電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)及MATLAB仿真 教學(xué)課件 作者 陳亞愛 第6章 驅(qū)動(dòng)和控制微電機(jī).ppt

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1、電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)及MATLAB仿真陳亞愛周京華編著李正熙主審Page2本課程的章節(jié)和內(nèi)容緒論第1章變壓器第2章三相交流電動(dòng)機(jī)第3章三相交流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)第4章直流電機(jī)第5章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)第6章驅(qū)動(dòng)和控制微電機(jī)第7章電動(dòng)機(jī)容量的選擇Page3第6章驅(qū)動(dòng)和控制微電機(jī)本章內(nèi)容6.1概述6.2單相異步電動(dòng)機(jī)6.3測速發(fā)電機(jī)6.4伺服電動(dòng)機(jī)6.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)6.6其他驅(qū)動(dòng)和控制微電機(jī)Page4本章教學(xué)基本要求了解各種常用的驅(qū)動(dòng)和控制微電機(jī)基本工作原理、特點(diǎn)、適用場合，掌握相應(yīng)的工作特性，熟悉其控制或驅(qū)動(dòng)方法。Page5微電機(jī)按其功能可分為三大類：控制微電機(jī)、驅(qū)動(dòng)微電機(jī)和電源微電機(jī)。Page66.1概

2、述控制微電機(jī)的作用是在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為檢測、放大、執(zhí)行和解算元件，用作對運(yùn)動(dòng)物體的位置或速度進(jìn)行快速和精確的控制，這種電機(jī)著重于特性的高精度和快速反應(yīng)，功率一般從數(shù)百毫瓦到數(shù)百瓦，機(jī)殼外徑一般是12~130mm，但在地面設(shè)備和艦船設(shè)備中的大功率控制系統(tǒng)中，功率大的有近20kW，外徑可達(dá)1m。驅(qū)動(dòng)微電機(jī)作為小型和微動(dòng)力，用作驅(qū)動(dòng)各種要求的機(jī)械負(fù)載。其功率一般從數(shù)百毫瓦到數(shù)百瓦，高速情況下可達(dá)數(shù)千瓦，外殼直徑一般不大于160mm或軸中心高不大于90mm。電源微電機(jī)作為獨(dú)立的小型能量轉(zhuǎn)換裝置，用作將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能或?qū)⒁环N電能轉(zhuǎn)換成另一種電能，其功率一般從數(shù)百瓦到數(shù)十千瓦。6.1概述微電機(jī)與普通電

3、機(jī)的區(qū)別在于：普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)的主要任務(wù)是進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，一般作為動(dòng)力使用；微電機(jī)在控制系統(tǒng)中只是一個(gè)元件，其主要任務(wù)是完成控制信號的傳遞和轉(zhuǎn)換，而能量轉(zhuǎn)換是次要的，對其要求是運(yùn)行可靠、動(dòng)作迅速、準(zhǔn)確性高，此外軍用微電機(jī)還要求對工作環(huán)境有較高的適應(yīng)性，而工業(yè)和民用微電機(jī)需成本低廉。本章重點(diǎn)討論驅(qū)動(dòng)微電機(jī)和控制微電機(jī)。Page7單相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理與三相異步電動(dòng)機(jī)基本相同，但又有自身特點(diǎn)。單相異步電動(dòng)機(jī)的定子有兩個(gè)繞組，一個(gè)為起動(dòng)繞組（又稱副繞組），另一個(gè)為工作繞組（又稱主繞組），轉(zhuǎn)子為普通籠型。Page86.2單相異步電動(dòng)機(jī)6.2.1單相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理基本工作原理為：給單相異步電動(dòng)

4、機(jī)定子繞組通入單相交流電，便會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，氣隙旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換?；窘Y(jié)構(gòu)工作原理現(xiàn)假設(shè)工作繞組中通入的單相交流電為i=√2Icoswt，則產(chǎn)生的單相脈振磁動(dòng)勢的基波表達(dá)式為Page96.2單相異步電動(dòng)機(jī)6.2.1單相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理上式表明單相脈振磁動(dòng)勢可分解成兩個(gè)轉(zhuǎn)速和幅值相等、轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，每個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的幅值為脈振磁動(dòng)勢幅值的一半。工作原理（6-1）正轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢表達(dá)式為反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢表達(dá)式為又設(shè)正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢產(chǎn)生的正、反轉(zhuǎn)磁通分別為F+和F－，在轉(zhuǎn)子繞組

5、中同時(shí)產(chǎn)生對應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢和電流，從而產(chǎn)生正、反轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩，它們與三相籠型異步電動(dòng)機(jī)在正轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢（電源相序?yàn)檎龝r(shí)）或反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢（電源相序?yàn)樨?fù)時(shí)）分別作用下受的電磁轉(zhuǎn)矩完全相似。Page106.2單相異步電動(dòng)機(jī)6.2.1單相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理工作原理圖6-1一相繞組接電源時(shí)單相異步機(jī)機(jī)械特性對應(yīng)的正序和反序的機(jī)械特性T+=f（s+）和T－=f（s－）如圖6-1曲線1和曲線2所示。由圖可見，兩條機(jī)械特性之間對原點(diǎn)對稱。Page116.2單相異步電動(dòng)機(jī)6.2.1單相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理工作原理圖6-1一相繞組接電源時(shí)單相異步機(jī)機(jī)械特性因而單相脈振磁動(dòng)勢產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為T=T++T

6、－，單相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性T=f(s)是曲線1和曲線2的合成，如圖6-1曲線3所示。機(jī)械特性具有以下特點(diǎn)：Page126.2單相異步電動(dòng)機(jī)6.2.1單相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理工作原理圖6-1一相繞組接電源時(shí)單相異步機(jī)機(jī)械特性①曲線過原點(diǎn)，即n=0時(shí)，T=0，無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，若不采取措施，不能自行起動(dòng)；②在s=1時(shí)，合成轉(zhuǎn)矩是對稱的，無固定轉(zhuǎn)向，旋轉(zhuǎn)方向由起動(dòng)轉(zhuǎn)矩方向決定；③由于反序T－=f(s－)的存在，使合成的電磁轉(zhuǎn)矩T減小、最大轉(zhuǎn)矩Tm、輸出功率P2、效率η都相應(yīng)減小，所以相同體積下的單相異步電動(dòng)機(jī)容量為三相異步電動(dòng)機(jī)的1/3~2/3。單相異步電動(dòng)機(jī)定子上只有一相繞組是無法自行起動(dòng)的，但可

7、以運(yùn)行，必須解決起動(dòng)問題。Page136.2單相異步電動(dòng)機(jī)6.2.2單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)圖6-1一相繞組接電源時(shí)單相異步機(jī)機(jī)械特性在空間分布相差90o電角度的兩相對稱繞組中通入兩相對稱交流電時(shí)，會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，使電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。單相異步電動(dòng)機(jī)能起動(dòng)的必要條件為：定子應(yīng)有在空間分布互差一定相位的兩相繞組，同時(shí)通入兩相繞組的交流電也要互差一定相位。實(shí)際單相異步電動(dòng)機(jī)安裝兩套空間相差90o電角度的繞