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1、第七节 速度检测与控制,一、常用的速度传感器 二、包装机的电气调速 三、磁粉离合器调速系统 四、步进电机调速系统,一、几种常用的速度传感器,（一）测速发电机 测速发电机是一种测量转速的信号元件，它将输入的机械转速变换成为电压信号输出。,主要类型,测速发电机,直流,交流,异步,同步,电磁式,永磁式,（二）磁电式转速传感器 磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。,（三）光电转速传感器 光电式转速传感器对转速的测量，主要是通过将光线的发射与被测物体的转动相关联，再以光敏元件对光线的进
2、行感应来完成的。光电式转速传感器从工作方式角度划分，分为透射式光电转速传感器和反射式光电转速传感器两种。 1、透射式光电转速传感器 投射式光电转速传感器设有读数盘和测量盘，两者之间存在间隔相同的缝隙。投射式光电转速传感器在测量物体转速时，测量盘会随着被测物体转动，光线则随测量盘转动不断经过各条缝隙，并透过缝隙投射到光敏元件上。 投射式光电转速传感器的光敏元件在接收光线并感知其明暗变化后，即输出电流脉冲信号。投射式光电转速传感器的脉冲信号，通过在一段时间内的计数和计算，就可以获得被测量对象的转速状态。,2、反射式光电转速传感器 反射式光电转速传感器是通过在被测量转轴上设定反射记号，而后获得光线反
3、射信号来完成物体转速测量的。反射式光电转速传感器的光源会对被测转轴发出光线，光线透过透镜和半透膜入射到被测转轴上，而当被测转轴转动时，反射记号对光线的反射率就会发生变化。 反射式光电转速传感器内装有光敏元件，当转轴转动反射率增大时，反射光线会通过透镜投射到光敏元件上，反射式光电转速传感器即可发出一个脉冲信号，而当反射光线随转轴转动到另一位置时，反射率变小光线变弱，光敏元件无法感应，即不会发出脉冲信号。,二、包装机的电气调速,调速分为机械调速和电气调速，电气调速又分为直流调速系统和交 流调速系统。,励磁机,测速,伺服,直流电机的特点：,（1）直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 （2）
4、直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 （3）直流电动机过载能力较强，启动和制动转矩较大。 （4）易于控制，可靠性较高 （5）由于存在换向器，其制造复杂，价格较高,（一）电动机的机械特性与恒转矩调速,特点: 励磁绕组与电枢并联,由图可求得,由上分析可知：,当电源电压U和励磁回路的电阻Rf一定时, 励 磁电流If和磁通不变，即 = 常数。则,令：,T=KT Ia = KT Ia,即：并励电动机的磁通 = 常数，转矩与电枢电流 成正比。,由以下公式,求得,式中：,n= f (T) 特性曲线,并励电动机在负载变化时， 转速 n 的变化不大硬机械特性（自然特性）。,改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人
5、工特性曲线,（二）调速指标,调速指标：,1、调速范围D：,2、静差率（相对稳定性）%：指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。,%越小，相对稳定性越好； %与机械特性硬度和n0有关。,（三）转速负反馈自动调速系统 1、转速开环控制系统,2、转速负反馈调速系统 负载nuCF u uK u n ,三、磁粉离合器调速系统,（一）单磁粉离合器调速系统,（二）双磁粉离合器调速系统,四、步进电机调速系统,步进电动机是将电脉冲信号转换成角位移或直线位移的控制电机，在自动控制系统中作执行元件。给步进电动机输入一个电脉冲信号时，它就转过一定的角度或移动一定的距离。由于其输出的角位移或直线位移可以不是
6、连续的，因此称为步进电动机。步进电动机的精度高、惯性小，不会因电压波动、负载变化、温度变化等原因而改变输出量与输入量之间的固定关系，其控制性能很好。步进电动机广泛用于数控机床、计算机外围设备等控制系统中。 步进电动机的种类很多，主要有反应式、励磁式等。反应式步进电动机的转子上没有绕组，依靠变化的磁阻生成磁阻转矩工作。励磁式步进电动机的转子上有磁极，依靠电磁转矩工作。反应式步进电动机的应用最为广泛，它有两相、三相、多相之分，也有单段、多段之分。我们主要讨论单段式三相反应式步进电动机的结构和工作原理。,单段三相反应式步进电动机的结构分成定子和转子两大部分，如图模型所示。定、转子铁心由软磁材料或硅钢
7、片叠成凸极结构，定、转子磁极上均有小齿，定、转子的齿数相等。定子磁极上套有星形连接的三相控制绕组，每两个相对的磁极为一相，转子上没有绕组。,单段三相反应式步进电动机的工作原理可以由下图来说明。由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，这就是反应式步进电动机旋转的原理。 现以ABC A的通电顺序，使三相绕组轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。 当A相绕组通电时，气隙中生成以A-A为轴线的磁场。在磁阻转矩的作用下，转子转到使1、3两转子齿与磁极A-A对齐的位置上。如果A相绕组不断电，1、3两转子齿就一直被磁极A-A吸引住而不改变其位置，即转
8、子具有自锁能力。,（a）A相通电 （b）B相通电 （c）C相通电,反应式步进电动机的工作原理图,A相绕组断电、B绕组通电时，气隙中生成以B-B为轴线的磁场。在磁阻转矩的作用下，转子又会转动，使距离磁极B-B最近的2、4两转子齿转到与磁极B-B对齐的位置上。转子转过的角度为 式中 步距角，即控制绕组改变一次通电状态后转子转过的角度 N拍数，即通电状态循环一周需要改变的次数 Zr转子齿数 同理，B相绕组断电，C相绕组通电时，会使3、1两转子齿与磁极C-C对齐，转子又转过30。 可见，以 ABC A 的通电顺序使三个控制绕组不断地轮流通电时，步进电动机的转子就会沿ABC的方向一步一步地转动。改变控制
9、绕组的通电顺序，如改为 ACB A的通电顺序，则转子转向相反。,（a）A相通电 （b）B相通电 （c）C相通电,以上通电方式中，通电状态循环一周需要改变三次，每次只有单独一相控制绕组通电，称之为三相单三拍运行方式。由于单独一相控制绕组通电时容易使转子在平衡位置附近来回摆动振荡，会使运行不稳定，因此实际上很少采用三相单三拍的运行方式。 除此之外，还有三相双三拍运行方式和三相六拍运行方式。三相双三拍运行方式的每个通电状态都有两相控制绕组同时通电，通电状态切换时总有一相绕组不断电，不会产生振荡。下图是通电顺序为AB BC CA AB的三相双三拍运行方式示意图。A、B两相通电时，两磁场的合成磁场轴线与
10、未通电的C-C相绕组轴线重合，转子在磁阻转矩的作用下，转动到使转子齿2、3之间的槽轴线与C-C相绕组轴线重合的位置上。当B、C两相通电时，转子转到使转子齿3、4之间的槽轴线与A-A相绕组轴线重合的位置，转子转过的角度为30。同理，C、A两相通电时，转子又转过30。可见，双三拍运行方式和单三拍运行方式的原理相同，步距角也相同。,（a）A、B相通电 （b）B、C相通电 （c）C、A相通电,三相六拍运行方式的通电顺序为AAB B BC C CA A ，其原理与单三拍、双三拍运行方式的原理相同。只是其通电状态循环一周需要改变的次数增加了一倍（N=6），其步距角因此减为原来的一半（ b=15 ）。 步距角一定时，通电状态的切换频率越高，即脉冲频率越高时，步进电动机的转速越高。脉冲频率一定时，步距角越大、即转子旋转一周所需的脉冲数越少时，步进电动机的转速越高。步进电动机的转速为 式中 NZr转子旋转一周所需的脉冲数 f脉冲频率 上图只是步进电动机的模型图，其步距角太大。实际步进电动机的定、转子齿数较多，最小步距角可小至0.5。,