控制电机OK演示课件ppt

1、第7章驱幼和控制徽电机本章主要介绍单相异步电机.微型同步电动机.伺服电动机C 测速电动机.自整角机.旋转变压器和步进电动机,除此之外,还 将介绍两种新型电机:直线电动机和开关磁阻电动机。7.1单相异步电动机7.2直线电动机7.3微型同步电动机7.4伺服电动机7.5测速电动机7.6自整角机7.7旋转变压器78步逬电动机7.9开关磁阻电动机主瓦;1目录上_页7.1单相异步电动机内容要点:i. 了解单相感应电动机的结构特点、优缺点及应用情况;2. 掌握单相感应电动机的工作原理，弄清单相感应电动 机知什么独有起动3. 重点掌握单相感应电动机的的起动方法与类型。、概述1、应用情况广泛应用于家用电器（电风

2、扇、电冰箱、洗衣机等）、 空调设备、电动工具、医疗器械及轻工设备中。 晋目录Y上一页*下一页后退詈退出第7章驱幼和控制徽电机厶优缺点 优点：结构简单，成本低廉，噪音小。缺点：与同容量三相感应电动机相比较，体积较大,功率因数及过载能力都较低。故单相感应电动机只能作成小容量:微型：几瓦750瓦； 小型：550瓦3700瓦。2、结构与三相感应电动机相似，包括定子和转子两大部分。转子 结构都是笼型的，定子铁心由硅钢片叠压而成。定子铁心上嵌有定子绕组。单相感应电动机正常工作时，一般只需要单相绕组即可,但单相绕组通以单相交流电时产生的磁场是脉动磁场，单相运 行的电动机没肴趙动转矩O为使电动机能自行起动和改

3、善运行性能，除工作绕组（又称主绕组）外，在定子上还安装一个辅助的起动绕组（又称副绕组）。两个绕组在空间相距90。或一定的电角度。第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机端盖图71单相异步电动机结构主瓦;1目录上_页退出第7章驱幼和控制徽电机二、基本工作原理1、单相绕组通入单相交流电时的情况单相交流绕组通入单相交流电流将产生脉动磁势，一个脉动磁势可以分解为两个大小相等、转速相同、转向相反的圆形 旋转磁势。分别用F+、F表示，建立起正转和反转磁场中+、A 这两个磁场切割转子导体，产生感应电动势和感应电流，从而 形成正反向电磁转矩Ten/、Tem,叠加后即为推动转子转动的 合成转矩Tem。第7章

4、驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机图7.1.2单相异步电动机的磁场和转矩图7.1.3三相异步电动机的5(n) = /( T)曲线第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机设电动机转速为n，则对正转磁场而言， 转差率s+为S+n n对反转磁场而言，转差率s为= 2-Sm即当S+=0时，5 = 2,S5=O0t, S+=2单相异步电动机的T=f(s)曲线分析21）前子静止时，n=O,S=l,合成转矩为0。单相感应电动机无 起动转矩，故单相异步电动机不能自行起动。三相异步电动机电源断一相，相当于一台单相异步电动 机，故不能起动。2）当sHl时，TH0,且T无固定方向，取决于s的正负。一旦 旋转

5、，转向依外力方向而定，即在外力矩作用下，电机可朝外 力方向旋转。二相感应电动机运行中断一相，电机仍能继续运转。3）由于存在负序转矩，使合成转矩减小，过载能力低，Tf不 变，n下降一S上升一I?上升一I】上升一温升增加。第7章驱幼和控制徽电机7.1.2单相异步电动机的主要类型根据获得旋转磁场方式的不同,主要分为分相电动机和罩极 电动机_分相起动电动机分相起动电动机包括电容起动电动机.电容电动机和电阻起动电动机仁电容起动电动机特点:i )ii)起动绕组和电容按短时工作设计;电容起分相和提高功率因数的作用o第7章驱幼和控制徽电机由于起动绕组和电容按短时工作设计，因此，当ii达75；0%比时,心开关自

6、动打开U(b)相量图(a)电路图7,1.5单相电容起动电动机第7章驱幼和控制徽电机2. 电容电动机电容电动机实质是一台两相异步电动机 起动绕组和电容 应按长期工作设计。图7.1.6单相电容电动机特点:i）起动绕组和电容器按长期工作设计；ii）过载能力、功率因数和效率均较高；iii）容量能做到五十瓦至几千瓦；iv）应用比较广泛，如应用于压气机、空 调等。第7章驱幼和控制徽电机3 电阻起动电动机在起动绕组中串联电阻来分相，即工作绕组电阻小，电抗大; 起动绕组电阻大，电抗小。二罩极电动机1、结构特点:定子作成凸极式，由硅钢片叠压而成，工作绕组为集中绕组，套在定子磁极上，每个极靴表面1/31/4处开有

7、一个小槽，放入罩极绕组（短路环）,如下 图：第7章驱幼和控制徽电机(a)绕组接线图第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机图7.1.7单相罩极电动机第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机主瓦;1目录上_页退出第7章驱幼和控制徽电机2、工作原理3 =1+比3在时间上滞后1 一个角度甲，而两个绕组在空间也 相隔一个角度，产生旋转磁场，转向由未罩极部分转向罩 极曲分。由机转向也由耒肇极部分转向蕈极敢分。3. 改变转向的方法:1）定子上绕制两套起动绕组；2）将定、转子反向安装。4、优缺点：起动转矩小，结构简单，不需要电容器。5、应用：用于小容量电动机中。如应用于小型风扇、电 动模型和电唱机中

8、。第7章驱幼和控制徽电机小结：1、单相异步电动机的结构特点、优缺点及应 用情况，单相异步电动机广泛应用于家电、医 疗器械、轻工设备中；2、单相感应电动机的工作原理，为什么没有起动转矩？3、单相感应电动机的的起动方法与类型1）分相起动电动机；2）罩极电动机。7.4伺服电动机分类:7.4.1直流电动机1、直流伺服电动机;2、交流电动机一、直流伺服电机的结构分类：普通型直流伺服电机；盘型电枢直流伺服电动机;空心杯直流伺服电动机；无槽直流伺服电动机。图 7.4.1盘型电枢直流伺服电机结构第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机定子 7.4.2 牢心杯永确首流伺服由机结构图7.4.3无槽直流伺服电机

9、结构第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机二.直流伺服电动机的运行特性U n =ke1.机械特性定义:指在控制电压保持不变的情况下,直流伺服电 动机的转速n随转矩变化的关系。n = n0 kTem式中:当转矩为零时,电机转速仅与电枢电压有关，此时的转速 称为理想空载转速UYl-Ylr.-ke当转速为零时,电机转矩仅与电枢电压有关,此时的 转矩称为堵转转矩Td =kT直流伺服电动机的机械特性如下:图7.4.4电枢控制的直流伺服电机机械特性2、调节特性图7.4.5 直流伺服电机调节待性定义：指负载转矩恒定时，电机转速与电枢电压的关系。直流伺服电动机的调节特性如上图所示。第7章驱幼和控制徽电机

10、7. 4. 2交流伺服电动机、交流伺服电机的工作原理交流伺服电动机一般为两相交流电机，由定子和转子两部分组成。转子有笼形和杯形两种。定子为两相绕组，并在空间相差90。电角度，一个为励磁绕组,另一个为控制绕组。如下图所示:图7.4.6交流伺服电机 工作原理图 录!上一页方转现象及避免自转现象方法:“自转现象:当励磁电压不为零，控制电压为零时，伺 服电动机相当于_台单相异步电动机,若转子电阻较小， 则电机仍然旋转。避免自转现象方法：増大转子电阻值。第7章驱幼和控制徽电机二、交流伺服电机的控制方式交流伺服电机的控制方式有三种：幅值控制、相位控制和幅值一相位控制1、幅值控制控制电压和励磁电压保持相位差

11、90。,只改变控制电压幅值，这种控制 方法称为幅值控制。2、相位控制控制电压和励磁电压幅值均为额定值，通过改变控制电压和励磁电压相位差，实现对伺服电动机的控制，这种控制方法称为相位控制。3、幅值一相位控制通过改变控制电压的幅值及控制电压与励磁电压的相位差控制伺服电 机的转速，这种控制方法称为幅值一相位控制。7.5测速发电机分类：直流测速发电机和交流伺服电动机7.5直流测速发电机分永磁式和电磁式两种。、直流测速发电机的输出特性输出电压与转速之间的关系，称为输出特性，如图所示。第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机二 Cn第7章驱幼和控制徽电机二.JL说側速农电机的祺差及减b篌差的方依纹波的

12、影响第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机减少误差的方法:第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机主瓦;1目录j1上_页退出第7章驱幼和控制徽电机7. 5. 2交流异步测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机一.空心杯转子异步测速发电机的工作原理图7.5.3异步测速发电机工作原理第7章驱幼和控制徽电机1、n=0电机不转输出电压 U2=02、n H 0电机旋转切割电动势大小：Er = G护切割电动势 计算公式 q g Fq oc Fr oc oc nE严oc n 即：输出绕组的感应电动势 灯的幅值正比于电机的转速。二、异步测速发电机的误差

13、主要包括幅值及相位误差和剩余电压误差1、幅值及相位误差产生原因：励磁绕组存在漏电感。减小该误差的方法：増大转子电冋第7章驱幼和控制徽电机2.剩余电压误差产生原因：由于加工.装配过程中存在机械上 的 不对称及定子磁性材料性能的不一致性,使得测速 发电机转速为零时,实际输出电压并不为零，此时 的电压称为剩余电压,剩余电压引起的误差称为剩 余电压误差。减小剩余电压误差的方法：选择高质量的各方向 特性一致的磁性材料,在机加工和装配过程中提高 机械精度以及装配补偿绕组。7. 6 自擅涌机自整角机是一种能对角位移或角速度的偏差自动整步的感 应式控制电机。一般成对或多台组合使用。分类：控制式自Jfc甬机和力

14、矩式自at甬机7. 6. 1自 基耳I机的结构与工作原理、力矩式自整角机的结构与工作原理通常采用两极结构，绝大部分采用凸极式结构，频率 高、尺寸大的力矩式自整角机采用隐极式结构力矩式自整角机的三种结构:(a)转子凸极结构(b)定子凸极结构(c)字转子陰极结构图7.6.1力矩式自整角机的基本结构录Hr 上二瓦SEudt 后退第7章驱幼和控制徽电机B7.6.2为自整角机的工作原理图h图762力矩式自整角机工作原理第7章驱幼和控制徽电机1.力矩式自整角机整步绕组中的电动势与电流发送机的转子位置为创，接收机的转子位置为,失调角e为0= 01- 02每相整步绕组中的感应电动势:发送机：接收机:第7章驱幼

15、和控制徽电机E防 EcosqQ严 Ecos-120。）Eic = Ecos+120。）爲“ =EcosE2b = E c os （&2 120） 為=Ecos + 120。）第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机各相绕组中的总电动势:口口 匸&1+&2&En = E” -E = 2Esin sin CI乙 ClLCIEb - 2Esing 120o）sinfE =2Esin（冬处+ 120）sin?2 2第7章驱幼和控制徽电机各相绕组中的电流:Eaa.q + d . o=/ sin sin 2Zy22aIb = /sin(G ；$ _ 120)sin#I =/sin

16、(牡邑 +120。)sin?2 2第7章驱幼和控制徽电机2力矩式自整角机整步绕组的磁动势:4 V2 INk、. Ox +. 0 厂.+ &2 &=sin sin = F sin sin Xa 7T 2 p2222Ox + 00Flb = Fsin( -120) sin Flc = Fsin( +120) sin 第7章驱幼和控制徽电机发送机的交轴磁动势分量:3Fq = Fqa + Fqb + Fqc =-Fsin0发送机的直轴磁动势分量：3Fd=Fda+Fdb+Fdc=-尸(1 - COS&)合成磁动势的幅值：F严肩硕一訴抽第7章驱幼和控制徽电机同理可求得接收机的整步磁动势为:石FsinO3-

17、力矩式自整角机的转矩:T二响03申式中：ki为转矩系数，申为直轴磁通与交轴磁动势间的夹角。第7章驱幼和控制徽电机二、控制式自整角机的结构与工作原理控制式自整角机与力矩式自整角机的结构基本相同。第7章驱幼和控制徽电机7. 6.2自 整开机的误盖分析与选用时应注起的问题力矩式自整角机的误差：主要有零位误差和静态误差。控制式自整角机的误差:主要有电气误差和零位电压误差O第7章驱幼和控制徽电机7. 7旋转变压器旋转变压器是自动装置中的一类精密控制微电机。分类：按有无电刷和滑环之间的滑动接触来分：接触式旋转 变压器和非接触式旋转变压器。按电机的极对数多少来分：单极对旋转变压器和多极 对式旋转变压器。按使

18、用要求来分：用于解算装置的旋转变压器和用于 随动系统的旋转变压器。7. 7.1旋转变压器的结构与工作原理一、正余弦旋转变压器的工作原理1 正弦绕组4N = Z Nci = 2NcmCOS- + Z3兀 cosZ+A +cos(2ZT771正弦绕组元件匝数与Z = 12.正余弦旋转变压器的工作原理定子上放置两套互差90空间环度的 匝数、型式兜全相同的正弦绕组，一 作为励磁绕组，另匸作为交柚绕组。 励磁绕组上施加交流励越电压，定义励磁绕组的柚线方向 为d柚，在化隙中产生d柚越通d, 励越绕组中的邂应电动 势为:Ef=4MJNskwsd转子上也有两套完全相同的的正弦:绕组，两套绕组的空间位Jt也互差

19、90,d轴磁通与转子交链,产生变压器第7章驱幼和控制徽电机电动势，我子绕组中的感应电动势大小和转子与励磁绕组 的相对位置有关。将分解为两个分量:,1 二d sin a与正弦绕组轴线方向一致的磁通江和与正弦绕组轴线相垂 直的磁通恥。正余弦旋转变压器输出绕组的开路输出电压分别为：匕。=E门=4.44/N九八=4.44/N俎,sin a 匕2。二 Ea =4.44/MS2 =4.44/MSd cosaUr20= E2 -二 444/N九cosq = kuU f cosa4.44/叽几=E=螢欲Ef sin a = kLlU f sin a（2）正余弦旋转变压器的负载运行第7章驱幼和控制徽电机第7章驱

20、幼和控制徽电机图7.7.3正弦旋转变压器的负载运行图7.7.4正余弦旋转变压器正弦 绕组输岀电压与转角关系曲线式中：z才为转子绕组的漏阻抗；Zu为负载阻抗。u 二-kJJsmaOSOS守Q+务）+务+知：第7章驱勸和控制微电机0负图7.7.5旋转变压器的二次侧补偿图7.7.6旋转变压器的一次侧补偿268第7章驱幼和控制徽电机二、线性旋转变压器的工作原理输出电压的大小与转子转角a成正比关系图7.7.7次侧补偿的线性旋转变压器正弦绕组的开路输出电压:kUf sin a5 二 E厂“A A A A A (1)1 +层 COSQ进行级数展开：第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机.a3 a5sm

21、a = a-+ 3!5!a1+Acos a = 1一2!7!+处处+A 4!6!第7章驱幼和控制徽电机/ )4-1801512设ku=O. 5,将级数展开式代入（1）式中，得:第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机忽略转角的高次项时，上式可写为:2如第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机图77二次侧补偿的线性旋转变压器主瓦;1目录上_页退出第7章驱幼和控制徽电机7. 7.2旋转变压器的误差及其改进方法1、产生误差的原因2、改进方法7. 7.3旋转变压器的应用第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机7.步进电动机第7章驱幼和控制徽电机第

22、7章驱幼和控制徽电机步进电动机用电脉冲信号进行控制,以实现对生产过程 或设备的数宇控制。7. 8. 1步进电动机的结构与工作原理根据作用原理和结构不同,分为两大类型:(1)电磁型步逬电机，仅靠电磁作用不能使电机的转子作步进运行,必须加上相应的机械部件，才能产生步逬的效 果；(2 )定子和转子之间仅靠电磁作用就可以产生步进作用的电机。在第2类步进电机中，根据转子结构形式，分为永磁式 转子电机和反应式转子电机。图78.1为一台三相反应式步进电札它由定子和转子两大部分组成。 在定子上有三对磁极，磁极上装有励磁绕组。转子由软磁材料制成，在转二、反应式步进电机的工作原理步进电机的控制方式分三种:(1)三

23、相单三拍工作方式，A-B-C-A;(2)三相单、双六拍工作方式，A-AB-B-BC-CA-A;(3)三相双三拍工作方式，AB-BC-CA-AB;步距角：步进电机每改变一次通电状态(一拍)转子所转过的角度称为步距角。 步距角的计算公式:& =360mZC式中：m为步进电机的相数；C为通电状态系数f单拍或双 拍工作时单双拍混合方式工作时C=2 ; 为步逬电 机转子的齿数。步进电机的转速为：mZ C式中：f为步进电机每秒的拍数,称为步进电机通电脉冲 频率。7. 8.2反应式步进电动机的特性第7章驱幼和控制徽电机第7章驱幼和控制徽电机一.反应式步进电机的静特性 矩角特性 步进电机的矩角特性是指在不改变通电状态的条件下,步 进电机的静转矩与失调角之间的关系。用T=f（e）表示。T =