電機拖動原理-課件第7章驅動和控制微電機

1、單相異步電動機7.1.1 單相異步電動機的工作原理1 、單相繞組通入單相交流電時的情況、單相繞組通入單相交流電時的情況 單相交流繞組通入單相交流電流將產生脈動磁勢，單相交流繞組通入單相交流電流將產生脈動磁勢，一個脈一個脈動磁勢可以分解為兩個大小相等、轉速相同、轉向相反的圓形動磁勢可以分解為兩個大小相等、轉速相同、轉向相反的圓形旋轉磁勢。分別用旋轉磁勢。分別用F+、F-表示，建立起正轉和反轉磁場表示，建立起正轉和反轉磁場+、-，這兩個磁場切割轉子導體，產生感應電動勢和感應電流，從而這兩個磁場切割轉子導體，產生感應電動勢和感應電流，從而形成正反向電磁轉矩形成正反向電磁轉矩Tem+、Tem-，疊加后

2、即為推動轉子轉動的，疊加后即為推動轉子轉動的合成轉矩合成轉矩Tem。7.1.2 單相異步電動機的主要類型 根據獲得旋轉磁場方式的不同，主要分為分相電動機和罩根據獲得旋轉磁場方式的不同，主要分為分相電動機和罩極電動機極電動機一、分相起動電動機一、分相起動電動機1、電容起動電動機、電容起動電動機 特點：特點： ）起動繞組和電容按短時工作設計；）起動繞組和電容按短時工作設計； ）電容起分相和提高功率因數的作用。）電容起分相和提高功率因數的作用。 由于起動繞組和電容按短時工作設計，因此，當由于起動繞組和電容按短時工作設計，因此，當n達達7580%n1時，離心開關自動打開。時，離心開關自動打開。2、電容

3、電動機、電容電動機 電容電動機實質是一臺兩相異步電動機，起動繞組和電容電容電動機實質是一臺兩相異步電動機，起動繞組和電容應按長期工作設計。應按長期工作設計。特點：）起動繞組和電容器按長期工作設計；）過載能力、功率因數和效率均較高；）容量能做到五十瓦至幾千瓦；）應用比較廣泛，如應用于壓氣機、空調等。二、罩極電動機二、罩極電動機 1、結構特點：結構特點：定子作成凸極式，由硅鋼片疊壓而成，工作繞組為定子作成凸極式，由硅鋼片疊壓而成，工作繞組為集中繞組，套在定子磁極上，每個極靴表面集中繞組，套在定子磁極上，每個極靴表面1/31/4處開有一個小槽，放入罩極繞組（短路環(huán)），如下處開有一個小槽，放入罩極繞組

4、（短路環(huán)），如下圖：圖： 伺服電動機伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，它能把接受的電壓信號轉換為電動機轉軸又稱執(zhí)行電動機，它能把接受的電壓信號轉換為電動機轉軸上的機械角位移或角速度的變化，具有服從控制信號的要求而動作的功能：在上的機械角位移或角速度的變化，具有服從控制信號的要求而動作的功能：在信號來到之前，轉子靜止不動；信號來到之后，轉子立即轉動；當信號消失，信號來到之前，轉子靜止不動；信號來到之后，轉子立即轉動；當信號消失，轉子能即時停轉。由于這種轉子能即時停轉。由于這種“伺服伺服”的性能因此命名。的性能因此命名。按伺服電動機的控制電壓來分，伺服電動機可分為直流伺服電動機和交流伺服按伺服電動機的控制

5、電壓來分，伺服電動機可分為直流伺服電動機和交流伺服電動機兩大類。直流伺服電動機的輸出功率可達數百瓦，主要用于功率較大的電動機兩大類。直流伺服電動機的輸出功率可達數百瓦，主要用于功率較大的控制系統(tǒng)。交流伺服電動機的輸出功率較小，一般為幾十瓦，主要用于功率較控制系統(tǒng)。交流伺服電動機的輸出功率較小，一般為幾十瓦，主要用于功率較小的控制系統(tǒng)。小的控制系統(tǒng)。 自動控制系統(tǒng)對伺服電動機的基本要求是：自動控制系統(tǒng)對伺服電動機的基本要求是： (1) 寬廣的調速范圍，機械特性和調節(jié)特性寬廣的調速范圍，機械特性和調節(jié)特性均為線性。均為線性。 (2) 快速響應性能好，即機電時間常數要小，快速響應性能好，即機電時間常

6、數要小，在控制信號變化時，能迅速地從一種狀態(tài)過渡到在控制信號變化時，能迅速地從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)。另一種狀態(tài)。 (3) 靈敏度要高，即在很小的控制電壓信號作靈敏度要高，即在很小的控制電壓信號作用下，伺服電動機就能起動運轉。用下，伺服電動機就能起動運轉。 (4) 無自轉現象。所謂自轉現象就是轉動中無自轉現象。所謂自轉現象就是轉動中的伺服電動機在控制電壓為零時繼續(xù)轉動的現象；的伺服電動機在控制電壓為零時繼續(xù)轉動的現象；無自轉現象就是控制電壓降到零時，伺服電動機無自轉現象就是控制電壓降到零時，伺服電動機立即自行停轉。立即自行停轉。 測速發(fā)電機能把機械轉速轉換成與之成正比的電壓信號，可以用作檢測

7、測速發(fā)電機能把機械轉速轉換成與之成正比的電壓信號，可以用作檢測元件、解算元件、角速度信號元件，廣泛地應用于自動控制、測量技術和計元件、解算元件、角速度信號元件，廣泛地應用于自動控制、測量技術和計算技術等裝置中。算技術等裝置中。 自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機的要求是：自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機的要求是： (1) 線性度好，即輸出電壓要嚴格與轉速成正比，并不受溫度等外界條線性度好，即輸出電壓要嚴格與轉速成正比，并不受溫度等外界條件變化的影響。件變化的影響。 (2) 靈敏度高，即在一定的轉速下，輸出電壓值要盡可能大。靈敏度高，即在一定的轉速下，輸出電壓值要盡可能大。 (3) 不靈敏區(qū)小。不靈敏區(qū)小。 (4

8、) 轉動慣量小，以保證測速的快速性。轉動慣量小，以保證測速的快速性。 按電流種類的不同，測速發(fā)電機可分為直流測速發(fā)電機和交流測速發(fā)電按電流種類的不同，測速發(fā)電機可分為直流測速發(fā)電機和交流測速發(fā)電機兩大類。直流測速發(fā)電機又有永磁式和電磁式之分；交流測速發(fā)電機分為機兩大類。直流測速發(fā)電機又有永磁式和電磁式之分；交流測速發(fā)電機分為同步測速發(fā)電機和異步測速發(fā)電機。同步測速發(fā)電機和異步測速發(fā)電機。 自整角機是一種能對角位移或角速度的偏差自動整步的感應式控自整角機是一種能對角位移或角速度的偏差自動整步的感應式控制電動機。自整角機用作角度的傳輸、轉換和指示，在各種控制系統(tǒng)制電動機。自整角機用作角度的傳輸、轉

9、換和指示，在各種控制系統(tǒng)中，尤其是在遙遠指示裝置和隨動系統(tǒng)中得到廣泛應用。在自動控制中，尤其是在遙遠指示裝置和隨動系統(tǒng)中得到廣泛應用。在自動控制系統(tǒng)中通常是兩臺或多臺自整角機組合使用，其作用是通過兩臺或多系統(tǒng)中通常是兩臺或多臺自整角機組合使用，其作用是通過兩臺或多臺電動機在電路上的聯系使機械上互不相聯的兩根或多根轉軸能夠自臺電動機在電路上的聯系使機械上互不相聯的兩根或多根轉軸能夠自動地保持相同的轉角變化或同步的旋轉變化。其中產生控制信號的主動地保持相同的轉角變化或同步的旋轉變化。其中產生控制信號的主自整角機稱為發(fā)送機，接收控制信號、執(zhí)行控制命令與發(fā)送自整角機自整角機稱為發(fā)送機，接收控制信號、執(zhí)

10、行控制命令與發(fā)送自整角機保持同步的自整角機稱為接收機。保持同步的自整角機稱為接收機。 自整角機按其供電電源相數自整角機按其供電電源相數的不同，可分為單相自整角機和的不同，可分為單相自整角機和三相自整角機。三相自整角機多三相自整角機。三相自整角機多用于功率較大的系統(tǒng)中，又稱為用于功率較大的系統(tǒng)中，又稱為功率自整角機，其結構型式與三功率自整角機，其結構型式與三相繞線式異步電動機相同，一般相繞線式異步電動機相同，一般不屬于控制電動機之列，且其工不屬于控制電動機之列，且其工作原理也與單相自整角機基本相作原理也與單相自整角機基本相同，所以本節(jié)只討論單相自整角同，所以本節(jié)只討論單相自整角機。機。 根據自整

11、角機的功能可把自根據自整角機的功能可把自整角機分為控制式自整角機和力整角機分為控制式自整角機和力矩式自整角機兩類。矩式自整角機兩類。 力矩式自整角機主要用于精度較低的指示系統(tǒng)力矩式自整角機主要用于精度較低的指示系統(tǒng)和角傳遞系統(tǒng)中，如液面的高低，閘門的開啟度，液和角傳遞系統(tǒng)中，如液面的高低，閘門的開啟度，液壓電磁閥的開閉，船舶的舵角、方位和船體傾斜的指壓電磁閥的開閉，船舶的舵角、方位和船體傾斜的指示、核反應堆控制棒位置的指示等。這類自整角機的示、核反應堆控制棒位置的指示等。這類自整角機的特點是本身不能放大力矩，要帶動接收機軸上的機械特點是本身不能放大力矩，要帶動接收機軸上的機械負載，必須由自整角

12、機發(fā)送機一方的驅動裝置供給轉負載，必須由自整角機發(fā)送機一方的驅動裝置供給轉矩。矩。 旋轉變壓器是自動裝置中的一類精密控制微電機。分類： 按有無電刷和滑環(huán)之間的滑動接觸來分：接觸式旋轉變壓器和非接觸式旋轉變壓器。 按電機的極對數多少來分：單極對旋轉變壓器和多極對式旋轉變壓器。 按使用要求來分：用于解算裝置的旋轉變壓器和用于隨動系統(tǒng)的旋轉變壓器。 步進電動機能將輸入的電脈沖信號轉換成輸出軸的角位移或直線位移。步進電動機能將輸入的電脈沖信號轉換成輸出軸的角位移或直線位移。這種電動機每輸入一個脈沖信號，輸出軸便轉動一定的角度或前進一步，這種電動機每輸入一個脈沖信號，輸出軸便轉動一定的角度或前進一步，因

13、此被稱為步進電動機或脈沖電動機。步進電動機輸出軸的角位移量與輸因此被稱為步進電動機或脈沖電動機。步進電動機輸出軸的角位移量與輸入脈沖數成正比，不受電壓及環(huán)境溫度的影響，也沒有累積的定位誤差，入脈沖數成正比，不受電壓及環(huán)境溫度的影響，也沒有累積的定位誤差，控制輸入的脈沖數就能準確地控制輸出的角位移量，因而用數字能夠精準控制輸入的脈沖數就能準確地控制輸出的角位移量，因而用數字能夠精準地定位；而步進電動機輸出軸的轉速與輸入的脈沖頻率成正比，控制輸入地定位；而步進電動機輸出軸的轉速與輸入的脈沖頻率成正比，控制輸入的脈沖頻率就能準確地控制步進電動機的轉速，可以在寬廣的范圍內精確的脈沖頻率就能準確地控制步

14、進電動機的轉速，可以在寬廣的范圍內精確地調速。由于步進電動機的這一特點正好符合數字控制系統(tǒng)的要求，同時地調速。由于步進電動機的這一特點正好符合數字控制系統(tǒng)的要求，同時電子技術的發(fā)展也解決了步進電動機的電源問題。因此，隨著數字計算機電子技術的發(fā)展也解決了步進電動機的電源問題。因此，隨著數字計算機的發(fā)展，步進電動機的應用也日益廣泛。目前，它廣泛應用于數控機床、的發(fā)展，步進電動機的應用也日益廣泛。目前，它廣泛應用于數控機床、軋鋼機、軍事工業(yè)、數模轉換裝置以及自動化儀表等方面。軋鋼機、軍事工業(yè)、數模轉換裝置以及自動化儀表等方面。 自動控制系統(tǒng)對步進電動機的基本要求是：自動控制系統(tǒng)對步進電動機的基本要求是： (1) 在一定的速度范圍內步進電動機都能穩(wěn)在一定的速度范圍內步進電動機都能穩(wěn)定運行，輸出軸轉過的步數必須等于輸入脈沖定