电机及拖动基础_吴玉香_微控电机.ppt
《电机及拖动基础_吴玉香_微控电机.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电机及拖动基础_吴玉香_微控电机.ppt(57页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第八章第八章微控电机微控电机本章主要教学内容本章主要教学内容 1.单相异步电动机单相异步电动机 2.伺服电动机伺服电动机 3.测速发电机测速发电机 4.步进电动机步进电动机 5.开关磁阻电动机开关磁阻电动机 6.力矩电动机力矩电动机 7.直线电动机直线电动机 8.无刷直流电动机无刷直流电动机 9.超声波电机超声波电机第八章第八章微控电机微控电机8.1 单相异步电动机单相异步电动机 由单相电源供电的异步电动机即为单相异步电动机。由单相电源供电的异步电动机即为单相异步电动机。8.1.1 基本结构基本结构 单相异步电动机的接线如单相异步电动机的接线如右图右图。结构特点结构特点:1)通常定子有主、辅两
2、绕组,主)通常定子有主、辅两绕组,主绕组占绕组占2/32/3槽,辅绕组占槽,辅绕组占1/31/3槽;槽;2)转子制成笼型)转子制成笼型。主要类型主要类型:1)分相式:电阻分相或电容分相;分相式:电阻分相或电容分相;2)罩极式。罩极式。单相异步电动机的接单相异步电动机的接线示意图线示意图第八章第八章微控电机微控电机8.1.2 单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理 单相绕组通单相交流电建立的磁动势为脉振磁动势,仅考单相绕组通单相交流电建立的磁动势为脉振磁动势,仅考虑基波分量时,其表达式为虑基波分量时,其表达式为脉振磁动势的分解脉振磁动势的分解转子转速为转子转速为 ,转子对正向,转子对正
3、向旋转磁场的转差率为旋转磁场的转差率为 ,则转,则转子对反向旋转磁场的转差率为子对反向旋转磁场的转差率为第八章第八章微控电机微控电机正向旋转磁场与其所感应的转子电流作用,产生正向电磁转正向旋转磁场与其所感应的转子电流作用,产生正向电磁转矩;反向旋转磁场与其所感应的转子电流作用,产生反向电矩;反向旋转磁场与其所感应的转子电流作用,产生反向电磁转矩;两者之和构成电动机的磁转矩;两者之和构成电动机的合成电磁转矩合成电磁转矩,如,如下图下图。特点特点:(1)时,合成电磁转矩时,合成电磁转矩为零,说明它无起动转矩;为零,说明它无起动转矩;(2)左右两边,合成转矩左右两边,合成转矩对称,说明它无固定的转向
4、对称,说明它无固定的转向;(3)工作时的转向由起动时的转工作时的转向由起动时的转动方向决定动方向决定。单相异步电动机单相异步电动机T-s曲线曲线第八章第八章微控电机微控电机8.1.3 单相异步电动机的等效电路单相异步电动机的等效电路特点特点:1)当转子不动时,转差)当转子不动时,转差率率 ,和和 大大小相等小相等;2)当转子旋转时)当转子旋转时,故故 单相异步电动机的等效电路单相异步电动机的等效电路第八章第八章微控电机微控电机8.1.4 单相异步电动机的起动和调速单相异步电动机的起动和调速 一一.起动方法起动方法1.分相式起动分相式起动 接线如接线如右图右图起动原理:起动原理:(1)两个空间互
5、差两个空间互差900电角度的不对称绕组通以不对称电流,电角度的不对称绕组通以不对称电流,在气隙中形成椭圆形旋转磁场,产生一定的起动转矩;在气隙中形成椭圆形旋转磁场,产生一定的起动转矩;(2)适当选择电容分相的电容,可在气隙中建立接近于圆形的适当选择电容分相的电容,可在气隙中建立接近于圆形的旋转磁场,产生较大起动转矩,同时使起动电流减小旋转磁场,产生较大起动转矩,同时使起动电流减小;注意注意:工作绕组或起动绕组接电源的两出线端对调可改变电工作绕组或起动绕组接电源的两出线端对调可改变电动机的转向。动机的转向。分相启动接线图分相启动接线图第八章第八章微控电机微控电机2.罩极式起动罩极式起动罩极式单相
6、异步电动机的定子铁心多数做成凸极式,主要结罩极式单相异步电动机的定子铁心多数做成凸极式,主要结构如构如右图右图结构特点结构特点:(1)在每个定子磁极上装有工作在每个定子磁极上装有工作绕组。在磁极极靴的绕组。在磁极极靴的1/31/3处处开有小槽,槽内嵌有短路铜开有小槽,槽内嵌有短路铜环,把部分磁极环,把部分磁极“罩罩”起来,起来,此铜环也称为罩极线圈;此铜环也称为罩极线圈;(2)(2)转子仍为普通鼠笼式转转子仍为普通鼠笼式转子子第八章第八章微控电机微控电机起动原理起动原理:(1)工作绕组通入单相交流电时,产生脉振磁通,其中一部工作绕组通入单相交流电时,产生脉振磁通,其中一部分磁通分磁通 不通过铜
7、环,另一部分磁通不通过铜环,另一部分磁通 则通过铜环。由于则通过铜环。由于 和和 在空间上有一定的相位差,在时间上也有一定的在空间上有一定的相位差,在时间上也有一定的相位差,故在罩极式单相异步电动机中就会产生椭圆形旋转相位差,故在罩极式单相异步电动机中就会产生椭圆形旋转磁场。磁场。(2)在椭圆形旋转磁场的作用下,电动机将产生一定的起动在椭圆形旋转磁场的作用下,电动机将产生一定的起动转矩,使转子顺着磁场旋转的方向转动起来。转矩,使转子顺着磁场旋转的方向转动起来。注意注意:罩极式起动的单相异步电动机,电机的转向总是从磁罩极式起动的单相异步电动机,电机的转向总是从磁极未罩部分向被罩部分的方向旋转。极
8、未罩部分向被罩部分的方向旋转。第八章第八章微控电机微控电机二二.调速方法调速方法 调压调速调压调速 调速原理调速原理如图如图:实现办法实现办法:用电子开关做调压器,或采用电子开关做调压器,或采用串联电抗器,以控制电机用串联电抗器,以控制电机端电压。端电压。调压调速原理图调压调速原理图第八章第八章微控电机微控电机电容分相的单相异步电动机也常用工作绕组或起动绕组抽头电容分相的单相异步电动机也常用工作绕组或起动绕组抽头的接法实现调速的接法实现调速,典型接法有典型接法有L形接法和形接法和T形接法。形接法。(a)(b)(a)(b)(a)(a)高速高速接法接法(b)(b)低速低速接法接法第八章第八章微控电
9、机微控电机8.2 伺服电动机伺服电动机 伺服电动机的功能是将输入的电信号转换为电动机转轴伺服电动机的功能是将输入的电信号转换为电动机转轴上的角位移或角速度。分为直流和交流伺服电动机。上的角位移或角速度。分为直流和交流伺服电动机。8.2.1 直流伺服电动机直流伺服电动机 1.基本基本结构结构和和工作原理工作原理 直流伺服电动机实际上就是微型他励直流电动机,由装直流伺服电动机实际上就是微型他励直流电动机,由装有磁极的定子、可以转动的电枢和换向器组成。按励磁方式有磁极的定子、可以转动的电枢和换向器组成。按励磁方式的不同,可分为电磁式和永磁式两种。的不同,可分为电磁式和永磁式两种。直流伺服电动机的工作
10、原理与普通直流电动机的工作原直流伺服电动机的工作原理与普通直流电动机的工作原理相同,电磁转矩公式为理相同,电磁转矩公式为 ,当,当 或或 时,时,电动机能自动停止转动。电动机能自动停止转动。第八章第八章微控电机微控电机2.直流伺服电动机的直流伺服电动机的控制控制电枢控制电枢控制:改变电枢绕组电压的方向与大小的控制方式。:改变电枢绕组电压的方向与大小的控制方式。磁场控制磁场控制:改变励磁绕组电压的方向与大小的控制方式:改变励磁绕组电压的方向与大小的控制方式(永磁永磁直流伺服电动机无,电磁式直流伺服电动机也较少用)。直流伺服电动机无,电磁式直流伺服电动机也较少用)。电枢控制的直流伺服电动机电枢控制
11、的直流伺服电动机机械特性机械特性表达式为表达式为 机械特性机械特性曲线:如曲线:如右图。右图。第八章第八章微控电机微控电机调节特性调节特性:指电动机在一定的负载转矩下,稳态转速随控制:指电动机在一定的负载转矩下,稳态转速随控制电枢电压的变化关系。它反应了电机在带负载情况下转速随电枢电压的变化关系。它反应了电机在带负载情况下转速随控制信号的变化情况。控制信号的变化情况。(1)负载恒定的情况负载恒定的情况调节特性方程式:调节特性方程式:调节特性曲线:如调节特性曲线:如右图。右图。起始电压:起始电压:第八章第八章微控电机微控电机(2)(2)负载变化的情况负载变化的情况 负载变化时,直流伺服电动机负载
12、变化时,直流伺服电动机的调节特性的调节特性不再是一条直线不再是一条直线了。由了。由于在不同的转速条件下转矩会有所于在不同的转速条件下转矩会有所不同,因此电枢电流也会发生相应不同,因此电枢电流也会发生相应的变化,随着转速的增大,电阻上的变化,随着转速的增大,电阻上的压降也增大,电枢电动势的压降也增大,电枢电动势 的增的增量逐渐减小,此时直流伺服电动机量逐渐减小,此时直流伺服电动机的调节特性接近于一种近似饱和的的调节特性接近于一种近似饱和的特性,如特性,如右图右图。调节特性调节特性第八章第八章微控电机微控电机总结总结:电枢控制的直流伺服电动机的机械特性和负载恒定时电枢控制的直流伺服电动机的机械特性
13、和负载恒定时的调节特性都是线性的,而且不存在的调节特性都是线性的,而且不存在“自转自转”现象现象(控制信控制信号消失后,电机仍不停止转动的现象称为号消失后,电机仍不停止转动的现象称为“自转自转”现象现象),在自动控制系统中是一种很好的执行元件。在自动控制系统中是一种很好的执行元件。但电枢控制的直流伺服电动机并不是在任何情况下都但电枢控制的直流伺服电动机并不是在任何情况下都能迅速准确反应控制电压的变化。由于摩擦及电机结构等原能迅速准确反应控制电压的变化。由于摩擦及电机结构等原因,在电压降到一定程度时,直流伺服电动机的转速会时快因,在电压降到一定程度时,直流伺服电动机的转速会时快时慢,很不均匀,出
14、现低速爬行状态。时慢,很不均匀,出现低速爬行状态。在使用中要设法排除低速爬行状态的出现。在使用中要设法排除低速爬行状态的出现。第八章第八章微控电机微控电机8.2.2 交流伺服电动机交流伺服电动机 1.基本结构和工作原理基本结构和工作原理 交流伺服电动机实际上就交流伺服电动机实际上就是两相异步电动机,其原理电是两相异步电动机,其原理电路如路如右图右图。交流伺服电动机的工作原交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似之理与单相异步电动机有相似之处处。但要注意避免但要注意避免“自转自转”现现象,方法:加大交流伺服电动象,方法:加大交流伺服电动机转子的电阻机转子的电阻。交流伺服电动机原理交流伺服电
15、动机原理电路电路第八章第八章微控电机微控电机2.交流伺服电动机的控制交流伺服电动机的控制 交流伺服电动机的控制信号为控制电压交流伺服电动机的控制信号为控制电压,具体的控制方式,具体的控制方式有幅值控制、相位控制和幅相控制三种有幅值控制、相位控制和幅相控制三种。(1)(1)幅值控制幅值控制 指控制电压指控制电压 与励磁电与励磁电压压 的相位差保持的相位差保持90o不变,不变,而以而以 的幅值大小作为控制的幅值大小作为控制量来控制电机的转速量来控制电机的转速,接线如,接线如右图右图。第八章第八章微控电机微控电机幅值控制的交流伺服电动机的机械特性和调节特性:如幅值控制的交流伺服电动机的机械特性和调节
16、特性:如下图下图-有效信号系数有效信号系数 机械特性机械特性 调节特性调节特性第八章第八章微控电机微控电机(2)(2)相位控制相位控制 指保持控制电压指保持控制电压 的幅值不变,的幅值不变,调节控制电压调节控制电压 与励磁电压与励磁电压 之之间的相位差来控制电机的转速和转向间的相位差来控制电机的转速和转向的控制方式的控制方式,接线如接线如右图右图。改变改变 与与 之间的相位差还之间的相位差还可以改变电动机的转向,若控制电压可以改变电动机的转向,若控制电压 的相位改变的相位改变180o电角度,即可改变电角度,即可改变交流伺服电动机的转向。交流伺服电动机的转向。机械特性和调节特性与幅值控制机械特性
17、和调节特性与幅值控制相似相似。第八章第八章微控电机微控电机(3)(3)幅幅-相控制相控制 指指同时调节控制电压的幅值和同时调节控制电压的幅值和相位的控制方式,接线如相位的控制方式,接线如右图右图。幅相控制的交流伺服电动机幅相控制的交流伺服电动机的控制信号变化时,电机内合成气的控制信号变化时,电机内合成气隙磁场的大小与椭圆度随着发生变隙磁场的大小与椭圆度随着发生变化,从而使其转矩、转速变化,使化,从而使其转矩、转速变化,使电动机随控制信号而具有伺服性。电动机随控制信号而具有伺服性。机械特性和调节特性与幅值控机械特性和调节特性与幅值控制制相似相似。总结总结:交流伺服电动机的结构简单,抗干扰性好,在
18、自动控交流伺服电动机的结构简单,抗干扰性好,在自动控制系统中常作为执行元件使用制系统中常作为执行元件使用。第八章第八章微控电机微控电机8.3 测速发电机测速发电机 测速发电机是一种测量转速的微型发电机,功能是将转测速发电机是一种测量转速的微型发电机,功能是将转速信号变换成电压信号,且输出的电压信号与转速成正比。速信号变换成电压信号,且输出的电压信号与转速成正比。8.3.1 直流测速发电机直流测速发电机 1.基本结构和工作原理基本结构和工作原理 直流测速发电机就是一种微型直流发电机,由装有磁极直流测速发电机就是一种微型直流发电机,由装有磁极的定子,可以转动的电枢和换向器等组成。原理电路如的定子,
19、可以转动的电枢和换向器等组成。原理电路如下图下图 (a)(b)(a)(a)他励式他励式(b)(b)永磁式永磁式第八章第八章微控电机微控电机工作原理工作原理:与一般直流发电机基本相同:与一般直流发电机基本相同。空载空载时,直流测速发电机的输出电压就是电枢电动势时,直流测速发电机的输出电压就是电枢电动势,为,为 一定时,一定时,与与 成正比;成正比;负载负载时,若电枢电阻为时,若电枢电阻为 ,负载电阻为,负载电阻为 ,不计电刷和换向,不计电刷和换向器间的接触电阻,则直流测速发电机的输出电压为器间的接触电阻,则直流测速发电机的输出电压为只要只要 和和 都保持不变,负载时直流测速发电机的输都保持不变,
20、负载时直流测速发电机的输出电压出电压 仍与转速仍与转速 成正比。改变转子的转向,输出电压成正比。改变转子的转向,输出电压的极性随之改变。的极性随之改变。第八章第八章微控电机微控电机2.误差分析误差分析 直流测速发电机实际的输出特性直流测速发电机实际的输出特性为非线性的,如为非线性的,如右图右图。造成误差的主要原因有:造成误差的主要原因有:(1)(1)电枢反应电枢反应 (2)(2)电机温升电机温升 (3)(3)接触电阻接触电阻 结论结论:直流测速发电机的转速:直流测速发电机的转速 越高,越高,越小,误差越大。越小,误差越大。因此,在直流测速发电机的技术数据中给出了最大线性工作因此,在直流测速发电
21、机的技术数据中给出了最大线性工作转速和最小负载电阻值。转速和最小负载电阻值。第八章第八章微控电机微控电机8.3.2 交流测速发电机交流测速发电机 交流测速发电机分为同步、异步测速发电机两种。下面仅交流测速发电机分为同步、异步测速发电机两种。下面仅介绍异步测速发电机的基本结构、工作原理及误差分析。介绍异步测速发电机的基本结构、工作原理及误差分析。1.基本结构和工作原理基本结构和工作原理 交流测速发电机与交流伺服交流测速发电机与交流伺服电动机的结构相似。定子上有两电动机的结构相似。定子上有两个互差的绕组,工作时,一个加个互差的绕组,工作时,一个加励磁电压,另一个用来输出电压。励磁电压,另一个用来输
22、出电压。转子有笼型和空心杯型两种。结转子有笼型和空心杯型两种。结构原理图如构原理图如右图。右图。第八章第八章微控电机微控电机工作原理工作原理:转子转子静止静止时,交流测速发电机类似于一台变压器,由于时,交流测速发电机类似于一台变压器,由于直轴脉振磁通直轴脉振磁通 轴线与输出绕组轴线垂直,理论上无电压轴线与输出绕组轴线垂直,理论上无电压输出。输出。转子转子旋转旋转时,会因转子绕组切割直轴脉振磁通时,会因转子绕组切割直轴脉振磁通 建立建立交轴脉振磁通交轴脉振磁通 ,这时位于交轴的输出绕组将匝链,这时位于交轴的输出绕组将匝链 而而产生感应电动势产生感应电动势 当测量用的负载阻抗当测量用的负载阻抗 很
23、大时,测速发电机的输出电压近很大时,测速发电机的输出电压近似为似为第八章第八章微控电机微控电机2.误差分析误差分析 交流测速发电机的误差主要有:交流测速发电机的误差主要有:(1)(1)线性线性误差:误差:与与 成正比的前提:成正比的前提:严格不变,但在实严格不变,但在实际中直轴磁通际中直轴磁通 是变化的,原因主要有两方面;是变化的,原因主要有两方面;(2)(2)剩余剩余电压:转子静止时,交流测速发电机的输出电压应为电压:转子静止时,交流测速发电机的输出电压应为零,但实际上还会有一个很小的电压输出,即剩余电压零,但实际上还会有一个很小的电压输出,即剩余电压;(3)(3)相位相位误差:输出电压与励
24、磁电压的相位误差是由励磁绕组误差:输出电压与励磁电压的相位误差是由励磁绕组的漏抗、杯型转子的漏抗产生的漏抗、杯型转子的漏抗产生。线性误差、剩余电压和相位误差是交流测速发电机的主要线性误差、剩余电压和相位误差是交流测速发电机的主要技术数据。实际选用时应使负载阻抗远大于测速发电机的输出技术数据。实际选用时应使负载阻抗远大于测速发电机的输出阻抗,使其工作在接近空载状态,以减少误差。阻抗,使其工作在接近空载状态,以减少误差。第八章第八章微控电机微控电机8.4 8.4 步进电动机步进电动机 步进电动机是由脉冲控制运行的特殊同步电动机,它将脉步进电动机是由脉冲控制运行的特殊同步电动机,它将脉冲电信号转换为
25、角位移或线位移。冲电信号转换为角位移或线位移。8.4.1 基本结构基本结构 从励磁的方式来看,步进电动从励磁的方式来看,步进电动机分为反应式、永磁式和感应式三机分为反应式、永磁式和感应式三种种。反应式步进电动机的结构如反应式步进电动机的结构如右右图。图。永磁式、感应式步进电动机的定子永磁式、感应式步进电动机的定子结构与反应式步进电动机的定子结结构与反应式步进电动机的定子结构大致相同构大致相同,但转子结构不同。但转子结构不同。第八章第八章微控电机微控电机8.4.2 工作原理工作原理 步进电动机的工作原理类似于同步电动机的工作原理。步进电动机的工作原理类似于同步电动机的工作原理。三相反三相反应式步
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电机 拖动 基础 吴玉香
限制150内