课题四.微特电机应用教案_四新技术项目中的应用
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石河子职业技术学院《电机与电气控制》精品课程
课题四：微特电机的应用 课题:任务一
伺服电动机 课型：理论教学 学时：2课时 教学目标：
1、掌握伺服电动机的特点、用途和分类
2、掌握伺服电动机的基本工作原理和主要运行性能
3、学会合理选用伺服电动机
4、了解典型伺服控制系统的组成教学重点：
交流伺服电动机的工作原理
教学难点：
交流伺服电动机如何消除“自转” 教学手段、方法及教具：理论教学、结合实际举例。课后分析评价： 时间分配：
1、直流伺服电动机
45分钟
2、交流伺服电动机
50分钟
小结、布置作业
5分钟 教学过程：
任务一
伺服电动机
又叫执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件，其作用是将输入的控制电压信号转换为转轴的角位移或角速度输出。改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。性能要求：
1、快速响应
2、无“自转”现象
3、尽可能大的调速范围。
4、具有线性的机械特性和调节特性
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3）电枢转动惯量小，响应快，机电时间常数小。4）输出功率一般在1kw以内。
（4）空心杯电枢直流伺服电动机
A、结构：电枢绕组是编织成薄壁圆筒状后用环氧树脂粘接成形，空心杯电枢直接装在电机轴上。
B、性能特点：超低转动惯量，灵敏度高，快速性好；损耗小，效率高，转矩波动小，低速运转平稳，噪声很小，换向性能好。（5）低速大扭矩宽调速电动机：
A、分类：分为电磁式和永磁式两种。电磁式的特点是励磁大小可以调整，便于安装补偿绕组和换向极，使电动机的换向性能得到改善，而且成本低。永磁式一般没有换向极和补偿绕组，换向性能受到限制，但它不需要励磁功率，因而效率高。B、宽调速直流伺服电动机具有如下特点：
a)高的转矩/转动惯量比，从而提供了极高的加速度和快速响应。
b)高的热容量，使电动机在自然冷却全封闭的条件下，仍能长时间过载工作。c)电动机所具有的高转矩和低速特性使得它与机床丝杠很容易直接耦合。d)精心选择电刷的材料，且电刷的接触面积大，使得电动机有良好的转向性能。e)电动机采用耐高温的H级绝缘材料，具有足够的机械强度，以保证可靠性。f)采用能承受重载的轴和轴承，使得电动机在加、减速和低速时能承受大转矩。
2、直流伺服电动机的工作原理：转速由信号电压控制。信号电压若加在电枢绕组 两端，称为电枢控制;若加在励磁绕组两端，则称为磁场控制。具有机械特性线性 度好、精度高、响应速度快等优点。当电枢电压（即信号电压）U改变时，可得一组平行的机械特性。从机械特性可以看出，负载转矩一定即电磁转矩一定时，转速与控制信号电压成正比。负载转矩越大，始动电压也越大。低于始动电压的区间，电动机转不起来，称为失灵区或死区。
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无论哪种控制方式，只要将控制信号电压的相位改变180°电角度（反相），即可改变交流伺服电动机的转向。
2、永磁交流伺服电动机（1）交流永磁伺服电动机本体
A、结构： 主要由转子和定子两部分组成，转子上装有特殊形状的永磁体，用以产生恒定磁场；定子铁心上的三相绕组，接在驱动控制器的逆变器三相输出部分，用来产生旋转磁场。
B、原理：当定子三相绕组通正弦交流电后，就产生一个旋转磁场，定子旋转磁场与转子的永磁磁极互相吸引，带着转子一起以同步转速旋转。
（2）传感器
为了检测电动机的实际运行速度，需要加装速度传感器。位置检测器和速度传感器一起安装在电动机转轴的非负载端。
（3）伺服驱动器
控制单元均采用全数字化结构，实现高精度，快速的电流幅值控制和相位控制。
3、永磁交流伺服电动机的选用
一般采用霍尔元件，结构简单，系统成本低。但是定子磁场非连续旋转，力矩波动大，在满足性能要要求时，宜优先选用方波驱动方式。
4、交流伺服系统实例介绍
松下MINAS系列全数字化交流伺服系统是20世纪90年代初期投入批量化生产的全新数字化交流伺服系统。该系统响应快、精度高，是目前体积最小、重量最轻的交流伺服系统产品之一。课后小结：
1、2、正确理解直流伺服电动机的结构特点及原理。正确理解交流伺服电动机的结构特点及原理。
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4、电机的转动惯量小。
一、直流测速发电机
1、基本结构
结构与普通小型直流发电机相同，按励磁方式可分为他励式和永磁式两种。
2、工作原理
与一般直流发电机没有区别，在恒定磁场中，主磁极产生的磁通量Φ基本不变，电枢以转速n旋转时，电枢中的导体切割磁通Φ，于是就在电刷间产生感应电动势E，其大小与转速成正比，其计算公式如下：
E=CeΦn=C1n
直流测速发电机的输出电压与转速成正比，转向改变将引起输出电压极性的改变。
空载时，输出特性为一条直线。带上负载后，R1越小，输出特性的斜率越小。
二、交流测速发电机
1、交流异步测速发电机的基本结构
目前应用的异步测速发电机主要是空心杯形转子异步测速发电机。结构与杯形转子交流伺服电动机相似，转子是一个薄壁非磁性杯。
2、工作原理
交流测速发电机的输出电压U2与转速n成正比；输出频率f2等于励磁电源频率f1；转向改变时，输出电压的相位变化180°电角度。
三、测速发电机的参数与产品
1、直流测速发电机主要性能参数（1）最大线性转速范围（2）比电动势（ΔU/Δn）（3）线性误差（δx）
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三、步进电动机的工作方式
1、.三相单三拍工作方式
电压波形是方波，而电流波形则由两端指数曲线组成。
2、.三相单双六拍工作方式
三相单双六拍的通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A…，或为A→AC→C→CB→B→BA→A …。定子三绕组需经过六次切换才能完成一个循环，故为六拍，而且在通电时，有时是单个绕组接通，有时又为两个绕组同时接通，因此称为三相单双六拍。
在单双六拍工作方式时，又三拍是单相通电，有三拍是双向通电；对任意一向来说，它的电压波形是一个方形，周期为六拍，其中又三拍连续通电，有三拍连续断电。
3.三相双三拍工作方式
每一拍都有两相通电，每一相通电时间都连续两拍。
四、小步距角步进电动机
定子上有6个极，上装有绕组并接成A、B、C三相。转子上均匀分布着40个齿，定子每个磁极上也各有5个齿，定、转子的齿宽和齿距都相同。
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1.步距角
步距电动机接受一个脉冲，转子所转过的空间角度称为步距角。2.静态步距角误差
空载时，以单脉冲输入，实际的步距角与理论的步距角之间的差值。3.启动频率
启动频率是指步进电动机由静止状态不失步地启动到稳速所允许的最高输入脉冲频率。
4.动态输出转矩—频率特性
该特性简称为矩—频特性，是由电动机连续运行时输出转矩与输入脉冲频率之间的关系，输出转矩随频率f的增加而下降。
5.步进电动机的工作频率
步进电动机的最高工作频率大于其启动频率。6.电气参数
（1）额定电流
电动机不动时每一相绕组允许通过的电流为额定电流（2）额定电压
驱动电源供给的电压，一般不等于加在绕组两端的电压。
八、步进电动机的控制系统
由运动控制器给出的输入指令是输入时钟CK和方向指令DIR。他们在脉冲波分配器中经逻辑组和转换成各相通断的时序逻辑信号。导通程序逻辑信号送至功率驱动级，转换成其内部功率开关的基极驱动信号。功率驱动级除包括功率晶体开关及其驱动电路外，可能还包括一些电流反馈控制和限流、限压、过热保护电路。
课后小结：
1、正确理解测速发电机的原理结构和特点。
2、正确理解步进电动机的原理特点及工作方式。
