特性是指控制电压恒定时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系2）调节特性：调节特性是指电磁转矩恒定时，电动机的转速与控制电压之间的关系图4-3电枢控制特性a）机械特性b）调节特性上一页下一页返回第6页，共18页，星期日，2025年，2月5日4.1.2交流伺服电动机1．基本结构交流伺服电动机在结构上为两相异步电动机，其定子上有空间相差90°电角度的两相绕组。图4-4杯形转子结构1－端盖2－机壳3－内定子4－外定子5－定子绕组6－杯形转子常用的转子结构有两种形式：高电阻笼型转子和非磁性空心杯转子。上一页下一页返回第7页，共18页，星期日，2025年，2月5日2．工作原理交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机相似，其原理如图4-5所示。图4-5交流伺服电动机原理3．控制方法伺服电动机不仅须具有起动和停止的伺服性，而且还须具有转速的大小和方向的可控性。1）幅值控制2）相位控制3）幅一相控制上一页下一页返回第8页，共18页，星期日，2025年，2月5日测速发电机在电力拖动系统中用来测量转速，即把机械转速信号变换成对应的电压信号，反馈到控制系统，实现对转速的调节和控制。测速发电机有直流和交流两大类。4.2测速发电机上一页下一页返回第9页，共18页，星期日，2025年，2月5日4.2.1直流测速发电机1．基本结构及工作原理直流测速发电机的定、转子结构与普通小型直流发电机相同。按励磁方式可分为永磁式和他励式两种。直流测速发电机的工作原理与一般直流发电机相同，图4-6所示为他励测速发电机的原理图。励磁绕组中流过直流电流时，产生沿空间分布的恒定磁场，电枢由被测机械拖动旋转，以恒定速度切割磁场，在电枢绕组中感生电动势。图4-6直流测速发电机工作原理图上一页下一页返回第10页，共18页，星期日，2025年，2月5日2．输出特性输出特性表征电枢电压与转子转速的函数关系，即Ua=f（n）。它是测速发电机的主要特性之一。3．误差直流测速发电机输出电压U与转速n成线性关系的条件是、Ra、和RL保持不变。实际上，直流测速发电机在运行时，周围环境温度的变化、直流测速发电机有负载时电枢反应图4-7直流测速发电机的输出特性的去磁作用、电刷与换向器接触电阻的变化都将在输出特性上引起线性误差。图4-7直流测速发电机的输出特性a)理想特性b)实际特性上一页下一页返回第11页，共18页，星期日，2025年，2月5日4.2.2交流测速发电机交流测速发电机又分为同步机和异步机两种。同步测速发电机，由于输出电压频率随转速而改变，不适用于自动控制系统，通常交流测速发电机就是指异步测速发电机。本节介绍应用日益广泛的空心杯转子交流异