电动机的控制系统
简述电机控制系统组成和主要功能
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第四章 驱动电机及控制系统
组通过的线电流值。
额定转速
在额定电压输入下以额定功率输出时对应的电机最低转速。
额定功率
额定条件下，电机轴上输出的机械功率。
峰值功率
在规定的时间内，电机允许输出的最大功率。
最高工作转速 相应于电动汽车最高设计车速的电机转速。
最高转速
在无带载条件下，电机允许旋转的最高转速。
额定转矩
电机在额定功率和额定转速下的输出转距。
整车控制器（VCU）根据驾驶员意图发出各种指令，电机 控制器响应并反馈，实时调整驱动电机输出，以实现整车的 怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。电机 控制器另一个重要功能是通信和保护，实时进行状态和故障 检测，保护驱动电机系统和整车安全可靠运行。
第四章 驱动电机及控制系统
2.电动汽车对驱动电机性能的要求
由于存在电刷、 换向器等易损件, 所以必须进行定期维护 或更換。
第四章 驱动电机及控制系统
2.新能源汽车直流电动机的性能要求 （1）低能耗性
为了延长一次充电续驶里程以及抑制电动机的温升、 尽量 保持低损耗和高效率成为直流电动机的重要特性 。 近年来, 由 于稀土系列永磁体的研究开发, 直流电动机的效率已明显提高, 能耗明显减低。 （2）环境适应性
直流电动机作为新能源汽车的驱动电机时, 与在室外使用时 的环境大致相同, 所以要求在设计时充分考虑密封的问题, 防止 灰尘和水汽侵入电动机, 另外还要考虑电动机的散热性能。
第四章 驱动电机及控制系统
（3）抗振动性 由于直流电动机具有较重的电枢, 所以在颠簸的路况行驶时,
车辆振动会影响到轴承所承受的机械应力, 对这个应力进行监 控和采取相应的对策是很有必要的。 同时由于振动, 很容易影 响到換向器和电刷的滑动接触, 因此必须采取提高电刷弹簧预 紧力等措施。
电机驱动系统(完整)
八、开关磁阻电机控制系统
1. 开关磁阻电机结构
定、转子为结构双凸结构。 定、转子齿满足错位原理， 即错开1/m转子齿距。 通电一周，转过一个转子齿。 需要转子位置传感器。
6/4极的开关磁阻电动机
2. 开关磁阻电动机工作原理
靠磁通收缩产生转矩
转矩：
开关磁阻电机的 转矩瞬时值正比于 电流的平方， 也正比于电感对转 子位置角的变化率。
+
+C
-C
PWM 输入
电动“1” 回馈制动“ 0”
驱动信号 输出
6. 无刷直流电机及其控制系统的优缺点
优点： 1. 具有直流电机的控制特性。 2. 控制相对简单。 3. 电机效率高，体积小。
缺点： 1. 由于永磁材料贵，电机价格较贵。 2. 过热容易导致永久性失磁。 3. 弱磁运行较困难。 4. 需要转子位置传感器。
功率变换器主电路
交流电机电枢绕组
六、无刷直流电机控制系统
1. 系统构成
三相功率 变换器
控制电路 控制器
永磁 同步电机
转子位置 传感器
自控式永磁 同步电机
2.无刷直流电机与永磁同步电机差别
B0(e0)
永磁同步电机
0
无刷直流电机
2π ωt
一对极下不同的气隙磁密分布图
3.无刷直流电机工作原理
有6个定子空间磁势。
A iA
根据转子位置传感器检
测到的转子位置和要求
FBA
FCA
转向来决定产生哪一个
X
磁势。
产生的平均转矩最大。 FBC
S
Z
iC
C
FAC
F0
N
FCB
Y
iB
第4章 直流电动机调速控制系统
调速指标
静态调速指标
• 调速范围 • 静差率 • 调速范围与静差率的关系
动态调速指标
• 跟随性能指标 • 抗扰性能指标
单闭环直流调速系统
单闭环有静差调速系统 单闭环无静差调速系统
单闭环有静差调速系统
系统的组成及原理 系统的静特性及静态结构图
系统的反馈控制规律 单闭环调速系统的动态特性
电动机转速与转矩的关系
如果把E =Cen代入式(4-8) ，便可得出电枢电流I的表达式 Ia=(U- Cen )/Ra （4-9） 由上式可见，直流电动机和一般的直流电路不一样，它的电流不仅 取决于外加电压和自身电阻，并且还取决于与转速成正比的反电动 势(当φ为常数) 。将式(4-1) 代入(4-9) 式，可得 n=U/Ce-R Te/ Ce Cm (4-10) 其中Cm=Kmφ，式（4-10）称为电动机的机械特性，它描述了电 动机的转速与转矩之间的关系。 图4-5是机械特性曲线族。在这一曲线族中，不同的电枢电压对应于 不同的曲线，各曲线是彼此平行的。n0( U/Ce)称为“理想空载转 速” ，而⊿n(R Te/ Ce Cm) 称为转速降落。
脉宽调制器是一个电压—脉冲变换装置。由控制 电压Uct进行控制，为PWM变换器提供所需的脉 冲信号。 脉宽调制器的基本原理是将直流信号和一个调制 信号比较，调制信号可以是三角波，也可以是锯 齿波。锯齿波脉宽调制器电路如图4-42所示， 由锯齿波发生器和电压比较器组成。锯齿波发生 器采用最简单的单结晶体管多谐振荡器4-42a)， 为了控制锯齿波的线性度，使电容器Ｃ充电电流 恒定，由晶体管VT1和稳压管VST构成恒流源。
电流截止负反馈环节 带电流截止负反馈环节的单闭环无静差调 速系统
电机控制系统原理及组成
电机控制系统原理及组成
电机控制系统，嘿，这可真是个神奇又重要的玩意儿！它就像是机器世界里的智慧大脑，指挥着电机这个大力士的一举一动。
你想想看，电机控制系统不就是让电机乖乖听话，该转就转，该停就停，还能控制它转多快、转多大劲嘛。
这就好比我们人，大脑指挥着我们的手脚怎么动。
它的组成那也是相当丰富多样啊！有传感器，就像机器的眼睛和耳朵，随时感知着各种信息，反馈给控制系统。
还有控制器，这可是核心中的核心，所有的指令都从这里发出，就像乐队的指挥家一样。
还有驱动电路呢，把控制器发出的指令转化成电机能懂的信号，让电机有力气干活。
反问一下，要是没有这些组成部分，电机还能好好工作吗？那肯定不行啊！就像人没了大脑，那不就乱套啦。
电机控制系统在我们生活中无处不在啊！从家里的电器到工厂里的大型设备，哪一个离得开它。
比如我们每天都要用的洗衣机，它能让洗衣机的电机精准地转动，把衣服洗得干干净净。
再看看那些自动化生产线，电机控制系统让各种机器协同工作，高效又快速地生产出各种产品。
它就像是一个默默奉献的幕后英雄，虽然我们平时可能不太注意到它，但它却一直在为我们的生活和工作提供着强大的支持。
我们应该对它心怀感激和敬意啊！
总之，电机控制系统原理神奇，组成多样，作用巨大，是现代科技中不可或缺的一部分。
电机控制系统的基本结构
电机控制系统的基本结构电机控制系统的基本结构可真是一个有趣的话题，咱们今天就来聊聊这个。
不说你可能不知道，电机控制系统其实就像一部复杂的乐器，得有各个部件通力合作，才能奏出美妙的乐章。
想象一下，你在家里听到的那些电器，无论是风扇还是洗衣机，背后都有一个聪明的电机控制系统在默默奉献。
嘿，你有没有想过，电机和控制系统就像一对默契的舞伴？一个负责动力，另一个负责节奏，缺一不可哦。
电机控制系统里有几个重要角色，比如传感器、控制器和执行器。
传感器就像个侦探，负责收集各种信息，比如位置、速度、温度等等。
这些信息就像剧本上的台词，得把剧情讲清楚，才能让下一步的操作顺利进行。
控制器就像导演，接过侦探的情报，分析这些信息后决定接下来该怎么做。
执行器就是演员，听从导演的指挥，完成实际的动作。
就这样，电机控制系统的三位主角共同合作，形成了一个紧密的团队。
说到控制器，咱们可以稍微深入一下。
控制器通常是个小巧而强大的设备，像个精明的指挥官。
它会通过一些算法来处理传感器的数据。
你可能会想，这听起来很复杂，但实际上就像做一道菜，得有合适的配料和调味品，才能做出美味的菜肴。
控制器通过比较目标值和实际值，来判断是不是需要调整，比如说让电机加速、减速，或者是停止。
真是个聪明的家伙，没错吧？执行器在这里可不容小觑，它负责把控制器的指令变成实际的行动。
就好比一个精力充沛的小孩，听到爸爸妈妈的号召，立马就冲去玩耍。
执行器通常是电动机、气动装置或者液压装置，视具体的应用而定。
它们就像一群小马达，个个都争先恐后，准备迎接挑战。
想想看，如果没有这些执行器，控制器再聪明也没用，电机就像没有动力的车，开不动嘛。
电机控制系统的工作原理真是神奇。
比如说，当传感器感知到电机的速度低于预设值，控制器就会指示执行器加大电流，电机的转速立马就提升了。
就像你在开车时，如果感觉速度慢了，就会加油门，瞬间提速，心里那种感觉简直不要太爽。
这样的反馈循环让整个系统保持在最佳工作状态，确保每个环节都能顺利运转，仿佛是一场天衣无缝的表演。
交流电机控制原理及控制系统
交流电机控制原理通常涉及改变电机的电压、频率或二者来控制其转速和扭矩。
最常见的交流电机类型包括异步电机（也称为感应电机）和同步电机。
以下是两种电机的控制原理及控制系统的简要介绍：异步电机（感应电机）控制原理：异步电机的转速由其供电频率和极数确定，根据公式\( n = \frac{120f}{p} \)，其中\( n \) 是电机的同步转速，\( f \) 是供电频率，\( p \) 是极对数。
电机实际转速会低于同步转速，这个差值称为滑差。
1. 频率控制（V/f控制）：电压和频率成比例调整，以维持电机的磁通密度，从而控制转速。
适合于要求不高的应用，如风扇或泵。
2. 矢量控制（磁场定向控制，FOC）：精确控制电机的磁场和转矩。
将电机模型从时间域转换到旋转参考框架（d-q坐标系），独立控制转矩和磁通。
需要电机参数，通过编码器或传感器反馈，能提供高性能的控制。
3. 直接转矩控制（DTC）：直接控制定子磁通和电磁转矩，快速响应。
不需要转速或位置传感器，适合于要求快速动态响应的应用。
同步电机控制原理：同步电机的转速与供电频率严格同步。
转速由同步速度公式\( n_s = \frac{120f}{p} \) 确定。
1. 矢量控制：同样适用于同步电机，允许对转矩和磁通进行独立控制。
通常需要位置或速度反馈来实现精确控制。
2. 直接转矩控制（DTC）：同样可以用于同步电机，提供快速的转矩响应。
控制系统组件：交流电机的控制系统通常包含以下组件：1. 输入设备：用于接收命令和反馈信号，如开关、按键、编码器等。
2. 控制器：可以是微处理器、PLC或专用的电机控制器，用来实现控制算法。
3. 功率变换器：通常是逆变器，用来将直流电转换为可控的交流电，以调整电机的电压和频率。
4. 反馈传感器：如速度传感器、位置传感器、电流传感器和电压传感器，用于闭环控制。
5. 保护装置：确保系统在过载、短路、过热等异常情况下能够安全运行。
控制系统设计：设计交流电机的控制系统时，需要考虑以下因素：电机类型和规格：选择合适的控制方法和硬件。
电机控制系统的工作原理
电机控制系统的工作原理2篇电机控制系统的工作原理（上篇）电机控制系统是现代工业中广泛应用的一种自动控制系统。
它能够实现对电机运行状态、速度和位置等参数的监测和调节。
这篇文章将详细介绍电机控制系统的工作原理。
电机控制系统通常由下面几个部分组成：传感器、控制器和执行机构。
传感器用于将电机的运行状态转换为电信号，控制器则根据传感器提供的信息进行计算和判断，并输出控制信号至执行机构，执行机构根据控制信号调整电机的运行状态。
传感器是电机控制系统的重要组成部分。
通过传感器可以实时获得电机的状态信息，例如转速、转矩和位置等。
常见的电机传感器有霍尔传感器、光电传感器和电位器等。
传感器将电机的状态转化为电信号，然后传递给控制器进行处理。
控制器是电机控制系统的核心部分。
控制器接收传感器提供的电信号，并根据预设的控制算法进行计算和判断。
通过对电机状态的监测和分析，控制器能够判断电机是否正常运行或者需要调整。
控制器通常由微处理器或者专用的控制芯片组成，可以实现复杂的控制算法和数据处理功能。
执行机构是根据控制器的指令来调整电机的运行状态。
执行机构通常由驱动器和电机组成。
驱动器负责将控制器输出的电信号转化为适合电机使用的电流或者电压信号。
电机根据驱动器提供的电流或电压信号，进行相应的运动或者调整。
电机控制系统的工作原理基本上可以归纳为以下几个步骤：传感器采集电机的状态信息，将其转化为电信号；控制器接收并处理传感器的电信号，根据设定的算法判断电机的运行状态；控制器根据判断结果输出控制信号；执行机构根据控制信号调整电机的运行状态。
总的来说，电机控制系统通过传感器、控制器和执行机构之间的协调工作，实现对电机运行状态，如速度和位置等参数的监测和调节。
这样的系统可以广泛应用于工业领域，提高生产效率和质量。
在下一篇文章中，我们将继续探讨电机控制系统的工作原理。
电机控制系统的工作原理（下篇）在上一篇文章中，我们介绍了电机控制系统的组成和工作原理的基本步骤。
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结构图
工作原理
发热元件接入电机主电路，若长时间过载，
双金属片被加热，向上弯曲，直到托扣。
动断（常闭）触点断开。
I
I
7.自动空气断路器（自动控制、保护电器）
自动空气断路器也叫自动开关或空气开关，可实现短 路、过载和失压保护。是常用的多性能低压保护电器。
自动空气断路器的结构形式很多。下面是其一般原理图。
第6章 电动机的继电接触控制系统
继电接触器控制：
对电动机的控制常要用到开关、继电器及接触 器等控制电器组成的控制电路——这种控制电路称 为继电接触器控制系统。
6.1 常用低压电器 6.2 电动机的继电接触控制环节
6.1 常用低压电器
低压（控制）电器分类：
动作性质
手动电器 自动电器
控制电器 功能 保护电器
可由数层组合而成。 可实现多条线路、不同联接 方式的转换。
常用于机床控制电路的电源开 关，也用于小容量电动机的起 / 停 控制或照明线路的开关控制。
M 3~
用组合开关起停电动机的接线图
3. 按钮(手动切换电器)
按钮常用于控制电路的接通和断开。 按钮的外形图和结构如图所示。
(a) 外形图
(b) 结构
主触点 释放拉簧
脱扣连杆
锁钩连杆
F过
流
脱
扣 器
欠 压
6.1.2 电气原理图的绘制
继电接触控制线路由一些基本控制环节组成。
电工技术中所绘制的控制线路图为原理图， 它不考虑电器的结构和实际位置，突出的是电 气原理。
电器自动控制原理图的绘制原则及读图方法：
1. 按国家规定的电工图形符号和文字符号画图。
将电动机接到电源的任意两根线对调一下， 即可使电动机反转。
需要用两个接触器来实现这一要求。 当正转接触器工作时，电动机正转； 当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任 意两根联线对调一下，电动机反转。
A BC
S FU
KM1
M 3~
KM2
1）电气控制原理图
“联锁”触点
2）工作分析
. . SB
SB1
5. 与电路无关的部件(如铁心、支架、弹簧等) 在控 制电路中不画出。
分析和设计控制电路时应注意以下几点：
(1) 尽可能避免多个电器元件依次动作才能接通另一 个电器的控制电路。
(2) 必须保证每个线圈的额定电压，不能将两个线圈 串联。
6.2 鼠笼式电动机继电接触控制的基本环节
6.2.1 基本控制环节 1. 点动控制电路 2. 直接起动单向连续运转控制电路 3. 正反转控制电路
1. 点动控制电路
1）接线示意图 2）工作分析
3）电气控制原理图
2. 直接起动单向连续运转控制电路
1)接线示意图
S
FU
SB2 SB1
KM
FR
M 3~
2) 工作分析
①、起动
S
SB2
SB1
FU
KM
FR
Mn
3~
吸合后自锁
②、停止
S
SB1
FU
SB2
KM
FR
Mn
3~
3) 电气控制原理图
S FR
FU
KM2 KM1
通电
.
闭合
. . KM1 SB2
KM1 KM2
缺点： 改变转向时必须 先按停止按 钮。
断电
KM2 断开
在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工 作的控制作用，称为“联锁”。
利用接触器的动断辅助触点实现联锁控制称电气联锁。
控制电路加入机械连锁。
SB
SB1 机械联锁 KM2 KM1
KM1 SB2
FR
KM2
KM1 KM2 电气联锁
利用复 合按钮的触 点实现联锁 控制称机械 联锁。
鼠笼式电动机正反转的控制线路
下图所示的鼠笼式电动机正反转控制线路中有几 处错误，请改正之。
S
FU . . .
SB
SB1 KM1 KM1
KM2
...
FR
SB2 KM2 KM2 KM2
FR
M
正反转控制线路
3~
既能长期工作又能点动的控制电路
SB1
KM
SB2 KM KM
FR
M 3～
4) 短路、过载和欠压保护环节
①、短路保护环节 ——由FU实现
FU
Mn 3~
②、过载保护环节 ——由FR实现
FR Mn 3~
③、欠压（失压）保护环节
——由KM实现
S FU
SB1 KM
FR
Mn
3~
① 短路保护：在电路发生短路事故时要求迅速、 可靠切断电源。采用熔断器 FU来实现短路保护。
②过载保护：为防止三相电动机长期过载运行 超过允许温升而损坏。常采用热继电器FR来实现 过载保护。
③欠压和失压保护：失压(零压)是指电源电压 消失而使电动机停转，在电源电压恢复时，电动机 可能自动重新起动(亦称自起动)，易造成人身或设 备故障。接触器KM就可实现这种保护。
3.电动机正反转的控制电路
按钮开关的符号：
结
1 构
2
符 SB
号
名 常闭按钮 称 (动断按钮)12来自3434
SB
SB
常开按钮 (动合按钮)
复合按钮
按钮帽 复位弹簧 支柱连杆 常闭静触头
动触头 常开静触头 外壳
动作时， 先断后通
4. 熔断器（短路自动保护电器）
作用： 用于低压线路中的短路保护。 形式：
插入式 熔断器
管式熔断器
插入式熔断器
熔体: 符号: FU
熔断器的选择方法：
熔断器额定电流IRN的选择 (1) 电灯、电炉等电阻性负载
IRN > IN
(2) 单台电机
IRN 电动机的起动电流 Ist .
1.5 ~ 2 . 5
频繁起动 IRN （3.5 ~ 4）*电动机的额定电流 IN
(3)多台电动机
IRN Is t m IN
2. 电路由主电路(用粗线画于左方或上方) 和控制电路 (用细线画于右方或下方)组成。
3. 属同一电器元件的不同部分(如接触器的线圈和 触点)按其功能和所接电路的不同分别画在不同 的电路中，但必须标注相同的文字符号。
4. 所有电器的图形符号均按无电压、无外力作用下 的正常状态画出，即按通电前的状态绘制。
6.1.1 常用控制电器
1. 刀开关 (手动控制电器） 1）结构与符号
2）刀开关的功能 主要做电源的隔离开关，也可对7.5KW以下的电
动机实现手动起停控制。
2. 组合开关（又称转换开关） (手动控制电器）
由静触片、动触片 组装在绝 缘盒而成的。
动触点装在转轴上，手柄转 动转轴使动触片与静触片接通与 断开。
2. 5
5. 交流接触器（自动控制电器）
用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。
交流接触器的外形
工作原理
符号
KM 线圈 动合（常开）触点 KM 动断（常闭）触点 KM
6. 热继电器（自动控制、保护电器）
用于电动机的过载保护。
~ 双金属片
动断触点
符号： 发热元件 FR
动断触点 FR
发热元件
杠杆