電機(jī)拖動原理-課件第7章驅(qū)動和控制微電機(jī)

1、單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)7.1.1 單相異步電動機(jī)的工作原理1 、單相繞組通入單相交流電時(shí)的情況、單相繞組通入單相交流電時(shí)的情況 單相交流繞組通入單相交流電流將產(chǎn)生脈動磁勢，單相交流繞組通入單相交流電流將產(chǎn)生脈動磁勢，一個(gè)脈一個(gè)脈動磁勢可以分解為兩個(gè)大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的圓形動磁勢可以分解為兩個(gè)大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢。分別用旋轉(zhuǎn)磁勢。分別用F+、F-表示，建立起正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁場表示，建立起正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁場+、-，這兩個(gè)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，從而這兩個(gè)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，從而形成正反向電磁轉(zhuǎn)矩形成正反向電磁轉(zhuǎn)矩Tem+、T

2、em-，疊加后即為推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的，疊加后即為推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的合成轉(zhuǎn)矩合成轉(zhuǎn)矩Tem。7.1.2 單相異步電動機(jī)的主要類型 根據(jù)獲得旋轉(zhuǎn)磁場方式的不同，主要分為分相電動機(jī)和罩根據(jù)獲得旋轉(zhuǎn)磁場方式的不同，主要分為分相電動機(jī)和罩極電動機(jī)極電動機(jī)一、分相起動電動機(jī)一、分相起動電動機(jī)1、電容起動電動機(jī)、電容起動電動機(jī) 特點(diǎn)：特點(diǎn)： ）起動繞組和電容按短時(shí)工作設(shè)計(jì)；）起動繞組和電容按短時(shí)工作設(shè)計(jì)； ）電容起分相和提高功率因數(shù)的作用。）電容起分相和提高功率因數(shù)的作用。 由于起動繞組和電容按短時(shí)工作設(shè)計(jì)，因此，當(dāng)由于起動繞組和電容按短時(shí)工作設(shè)計(jì)，因此，當(dāng)n達(dá)達(dá)7580%n1時(shí)，離心開關(guān)自動打開。時(shí)，離心開關(guān)自動

3、打開。2、電容電動機(jī)、電容電動機(jī) 電容電動機(jī)實(shí)質(zhì)是一臺兩相異步電動機(jī)，起動繞組和電容電容電動機(jī)實(shí)質(zhì)是一臺兩相異步電動機(jī)，起動繞組和電容應(yīng)按長期工作設(shè)計(jì)。應(yīng)按長期工作設(shè)計(jì)。特點(diǎn)：）起動繞組和電容器按長期工作設(shè)計(jì)；）過載能力、功率因數(shù)和效率均較高；）容量能做到五十瓦至幾千瓦；）應(yīng)用比較廣泛，如應(yīng)用于壓氣機(jī)、空調(diào)等。二、罩極電動機(jī)二、罩極電動機(jī) 1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(gè)極靴表面集中繞組，套在定子磁極上，每個(gè)極靴表面1/31/4處開有一個(gè)小槽，放入罩極繞組（短路環(huán)），如下處開有一個(gè)小槽

4、，放入罩極繞組（短路環(huán)），如下圖：圖： 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)又稱執(zhí)行電動機(jī)，它能把接受的電壓信號轉(zhuǎn)換為電動機(jī)轉(zhuǎn)軸又稱執(zhí)行電動機(jī)，它能把接受的電壓信號轉(zhuǎn)換為電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的機(jī)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(jī)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(zhuǎn)子靜止不動；信號來到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動；當(dāng)信號消失，信號來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動；信號來到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動；當(dāng)信號消失，轉(zhuǎn)子能即時(shí)停轉(zhuǎn)。由于這種轉(zhuǎn)子能即時(shí)停轉(zhuǎn)。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(jī)的控制電壓來分，伺服電動機(jī)可分為直流伺服電動機(jī)和交流伺服按伺

5、服電動機(jī)的控制電壓來分，伺服電動機(jī)可分為直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)兩大類。直流伺服電動機(jī)的輸出功率可達(dá)數(shù)百瓦，主要用于功率較大的電動機(jī)兩大類。直流伺服電動機(jī)的輸出功率可達(dá)數(shù)百瓦，主要用于功率較大的控制系統(tǒng)。交流伺服電動機(jī)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(jī)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(jī)的基本要求是：自動控制系統(tǒng)對伺服電動機(jī)的基本要求是： (1) 寬廣的調(diào)速范圍，機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性寬廣的調(diào)速范圍，機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性。均為線性。 (2) 快速響應(yīng)性能好，即機(jī)電時(shí)間常數(shù)要小，快速響應(yīng)性能好

6、，即機(jī)電時(shí)間常數(shù)要小，在控制信號變化時(shí)，能迅速地從一種狀態(tài)過渡到在控制信號變化時(shí)，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(jī)就能起動運(yùn)轉(zhuǎn)。用下，伺服電動機(jī)就能起動運(yùn)轉(zhuǎn)。 (4) 無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。所謂自轉(zhuǎn)現(xiàn)象就是轉(zhuǎn)動中無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。所謂自轉(zhuǎn)現(xiàn)象就是轉(zhuǎn)動中的伺服電動機(jī)在控制電壓為零時(shí)繼續(xù)轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象；的伺服電動機(jī)在控制電壓為零時(shí)繼續(xù)轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象；無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象就是控制電壓降到零時(shí)，伺服電動機(jī)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象就是控制電壓降到零時(shí)，伺服電動機(jī)立即自行停轉(zhuǎn)。立即自行停轉(zhuǎn)。 測速發(fā)電機(jī)能把機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成與之成正比的電壓信號

7、，可以用作檢測測速發(fā)電機(jī)能把機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)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(yīng)用于自動控制、測量技術(shù)和計(jì)元件、解算元件、角速度信號元件，廣泛地應(yīng)用于自動控制、測量技術(shù)和計(jì)算技術(shù)等裝置中。算技術(shù)等裝置中。 自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機(jī)的要求是：自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機(jī)的要求是： (1) 線性度好，即輸出電壓要嚴(yán)格與轉(zhuǎn)速成正比，并不受溫度等外界條線性度好，即輸出電壓要嚴(yán)格與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速下，輸出電壓值要盡可能大。靈敏度高，即在一定的轉(zhuǎn)速下，輸出電壓值要盡可能大。 (3) 不靈敏區(qū)小。不靈

8、敏區(qū)小。 (4) 轉(zhuǎn)動慣量小，以保證測速的快速性。轉(zhuǎn)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(jī)可分為直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(fā)電按電流種類的不同，測速發(fā)電機(jī)可分為直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(fā)電機(jī)兩大類。直流測速發(fā)電機(jī)又有永磁式和電磁式之分；交流測速發(fā)電機(jī)分為機(jī)兩大類。直流測速發(fā)電機(jī)又有永磁式和電磁式之分；交流測速發(fā)電機(jī)分為同步測速發(fā)電機(jī)和異步測速發(fā)電機(jī)。同步測速發(fā)電機(jī)和異步測速發(fā)電機(jī)。 自整角機(jī)是一種能對角位移或角速度的偏差自動整步的感應(yīng)式控自整角機(jī)是一種能對角位移或角速度的偏差自動整步的感應(yīng)式控制電動機(jī)。自整角機(jī)用作角度的傳輸、轉(zhuǎn)換和指示，在各種控制系統(tǒng)制電動機(jī)。自整角機(jī)用作

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

10、收控制信號、執(zhí)行控制命令與發(fā)送自整角機(jī)保持同步的自整角機(jī)稱為接收機(jī)。保持同步的自整角機(jī)稱為接收機(jī)。 自整角機(jī)按其供電電源相數(shù)自整角機(jī)按其供電電源相數(shù)的不同，可分為單相自整角機(jī)和的不同，可分為單相自整角機(jī)和三相自整角機(jī)。三相自整角機(jī)多三相自整角機(jī)。三相自整角機(jī)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(jī)，其結(jié)構(gòu)型式與三功率自整角機(jī)，其結(jié)構(gòu)型式與三相繞線式異步電動機(jī)相同，一般相繞線式異步電動機(jī)相同，一般不屬于控制電動機(jī)之列，且其工不屬于控制電動機(jī)之列，且其工作原理也與單相自整角機(jī)基本相作原理也與單相自整角機(jī)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(jī)。

11、機(jī)。 根據(jù)自整角機(jī)的功能可把自根據(jù)自整角機(jī)的功能可把自整角機(jī)分為控制式自整角機(jī)和力整角機(jī)分為控制式自整角機(jī)和力矩式自整角機(jī)兩類。矩式自整角機(jī)兩類。 力矩式自整角機(jī)主要用于精度較低的指示系統(tǒng)力矩式自整角機(jī)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(yīng)堆控制棒位置的指示等。這類自整角機(jī)的示、核反應(yīng)堆控制棒位置的指示等。這類自整角機(jī)的特點(diǎn)是本身不能放大力矩，要帶動接收機(jī)軸上的機(jī)械特點(diǎn)是本身不能放大力矩，要帶動接收機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載

12、，必須由自整角機(jī)發(fā)送機(jī)一方的驅(qū)動裝置供給轉(zhuǎn)負(fù)載，必須由自整角機(jī)發(fā)送機(jī)一方的驅(qū)動裝置供給轉(zhuǎn)矩。矩。 旋轉(zhuǎn)變壓器是自動裝置中的一類精密控制微電機(jī)。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(zhuǎn)變壓器和非接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器。 按電機(jī)的極對數(shù)多少來分：單極對旋轉(zhuǎn)變壓器和多極對式旋轉(zhuǎn)變壓器。 按使用要求來分：用于解算裝置的旋轉(zhuǎn)變壓器和用于隨動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變壓器。 步進(jìn)電動機(jī)能將輸入的電脈沖信號轉(zhuǎn)換成輸出軸的角位移或直線位移。步進(jìn)電動機(jī)能將輸入的電脈沖信號轉(zhuǎn)換成輸出軸的角位移或直線位移。這種電動機(jī)每輸入一個(gè)脈沖信號，輸出軸便轉(zhuǎn)動一定的角度或前進(jìn)一步，這種電動機(jī)每輸入一個(gè)脈沖信號，輸出軸便轉(zhuǎn)動一定的角度

13、或前進(jìn)一步，因此被稱為步進(jìn)電動機(jī)或脈沖電動機(jī)。步進(jìn)電動機(jī)輸出軸的角位移量與輸因此被稱為步進(jìn)電動機(jī)或脈沖電動機(jī)。步進(jìn)電動機(jī)輸出軸的角位移量與輸入脈沖數(shù)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(shù)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(shù)就能準(zhǔn)確地控制輸出的角位移量，因而用數(shù)字能夠精準(zhǔn)控制輸入的脈沖數(shù)就能準(zhǔn)確地控制輸出的角位移量，因而用數(shù)字能夠精準(zhǔn)地定位；而步進(jìn)電動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比，控制輸入地定位；而步進(jìn)電動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比，控制輸入的脈沖頻率就能準(zhǔn)確地控制步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以在寬廣的范圍內(nèi)精確的脈沖頻率就

14、能準(zhǔn)確地控制步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以在寬廣的范圍內(nèi)精確地調(diào)速。由于步進(jìn)電動機(jī)的這一特點(diǎn)正好符合數(shù)字控制系統(tǒng)的要求，同時(shí)地調(diào)速。由于步進(jìn)電動機(jī)的這一特點(diǎn)正好符合數(shù)字控制系統(tǒng)的要求，同時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展也解決了步進(jìn)電動機(jī)的電源問題。因此，隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)電子技術(shù)的發(fā)展也解決了步進(jìn)電動機(jī)的電源問題。因此，隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展，步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用也日益廣泛。目前，它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、的發(fā)展，步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用也日益廣泛。目前，它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、軋鋼機(jī)、軍事工業(yè)、數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置以及自動化儀表等方面。軋鋼機(jī)、軍事工業(yè)、數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置以及自動化儀表等方面。 自動控制系統(tǒng)對步進(jìn)電動機(jī)的基本要求是：自動控制系統(tǒng)對步進(jìn)電動機(jī)的基本要求是： (1) 在一定的速度范圍內(nèi)步進(jìn)電動機(jī)都能穩(wěn)在一定的速度范圍內(nèi)步進(jìn)電動機(jī)都能穩(wěn)定運(yùn)行，輸出軸轉(zhuǎn)過的步數(shù)必須等于輸入脈沖定