控制电机和特种电机共72页
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控制电机与特种电机第1章电子课件
的应用
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：自动化生产线中的类机械手、火炮和 雷达的自动定位、舶船方向舵的自动操纵。
特种电机技术综合了电机、计算机、新材料、控制理 论等多项高新技术，其应用遍及军事、航空航天、工 农业生产、日常生活的各个领域。 （1）工业控制自动化领域。 （2）信息处理领域。 （3）交通运输领域。 （4）家用电器领域。 （5）高档消费品领域。 （6）电气传动领域。 （7）特种用途。
1.4 控制电机、特种电机与其控制系统的 关系
不管是控制电机还是特种电机，与普通圆柱 式交直流电机相比，他们都有其各自特殊性，但 基本上共同的一点是，他们更需要借助于控制器 的控制来发挥作用。控制电机、特种电机与其控 制系统是密不可分的，单独认识电机本体而不能 理解其控制原理，是不完整的，可以说，脱离开 系统来单独谈这些电机是没有实际意义的。 无论是某些新型电机，还是传统的控制电机 或特种电机提高性能的目的，控制系统俨然已经 称为电机的不可或缺的一部分，离开控制系统谈 电机已经越来越不合时宜。
1.2
控制电机与特种电机的种类
控制电机一般包括：直流测速发电机、直流 伺服电动机、交流异步伺服电动机,旋转变压器,自 整角机,步进电动机,直线电机等；特种电机包括： 开关磁阻电动机,永磁无刷直流电动机交流永磁同 步伺服电动机,盘式电机,超声波电机等。依用途而 定，当中部分永磁无刷直流电动机交流永磁同步 伺服电动机可以划为控制电机的范畴。
控制电机与特种电机及其 控制系统
第1章 绪论
1.1 控制电机、特种电机和传统 电机的区别
一般来说，与传统电机相比，在工 作原理、结构、性能或设计方法上有较 大特点的电机都属于特种电机的范畴。 。
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：自动化生产线中的类机械手、火炮和 雷达的自动定位、舶船方向舵的自动操纵。
特种电机技术综合了电机、计算机、新材料、控制理 论等多项高新技术，其应用遍及军事、航空航天、工 农业生产、日常生活的各个领域。 （1）工业控制自动化领域。 （2）信息处理领域。 （3）交通运输领域。 （4）家用电器领域。 （5）高档消费品领域。 （6）电气传动领域。 （7）特种用途。
1.4 控制电机、特种电机与其控制系统的 关系
不管是控制电机还是特种电机，与普通圆柱 式交直流电机相比，他们都有其各自特殊性，但 基本上共同的一点是，他们更需要借助于控制器 的控制来发挥作用。控制电机、特种电机与其控 制系统是密不可分的，单独认识电机本体而不能 理解其控制原理，是不完整的，可以说，脱离开 系统来单独谈这些电机是没有实际意义的。 无论是某些新型电机，还是传统的控制电机 或特种电机提高性能的目的，控制系统俨然已经 称为电机的不可或缺的一部分，离开控制系统谈 电机已经越来越不合时宜。
1.2
控制电机与特种电机的种类
控制电机一般包括：直流测速发电机、直流 伺服电动机、交流异步伺服电动机,旋转变压器,自 整角机,步进电动机,直线电机等；特种电机包括： 开关磁阻电动机,永磁无刷直流电动机交流永磁同 步伺服电动机,盘式电机,超声波电机等。依用途而 定，当中部分永磁无刷直流电动机交流永磁同步 伺服电动机可以划为控制电机的范畴。
控制电机与特种电机及其 控制系统
第1章 绪论
1.1 控制电机、特种电机和传统 电机的区别
一般来说，与传统电机相比，在工 作原理、结构、性能或设计方法上有较 大特点的电机都属于特种电机的范畴。 。
电机拖动与控制课件——其它特殊电机
可以得到较大的起动转矩。
2020/5/15 15
电机拖动及控制
单向电容分相起动电路及机量分析
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第二级
第三级 第四级
分相电容
第五级 主
绕
组
I 起
动 开
副
关
副绕组
U I合
I主
2020/5/15 16
电机拖动及控制
单相双值电容异步电动机
C2
单击此处编辑母版文本样式 C1
第二级
第三级
稳极式
2020/5/15 18
电机拖动及控制
•凸级式单相异步电动机定子做工成凸极铁心，然后在
凸极铁心上安装集中绕组，组成磁极，在每个磁极截面
的1/3处开一个小槽，装上短路环，将部分铁心罩住。 单第转击二子此级匀处为编笼辑式母结版构文。本样式
第三级
第四级
第五级
短 路
B 环
罩极电机移动磁场示意
A
短 路 环
2020/5/15 2
电机拖动及控制
7.1 单相异步电机
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第二级 t0 第三级
t1
t2
t3
第四级
第五级 t4
t5
t6
t7
B Bm
t4 t5 t6t7 0 t1t2 t3
t
7.1.1 单相异步电动机磁场
一个空间轴线固定而大小按正弦规律变化的脉动磁场，可以分解成 两个转速相等而方向相反的旋转磁场，磁感应强度的幅度相等，等 于肪动磁场的磁感应强度幅值的一半。
2020/5/15
3
电机拖动及控制
Bm1
Bm2
1 2
Bm
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2020/5/15 15
电机拖动及控制
单向电容分相起动电路及机量分析
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第二级
第三级 第四级
分相电容
第五级 主
绕
组
I 起
动 开
副
关
副绕组
U I合
I主
2020/5/15 16
电机拖动及控制
单相双值电容异步电动机
C2
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第二级
第三级
稳极式
2020/5/15 18
电机拖动及控制
•凸级式单相异步电动机定子做工成凸极铁心，然后在
凸极铁心上安装集中绕组，组成磁极，在每个磁极截面
的1/3处开一个小槽，装上短路环，将部分铁心罩住。 单第转击二子此级匀处为编笼辑式母结版构文。本样式
第三级
第四级
第五级
短 路
B 环
罩极电机移动磁场示意
A
短 路 环
2020/5/15 2
电机拖动及控制
7.1 单相异步电机
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第二级 t0 第三级
t1
t2
t3
第四级
第五级 t4
t5
t6
t7
B Bm
t4 t5 t6t7 0 t1t2 t3
t
7.1.1 单相异步电动机磁场
一个空间轴线固定而大小按正弦规律变化的脉动磁场，可以分解成 两个转速相等而方向相反的旋转磁场，磁感应强度的幅度相等，等 于肪动磁场的磁感应强度幅值的一半。
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3
电机拖动及控制
Bm1
Bm2
1 2
Bm
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控制电机及特种电机
异步电动机
旋转机械
第一部分 电磁调速异步电动机
二、电磁转差离合器的工作原理
1、当作为原动机的三相异步电动机和电枢转动时，如果没有向 磁极的励磁绕组通电，磁极与输出轴是不会转动的。 2、当经过滑环向磁极励磁绕组通入直流励磁电流后，磁极即有 磁性，磁通形成一个闭合回路，电枢切割磁通而产生感应电动势， 并形成涡流。 3、涡流又与磁通作用产生转矩，在该转矩的作用下，磁极就跟 随电枢转动。 可以看出，两者的旋 转方向是一致的，磁 极通过输出轴拖动负 载转动。
异步电动机旋转机械第一部分电磁调速异步电动机参照异步电动机的工作原理可知磁极的转速必定小于电枢的转速否则当电枢和磁极之间没有相对转速差时电枢中就不会有涡流产生也就没有转矩去带动磁极旋转因转差离合器异步电动机旋转机械第一部分电磁调速异步电动机转差离合器的主要缺点是它的机械特性曲线较软故输出的转速随负载的变化而变化较大特别是在低转速输出时其特性更软这种特性往往满足不了不少生产机械要求有较为恒定的转速的目的
一、交流Байду номын сангаас服电动机
2、工作原理 原理与两相交流异步电机相同，定子上装有两个绕
组 — 励磁绕组和控制绕组。 励磁绕组 控制绕组
转子 励磁绕组和控制绕组在空间相隔90。
2、工作原理
适当选择电容的大小，可使通 入两个绕组的电流相位差接近 90，因此便产生旋转磁场，在 旋转磁场的作用下，转子便转动 起来。
工作原理：与直流电动机相同。
二、直流伺服电动机
U 2 Iara n= CeΦ
U 放 U2 大 M 器
Ia
If U1
U1为励磁电压，U2为电枢电压。 由机械特性可知： (1)U1（即磁通）不变时，一定的负载下，U2,n。 (2)U2=0时，电机立即停转。
第06章控制电机
2019/12/28
课件
U
I1 UC U1
励磁绕组的接线
控制信号
检 放 I2
U
测 元
大
U 2
件器
控制绕组的接线
励磁绕组中串联电容C的目的是为了产生两相旋转磁场。
轮机工程学院船电系
船舶电气设备及系统
2019/12/28
课件
适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的 电流相位差接近90，因此便产生旋转磁场， 在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。
2019/12/28
课件
n
T
机械特性曲线
轮机工程学院船电系
船舶电气设备及系统
2019/12/28
课件
由机械特性可知：
U1（即磁通）不变时， 一定的负载下，U2,n。 U2=0时，电机立即停转。
n
T
机械特性曲线
轮机工程学院船电系
船舶电气设备及系统
2019/12/28
课件
反转： 电枢电压的极性改变，电机反转。
轮机工程学院船电系
船舶电气设备及系统
2019/12/28
课件
例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的 电压电流的相量关系如图所示。
U
I1 UC
U1
U1
I1
1
U
励磁绕组的接线
U C
轮机工程学院船电系
船舶电气设备及系统
2019/12/28
课件
控制电压 电源电压
U
U
2
与 两
者频率相同，相
T"
轮机工程学院船电系
船舶电气设备及系统
2019/12/28
课件
合成转矩的方向与旋转 方向相反，所以电机在
特种电动机
由上面分析可知，要改变电动机的转向，只需改变定子绕 组通电的顺序即可。
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项目2 特种电动机
在工程技术中，这种运行方式被称为“三相单三拍”。“三 相”是指定子有三个绕组，“单”是指只给一相绕组单独通 电，“拍”是指定子绕组每改变一次通电方式称做一拍， “三拍”表示三种通电方式组成一个工作循环。
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图9-1直流电机主要部件外形图
返回
图9-2带电刷的刷握示意图
返回
图9-3换向器剖面图
返回
图9-4电刷的研磨方法
返回
图9-5交流伺服电动机示意图
返回
图9-6反应式步进电动机示意图
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图9-7三相单三拍运行方式示意图
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ห้องสมุดไป่ตู้
图9-8步进电动机典型结构
返回
1.反应式步进电动机的结构 反应式步进电动机也是由定子和转子两部分组成，如图9-6
所示。它的定子用薄硅钢片叠压而成，做成凸极式。六个磁极 均匀分布在定子铁芯圆周的内表面，磁极上都装有线圈，相对 的两个磁极上的线圈串联起来，形成三个独立的绕组，分别用A 相、B相和C相表示。它们可以连接成星形或三角形。独立绕组 的数目称做步进电动机的相数。一般有三相、四相、五相、六 相等(注意:这里的相仅表示独立的绕组线圈，与交流电的“三 相”是不同的)。转子也用薄硅钢片叠压而成，表面均匀分布四 个齿，齿上没有绕组，本身也不具有磁性。
步进电动机每走一步所转过的角度称为步距角，用表示。 三相单三拍运行方式步距角 =30°。在实际使用中，还 可AB两相同时通电，使转子轴线转至AB两相之间的轴线， 按AB→BC → CA的顺序，两相同时依次通电，称为三相双 三拍运行方式。
3.小步距角步进电动机 要满足系统对控制精度的要求，则步距角要小。常用的减
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项目2 特种电动机
在工程技术中，这种运行方式被称为“三相单三拍”。“三 相”是指定子有三个绕组，“单”是指只给一相绕组单独通 电，“拍”是指定子绕组每改变一次通电方式称做一拍， “三拍”表示三种通电方式组成一个工作循环。
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图9-1直流电机主要部件外形图
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图9-2带电刷的刷握示意图
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图9-3换向器剖面图
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图9-4电刷的研磨方法
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图9-5交流伺服电动机示意图
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图9-6反应式步进电动机示意图
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图9-7三相单三拍运行方式示意图
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ห้องสมุดไป่ตู้
图9-8步进电动机典型结构
返回
1.反应式步进电动机的结构 反应式步进电动机也是由定子和转子两部分组成，如图9-6
所示。它的定子用薄硅钢片叠压而成，做成凸极式。六个磁极 均匀分布在定子铁芯圆周的内表面，磁极上都装有线圈，相对 的两个磁极上的线圈串联起来，形成三个独立的绕组，分别用A 相、B相和C相表示。它们可以连接成星形或三角形。独立绕组 的数目称做步进电动机的相数。一般有三相、四相、五相、六 相等(注意:这里的相仅表示独立的绕组线圈，与交流电的“三 相”是不同的)。转子也用薄硅钢片叠压而成，表面均匀分布四 个齿，齿上没有绕组，本身也不具有磁性。
步进电动机每走一步所转过的角度称为步距角，用表示。 三相单三拍运行方式步距角 =30°。在实际使用中，还 可AB两相同时通电，使转子轴线转至AB两相之间的轴线， 按AB→BC → CA的顺序，两相同时依次通电，称为三相双 三拍运行方式。
3.小步距角步进电动机 要满足系统对控制精度的要求，则步距角要小。常用的减
微控电机与特种电机学习PPT教案
01
02
03
驱动方式选择
根据特种电机的特性和应 用需求，选择合适的驱动 方式，如直流驱动、交流 驱动或脉冲驱动等。
电路设计
设计合理的电路结构，包 括电源电路、驱动电路、 保护电路等，以确保电机 稳定可靠地运行。
元器件选型
选用高质量的元器件，如 电阻、电容、二极管、晶 体管等，以提高电路的可 靠性和稳定性。
控制方法
02
探讨不同的控制方法，如PID控制、自适应控制、神经网络控制
等，并分析其优缺点及适用范围。
控制精度与稳定性
03
分析不同控制策略和方法对微控电机控制精度和稳定性的影响
，并提出相应的优化措施。
典型应用案例分析
机器人关节驱动
介绍微控电机在机器人关节驱动中的应用，分析其对机器 人运动性能的影响，并探讨如何优化驱动和控制方案。
性能指标
评价特种电机性能的主要指标包括额 定功率、额定转速、额定转矩、效率 、调速范围、定位精度等。这些指标 直接影响电机的应用范围和性能表现 。
04
微控电机驱动与控制技术
驱动方式选择及电路设计
1 2 3
驱动方式选择
根据微控电机的特性和应用需求，选择合适的驱 动方式，如电压驱动、电流驱动或PWM驱动等 。
学习方法与要求
学习方法
本课程采用理论讲授、实验操作和案例分析相结合的教学方法。学生应认真听讲 、积极思考、勤于实践，注重理论与实践的结合。
学习要求
学生应掌握微控电机和特种电机的基本原理、结构特点、控制方法及应用技术； 具备独立分析和解决电机问题的能力；了解电机领域的前沿技术和发展趋势。同 时，学生还应具备良好的团队协作精神和创新意识。
控制策略与方法探讨
特种电动机教学课件pptx
结构特点
定子和转子均由硅钢片叠压而成 ，转子上无绕组，定子上有集中 绕组，具有结构简单、坚固耐用
等优点。
工作原理
利用磁阻最小原理产生电磁转矩， 通过控制开关器件的通断来实现电 动机的运行。
应用领域
适用于各种需要调速和高效率的场 合，如纺织机械、印刷机械等。
直流无刷电动机
结构特点
采用电子换向器代替机械 换向器，具有无级调速、 高效率、低噪声等优点。
性能测试
对驱动系统进行性能测试，如 效率、噪音、可靠性等指标
优化改进
针对测试结果进行优化改进， 提高驱动系统性能
06
特种电动机应用领域探讨 与展望
新能源汽车领域应用现状及前景分析
01
新能源汽车市场现状及趋势
随着环保意识的提高和政策的推动，新能源汽车市场迅速增长，对特种
电动机的需求也日益增加。
02
包括电源、控制器、功率变换器 、电动机等部分
设计要求
高效率、低噪音、高可靠性、长 寿命等
特种电动机特点
如高速、高精度、大扭矩等，对 驱动系统提出更高要求
硬件电路设计实例分析
主电路设计
控制电路设计
保护电路设计
电磁兼容性设计
电源电路、功率变换器 电路等
控制器电路、信号调理 电路等
过流保护、过温保护等
减少电磁干扰，提高系 统稳定性
分类
根据工作原理和结构特点，特种 电动机可分为永磁同步电动机、 开关磁阻电动机、直线电动机、 超声波电动机等。
发展历程及现状
发展历程
从最初的直流电动机到交流电动机， 再到特种电动机的逐步发展，经历了 漫长的历程和不断的技术创新。
现状
随着科技的不断进步和应用需求的不 断提高，特种电动机在各个领域得到 了广泛的应用，并形成了多样化的产 品系列。
定子和转子均由硅钢片叠压而成 ，转子上无绕组，定子上有集中 绕组，具有结构简单、坚固耐用
等优点。
工作原理
利用磁阻最小原理产生电磁转矩， 通过控制开关器件的通断来实现电 动机的运行。
应用领域
适用于各种需要调速和高效率的场 合，如纺织机械、印刷机械等。
直流无刷电动机
结构特点
采用电子换向器代替机械 换向器，具有无级调速、 高效率、低噪声等优点。
性能测试
对驱动系统进行性能测试，如 效率、噪音、可靠性等指标
优化改进
针对测试结果进行优化改进， 提高驱动系统性能
06
特种电动机应用领域探讨 与展望
新能源汽车领域应用现状及前景分析
01
新能源汽车市场现状及趋势
随着环保意识的提高和政策的推动，新能源汽车市场迅速增长，对特种
电动机的需求也日益增加。
02
包括电源、控制器、功率变换器 、电动机等部分
设计要求
高效率、低噪音、高可靠性、长 寿命等
特种电动机特点
如高速、高精度、大扭矩等，对 驱动系统提出更高要求
硬件电路设计实例分析
主电路设计
控制电路设计
保护电路设计
电磁兼容性设计
电源电路、功率变换器 电路等
控制器电路、信号调理 电路等
过流保护、过温保护等
减少电磁干扰，提高系 统稳定性
分类
根据工作原理和结构特点，特种 电动机可分为永磁同步电动机、 开关磁阻电动机、直线电动机、 超声波电动机等。
发展历程及现状
发展历程
从最初的直流电动机到交流电动机， 再到特种电动机的逐步发展，经历了 漫长的历程和不断的技术创新。
现状
随着科技的不断进步和应用需求的不 断提高，特种电动机在各个领域得到 了广泛的应用，并形成了多样化的产 品系列。
特种电机的介绍
1 3EJ IJ cosJ
1
（13-3）
根据旋转磁场和电磁转矩旳基本概念， 当电磁转矩为正 时，其方向是使转子顺着旋转磁场方向转动；而当电磁转矩为 负时，其方向是使转子逆着旋转磁场方向转动。所以，TF和TJ 都是倾向于使δ=0。假如只有接受机旳转子能够自由转动，它将 沿着旋转磁场旳方向转动，直至δ=0 。假如发送机旳转子不断 地旋转，则接受机旳转子也将以一样旳速度不断地旋转。
13
第13章 特种电机
13.3.1 基本构造 励磁绕组
•
F n1
•
• IF EF
发送机
•
F
n1
•
•
IJ
EJ
接收机
整步绕组
•
•
EF
EJ
a)
•
ΔE
•
•
IJ •
EJ J
EF
F
•
IF
b)
图13-6 三相自整角机的接线图与工作原理
14
第13章 特种电机
13.3.2 工作原理
TF
TJ
3EFIF cosF
2
第13章 特种电机
13.1 旋转变压器
旋转变压器是输出电压与转子转角成一定函数关系旳特种 电机，其一、二次侧绕组分别放在定、转子上，一次侧绕组与 二次侧绕组之间旳电磁耦合程度与转子旳转角亲密有关。
按照输出电压与转子转角间旳函数关系，能够分为正余弦 旋转变压器和线性旋转变压器等。正余弦旋转变压器旳输出电 压与转子转角成正余弦函数关系，而线性旋转变压器旳输出电 压在一定转角范围内与转子转角成正比。可见，旋转变压器是 将角度信号转换成与其成某种函数关系旳电压信号，其主要用 途就是进行坐标变换、三角运算和角度数据传播等。
1
（13-3）
根据旋转磁场和电磁转矩旳基本概念， 当电磁转矩为正 时，其方向是使转子顺着旋转磁场方向转动；而当电磁转矩为 负时，其方向是使转子逆着旋转磁场方向转动。所以，TF和TJ 都是倾向于使δ=0。假如只有接受机旳转子能够自由转动，它将 沿着旋转磁场旳方向转动，直至δ=0 。假如发送机旳转子不断 地旋转，则接受机旳转子也将以一样旳速度不断地旋转。
13
第13章 特种电机
13.3.1 基本构造 励磁绕组
•
F n1
•
• IF EF
发送机
•
F
n1
•
•
IJ
EJ
接收机
整步绕组
•
•
EF
EJ
a)
•
ΔE
•
•
IJ •
EJ J
EF
F
•
IF
b)
图13-6 三相自整角机的接线图与工作原理
14
第13章 特种电机
13.3.2 工作原理
TF
TJ
3EFIF cosF
2
第13章 特种电机
13.1 旋转变压器
旋转变压器是输出电压与转子转角成一定函数关系旳特种 电机，其一、二次侧绕组分别放在定、转子上，一次侧绕组与 二次侧绕组之间旳电磁耦合程度与转子旳转角亲密有关。
按照输出电压与转子转角间旳函数关系，能够分为正余弦 旋转变压器和线性旋转变压器等。正余弦旋转变压器旳输出电 压与转子转角成正余弦函数关系，而线性旋转变压器旳输出电 压在一定转角范围内与转子转角成正比。可见，旋转变压器是 将角度信号转换成与其成某种函数关系旳电压信号，其主要用 途就是进行坐标变换、三角运算和角度数据传播等。