电机种类及其在自动控制系统中的应用 ppt课件
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《常用电机分类》课件
家用电器领域
家用电器中的电机主要用 于实现各种功能，如风扇 、空调、冰箱等。
电机的分类标准
根据工作原理
电机可以分为直流电机和交流电 机两大类，其中直流电机又可以 分为有刷直流电机和无刷直流电
机。
根据用途
电机可以分为驱动电机和控制电机 两类，驱动电机主要用于传递动力 ，控制电机则主要用于控制电路和 信号处理。
根据磁场类型
电机可以分为永磁电机和电磁电机 两类，永磁电机的磁场由永久磁铁 产生，电磁电机的磁场由电流产生 。
02
直流电机
直流电机简介
直流电机是一种将直流电能转换为机械能的设备，其工作原理基于安培定律和法拉 第电磁感应定律。
直流电机由定子（静止部分）和转子（旋转部分）组成，通过电刷和换向器实现电 流的供给和换向。
行车等。
工业自动化
在工业自动化领域，直流电机 可用于各种机械设备的驱动和 控制，如传送带、泵、阀门等 。
家用电器
在家用电器领域，直流电机可 用于各种小型电器的驱动，如 电动剃须刀、电动牙刷等。
机器人技术
在机器人技术领域，直流电机 可用于机器人的关节驱动和控 制，如机械臂、行走机器人等
。
03
交流电机
电机等。
电机在工业自动化、交通运输、 家用电器等领域有着广泛的应用 ，是现代工业和生活中不可或缺
的重要设备。
电机的应用领域
01
02
03
工业自动化领域
电机是自动化生产线和各 种机械设备的重要驱动部 件，用于实现各种自动化 操作和生产流程。
交通运输领域
电机在电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ汽车、地铁、 轻轨等交通工具中发挥着 重要作用，提供动力并实 现节能减排。
自动控制系统ppt课件
(二) 逆变器输出电压与脉宽的关系 单极式SPWM 脉冲幅值1/2Us.在半个周波内有 N个脉冲,个脉冲不等宽 但中心间距一样, 等三角波的周期
令 第 个矩形脉冲宽度为 其中心点相位角
因为从原点始只有半个三角波
因为输出电压波形 负半波左右对称,是一个奇 次周期函数
把N个矩形脉冲代表的 代入上式,须先求的每个 脉冲的起始和终止相位角
五.研究自动控制系统的方法
定性分析 建立数学模型
定性分析 建立数学模型
定量分析
定性分析
对系统校正 工程实践
对系统校正
称心？
N
Y 工程实践
六.本课程与其它课程的关系
先修课程 电机学、自控原理、电子技术
后续课程 计算机控制系统
六.本课程与其它课程的关系
主要内容 直流电机自动控制系统 交流电机自动控制系统
§7-1变频调速的基本控制方 式
电机调速时希望磁通量Φm为额定值不变 三相异步机每相电势 Eg=4.44f1N1KN1Φm f1------定子频率 KN1---基波绕组系数 N1-----定子每相绕组串联匝数 Φm ----每极气隙磁通量(Wb)
一.基频以下调速
f1从额定f1n向下调。 要求： Eg /f1 =常数。
二.自动控制系统的分类
③过程控制系统 特点：对生产过程自动提供一定的外界条件，
例如：温度、压力、流量、粘度、浓度等参 量保持恒定或按一定的程序变化。对其中的 每一局部，可以是随动系统，也可以是恒值 系统。 例子：化工厂控制系统。
二.自动控制系统的分类
2.按数学模型分类 数学模型 描述系统内部各物理量之间关系的数学表达式。 静态模型 变量各阶导数为零的条件下。
二:直接变频装置(AC-AC)
电机与控制课件
绿色化控制技术
1 2
环保材料的应用
采用环保材料制造电机，减少对环境的影响。
节能减排技术
采用先进的节能减排技术，如变频调速、能量回 馈等，减少电机系统的能耗和排放。
3
绿色化设计理念
将绿色化设计理念贯穿于电机系统的设计和制造 过程中，实现电机系统的全生命周期绿色化。
05
电机与控制的实践案例分析
案例一：电机驱动控制系统设计
02
机器人控制系统设计
设计机器人控制系统，包括电机驱动、传感器采集、控制器决策等。
03
机器人应用实现
通过实验和测试，实现机器人的各项功能，如移动、抓取、感知等。
THANKS
谢谢您的观看
电机控制的优化策略
控制算法优化
介绍常用的电机控制算法，如PID算 法、模糊控制算法等，并讨论如何优 化这些算法以提高控制性能。
参数优化
可靠性优化
介绍如何提高电机控制的可靠性，包 括硬件设计和软件设计等方面。
介绍如何对电机控制的参数进行优化 ，以提高电机的性能和效率。
03
电机在各领域的应用
电机在工业领域的应用
电机类型选择
根据应用需求，选择合适的电机类型，如直流电机、交流电机、 步进电机等。
驱动电路设计
设计合适的驱动电路，包括电源、功率器件、保护电路等，确保 电机正常运行。
控制系统设计
根据应用需求，设计合适的控制系统，包括传感器、控制器、执 行器等，实现电机速度和位置的控制。
案例二：电机控制算法优化
控制算法选择
04
电机控制技术的发展趋势
智能化控制技术
电机控制与人工智能技术的融合
01
利用神经网络、模糊逻辑等智能算法，实现对电机系统的自适
电机资料(PPT)
La Uc Ic
Ra
TL
Ea M
Ω
J
EE
东南大学电气工程系电机教研室
Chapter 1
设： TL = 0
Servo Motor
dΩ K T ic = J dt 2 Ra J dΩ La J d Ω + + KT Ω uc = 2 K T dt K T dt Ra J La d 2 Ω Ra J dΩ uc + 2 +Ω = 2 2 K T Ra dt K T dt KT d 2Ω dΩ τm τe 2 + τm + Ω = K Ω uc = Ω 0 dt dt Ra J τm = 2 机电时间常数 KT La 电磁时间常数 τe = Ra
Ea ( s ) ′ Ke
设TL=0，则可简化为
EE
东南大学电气工程系电机教研室
Chapter 1
U c ( s ) − Ea ( s ) U c ( s) + − Ea ( s )
Servo Motor
Ω( s ) U c ( s) Ω( s ) KΩ τm τe s 2 + τm s + 1
KT ( Ra + sLa ) Js ′ Ke Ω( s ) = U c ( s) 1 +
EE
东南大学电气工程系电机教研室
Chapter 1
Servo Motor
§ 1-2 DC Servo Motor
¾ 结构与分类 传统型直流伺服电动机 其结构与普通进流电动机基本相同，它可以再分为电磁 式和永磁式两种；
定子铁心冲片
电枢冲片
EE
东南大学电气工程系电机教研室
Chapter 1
《电机控制》PPT课件
整理ppt
12
4.实验参考程序
/**************************************************************************
* 一开始电机以最高速度正转，按键一次则电机速度减半，按键3次后，电机停止；
* 继续按键，电机反转。
**************************************************************************/
第九章 电机控制
一、电机概述 二、直流电机控制 三、步进电机控制
整理ppt
1
一、电机概述
电机是电能的变换装置，包括静止电机和旋转电机。
静止电机是根据电磁感应定律和磁势平衡原理实现电压变 化的一种电磁装置，也称其为变压器。
旋转电机是根据电磁感应原理实现电能与机械能之间相互 转换的一种能量转换装置。
//电机以最快速度正转 200 个步距角 //电机以中等速度正转 50 个步距角 //电机以最慢速度正转 5 个步距角
for(i=0;i<50000;i++)
;
//软件延时
BJDJ_Run(1,3,5); BJDJ_Run(1,2,50); BJDJ_Run(1,1,200); }
//电机以最慢速度反转 5 个步距角 //电机以中等速度反转 50 个步距角 //电机以最快速度反转 200 个步距角
整理ppt
20
* P2.21连接bjdj_A+、P2.17连接bjdj_A-、P2.19连接bjdj_B+、P1.22连接bjdj_B-
**************************************************************************/
电机及驱动系统 ppt课件
3)控制电路。由分立元件、模拟电路；过渡到集成电路、数字和 模拟混合电路；向高集成电路、全数字电路发展。
4)电力电子器件。向全控型电力电子控制器件发展。
5)控制策略。由低效有级控制；过渡到低效无级控制；向着高效 无级控制及智能控制的高性能系统发展。而控制方法有最优控制、 滑模控制、鲁棒控制、模糊控制、自适应控制、神经网络控制等。
限制，通常在低于基速前采用降压恒转矩调速，高于基速后采用弱磁 恒功率调速来增大nmax，而弱磁调速与电机类型相关:永磁电机因弱磁 较难使转速因子x=2、而交流异步电机x=4、开关磁阻电机x=6。
PPT课件
7
第一节 概 述
3）静差率。电动机从理想空载(T=0)加到额定负载(T=Te)时， 由理想空载转速n0降为额定转速ne的转速降Δ ne与n0之比，即表示为：
24
8、可兼作发电机使用
由于HEV结构的不同，有的HEV既有电动机，又有发电机，如97年款的Prius。 由于采用了混联式结构，电动机和发电机二者兼有，并且通过行星齿轮机构耦合在 一起。
为减少汽车的自重和节省空间，绝大部分HEV的电动机均可兼作发电机使用， 以回收汽车制动和减速时的能量。
PPT课件
PPT课件
15
3、转矩密度和功率密度大、质量轻、体积小
转矩密度、功率密度分别是指最大转矩体积比和最大功率体积比
采用铝合金外壳等降低电动机的质量；各种控制装置和冷却系统的材料等也应 尽可能选用轻质材料。
TOYOTA HEV的电动机功率密度的变化
电动机的转矩重量比的比较
可以看出，SUV的转矩重量比与Prius相比增加了9%。
PPT课件
28
五、电动机类型的选择
项目 过载能力
效率 寿命 转速范围 功率范围 可靠性 转矩/电流比 结构坚固性 电动机外形尺寸 电动机质量 电动机成本 驱动控制成本 转矩/惯量比
4)电力电子器件。向全控型电力电子控制器件发展。
5)控制策略。由低效有级控制；过渡到低效无级控制；向着高效 无级控制及智能控制的高性能系统发展。而控制方法有最优控制、 滑模控制、鲁棒控制、模糊控制、自适应控制、神经网络控制等。
限制，通常在低于基速前采用降压恒转矩调速，高于基速后采用弱磁 恒功率调速来增大nmax，而弱磁调速与电机类型相关:永磁电机因弱磁 较难使转速因子x=2、而交流异步电机x=4、开关磁阻电机x=6。
PPT课件
7
第一节 概 述
3）静差率。电动机从理想空载(T=0)加到额定负载(T=Te)时， 由理想空载转速n0降为额定转速ne的转速降Δ ne与n0之比，即表示为：
24
8、可兼作发电机使用
由于HEV结构的不同，有的HEV既有电动机，又有发电机，如97年款的Prius。 由于采用了混联式结构，电动机和发电机二者兼有，并且通过行星齿轮机构耦合在 一起。
为减少汽车的自重和节省空间，绝大部分HEV的电动机均可兼作发电机使用， 以回收汽车制动和减速时的能量。
PPT课件
PPT课件
15
3、转矩密度和功率密度大、质量轻、体积小
转矩密度、功率密度分别是指最大转矩体积比和最大功率体积比
采用铝合金外壳等降低电动机的质量；各种控制装置和冷却系统的材料等也应 尽可能选用轻质材料。
TOYOTA HEV的电动机功率密度的变化
电动机的转矩重量比的比较
可以看出，SUV的转矩重量比与Prius相比增加了9%。
PPT课件
28
五、电动机类型的选择
项目 过载能力
效率 寿命 转速范围 功率范围 可靠性 转矩/电流比 结构坚固性 电动机外形尺寸 电动机质量 电动机成本 驱动控制成本 转矩/惯量比
第1章控制电机绪论ppt课件
磁通 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1T·m2
2024年8月3日4时55分
19
1.2.3 磁场强度 磁场强度H ：表示磁场内某点磁场强弱和方向的物 理量。 是计算磁场时所引用的一个物理量，通过它来确定 磁场与电流之间的关系。
磁场强度H的单位 ：安培/米（A/m)
H 与 B 的区别
① H ∝I，与介质的性质无关。 ② B 与电流的大小和介质的性质均有关。
一是电磁转化规律，就是在一定条件下电和磁可以 相互转化； 二是电流在磁场中要受到力的作用。
因此在“控制电机”这门课程中，将给大家介绍直 流电机、变压器和交流异步电动机这三种最典型基 本的电机，比较深入地研究和分析其中的电磁关系 和它们的基本原理及特性。
2024年8月3日4时55分
15
其中将补充交流异步电动机的工作原理和基本电磁 关系。 由于各种控制电机的原理都是建立在基本的电磁 规律基础上的，因而它们之间不是孤立的，它们 既有共性，也有个性。 在以后学习中就会发现，一种电机与另一种电机之 间在电磁关系上、在基本特性上有很多相同之处， 但它们各自又具有与众不同的特点。
在学习时也要用辩证法的观点来学，将各种控制电 机联系起来，着重分析和掌握一些共同规律，同时 也要研究每个电机所具有的特殊性质。
2024年8月3日4时55分
16
通过本门课程主要是学习控制电机的特性和使用 方法，但同时我们还需要学习电机的基本原理。
因为对电机来说，其使用时的条件只是外因，电 机之所以有各种特性的根本原因是在于电机本身 的内部矛盾。
线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。 B
剩磁感应强度Br (剩磁) ： 当线圈中电流减小到零(H=0)时，
Br•
铁心中的磁感应强度。 例如: 永久磁铁的磁性就是由
2024年8月3日4时55分
19
1.2.3 磁场强度 磁场强度H ：表示磁场内某点磁场强弱和方向的物 理量。 是计算磁场时所引用的一个物理量，通过它来确定 磁场与电流之间的关系。
磁场强度H的单位 ：安培/米（A/m)
H 与 B 的区别
① H ∝I，与介质的性质无关。 ② B 与电流的大小和介质的性质均有关。
一是电磁转化规律，就是在一定条件下电和磁可以 相互转化； 二是电流在磁场中要受到力的作用。
因此在“控制电机”这门课程中，将给大家介绍直 流电机、变压器和交流异步电动机这三种最典型基 本的电机，比较深入地研究和分析其中的电磁关系 和它们的基本原理及特性。
2024年8月3日4时55分
15
其中将补充交流异步电动机的工作原理和基本电磁 关系。 由于各种控制电机的原理都是建立在基本的电磁 规律基础上的，因而它们之间不是孤立的，它们 既有共性，也有个性。 在以后学习中就会发现，一种电机与另一种电机之 间在电磁关系上、在基本特性上有很多相同之处， 但它们各自又具有与众不同的特点。
在学习时也要用辩证法的观点来学，将各种控制电 机联系起来，着重分析和掌握一些共同规律，同时 也要研究每个电机所具有的特殊性质。
2024年8月3日4时55分
16
通过本门课程主要是学习控制电机的特性和使用 方法，但同时我们还需要学习电机的基本原理。
因为对电机来说，其使用时的条件只是外因，电 机之所以有各种特性的根本原因是在于电机本身 的内部矛盾。
线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。 B
剩磁感应强度Br (剩磁) ： 当线圈中电流减小到零(H=0)时，
Br•
铁心中的磁感应强度。 例如: 永久磁铁的磁性就是由
电机种类及其在自动控制系统中的应用共25页文档
电机种类及其在自动控制系统中的应 用
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•Hale Waihona Puke 10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
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度可达角秒级的元件， 在高精度解算装置和多通道系统中用作解算、 检测元件
或实现数模传递。
• 2. 作为功率元件用的控制电机
• (1) 交流和直流伺服电动机。
•
交、 直流伺服电动机在系统中作执行元件， 其转速和转向取
决于控制电压的大小和极性（或相位）， 机械特性近于线性， 即转
速随转矩的增加近似线性下降， 比普通电动机的控制精度高。 使用
行比较， 用一系列综合运算结果实时地通过伺服驱动器去推动
伺服电动机旋转， 实现工作台的精确移动。
•
控制电机的种类很多， 若按电流分类， 可分为直流和交流
两种； 按用途分类， 直流控制电机又可分为直流伺服电动机、
直流测速发电机和直流力矩电动机等； 交流控制电机可分为交流
伺服电动机、 交流测速发电机、 步进电动机、 微型同步电动机
可作为自动调节（A-G-M）系统中的调节元件。
• (3) 步进电动机。
•
步进电动机是一种将脉冲信号转为相应的角位移或线位移的机电元件。 它由
• 1. 作为信号元件用的控制电机
• (1) 交、 直流测速发电机。
•
测速发电机的输出电压与转速精确地保持正比关系，
在系统中主要用于转速检测或速度反馈， 也可以作为微分、
积分的计算元件。
旋转变压器
•
旋转变压器是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用
的小型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由定子和转子组
等。
•
各种控制电机的用途和功能尽管不同， 但它们基本上可分
为信号元件和功率元件两大类。
指 令脉 冲
驱 动电 路
步 进电 动机
(a)
指 令 值＋ 位 置 比 较 速 度 控 制 伺 服
电路
电路
驱 动器
伺服 电 动机
－ 位 置 反 馈－ 速 度 反 馈 速 度 检 测
工件台 直 线位 置检 测
(b)
图1 (a) 步进电动机开环伺服系统； (b) 全闭环位置伺服控制系统
控制电机概述
控制电机是构成开环控制、 闭环控制、 同步联结和机 电模拟解算装置等系统的基础元件， 广泛应用于各个部 门， 如化工、 炼油、 钢铁、 造船、 原子能反应堆、 数 控机床、 自动化仪表和仪器、 电影、 电视、 电子计算机 外设等民用设备， 或雷达天线自动定位、 飞机自动驾驶 仪、 导航仪、 激光和红外线技术、 导弹和火箭的制导、 自动火炮射击控制、 舰艇驾驶盘和方向盘的控制等军事 设备。
• 这些系统能处理包括直线位移、 角位移、 速度、 加速度、 温度、 湿度、 流量、 压力、 液面高低、 比重、 浓度、 硬度等多种物理量。
• 现以自动控制系统的一个重要分支——按预定要求控制物体位置的 伺服系统为例来说明一下控制电机的种类和用途。 图1为两种伺服系统 的示意方框图。 其中图1（a）为经济型数控机床常用的步进电动机开环 伺服系统， 计算机数控装置给出位移指令脉冲， 驱动电路将脉冲放大， 去驱动步进电动机按命令脉冲转动， 并带动工作台按要求进行位移。
时， 电动机通常经齿轮减速后带动负载， 所以又称为执行电动机。
•
• 2. 作为功率元件用的控制电机
• (1) 交流和直流伺服电动机。
•
交、 直流伺服电动机在系统中作执行元件， 其转速和转向取决
于控制电压的大小和极性（或相位）， 机械特性近于线性， 即转速随
转矩的增加近似线性下降， 比普通电动机的控制精度高。 使用时，
2、按结构和工作原理划分
直流电动机
电动机 异步电动机
感应电动机 交流换 磁阻同步电动机 磁滞同步电动机
单相异步电动机 三相异步电动机 罩极异步电动机 单相串励电动机 交直流两用电动机
推斥电动机
3.起动与运行方式划分 电容起动式单相异步电动机
4、按转子的结构划分 鼠笼型异步电动机
电动机
电容运转式单相异步电动机
电动机
电容起动运转式单相异步电动机
分相式单相异步电动机
绕线型异步电动机
5.按用途划分
电动机
驱动用电动机
控制用电动机
电动工具用电动机 家电用电动机 通用小型机械设备用电动机 步进电动机 伺服电动机
6、按运转速度划分 电动机
低速电动机 高速电动机 恒速电动机
调速电动机
齿轮减速电动机 电磁减速电动机
电机种类及其在自动控制系统中的应用
电机种类及其在自动控制系统 中的应用
电动机种类
1、按工作电源种类划分
直流电动机
无刷直流电动机
有刷直流电动机 电 动 机
永磁直流电动机
稀土永磁直流电 动机 铁氧体永磁直流 电动机
铝镍钴永磁直流 电动机
串励直流电动机
交流电动机
单相电动机
三相电动机
电磁直流电动机
并励直流电动机 他励直流电动机 复励直流电动机
电动机通常经齿轮减速后带动负载， 所以又称为执行电动机。
• • (2) 电机扩大机。
•
电机扩大机可以利用较小的功率输入来控制较大的功率输出，
在系统中作为功率放大元件。 电机扩大机的控制绕组上所加的电压
一般不高， 励磁电流不大， 而输出电动势较高， 电流较大， 这
就是功率放大。 电机扩大机的放大倍数可达1000～10000倍， 也
图1(a)
•
图为高档数控机床使用的全闭环位置伺服控制系统，
该系统由数控装置给出加工所要求的位移指令值， 在机床工作
台上装有直线位置传感器进行实际位置检测， 在伺服电动机轴
上还装有速度传感器完成实际速度检测。 该系统的位置比较电
路要进行位置指令值和实际位置反馈值之间的偏差运算， 根据
偏差情况计算出所需速度， 所需速度还要和实际速度检测值进
力矩电动机 爪极同步电动机
有级恒速电动机 无级恒速电动机 有级变速电动机 无级变速电动机 电磁调速电动机 直流调速电动机 PWM变频调速电动机 开关磁阻调速电动机
鼠笼型异步电动机 绕线型异步电动机
电机在自动控制系统的应 用
电机在控制系统中主要做执行元件用。
电机在自动控制系统中的应用非常广泛， 绝大多数的自动控制系统中都用到了电机。
成。其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，励磁频率通常用400、3000
及5000HZ等。转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。
•
普通旋转变压器都做成一对磁极， 其输出电压是转子转角的正弦、
余弦或其他函数， 主要用于坐标变换、 三角运算， 也可以作为角度数据传输和
移相元件使用。 多极旋转变压器是在普通旋转变压器的基础上发展起来的一种精