微特电机论文

1、扬州大学能源与动力工程学院微特电机与系统论文题 目： 对控制电机的认识 课 程： 微特电机与系统 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气0902 学 号： 091302212 姓 名： 黄亚飞 指导教师： 张建华 完成日期： 2012年06月07日 对控制电机的认识控制电机在自动控制系统中的作用在各类自动控制系统、遥控和解算装置中，需要用到大量的各种各样的元件。 控制电机就是其中的重要元件之一。它属于机电元件，在系统中具有执行、检测和解算的功能。 虽然从基本原理来说，控制电机与普通旋转电机没有本质上的差别，但后者着重于对电机的力能指标方面的要求，而前者则着重于对特性、高精度和快速响应方面

2、的要求，满足系统对它提出的要求。控制电机已经成为现代工业自动化系统、现代科学技术和现代军事装备中不可缺少的重要元件。 它的应用范围非常广泛，例如，火炮和雷达的自动定位，舰船方向舵的自动操纵， 飞机的自动驾驶，遥远目标位置的显示，机床加工过程的自动控制和自动显示， 阀门的遥控，以及机器人、电子计算机、自动记录仪表、医疗设备、录音录像设备等中的自动控制系统。下面以雷达扫描及自动跟踪飞机的过程为例，具体说明控制电机在自动控制系统中所起的作用和所处的地位。雷达天线控制系统的原理线路如图 1 所示。这个系统有两种工作状态。一种是当雷达还没有捕捉到飞机时，要由雷达操纵手操作，使天线旋转去搜索飞机，这就是雷

3、达的搜索过程。 这时图1 上的闸刀S合在位置。第二种状态是当天线捕捉到目标时，把闸刀立即合向位置。这时雷达天线作自动跟踪飞机的运动，系统处于自动跟踪状态。下面分别讨论系统的这两种状态。图 1 雷达天线控制系统原理线路 图 1 雷达天线控制系统原理线路 1 雷达天线控制系统的搜索状态在搜索飞机时，我们希望雷达天线按照要求在空间不断旋转，使雷达发射机发出的强大的电磁波束跟着天线的转动在空中进行扫描。由于雷达天线又大又重，人是摇不动的， 这时雷达操纵手只需要摇动手把7，使自整角发送机1的转子旋转，通过自动控制系统的作用， 就可使雷达天线 3 跟着自整角发送机的转角自动地旋转。发送机转几度， 天线也转

4、几度； 发送机正转，天线也正转；发送机反转，天线也反转。自整角接收机2的转轴是和天线的转轴联结在一起的。自整角发送机和自整角接收机一般不单独使用而是成对地使用。当发送机的转角和接收机的转角相等，也就是转角差=- 等于零时，接收机的输出电压U1也等于零。当转角和不等时，接收机就有和转角差成正比的交流电压U1输出。这样，自整角接收机就好像自动控制系统的眼睛一样， 可以很灵敏地感觉出天线的转角是否跟上自整角发送机的转角。当跟上时，转角等于转角，没有电压输出；当没有跟上，即转角和转角不等时，通过自整角接收机输出电压U1, 就可把转角差测量出来，因此自动控制系统中的自整角机被称为敏感元件。假如雷达手向某

5、一方向摇动手轮 7，产生一个转角差，这时自整角接收机就有交流电压U1输出，这个电压经过交流放大器放大后，由环形解调器转换成直流电压U2， 并送入直流放大器放大，放大后的直流电压U3被输入到可控硅控制线路的差动放大器， 去控制可控硅的导通和截止。当可控硅VD1和VD4导通时，就有一定极性的信号电压通入直流伺服电动机 5，直流伺服电动机就立即向一个方向旋转。当手轮 7 向另一方向转动， 电压U1的相位就相反了， 因而使电压U2、 U3的极性相反， 这时可控硅VD2和VD3导通， 通入直流伺服电动机的信号电压极性也随之相反， 直流伺服电动机就立即向另一方向旋转。 这里直流伺服电动机将电信号变为转轴转

6、动， 执行了电信号所给予的控制任务，所以常称为执行元件。直流伺服电动机转动以后， 经过变速箱 4 带动天线 3 旋转，同时也带动自整角接收机。直流伺服电动机应该是朝着天线和发送机之间的转角差减小的方向旋转，直到转角和转角相等。这时U1、U2、U3都等于零，伺服电动机才停止转动。这样，雷达天线的转角就能自动地跟随手轮而转动，以达到手控天线的目的。为了改善自动控制系统的品质， 在系统中还采用了校正元件直流测速发电机。 测速发电机的输出电压U4与它的转速n成正比， 并把它反馈到直流放大器中。整个控制系统的工作原理可以用图 2 这样的方框图来表示。 图上各个元件和实际线路对应如下：图 2雷达天线控制系

7、统方框图 敏感元件图 2雷达天线控制系统方框图 转换元件放大器和解调器。放大元件直流放大器和可控硅控制线路。执行元件直流伺服电动机。校正元件直流测速发电机。控制对象雷达天线。2 雷达天线控制系统的自动跟踪状态当雷达手从显示器的荧光屏上看到雷达已经捕捉到飞机以后，立即把闸刀S合向位置，系统就工作在跟踪状态。这时，雷达接收机收到从飞机反射回来的回波， 并把它转换成电信号直接输入到放大器去控制天线的旋转，此时天线不需要手控而自动作跟踪飞机的运动。上述控制系统中所用的自整角发送机、自整角接收机、 直流伺服电动机、 直流测速发电机都属于电机类型，统称为控制电机。可以看出，这些电机在自动控制系统中起到了很

8、重要的作用，是必不可少的元件。自动控制系统和它所用到的控制电机的关系是整体和局部的关系，是一对矛盾的两个对立面。一方面控制电机的性能和作用要服从于整个系统对它的要求，控制电机性能好坏要看它能不能满足系统的要求；另一方面控制电机的性能又直接影响整个控制系统的性能， 控制电机的性能不好或者使用不恰当，整个控制系统的性能就无法提高；控制电机的革新又可以带来整个系统的革新。既然自动控制系统和控制电机是整体和局部的关系，因此，从事自动控制系统工作的技术人员，不但要了解控制系统的整体以及系统中各个元件的相互关系，而且对系统中的各个元件和控制电机也要熟悉，只有这样，才能恰当地选择和使用各种元件，并有可能了解

9、整个自动控制系统。控制电机在自动控制系统中的作用控制电机是在自动控制系统中具有执行、检测和解算功能的机电元件（既有机械又有电气），普通电机主要注重电机力能方面的指标，控制电机则着重于对特性、高精度和快速响应方面的要求。控制电机的应用领域：现代工业自动化系统、现代科学技术和现代军事装备。控制电机的种类和特点 1 控制电机的种类控制电机的种类很多， 除了自整角机、 直流伺服电动机和测速发电机外， 还有交流伺服电动机、 交流测速发电机、 旋转变压器、 无刷直流电动机、 步进电动机等。 根据它们在自动控制系统中的作用， 可以作如下的分类。照控制电机在自动控制系统中的作用，可以把控制电机分为：执行元件和

10、测量元件执行元件（功率元件），主要包括：直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机和无刷直流电动机伺服电动机的输入信号：控制电压 输出信号：转速步进电机的输入信号：脉冲频率 输出信号：转速测量元件（信号元件），主要包括：自整角机，交、直流测速发电机和旋转变压器自整角机的输入信号：发送机和接收机之间的转角差 输出信号：电信号（输出电压）测速发电机的输入信号：转速 输出信号：电信号（输出电压）旋转变压器的输入信号：转子相对于定子的转角 输出信号：电信号（输出电压）2 控制电机的特点人们在日常的工作和生活中也经常要用到电机， 例如电灯所用的电是由发电机发出的， 抽水机要用电动机来带动，工厂里车床要用

11、电动机才能旋转，手电钻里装的也是电机。 这些电机与上面研究的控制电机有些什么不同呢?从所举的例子中可以看出，日常生活和工作中遇到的电机一般是作为动力来使用的， 它们的主要任务是能量转换，发电机是把机械能转换成电能，电动机是把电能转换成机械能，它们的主要问题是提高能量转换的效率。 控制电机在自动控制系统中，只起一个元件的作用， 其主要任务是完成控制信号的传递和转换，而能量转换是次要的。根据它们使用的场合及所完成任务的特点，决定了对它们的主要要求是运行可靠、动作迅速和准确度高。 众所周知，自动控制系统由成百个、成千个各种各样的元件所组成， 每个元件都按照系统对它的特定要求而工作。因此，每个元件工作

12、的好坏，直接影响到整个系统的工作。 为了使整个自动控制系统能够敏捷地、准确地按照人们的要求而动作，这就要求组成系统的每一个元件都要动作迅速、准确和可靠。同时，控制电机的使用范围很广，从地下、水面、海洋到高空、太空以至原子能反应堆等地方都在使用， 而且工作环境条件常常十分复杂， 如高温、低温、盐雾、潮湿、冲击、振动、辐射等，这就要求电机在各种恶劣的环境条件下仍能准确、可靠地工作。另外，很多使用场合(尤其在航空航天技术中使用)还要求控制电机体积小、重量轻、耗电少，所以我们常见到的控制电机很多都是体积很小的微电机。像电子手表中用的步进电动机，直径只有6 mm，长度为 4 mm左右，耗电仅几微瓦，重量

13、只有十几克。普通电机，主要任务：能量转换 主要问题：提高能量转换的效率控制电机，主要任务：完成控制信号的传递和转换 主要要求：运行可靠、动作迅速和准确度高 使用范围很广，工作条件复杂 体积小、重量轻、耗电少发展特殊用途和特殊性能的控制电机目前，在自动化系统中，常用数字计算机进行控制，而它的输出设备中又要将数字信号转换成角位移或线位移，即实现数模转化。步进电机的工作特性完全适应这种要求，而且其步距误差不会长期积累，保证了系统断续位移的精度，这就使步进电机的研究得到较快发展。在数字计算机的输入设备中，也有采用自整角机或旋转变压器来进行模数转换的。为了适应数字技术的需要，国外近年来发展了多相自整机和

14、多相旋转变压器。如用5相或10相来适应10进制；用8相或16相适应2进制；用9相或18相来适应角度数字等。此外，还为电子计算机的磁盘存储装置设计了供直接驱动磁头用的音圈电机及为驱动磁带机而设计了电时间常数在1ms以下的各种低惯量电机。此外，为了满足某些系统的需要，近年来又逐步发展了各种直线式控制电机，如直线位移测数发电机等。附录资料：不需要的可以自行删除常用电工与电子学图形符号序号符号名称与说明1直流 注：电压可标注在符号右边，系统类型可标注在左边2直流 注：若上述符号可能引起混乱，也可采用本符号3交流 频率或频率范围以及电压的数值应标注在符号的右边，系统类型应标注在符号的左边50Hz示例1：

15、 交流 50Hz100600Hz示例2：交流 频率范围100600Hz380/220V 3N 50Hz示例3：交流，三相带中性线， 50Hz， 380V（中性线与相线之间为220V）。3N可用3+ N代替3N 50Hz/TN-S示例4：交流，三相，50Hz，具有一个直接接地点且中性线与保护导线全部分开的系统4低频（工频或亚音频）5中频（音频）6高频（超音频，载频或射频）7交直流8具有交流分量的整流电流注：当需要与稳定直流相区别时使用9N中性（中性线）10M中间线11+正极12-负极13热效应14电磁效应过电流保护的电磁操作15电磁执行器操作16热执行器操作（如热继电器、热过电流保护）17电动机

16、操作18正脉冲19负脉冲20交流脉冲21正阶跃函数22负阶跃函数23锯齿波24接地一般符号25无噪声接地（抗干扰接地）26保护接地27接机壳或接底板28等电位29理想电流源30理想电压源31理想回转器32故障（用以表示假定故障位置）33闪绕、击穿34永久磁铁35动触点注：如滑动触点36测试点指示示例点，导线上的测试37交换器一般符号/转换器一般符号注：若变换方向不明显，可用箭头表示在符号轮廓上38电机一般符号，符号内的星号必须用下述字母代替C同步交流机 G 发电机G8同步发电机 M电动机MG拟作为发电机或电动机使用的电机MS同步电动机 注：可以加上符号或SM伺服电机 TG测速发电机TM力矩电动

17、机 IS感应同步器39三相笼式异步电动机40三相线绕转子异步电动机41并励三相同步变速机42直流力矩电动机步进电机一般符号43电机示例：短分路复励直流发电机示出接线端子和电刷44串励直流电动机45并励直流电动机46单相笼式有分相扇子的异步电动机47单相交流串励电动机48单向同步电动机49单向磁滞同步电动机自整角机一般符号符号内的星号必须用下列字母代替：CX 控制式自整角发送机 CT控制式自整角变压器TX 力矩式自整角发送机 TR 力矩式自整角接收机50手动开关一般符号51按钮开关（不闭锁）52拉拔开关（不闭锁）53旋钮开关、旋转开关（闭锁）54位置开关 动合触点限制开关 动合触点55位置开关

18、动断触点限制开关 动断触点56热敏自动开关 动断触点57热继电器 动断触点58接触器触点（在非动作位置断开）59接触器触点（在非动作位置闭合）60操作器件一般符号 注：具有几个绕组的操作器件，可由适当数值的斜线或重复本符号来表示61缓慢释放（缓放）继电器的线圈62缓慢吸合（缓吸）继电器的线圈63缓吸和缓放继电器的线圈64快速继电器（快吸和快放）的线圈65对交流不敏感继电器的线圈66交流继电器的线圈67热继电器的驱动器件68熔断器一般符号69熔断器式开关70熔断器式隔离开关71熔断器式负荷开关72火花间隙73双火花间隙74 动合（常开）触点 注：本符号也可以用作开关一般符号75动断（常闭）触点7

19、6先断后合的转换触点77中间断开的双向触点78先合后断的转换触点（桥接）79当操作器件被吸合时延时闭合的动合触点80有弹性返回的动合触点81无弹性返回的动合触点82有弹性返回的动断触点83左边弹性返回，右边无弹性返回的中间断开的双向触点84指示仪表的一般符号 星号须用有关符号替代，如A代表电流表等85记录仪表一般符号 星号须用有关符号替代，如W代表功率表等86指示仪表示例：电压表87电流表88无功电流表89无功功率表90功率因数表91相位表92频率表93检流计94示波器95转速表96记录仪表示例：记录式功率表97组合式记录功率表和无功功率表98记录式示波器99电度表（瓦特小时计）100无功电度

20、表101灯一般符号 信号灯一般符号注：如果要求指示颜色则在靠近符号处标出下列字母：RD 红、YE 黄、GN 绿、BU蓝、WH白如要指出灯的类型，则在靠近符号处标出下列字母：Ne氖、Xe氦、 Na钠 、Hg汞、 I碘、 IN白炽、EL电发光、ARC弧光、FL荧光、IR红外线、UV紫外线、LED发光二极管102闪光型信号灯103电警笛 报警器104优选型其它型峰鸣器105电动器箱106电喇叭107优选型其它型电铃108 可调压的单向自耦变压器109 绕组间有屏蔽的双绕组单向变压器110 在一个绕组上有中心点抽头的变压器111 耦合可变的变压器112 三相变压器星形三角形联结113 三相自耦变压器

21、星形连接114 单向自耦变压器115 双绕组变压器注：瞬时电压的极性可以在形式Z中表示示例：示出瞬时电压极性标记的双绕组变压器流入绕组标记端的瞬时电流产生辅助磁通116 三绕组变压器117 自耦变压器118电抗器 扼流圈119优选型其它型电阻器一般符号120可变电阻器 可调电阻器121压敏电阻器、变阻器 注：U可以用V代替122滑线式变阻器123带滑动触点和断开位置的电阻器124滑动触点电位器125优选型 其它型 电容器一般符号 注：如果必须分辨同一电容器的电极时，弧形的极板表示：在圈定的纸介质和陶瓷介质电容器中表示外电极在可调和可变的电容器中表示动片电极在穿心电容器中表示纸电位电极126优选

22、型 其它型 极性电容器127优选型 其它型 可变电容器可调电容器128优选型 其它型 微调电容器129电感器 线圈 绕组 扼流圈130半导体二极度管一般符号131发光二极管一般符号132利用室温效应的二极管 Q可用t代替133用作电容性器件的二极管（变容二极管）134隧道二极管135单向击穿二极管电压调整二极管江崎二极管136双向击穿二极管137反向二极管（单隧道二极管）138双向二极管交流开关二极管139三极晶体闸流管 注：当没有必要规定控制极的类型时，这个符号用于表示反向阻断三极晶体闸流管140反向阻断三极晶体闸流管N型控制极（阳极侧受控）141反向阻断三极晶体闸流管P型控制极（阴极侧受控

23、）142可关断三极晶体闸流管，末规定控制极143可关断三极晶体闸流管 N型控制极 （阳极侧受控）144可关断三极晶体闸流管 P型控制极 （阴极侧受控）145反向阻断四极晶体闸流管146双向三极晶体闸流管三端双向晶体闸流管147反向导通三极晶体闸流管，末规定控制极148反向导通三极晶体闸流管，N型控制极（阳极侧受控）149反向导通三极晶体闸流管，P型控制极（阴极侧受控）150光控晶体闸流管151PNP型半导体管152NPN型半导体管，集电极接管壳153NPN型雪崩半导体管154具P型基极单结型半导体管155具有N型基极单结型半导体管156N型沟道结型场效应半导体管注：栅极与源极引线应绘在一直线上

24、157P型沟道结型场效应半导体管158增强型、单栅、P沟道和衬底无引出线绝缘相场效应半导体管159增强型、单栅、N沟道和衬底无引出线绝缘相场效应半导体管160增强型、单栅、P沟道和衬底有引出线绝缘相场效应半导体管161增强型、单栅、N沟道和衬底与源极在内部连接绝缘相场效应半导体管162耗尽型、单栅、N沟道和衬底无引出线的栅场效应半导体管163耗尽型、单栅、P沟道和衬底无引出线的栅场效应半导体管164耗尽型、单栅、N沟道和衬底有引出线的栅场效注：在多栅的情况下，主栅极与源极的引线应在一条直线上165光敏电阻具有对称导电性的光电器件166光电二极管具有非对称导电性的光电器件167光电池168光电半

25、导体管（示出PNP型）169原电池或蓄电池170 原电池组或蓄电池组171“或”单元，通用符号只有一个或一个以上的输入呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态注：如果不会引起意义混淆，“1”可以用“1”代替172“与”单元，通用符号只有所有输入呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态173逻辑门槛单元，通用符号只有呈现“1”状态输入的数目等于或大于限定符号中用m表示的数值，输出才呈现“1”状态注：m总是小于输出端的数目具有 m1的单元就是上述“或”单元174等于m单元，通用符号只有呈现“1”状态输入的数目等于限定符号中以m表示的数值，输出才呈现“1”状态注：m总是小于输出端的数目 m1的2输入单元就是

26、通常所说的“异或”单元175多数单元，通用符号只有多数输入呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态176逻辑恒等单元，通用符号只有所有输入呈现相同的状态，输出才呈现“1”状态177奇数单元（奇数校验单元）模z加单元，通用符号只有呈现“1”状态的输入数目为（1、3、5等），输出才呈现“1”状态178偶数单元，（偶数校验单元）通用符号只有呈现“1”状态的输入数目为偶数（0、2、4等），输出就呈现“1”状态179异或单元，只有两个输入之一呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态180输出无专门放大的缓冲单元只有输入呈现“1”状态，输出才呈现“1”状态181非门反相器（在用逻辑非符号表示器件的情况下）只有输入呈现外部“1”状态，输出才呈现外部“0”状态182反相器（在用逻辑极性符号表示器件的情况下），只有输入呈现H电平，输出才呈现L电平1833输入与非门例如：CTCT1010（国外对应号 SN7410）的一部分1843输入与非门例如：CTCT1027（国外对应号 SN7427）的一部分1852输入与非门（具有斯密特触发器）例如：CTCT1132（国外对应号 SN74132）的一部分只有加到每一个输入的外部电平达到其门槛值V1时，输出才呈现其内部“1”状态，输出维持其内