常用控制电机
几种常见的电机控制方法
电机控制的基本原理
通过控制器对电机的输入电压、电流或频率等进行调节，从而改变电机的运行状态
利用传感器对电机的位置、速度、加速度等参数进行实时监测，并将这些信息反馈 给控制器，实现闭环控制
根据不同的控制算法和控制策略，对电机进行精确的控制，以满足不同的应用需求
电机控制的分类
开环控制和闭环控制：根据控制系统中是否存在反馈回 路进行分类
缺点：无法精确控制电机 转矩和速度，对电网电压 波动敏感。
Байду номын сангаас
转矩控制
通过控制电机的电流或磁 通来控制电机的转矩。
优点：能够实现精确的转 矩控制，提高系统的动态 性能。
ABCD
适用于对动态性能要求较 高，需要精确控制转矩的 场合，如电动汽车、工业 机器人等。
缺点：控制复杂，成本较 高。
位置控制
01 通过控制电机的转角或位移来控制电机的 位置。
随机生成一定数量的个体，构 成初始种群。
交叉与变异
对选定的个体进行交叉和变异 操作，生成新的个体。
编码
将电机控制参数编码为遗传算 法的个体。
选择
根据适应度函数评估个体的优 劣，选择优秀个体进入下一代 。
迭代进化
重复进行选择、交叉和变异操 作，直到满足终止条件，得到 最优控制参数。
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直流电机控制和交流电机控制：根据电机的类型进行分 类
模拟控制和数字控制：根据控制信号的性质进行分类
位置控制、速度控制和力矩控制：根据控制目标的不同 进行分类
02
开环控制方法
恒压频比控制
保持电压与频率的比值恒 定，以控制电机的磁通和 转矩。
优点：控制简单，成本低 。
适用于对动态性能要求不 高的场合，如风机、水泵 等。
电机控制 方案
电机控制方案1. 引言电机控制是现代工业中非常重要的一部分。
电机控制方案的设计需要考虑到系统的要求，包括精确性、效率、安全性等。
本文将介绍电机控制的基本原理、常用的电机控制方案以及它们的优缺点。
2. 电机控制基本原理电机控制的基本原理是通过改变电机的电流、电压或频率来改变电机的转速和转矩。
电机控制系统主要包括电源、驱动器、控制器和电机本身。
3. 常用的电机控制方案3.1 直流电机控制方案直流电机是最常用的一种电机类型，其控制方案相对简单。
常用的直流电机控制方案包括： - 手动控制：通过手动控制电压、电流大小来改变电机的转速。
- 脉宽调制（PWM）控制：利用PWM信号调整电机的平均电压，从而改变电机的转速和转矩。
- PID控制：通过测量电机的转速和转矩，利用PID控制算法调整电机的输入电压，使其达到期望的转速和转矩。
3.2 交流电机控制方案交流电机包括感应电机和永磁同步电机。
常用的交流电机控制方案包括： - 变频调速控制：通过改变供电交流电源的频率来调整电机的转速和转矩。
- 矢量控制：通过测量电机的转速和转矩，利用矢量控制算法调整电机的输入电压和频率，使其达到期望的转速和转矩。
- 直接转矩控制（DTC）：通过测量电机的转速和转矩，利用DTC算法直接控制电机的转矩，从而实现高精度的控制。
3.3 步进电机控制方案步进电机是一种数字式电机，其控制方案相对简单。
常用的步进电机控制方案包括： - 全步进控制：通过改变步进电机的输入脉冲信号，控制电机的转动角度和速度。
- 半步进控制：在全步进的基础上，通过使电机的两相驱动信号交错，使电机的转动角度和速度更精细。
4. 电机控制方案的优缺点不同的电机控制方案具有各自的优缺点。
直流电机控制方案简单、可靠，但转速范围相对较窄；交流电机控制方案可以实现较精确的转速和转矩控制，但控制系统复杂；步进电机控制方案应用广泛，但转速较低。
5. 结论本文介绍了电机控制的基本原理，以及常用的直流电机、交流电机和步进电机的控制方案和其优缺点。
电机及拖动基础(第5版)课件：控制电机
电动机立即停转。保证了电动机无“自转”
现象，所以直流伺服电动机是自动控制系 统中一种很好的执行元件。
电枢控制
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
一、直流伺服电动机
特
机械特性
n UC Ra T Ce CeCT 2
性
调节特性 T一定时的n=f(Uc)
交流伺服电动机的原理图
自转现象：
当转子转动起来以后，控 制信号消失，即断开控制 绕组，变成单相时，电动 机仍然能够转动。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
“自转”的消除：增加伺服电动机的转子电阻。
变成单相后，电磁转矩>0, 与转速的方向相同，电动 机仍然能够转动。
变成单相后，电磁转矩<0, 与转速的方向相反，制动 作用，电动机立即停传。
不同T时的调 特族是线性的
与他励 直流电 动机改 变电枢 电压时 的人为 机特相 似。
不同Uc时的机 特族是线性的
始 动 电 T1 压
T一定 Uc越大 n越高
控制电压UC越大，则n=0时对应 的起动转矩T也越大，越利于起动。
控制电压UC<始动电压Uc0，电 动机不转—“失灵区”。同样的 T下，失灵区越小，灵敏度越高。
生一个旋转电动势Erq，其有效值为：
Erq CqΦd n
转子绕组中将产生
交流电流Irq
Irq产生 Φq ( kErq )
略电抗， 两者同相
E2 4.44 f1N2KN2Φq 即 E2 C1n
结论：异步测速发电机输出 绕组N2中所产生的感应电动 势E2的大小与转速n成正比。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
自控系统对测发的主要要求：
控制电机的原理及应用
控制电机的原理及应用1. 电机基本原理电机是将电能转化为机械能的设备，广泛应用于工业、交通、家用等领域。
电机的基本原理是利用磁场力和电磁感应的作用，通过电流在导体中产生的电磁场与外部磁场相互作用，从而引起导体受力，实现电能到机械能的转换。
2. 电机控制方式控制电机的方式可以分为直接控制和间接控制两种方式。
2.1 直接控制直接控制指的是通过改变电机供电电压、电流和频率等参数，直接调节电机的运行状态和转速。
常见的直接控制方式主要有以下几种：•线性控制：通过改变电机的供电电压和电流，调节电机的转速和转矩。
线性控制适用于一些简单的应用场景，如家用电器中的风扇和洗衣机等。
•PWM控制：脉宽调制（PWM）是一种通过改变电源供应的脉冲宽度来控制电机速度和转矩的方式。
通过调节脉冲的高电平时间和周期，可以改变电机的平均电压和电流，从而控制电机的转速和转矩。
PWM控制常用于直流电机和无刷直流电机等。
•定子电流控制：通过改变电机定子绕组的电流大小和方向，控制电机的转矩和转速。
定子电流控制适用于交流电机和感应电机等。
2.2 间接控制间接控制指的是通过调节电机的控制器或驱动器，来控制电机的运行状态和转速。
间接控制常见的方式有以下几种：•位置控制：通过设置电机的目标位置和反馈位置信息，控制电机的转动角度。
位置控制常用于步进电机和伺服电机等。
•转速控制：通过设置电机的目标转速和反馈转速信息，控制电机的转速。
转速控制适用于直流电机、无刷直流电机和感应电机等。
3. 电机控制应用控制电机的应用非常广泛，在各个领域都有重要的地位。
以下是一些常见的电机控制应用：•工业自动化：电机在工业生产中扮演着重要的角色，如控制生产线上的机械设备、机器人等。
•交通工具：电动车、电动汽车、电动船等交通工具都需要电机控制来实现驱动。
•家用电器：家用电器中的各种电机，如洗衣机、空调、冰箱等，都需要电机控制来实现运行。
•空调系统：空调系统中的风机、压缩机等都需要电机控制来实现送风和制冷。
控制电机概述
摘要
为了使我国全面实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，必须采用先进技术，其中包括各种类型的自动控制系统和计算装置。而控制电机在自动控制系统中时必不可少的。控制电机一般是指用于自动控制、随动系统以及计算装置中的特微电动机。其应用不胜枚举，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，机床加工的自动控制，炉温的自动调节，以及各种控制装置中的自动记录、检测和解算等等，都要用到各种控制电机。
测速发电机广泛用于各种速度或位置控制系统。在自动控制系统中作为检测速度的元件，以调节电动机转速或通过反馈来提高系统稳定性和精度；在解算装置中可作为微分、积分元件，也可作为加速或延迟信号用或用来测量各种运动机械在摆动或转动以及直线运动时的速度。
2.使用实例
以直流测速发电机在恒速控制系统中应用的一例为例：
二、伺服电机
伺服电动机也称为执行电动机，在控制系统中用作执行元件，将电信号转换为轴上的转角或转速，以带动控制对象。伺服电动机有交流和直流两种，其最大特点是可控。在有控制信号输入时，伺服电动机就转动；没有控制信号输入，它就停止转动。改变控制电压的大小和相位（或极性）就可以改变伺服电动机的转速和转向。因此，它与普通电动机相比具有如下特点：
（1）调速范围广。伺服电动机的转速随着控制电压改变，能在宽广的范围内连续调节。
（2）转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转。
（3）控制功率小，过载能力强，可靠性好。
1.应用场合
交流伺服电动机的输出功率一般为0.1~100W，其电源频率有50Hz、400Hz等几种，一般应用于大负载、高速度的场合。直流伺服电动机，通常用于功率稍大的系统中，其输出功率一般为1~600W。
1.应用场合
步进电机主要用于一些有定位要求的场合，特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。
常用电机控制电路图
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单相电机的正反转控制电路
总结词
通过改变电机绕组的电流方向实现正反 转。
VS
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
详细描述
在单相电机控制电路中，可以通过改变电 机绕组的电流方向来实现正反转控制。通 常使用两个开关来控制电机绕组的电流方 向，当开关接通时，电机向一个方向转动 ，当开关断开时，电机向另一个方向转动 。
04 直流电机控制电路
常用电机控制电路图
contents
目录
• 电机控制电路基础知识 • 三相异步电机控制电路 • 单相电机控制电路 • 直流电机控制电路 • 电机保护电路
01 电机控制电路基础知识
电机控制电路的基本组成
电源
为整个电路提供电能，通常为 直流或交流电源。
控制元件
如继电器、接触器、光耦合器 等，用于控制电机的启动、停 止和调速。
直接启动控制电路
通过开关或接触器直接将电机接入电 源，实现电机的启动。这种方式电路 简单，但启动电流大，只适用于小容 量电机。
三相异步电机的正反转控制电路
正反转控制方式总结
三相异步电机的正反转控制主要采用倒顺开关和交流接触器两 种方式。倒顺开关操作简单，但只适用于小容量电机；交流接
触器则适用于各种容量的电机。
倒顺开关正反转控制电路
通过改变电源相序，实现电机的正反转。这种方式操作简 单，但只适用于小容量电机，且不能实现自动化控制。
交流接触器正反转控制电路
通过两个交流接触器分别控制电机的正转和反转，实现电机的 正反转控制。这种方式可以实现自动化控制，适用于各种容量
的电机。
三相异步电机的调速控制电路
调速方式总结
常用电机控制电路图ppt课件
较大容量的笼型异步电动机（大于10KW）因 启动电流较大，一般都采用降压起动方式来起 动。
原理：起动时降低加在电动机定子绕组上的电 压，起动后再将电压恢复到额定值。
常用方法：串电阻（或电抗）、星型—三角形、 自耦变压器等。
.
2.1.1、定子串电阻起动
原理：电动机在起动 时在三相定子绕组中 串接电阻，使电动机 定子绕组电压降低， 起动结束后再将电阻 短接。
.
2.1.3 串自耦变压器启动的控制线路 串自耦变压器降压启动的控制线路如图2-11所示。
这一线路的设计思想和串电阻启动线路基本相同， 也是采用时间继电器完成按时动作，所不同是启 动时串入自耦变压器，启动结束时自动切除。
.
.
2—11定子串自耦变压器降压启动控制线路
串联自耦变压器启动和串电阻启动相比，其优 点是在同样的启动转矩时，对电网的电流冲击
.
双速电动机三相绕组连接图
双速电动机调速控制线路如图2-18所示
.
SB2
KT
KT
KM1
FR SB1
SB2
KT
KT KT
图2-8（b-1） KM1退出而 KT 不退出 KT延时触点 切换带来 KM1、KM2 线圈瞬时断 电，切换过 程带来冲击
KM1 KM2 KT
KM1 KM2 KT
方法：用KM1的常闭触点替代KT延 问题：如果要求切换时确保KM2先
时常开触点。
断开KM1后闭合，图2-8（b-1）是否
KM1
KM4
KT1 KM2 KT2 KM3 KT3 KM4
SB1 SB2 KM1 KM2 KM3 KM4
KT1 K.T2 KT3
(b)电路 之
工业控制常用电机类型
工业控制常用电机类型
在工业控制中，常见的电机类型有以下几种：
1.交流电机（AC Motor）：交流电机是使用交流电作为电源
的电动机。
常用的交流电机类型包括异步电动机（包括感应电动机和异步电动机）和同步电动机。
异步电动机广泛应用于工业控制中，具有简单、可靠和成本较低的特点。
2.直流电机（DC Motor）：直流电机是使用直流电源的电动
机。
它们根据励磁方式的不同可以分为无刷直流电机（BLDC）和直流刷电机。
直流电机在一些特殊应用中具有优势，如需要精确控制速度和扭矩的场合。
3.步进电机（Stepper Motor）：步进电机是一种将输入的脉
冲信号转换为精确的角度转动的电机。
它们通常由电磁线圈组成，可以实现高精度的定位和控制。
步进电机在机器人、自动化设备和精密控制系统中广泛使用。
4.伺服电机（Servo Motor）：伺服电机是一种能够根据反馈
信号进行闭环控制的电机。
它们具有快速响应、高精度和稳定性的特点，常用于需要精确控制位置、速度和扭矩的应用领域，如自动化生产线和机器人技术。
这些电机类型在工业控制中具有不同的特点和应用场景。
根据实际需求和控制要求选择适当的电机类型，结合其他控制器件和系统构建出功能完备的工业控制系统。
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• 2．基本原理 空心杯形转子异步测速发电机的工作原理如 图4-8所示。图中，励磁绕组的轴线为d轴，输出绕组的轴 线为q轴。工作时，励磁绕组接单相交流电源，频率为f， d轴方向的脉振磁通为，发电机转子逆时针方向旋转，转 速为n。
图4-8 交流测速发电机工作原理 上一页 下一页 返回
小和方向的可控性。
1）幅值控制 2）相位控制
3）幅一相控制 上一页 下一页 返回
4.2 测速发电机
测速发电机在电力拖动系统中用来测量转速，即把机 械转速信号变换成对应的电压信号，反馈到控制系统， 实现对转速的调节和控制。测速发电机有直流和交流 两大类。
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4.2.1 直流测速发电机
• 步进电动机的种类很多，按工作原理分，有反应 式、永磁式和永磁感应子式三种。其中反应式步 进电动机具有步距小、响应速度快、结构简单等 优点，广泛应用于数控机床、自动记录仪、计算 机外围设备等数控设备。
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4.3.1 反应式步进电动机的结构及工 作原理
• 1．反应式步进电动机的结构和工作 原理
图4-6 直流测速发电机工作原理图 上一页 下一页 返回
• 2．输出特性
• 输出特性表征电枢电压与转子转速的函数关系，即Ua=f（n）。它是 测速发电机的主要特性之一。
• 3．误差
• 直流测速发电机输出电压U与转速n成线性关系的条件是、Ra、和 RL保持不变。实际上，直流测速发电机在运行时，周围环境温度的变 化、直流测速发电机有负载时电枢反应图4-7 直流测速发电机的输出 特性的去磁作用、电刷与换向器接触电阻的变化都将在输出特性上引
图4-10 三相单三拍运行方式 上一页 下一页 返回
• 2）三相双三拍运行方式：这种运行方式是按 UV→VW→WU→UV或相反的顺序通电的，即每次同时给 两相绕组通电。其工作原理如图4-11所示。
图4-11 三相双三拍运行方式
3）单、双六拍运行方式：这种运行方式是按 U→UV→V→VW→W→WU→U或相反顺序通电的，即 需要六拍才完成一个循环。
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4.1 伺服电动机
伺服电动机亦称执行电动机，它用于把输入的电压信号变 换成电动机轴的角位移或者转速输出。
它具有一种服从控制信号的要求而动作的职能，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，转子立刻自行停转。
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4.1.1 直流伺服电动机
n0 TM
2）调节特性：调节特性是指电磁转矩恒定时，电动机的转速与控制电压之间的
关系
n
UC Ce
Ra Ce
Ia
图4-3 电枢控制特性 a）机械特性 b）调节特性
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4.1.2 交流伺服电动机
1．基本结构交流伺服电动机在结构上为两相异步电动机，其定子上有空间相 差90°电角度的两相绕组。
图4-1 直流伺服电动机原理图
图4-2上电一枢页控下制一原页理 返回
3．运行特性 下面以电枢控制方式为例，简要分析其主要的机械特性和调节特性， 以便正确使用直流伺服电动机。
1）机械特性：机械特性是指控制电压恒定时，电动机的转速与电磁转矩之间的 关系
n UC Ce N
Ra CeCT
N
2
TM
• 1．基本结构及工作原理
• 直流测速发电机的定、转子结构与普通小型直流发电机相 同。按励磁方式可分为永磁式和他励式两种。
• 直流测速发电机的工作原理与一般直流发电机相同，图46所示为他励测速发电机的原理图。励磁绕组中流过直流 电流时，产生沿空间分布的恒定磁场，电枢由被测机械拖 动旋转，以恒定速度切割磁场，在电枢绕组中感生电动势。
常用的转子结构有两种形式：高电阻笼型 转子和非磁性空心杯转子。
图4-4 杯形转子结构 1－端盖 2－机壳 3－内定子 4－外定子 5－定子绕组 6－杯形转子
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2．工作原理 交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机相似，其原理如图4-5 所示。
图4-5 交流伺服电动机原理 3．控制方法 伺服电动机不仅须具有起动和停止的伺服性，而且还须具有转速的大
• 由图4-9可见，由于结构的原因，沿转子圆周表面各 处气隙不同，因而磁阻不相等，齿部磁阻小，两齿之 间磁阻大。当控制绕组中流过脉冲电流时，产生的主 磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，即经转子齿、铁心 形成闭合回路。因此，转子齿会受到切向磁拉力而转 过一定的机械角度，称步距角s。如果控制绕组按一 定的脉冲分配方式连续通电，电机就按一定的角频率 运行。改变控制绕组的通电顺序，电机就可反转。
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4.3.2 步进电动机的驱动电源
• 步进电动机应由专用的驱动电源来供电，由驱动电源和步 进电动机组成一套伺服装置来图4-13 步进电动机的驱动 电源驱动负载工作。步进电动机的驱动电源主要包括变频 信号源、脉冲分配器和脉冲放大器三个部分，如图4-13所 示。
图4-13 步进电动机的驱动电源 上一页
4.3 步进电机
• 步进电动机是一种将输入脉冲信号转换成输出轴 的角位移或直线位移的执行元件。这种电动机每 输入一个脉冲信号，输出轴便转过一个固定的角 度，即向前迈进一步，故称为步进电动机或脉冲 电动机。因而，步进电动机输出轴转过的角位移 量与输入脉冲数量成正比，而输出轴的转速或线 速度与脉冲频率成正比。
第4章 常用控制电机
下一页
目录
• 4.1 伺服电动机 • 4.2 测速发电机 • 4.3 步进电机
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概述
• 控制电机是在普通旋转电机基础上发展起 来的具有特殊用途的小功率电机，也称特 种电机，控制电机的种类很多，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
• 图4-9是反应式步进电动机的结构原理。定子和转子 均为叠片式结，定子上有六个磁极均匀分布，每个极 上都绕有控制绕组，由两个相对的磁极组成一相，同 一相的控制绕组可以串联或并联，组成三个独立的绕 组，称为三相绕组，独立绕组数称为步进电动机的相 数。除三相以外，步进电动机还可以做成四、五、六 等相数。为简单方便，假设转子上只有四个齿，齿上 不装绕组，只构成主磁路。
图4-91）三相单三拍运行方式：三相步进电动机最简单的运行 方式为三相单三拍。所谓“三相”是指三相步进电动机具 有三相定子绕组；“单”是指每次只有一相绕组通电； “三拍”指通电三次完成一个通电循环。也就是说，这种 运行方式是按U→V→W→U…或相反顺序通电的。其工作 过程如图4-10所示。
起线性误差 。
图4-7 直流测速发电机的输出特性 a) 理想特性 b) 实际特性 上一页 下一页 返回
4.2.2 交流测速发电机
• 交流测速发电机又分为同步机和异步机两种。同步测速发 电机，由于输出电压频率随转速而改变，不适用于自动控 制系统，通常交流测速发电机就是指异步测速发电机。本 节介绍应用日益广泛的空心杯转子交流异步测速发电机。
1．结构特点和工作原理 普通直流伺服电动机结构与小型普通直流电动机基本 相同，分为永磁式和他励式两种，其实质上就是一台他励式直流电动机。与普 通直流电动机相比，直流伺服电动机有以下特点：气隙小，磁路不饱；电枢电 阻大，机械特性为软特性；电枢细长，转动惯量小。
2．控制方式 直流伺服电动机的励磁绕组和电枢绕组分别装在定子和转子上 ，直流伺服电动机有电枢控制和磁场控制两种控制方式。
• 1．基本结构
• 异步测速发电机的基本结构与普通异步电动机相似。定 子上安装两对称绕组，转子为笼形或杯形两种结构。相比 之下，笼形转子的惯性大、特性较差。因此，对精度要求 较高的控制系统多采用杯形转子。空心杯转子交流测速发 电机的结构和杯形转子交流伺服电动机的结构相同，见图 4-4。定子上有两相互相垂直的绕组，其中一相为励磁绕 组，另一相为输出绕组。转子为空心杯结构，用高电阻率 的硅锰青铜或铝锌青铜制成，是非磁性材料，壁厚0.2～ 0.3mm。杯子里还有一个内定子，目的是减小磁路的磁阻。