电机拖动原理-课件第7章驱动和控制微电机

1、单相异步电动机7.1.1 单相异步电动机的工作原理1 、单相绕组通入单相交流电时的情况、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，单相交流绕组通入单相交流电流将产生脉动磁势，一个脉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。分别用旋转磁势。分别用F+、F-表示，建立起正转和反转磁场表示，建立起正转和反转磁场+、-，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形成正反向电磁转矩Tem+、Tem-，叠加后

2、即为推动转子转动的，叠加后即为推动转子转动的合成转矩合成转矩Tem。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极电动机一、分相起动电动机一、分相起动电动机1、电容起动电动机、电容起动电动机 特点：特点： ）起动绕组和电容按短时工作设计；）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。）电容起分相和提高功率因数的作用。 由于起动绕组和电容按短时工作设计，因此，当由于起动绕组和电容按短时工作设计，因此，当n达达7580%n1时，离心开关自动打开。时，离心开关自动打开。2、电容

3、电动机、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。应按长期工作设计。特点：）起动绕组和电容器按长期工作设计；）过载能力、功率因数和效率均较高；）容量能做到五十瓦至几千瓦；）应用比较广泛，如应用于压气机、空调等。二、罩极电动机二、罩极电动机 1、结构特点：结构特点：定子作成凸极式，由硅钢片叠压而成，工作绕组为定子作成凸极式，由硅钢片叠压而成，工作绕组为集中绕组，套在定子磁极上，每个极靴表面集中绕组，套在定子磁极上，每个极靴表面1/31/4处开有一个小槽，放入罩极绕组（短路环），如下处开有一个小槽，放入罩极绕组

4、（短路环），如下图：图： 伺服电动机伺服电动机又称执行电动机，它能把接受的电压信号转换为电动机转轴又称执行电动机，它能把接受的电压信号转换为电动机转轴上的机械角位移或角速度的变化，具有服从控制信号的要求而动作的功能：在上的机械角位移或角速度的变化，具有服从控制信号的要求而动作的功能：在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能即时停转。由于这种转子能即时停转。由于这种“伺服伺服”的性能因此命名。的性能因此命名。按伺服电动机的控制电压来分，伺服电动机可分为直流伺服电动机和交流伺服按伺服电动机的控制

5、电压来分，伺服电动机可分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。直流伺服电动机的输出功率可达数百瓦，主要用于功率较大的电动机两大类。直流伺服电动机的输出功率可达数百瓦，主要用于功率较大的控制系统。交流伺服电动机的输出功率较小，一般为几十瓦，主要用于功率较控制系统。交流伺服电动机的输出功率较小，一般为几十瓦，主要用于功率较小的控制系统。小的控制系统。 自动控制系统对伺服电动机的基本要求是：自动控制系统对伺服电动机的基本要求是： (1) 宽广的调速范围，机械特性和调节特性宽广的调速范围，机械特性和调节特性均为线性。均为线性。 (2) 快速响应性能好，即机电时间常数要小，快速响应性能好，即机电时间常

6、数要小，在控制信号变化时，能迅速地从一种状态过渡到在控制信号变化时，能迅速地从一种状态过渡到另一种状态。另一种状态。 (3) 灵敏度要高，即在很小的控制电压信号作灵敏度要高，即在很小的控制电压信号作用下，伺服电动机就能起动运转。用下，伺服电动机就能起动运转。 (4) 无自转现象。所谓自转现象就是转动中无自转现象。所谓自转现象就是转动中的伺服电动机在控制电压为零时继续转动的现象；的伺服电动机在控制电压为零时继续转动的现象；无自转现象就是控制电压降到零时，伺服电动机无自转现象就是控制电压降到零时，伺服电动机立即自行停转。立即自行停转。 测速发电机能把机械转速转换成与之成正比的电压信号，可以用作检测

7、测速发电机能把机械转速转换成与之成正比的电压信号，可以用作检测元件、解算元件、角速度信号元件，广泛地应用于自动控制、测量技术和计元件、解算元件、角速度信号元件，广泛地应用于自动控制、测量技术和计算技术等装置中。算技术等装置中。 自动控制系统对测速发电机的要求是：自动控制系统对测速发电机的要求是： (1) 线性度好，即输出电压要严格与转速成正比，并不受温度等外界条线性度好，即输出电压要严格与转速成正比，并不受温度等外界条件变化的影响。件变化的影响。 (2) 灵敏度高，即在一定的转速下，输出电压值要尽可能大。灵敏度高，即在一定的转速下，输出电压值要尽可能大。 (3) 不灵敏区小。不灵敏区小。 (4

8、) 转动惯量小，以保证测速的快速性。转动惯量小，以保证测速的快速性。 按电流种类的不同，测速发电机可分为直流测速发电机和交流测速发电按电流种类的不同，测速发电机可分为直流测速发电机和交流测速发电机两大类。直流测速发电机又有永磁式和电磁式之分；交流测速发电机分为机两大类。直流测速发电机又有永磁式和电磁式之分；交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。同步测速发电机和异步测速发电机。 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动机。自整角机用作角度的传输、转换和指示，在各种控制系统制电动机。自整角机用作角度的传输、转

9、换和指示，在各种控制系统中，尤其是在遥远指示装置和随动系统中得到广泛应用。在自动控制中，尤其是在遥远指示装置和随动系统中得到广泛应用。在自动控制系统中通常是两台或多台自整角机组合使用，其作用是通过两台或多系统中通常是两台或多台自整角机组合使用，其作用是通过两台或多台电动机在电路上的联系使机械上互不相联的两根或多根转轴能够自台电动机在电路上的联系使机械上互不相联的两根或多根转轴能够自动地保持相同的转角变化或同步的旋转变化。其中产生控制信号的主动地保持相同的转角变化或同步的旋转变化。其中产生控制信号的主自整角机称为发送机，接收控制信号、执行控制命令与发送自整角机自整角机称为发送机，接收控制信号、执

10、行控制命令与发送自整角机保持同步的自整角机称为接收机。保持同步的自整角机称为接收机。 自整角机按其供电电源相数自整角机按其供电电源相数的不同，可分为单相自整角机和的不同，可分为单相自整角机和三相自整角机。三相自整角机多三相自整角机。三相自整角机多用于功率较大的系统中，又称为用于功率较大的系统中，又称为功率自整角机，其结构型式与三功率自整角机，其结构型式与三相绕线式异步电动机相同，一般相绕线式异步电动机相同，一般不属于控制电动机之列，且其工不属于控制电动机之列，且其工作原理也与单相自整角机基本相作原理也与单相自整角机基本相同，所以本节只讨论单相自整角同，所以本节只讨论单相自整角机。机。 根据自整

11、角机的功能可把自根据自整角机的功能可把自整角机分为控制式自整角机和力整角机分为控制式自整角机和力矩式自整角机两类。矩式自整角机两类。 力矩式自整角机主要用于精度较低的指示系统力矩式自整角机主要用于精度较低的指示系统和角传递系统中，如液面的高低，闸门的开启度，液和角传递系统中，如液面的高低，闸门的开启度，液压电磁阀的开闭，船舶的舵角、方位和船体倾斜的指压电磁阀的开闭，船舶的舵角、方位和船体倾斜的指示、核反应堆控制棒位置的指示等。这类自整角机的示、核反应堆控制棒位置的指示等。这类自整角机的特点是本身不能放大力矩，要带动接收机轴上的机械特点是本身不能放大力矩，要带动接收机轴上的机械负载，必须由自整角

12、机发送机一方的驱动装置供给转负载，必须由自整角机发送机一方的驱动装置供给转矩。矩。 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。 步进电动机能将输入的电脉冲信号转换成输出轴的角位移或直线位移。步进电动机能将输入的电脉冲信号转换成输出轴的角位移或直线位移。这种电动机每输入一个脉冲信号，输出轴便转动一定的角度或前进一步，这种电动机每输入一个脉冲信号，输出轴便转动一定的角度或前进一步，因

13、此被称为步进电动机或脉冲电动机。步进电动机输出轴的角位移量与输因此被称为步进电动机或脉冲电动机。步进电动机输出轴的角位移量与输入脉冲数成正比，不受电压及环境温度的影响，也没有累积的定位误差，入脉冲数成正比，不受电压及环境温度的影响，也没有累积的定位误差，控制输入的脉冲数就能准确地控制输出的角位移量，因而用数字能够精准控制输入的脉冲数就能准确地控制输出的角位移量，因而用数字能够精准地定位；而步进电动机输出轴的转速与输入的脉冲频率成正比，控制输入地定位；而步进电动机输出轴的转速与输入的脉冲频率成正比，控制输入的脉冲频率就能准确地控制步进电动机的转速，可以在宽广的范围内精确的脉冲频率就能准确地控制步

14、进电动机的转速，可以在宽广的范围内精确地调速。由于步进电动机的这一特点正好符合数字控制系统的要求，同时地调速。由于步进电动机的这一特点正好符合数字控制系统的要求，同时电子技术的发展也解决了步进电动机的电源问题。因此，随着数字计算机电子技术的发展也解决了步进电动机的电源问题。因此，随着数字计算机的发展，步进电动机的应用也日益广泛。目前，它广泛应用于数控机床、的发展，步进电动机的应用也日益广泛。目前，它广泛应用于数控机床、轧钢机、军事工业、数模转换装置以及自动化仪表等方面。轧钢机、军事工业、数模转换装置以及自动化仪表等方面。 自动控制系统对步进电动机的基本要求是：自动控制系统对步进电动机的基本要求是： (1) 在一定的速度范围内步进电动机都能稳在一定的速度范围内步进电动机都能稳定运行，输出轴转过的步数必须等于输入脉冲定