微特电机总复习.doc

第一章 绪论1 微特电机的分类：按照用途分驱动用微特电机（主要用于驱动各种机构、仪表以及家用电器等）、控制用微特电机（实现各种自动控制） A驱动用微特电机的分类：根据结构与原理分换向器电机、感应电机、同步电机、永磁无刷电机、超声波电机、直线电机、双凸极电机 B控制用微特电机的分类：根据在自动控制系统中的功能分伺服电动机、测速发电机、旋转变压器、自整角机、步进电动机第二章 伺服电动机与伺服系统2 伺服电动机：(执行电动机)它将电压信号(控制信号)转变为电机转轴的角速度或角位移输出，其按电源性质分直流伺服电动机、交流伺服电动机（异步伺服电动机、同步伺服电动机）3 直流伺服电动机分类：按结构分传统型、低惯量型 A传统型：由定子、转子组成，按励磁方式分为电磁式、永磁式 B低惯量型：分为空心杯形转子直流伺服电动机、盘式电枢直流伺服电动机、无槽电枢直流伺服电动机4 直流伺服电动机的控制方法：n=Ua/(Ce)-RaTe/(CTCe2) A.电枢控制：电磁转矩不变，通过改变电枢电压来控制电机转速 B.磁极控制：电枢转矩不变，通过调节磁通来控制电机转速5 直流伺服电动机的机械特性：是指控制电压保持不变，电机转速n随电磁转矩Te变化的关系 n=Ua/(Ce)-RaTe/(CTCe2)=n0-kTe 理想空载转速n0= Ua/(Ce) Ua改变n0，使得机械特性直线上下移动 机械特性硬度k= Ra/(CTCe2) Ra值改变斜率，k值越大，机械特性越软6 直流伺服电动机的动态特性：是指电枢电压发生突变时，电机转速从一种稳态转速变化到另一种稳态转速的过程 KUa=med2/dt2+md/dt+ 机电时间常数m：m=2RaJ/(60CeCT2) 当电机在空载情况下并加额定励磁电压，电枢绕组外施阶跃电压，转速从零上升到理想空载转速的63.2%所需要时间7 直流力矩电动机的优点及特性：低转速、大转矩；动态响应块；转矩波动小，能在低速下稳定运行；机械特性和调节特性线性度好；电机的连续堵转转矩和峰值堵转转矩大8 直流力矩电动机的结构特点：为了能在相同体积和电枢电压下产生比较大的转矩和低转速，一般做成扁平式结构，电枢长度与直径之比为0.2左右，结构上采用永磁式，多极对，多槽数，多换向片，总体结构形式有分装式、内装式9 直流力矩电动机低转速、大转矩的原因：由于其扁平式结构特点在转子体积、电枢电流、电流密度和气隙磁通密度相同的条件下，电枢直径增大1倍，电磁转矩也会增大1倍；理想空载转速与电枢直径近似成反比；总而言之，在其他条件相同时，增大电动机的直径，减小其轴向长度，可以增加电动机的转矩、降低电机的转速10 交流异步伺服电动机的结构特点：分定子和转子两大部分定子铁心中放着两相空间互成90度的绕组：励磁绕组加Uf交流电源上、控制绕组加控制电压Uc，两者同频率；转子分三种结构型式：高电阻率导条鼠笼转子、非磁性空心杯形转子、铁磁性空心转子11 “自转现象”：当转子电阻较小时，两相异步伺服电动机的机械特性曲线就和单相异步电动机相同，在电机作为电动机运行的转差率范围内，0sT2,合成电磁转矩Te=T1-T20，只要负载转矩小于最大电磁转矩Tem，电机转子将一直运转，并不会因控制电压的消失而停转12 消除“自转现象”的方法：增大转子电阻，如此可以使得Te013 如何获得圆形旋转磁场：对于两相交流异步伺服电动机，若在两相对称绕组中施加两相对称电压，即励磁绕组和控制绕组电压幅值相等且两者之间的相位差90度电角度 UcZf1+jU1Zc1=014 交流异步伺服电动机控制方式：幅值控制、相位控制、幅值-相位(电容)控制、双相控制 A幅值控制：保持励磁电压Uf的幅值和相位不变，通过调节控制电压Uc的大小来调节电机的转速，控制电压Uc与励磁电压Uf始终保持90度电角度相位差 B.相位控制：保持控制电压Uc的幅值不变，通过调节控制电压Uc的相位 C电容控制：将励磁绕组串联电容C，控制电压Uc的相位始终与U1相同，调节控制电压Uc的幅值来改变电动机的转速时，由于转子绕组的耦合作用，励磁回路中的If发生改变，使得励磁电压Uf及串联电容上的Ua也随之改变 D双相控制：励磁绕组和控制绕组间的相位差固定在90度电角度，而励磁电压Uf的幅值随控制电压Uc的改变而改变15 交流异步伺服电动机的机械特性曲线的非线性度：=100%n/n0 在额定励磁电压下，任意控制电压时的实际机械特性与线性机械特性在转矩Te=Tst/2时的转速偏差n与空载转速n0之比的百分数第三章 测速发电机16 测速发电机：是一种检测机械转速的电磁装置，把输入的机械转速变换成电压信号输出，具有高精确度、高灵敏度、可靠性好等特点，分为直流测速发电机、交流测速发电机17 直流测速发电机分类：按其励磁方式分电磁式、永磁式18 直流测速发电机的输出特性：输出电压与转速的关系Ua=f(n) Ea=Cen=Ken Ua=Ea-IaRa-UbEa-IaRa=Ea-UaRa/RL C=Ke/(1+Ra/RL) Ua=Cn19 直流测速发电机产生误差的原因，及减小方法：不灵敏区电枢反应电刷电阻A电枢反应：当负载电阻越小或转速越高时，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，气隙磁通减小得越多，输出电压下降越明显，使得曲线在高转速区向下弯曲 改善措施：定子磁极上安装补偿绕组Wc；选择较小的线负荷和较大空气隙；转速不应超过最大线性工作速度，负载电阻不应小于最小负载电阻B.电刷电阻：首先，由于有电刷电阻的存在，必然会有电刷接触压降，使得曲线向下平移了Ub；其次，在低转速区，由于电枢电流较小，使得接触电阻较大，这使得电刷接触压降很大，从而使得在低转速区的输出电压极低，造成一个不灵敏区 改善措施：采用低电刷电阻、导电性能要好的材料制作电刷C.电刷位置：电刷位置没有在严格的几何中心，会造成电机正反转输出电压不对称 改善措施：安装时，要保证电刷位置在严格的几何中心D.温度影响：由于环境温度和电机发热，会使得电机绕组电阻增大，输出电压降低 改善措施：磁路要比较饱和；在励磁回路串附加电阻来稳流，或负温度系数的热敏电阻；励磁回路用恒流源供电E.纹波影响：由于电机本身结构以及加工误差引起电压脉动 改善措施：电枢采用斜槽结构，减小高次谐波20 交流测速发电机的分类：同步测速发电机(永磁式、感应子式、脉冲式)、异步测速发电机(鼠笼转子、空心杯形转子)21 空心杯形转子异步测速发电机结构及原理：它的转子是一个薄壁非磁性杯；定子上嵌有空间相差90度电角度的两相绕组，一相励磁绕组Wf，一相输出绕组W2，一般绕组嵌在内定子上，为了便于调节内外定子相对位置，减小剩余电压，在内定子侧装有转动调节装置，为了减小磁路不对称，通常采用四极电机；当电机励磁绕组上加频率f的交流电压Uf时，在励磁绕组中会有电流If，并在内外定子间的气隙中产生脉振磁场，同时在励磁绕组中产生感应电动势Ef，磁通d近似正比于电源电压Uf，在转子以转速n转动时，转子杯除了变压器电动势外，还有旋转电动势Er=C2nd,旋转电动势在转子杯中产生短路电流Ir，该电流又产生脉振磁通q，该磁通在输出绕组W2的中感应出频率为f的电动势E2，从而产生输出电压U2 Ufd nErIrqE2U2 为了保证输出电压U2和转子转速n严格成正比关系，必须保证d为常数 为了保证d为常数，还必须设法减小励磁绕组的漏阻抗，如此在外加励磁电源电压不变时，即使因转子磁动势引起的励磁电流变化，漏阻抗压降变化得也很小，励磁磁通也基本不变22 异步测速发电机输出特性的非线性关系的原因：异步测速发电机本身的参数是随着电机的转速变化而变化的，输出电压与励磁电压之间的相位差也将随转速变化而变化23 异步测速发电机负载的选择：一般采用电阻电容负载，使得输出电压幅值不受影响24 异步测速发电机的主要技术指标：线性误差、相位误差、剩余电压25 剩余电压产生的原因及减小措施：基波分量(变压器分量、旋转分量、电容分量)+高次谐波分量 A变压器分量由于励磁绕组和输出绕组的轴线在空间上并不是严格的相差90度电角度，或者磁路不对称；旋转分量由于铁心材料各向磁滞变化情况不同，或者铁心片间短路以及空心杯转子的材料不均匀；电容分量由于绕组间会存在寄生分布电容 B高次谐波分量励磁电源电压为非正弦波；电机磁路饱和 减小措施：改进电机的制造材料及工艺；外接补偿装置26 反应式步进电机的结构：按定转子铁心段数分单段式、多段式27 反应式步进电机的工作原理：他是利用凸极转子交轴磁阻与直轴磁阻之差所产生的反应转矩而转动的（其缺点是效率低，带惯性负载能力差） A三相单三拍通电方式：ABCA，步距角s=30。，“三相”指三相电，“单”指每次只有一相导通，“三拍”指改变三次通电状态为一个循环 “失步现象”：单三拍运行时，步进电机的控制绕组在断电、通电的间断期间，转子磁极因“失磁”而不能保持原自行“锁定”的平衡位置，失去“自锁”能力 “振荡现象”：由于一相控制绕组断电至另一相控制绕组通电，转子则经历起动加速、减速、至新平衡位置的过程，此过程会由于惯性而在平衡点附近产生振荡现象 B三相双三拍通电方式：ABBCCAAB，步距角s=30。 C三相单、双六拍通电方式：AABBBCCCAA，s=15。 公式：Zr/(2pm)=K+1/m s=2/(ZrN)=2/(ZrCm) N=Cm n=60f/(NZr) Zr转子齿数 K非零正整数 s步距角 2p磁极数 m相数 C通电系数(单拍或双拍时为1，单、双拍时为2) N步进电机运行拍数28 反应式步进电动机的矩角特性：静转矩与转子失调角的关系T=f() 静转矩T：静态时的反应转矩失调角：在有扰动作用时，转子偏离初始稳定平衡位置的电角度29 反应式步进电动机的最大负载能力Tst：只有负载转矩小于相邻两个矩角特性交点s所对应的电磁转矩，也称起动转矩第七章 永磁无刷直流电动机30 永磁无刷直流电动机的基本结构：永磁电动机本体、逆变器、转子位置传感器31 一相导通星形三相三状态的工作原理：三只光电位置传感器H1、H2、H3在空间互差120度，折光圆盘与电机转子同轴安装，受光侧输出高电平，从而驱动对应的开关管导通32 两相导通星形三相六状态的工作原理：每当转子沿顺时针方向转过60度时，功率管就换流一次：VT1、VT6导通，AXYB；VT1、VT2导通，AXZC；VT3、VT2导通，BYZC；VT3、VT4导通，BYXA；VT5、VT4导通，CZXA；VT5、VT6导通，CZYB33 （两相导通）永磁无刷直流电动机的运行特性：机械特性()、调节特性 A机械特性：n=(U-2U)/(Ce)-2raTe/(CeCT2) “弯曲现象”的原因：Te增大使得Ia增大，从而U也会随着增大，最终使得加载绕组上的电压有所减小，使特性曲线偏离直线而向下弯曲 B.调节特性：U0=2raTe/(CT)+2U K=1/(Ce)34 永磁无刷直流电动机的控制方法：按有无转子位置传感器分有位置传感器控制、无位置传感器控制35 永磁无刷电动机无电刷、无换向器却能有良好的调速性能的原因：转子位置传感器代替了电刷，逆变器代替了机械式换向器36 有位置传感器控制的永磁无刷直流电动机原理：单片机P2口置成输入口，送H1、H2、H3的位置检测信号；P1口置成输出口，控制开关管的导通；P0.0接V0，用来制动 A制动电阻RT：连V0，使转子动能变换成电能损耗在该电阻上，从而实现制动 B电流采样电阻Rf：用于电流检测，其上的电压Uf送电压比较器LM与设定值U0比较，从而实现恒流控制、过流保护第八章 单相交流串励电动机37 单相交流串励电动机的优点：励磁绕组与电枢绕组串联；转子有换向器与电刷；使用方便；转速高、体积小、质量轻；起动转矩大、过载能力强38 单相交流串励电动机的工作原理：将励磁绕组和电枢绕组串联，当在其端部施加交流电压时，便有交流电流流过励磁绕组和电枢绕组，励磁电流If与电枢电流Ia相等，在交流电的正半周0t,电流为正，磁通也为正，产生正的电磁转矩，在交流电的负半周t 2,电枢电流反向，由于励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流与磁通也反向，所以电磁转矩的方向不变，显然，电磁转矩是一脉动转矩，但平均值为正，所以能驱动电动机连续转动39 单相交流串励电动机的工作特性： A磁通：主磁通d由励磁电流If流过励磁绕组产生，位于电机的的交轴即磁极中心线上；交轴磁通q电枢电流Ia流过电枢绕组，其产生的磁通的方向与磁极中心线垂直，而与电刷轴线一致 B感应电动势：旋转电动势、变压器电动势、变压器电动势 1.旋转电动势：由电枢绕组切割主磁通d产生 2.变压器电动势：由主磁通d在励磁绕组中感应产生 3.变压器电动势：由交轴脉振磁通q在电枢绕组中感应产生 C机械特性：n=U/(CT)-2(Ra+Rf)/(CeCf) 串励特性：当转速很低时，转矩反而会很大，这使得电动机在低速时，转矩增大，不易被制动，过载能力强，常用于自动调节转速40 单相交流串励电动机的调速方法：改变电源电压U、改变励磁磁通d、改变电机绕组串联电阻Ra+Rf A调压调速：利用串联单相或双向晶闸管调压调速、串联电抗器调压调速 B调磁通调速：将俩串励绕组由串接改为并接（励磁电流减小为原来一半，磁势降低一半，磁通减小，转速上升）、将俩串励绕组由并接改为串接（磁通上升，转速下降）、励磁绕组分级抽头调速 C串电阻调速：在串励电动机回路中加入电阻，实现降速目的第十章 直线电动机41 直线感应电动机的基本结构及工作原理：旋转电机的定子演变成一次测，转子演变成二次侧，当一次测的三相绕组通入对称正弦交流