微特電機論文

1、揚州大學能源與動力工程學院微特電機與系統(tǒng)論文題 目： 對控制電機的認識 課 程： 微特電機與系統(tǒng) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣0902 學 號： 091302212 姓 名： 黃亞飛 指導教師： 張建華 完成日期： 2012年06月07日 對控制電機的認識控制電機在自動控制系統(tǒng)中的作用在各類自動控制系統(tǒng)、遙控和解算裝置中，需要用到大量的各種各樣的元件。 控制電機就是其中的重要元件之一。它屬于機電元件，在系統(tǒng)中具有執(zhí)行、檢測和解算的功能。 雖然從基本原理來說，控制電機與普通旋轉電機沒有本質上的差別，但后者著重于對電機的力能指標方面的要求，而前者則著重于對特性、高精度和快速響應方面

2、的要求，滿足系統(tǒng)對它提出的要求?？刂齐姍C已經成為現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)、現(xiàn)代科學技術和現(xiàn)代軍事裝備中不可缺少的重要元件。 它的應用范圍非常廣泛，例如，火炮和雷達的自動定位，艦船方向舵的自動操縱， 飛機的自動駕駛，遙遠目標位置的顯示，機床加工過程的自動控制和自動顯示， 閥門的遙控，以及機器人、電子計算機、自動記錄儀表、醫(yī)療設備、錄音錄像設備等中的自動控制系統(tǒng)。下面以雷達掃描及自動跟蹤飛機的過程為例，具體說明控制電機在自動控制系統(tǒng)中所起的作用和所處的地位。雷達天線控制系統(tǒng)的原理線路如圖 1 所示。這個系統(tǒng)有兩種工作狀態(tài)。一種是當雷達還沒有捕捉到飛機時，要由雷達操縱手操作，使天線旋轉去搜索飛機，這就是雷

3、達的搜索過程。 這時圖1 上的閘刀S合在位置。第二種狀態(tài)是當天線捕捉到目標時，把閘刀立即合向位置。這時雷達天線作自動跟蹤飛機的運動，系統(tǒng)處于自動跟蹤狀態(tài)。下面分別討論系統(tǒng)的這兩種狀態(tài)。圖 1 雷達天線控制系統(tǒng)原理線路 1 雷達天線控制系統(tǒng)的搜索狀態(tài)在搜索飛機時，我們希望雷達天線按照要求在空間不斷旋轉，使雷達發(fā)射機發(fā)出的強大的電磁波束跟著天線的轉動在空中進行掃描。由于雷達天線又大又重，人是搖不動的， 這時雷達操縱手只需要搖動手把7，使自整角發(fā)送機1的轉子旋轉，通過自動控制系統(tǒng)的作用， 就可使雷達天線 3 跟著自整角發(fā)送機的轉角自動地旋轉。發(fā)送機轉幾度， 天線也轉幾度； 發(fā)送機正轉，天線也正轉；發(fā)

4、送機反轉，天線也反轉。自整角接收機2的轉軸是和天線的轉軸聯(lián)結在一起的。自整角發(fā)送機和自整角接收機一般不單獨使用而是成對地使用。當發(fā)送機的轉角和接收機的轉角相等，也就是轉角差=- 等于零時，接收機的輸出電壓U1也等于零。當轉角和不等時，接收機就有和轉角差成正比的交流電壓U1輸出。這樣，自整角接收機就好像自動控制系統(tǒng)的眼睛一樣， 可以很靈敏地感覺出天線的轉角是否跟上自整角發(fā)送機的轉角。當跟上時，轉角等于轉角，沒有電壓輸出；當沒有跟上，即轉角和轉角不等時，通過自整角接收機輸出電壓U1, 就可把轉角差測量出來，因此自動控制系統(tǒng)中的自整角機被稱為敏感元件。假如雷達手向某一方向搖動手輪 7，產生一個轉角差

5、，這時自整角接收機就有交流電壓U1輸出，這個電壓經過交流放大器放大后，由環(huán)形解調器轉換成直流電壓U2， 并送入直流放大器放大，放大后的直流電壓U3被輸入到可控硅控制線路的差動放大器， 去控制可控硅的導通和截止。當可控硅VD1和VD4導通時，就有一定極性的信號電壓通入直流伺服電動機 5，直流伺服電動機就立即向一個方向旋轉。當手輪 7 向另一方向轉動， 電壓U1的相位就相反了， 因而使電壓U2、 U3的極性相反， 這時可控硅VD2和VD3導通， 通入直流伺服電動機的信號電壓極性也隨之相反， 直流伺服電動機就立即向另一方向旋轉。 這里直流伺服電動機將電信號變?yōu)檗D軸轉動， 執(zhí)行了電信號所給予的控制任務

6、，所以常稱為執(zhí)行元件。直流伺服電動機轉動以后， 經過變速箱 4 帶動天線 3 旋轉，同時也帶動自整角接收機。直流伺服電動機應該是朝著天線和發(fā)送機之間的轉角差減小的方向旋轉，直到轉角和轉角相等。這時U1、U2、U3都等于零，伺服電動機才停止轉動。這樣，雷達天線的轉角就能自動地跟隨手輪而轉動，以達到手控天線的目的。為了改善自動控制系統(tǒng)的品質， 在系統(tǒng)中還采用了校正元件直流測速發(fā)電機。 測速發(fā)電機的輸出電壓U4與它的轉速n成正比， 并把它反饋到直流放大器中。整個控制系統(tǒng)的工作原理可以用圖 2 這樣的方框圖來表示。 圖上各個元件和實際線路對應如下：圖 2雷達天線控制系統(tǒng)方框圖 敏感元件自整角發(fā)送機和接

7、收機。轉換元件放大器和解調器。放大元件直流放大器和可控硅控制線路。執(zhí)行元件直流伺服電動機。校正元件直流測速發(fā)電機?？刂茖ο罄走_天線。2 雷達天線控制系統(tǒng)的自動跟蹤狀態(tài)當雷達手從顯示器的熒光屏上看到雷達已經捕捉到飛機以后，立即把閘刀S合向位置，系統(tǒng)就工作在跟蹤狀態(tài)。這時，雷達接收機收到從飛機反射回來的回波， 并把它轉換成電信號直接輸入到放大器去控制天線的旋轉，此時天線不需要手控而自動作跟蹤飛機的運動。上述控制系統(tǒng)中所用的自整角發(fā)送機、自整角接收機、 直流伺服電動機、 直流測速發(fā)電機都屬于電機類型，統(tǒng)稱為控制電機。可以看出，這些電機在自動控制系統(tǒng)中起到了很重要的作用，是必不可少的元件。自動控制系統(tǒng)

8、和它所用到的控制電機的關系是整體和局部的關系，是一對矛盾的兩個對立面。一方面控制電機的性能和作用要服從于整個系統(tǒng)對它的要求，控制電機性能好壞要看它能不能滿足系統(tǒng)的要求；另一方面控制電機的性能又直接影響整個控制系統(tǒng)的性能， 控制電機的性能不好或者使用不恰當，整個控制系統(tǒng)的性能就無法提高；控制電機的革新又可以帶來整個系統(tǒng)的革新。既然自動控制系統(tǒng)和控制電機是整體和局部的關系，因此，從事自動控制系統(tǒng)工作的技術人員，不但要了解控制系統(tǒng)的整體以及系統(tǒng)中各個元件的相互關系，而且對系統(tǒng)中的各個元件和控制電機也要熟悉，只有這樣，才能恰當?shù)剡x擇和使用各種元件，并有可能了解整個自動控制系統(tǒng)?？刂齐姍C在自動控制系統(tǒng)中

9、的作用控制電機是在自動控制系統(tǒng)中具有執(zhí)行、檢測和解算功能的機電元件（既有機械又有電氣），普通電機主要注重電機力能方面的指標，控制電機則著重于對特性、高精度和快速響應方面的要求。控制電機的應用領域：現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)、現(xiàn)代科學技術和現(xiàn)代軍事裝備?？刂齐姍C的種類和特點 1 控制電機的種類控制電機的種類很多， 除了自整角機、 直流伺服電動機和測速發(fā)電機外， 還有交流伺服電動機、 交流測速發(fā)電機、 旋轉變壓器、 無刷直流電動機、 步進電動機等。 根據它們在自動控制系統(tǒng)中的作用， 可以作如下的分類。照控制電機在自動控制系統(tǒng)中的作用，可以把控制電機分為：執(zhí)行元件和測量元件執(zhí)行元件（功率元件），主要包括：直

10、流伺服電動機、交流伺服電動機、步進電動機和無刷直流電動機伺服電動機的輸入信號：控制電壓 輸出信號：轉速步進電機的輸入信號：脈沖頻率 輸出信號：轉速測量元件（信號元件），主要包括：自整角機，交、直流測速發(fā)電機和旋轉變壓器自整角機的輸入信號：發(fā)送機和接收機之間的轉角差 輸出信號：電信號（輸出電壓）測速發(fā)電機的輸入信號：轉速 輸出信號：電信號（輸出電壓）旋轉變壓器的輸入信號：轉子相對于定子的轉角 輸出信號：電信號（輸出電壓）2 控制電機的特點人們在日常的工作和生活中也經常要用到電機， 例如電燈所用的電是由發(fā)電機發(fā)出的， 抽水機要用電動機來帶動，工廠里車床要用電動機才能旋轉，手電鉆里裝的也是電機。 這

11、些電機與上面研究的控制電機有些什么不同呢?從所舉的例子中可以看出，日常生活和工作中遇到的電機一般是作為動力來使用的， 它們的主要任務是能量轉換，發(fā)電機是把機械能轉換成電能，電動機是把電能轉換成機械能，它們的主要問題是提高能量轉換的效率。 控制電機在自動控制系統(tǒng)中，只起一個元件的作用， 其主要任務是完成控制信號的傳遞和轉換，而能量轉換是次要的。根據它們使用的場合及所完成任務的特點，決定了對它們的主要要求是運行可靠、動作迅速和準確度高。 眾所周知，自動控制系統(tǒng)由成百個、成千個各種各樣的元件所組成， 每個元件都按照系統(tǒng)對它的特定要求而工作。因此，每個元件工作的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)的工作。 為了使

12、整個自動控制系統(tǒng)能夠敏捷地、準確地按照人們的要求而動作，這就要求組成系統(tǒng)的每一個元件都要動作迅速、準確和可靠。同時，控制電機的使用范圍很廣，從地下、水面、海洋到高空、太空以至原子能反應堆等地方都在使用， 而且工作環(huán)境條件常常十分復雜， 如高溫、低溫、鹽霧、潮濕、沖擊、振動、輻射等，這就要求電機在各種惡劣的環(huán)境條件下仍能準確、可靠地工作。另外，很多使用場合(尤其在航空航天技術中使用)還要求控制電機體積小、重量輕、耗電少，所以我們常見到的控制電機很多都是體積很小的微電機。像電子手表中用的步進電動機，直徑只有6 mm，長度為 4 mm左右，耗電僅幾微瓦，重量只有十幾克。普通電機，主要任務：能量轉換 主要問題：提高能量轉換的效率控制電機，主要任務：完成控制信號的傳遞和轉換 主要要求：運行可靠、動作迅速和準確度高 使用范圍很廣，工作條件復雜 體積小、重量輕、耗電少發(fā)展特殊用途和特殊性能的控制電機目前，在自動化系統(tǒng)中，常用數(shù)字計算機進行控制，而它的輸出設備中又要將數(shù)字信號轉換成角位移或線位移，即實現(xiàn)數(shù)模轉化。步進電機的工作特性完全適應這種要求，而且其步距誤差不會長期積累，保證了系統(tǒng)斷續(xù)位移的精度，這就使步進電機的研究得到較快發(fā)展。在數(shù)字計算機的輸入設備中，也有采用自整角機或旋