第七章 驅(qū)動(dòng)和控制微電機(jī)ppt課件.ppt

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1、第七章驅(qū)動(dòng)和控制微電機(jī)第一節(jié)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)第二節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)第三節(jié)測(cè)速發(fā)電機(jī)第四節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第五節(jié)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)第六節(jié)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微電機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家用電器和現(xiàn)代軍事裝備中不可缺少的重要元件。微電機(jī)是在普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)具有特殊性能的小功率電機(jī)。按其作用可分為兩大類(lèi)：驅(qū)動(dòng)微電機(jī)和控制微電機(jī)。驅(qū)動(dòng)微電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)小功率負(fù)載，常用的有無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、交直流伺服電動(dòng)機(jī)和低速同步電動(dòng)機(jī)。控制微電機(jī)主要作信號(hào)的變換和傳遞，常用的有交直流測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器和自整角機(jī)等。控制電機(jī)是

2、用來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的電機(jī)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作檢測(cè)、執(zhí)行和校正等元件使用。其功率一般從數(shù)毫瓦到數(shù)百瓦?？刂齐姍C(jī)是在動(dòng)力電機(jī)（普通電機(jī)）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，從基本原理來(lái)說(shuō)，與動(dòng)力電機(jī)并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。動(dòng)力電機(jī)的主要任務(wù)是完成能量的轉(zhuǎn)換。對(duì)它們的要求主要是提高效率等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及起動(dòng)、調(diào)速等性能。而控制電機(jī)的主要任務(wù)是完成控制信號(hào)的傳遞和轉(zhuǎn)換。所以，對(duì)它的基本要求是高精確度、高靈敏度和高可靠性。第一節(jié)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)單相異步電動(dòng)機(jī)。由于單相電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠及維護(hù)使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，只需單相交流電源供電，因而被廣泛地應(yīng)用于小型

3、機(jī)床、輕工設(shè)備、商業(yè)機(jī)械、食品加工機(jī)械、醫(yī)療衛(wèi)生器械、家用電器、日用機(jī)電用具等。一.概述例如電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、吸塵器、電動(dòng)工具、儀器儀表、農(nóng)用水泵等。單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組是單相繞組，轉(zhuǎn)子為籠型。工作時(shí)，定子繞組接在單相交流電源上。單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子繞組并非只有一相繞組，因?yàn)檫@樣的電動(dòng)機(jī)并不能產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為了產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子上必須安放兩個(gè)繞組，一個(gè)為工作繞組（也稱(chēng)主繞組），另一個(gè)為起動(dòng)繞組（也稱(chēng)副繞組），轉(zhuǎn)子與其它電機(jī)完全一樣。（兩相對(duì)稱(chēng)繞組，空間上相位互差90o電角度。）當(dāng)定子繞組接到單相交流電源上時(shí)，在氣隙中便產(chǎn)

4、生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，依靠電磁感應(yīng)作用，使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。二.單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理通常單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)繞組只是在起動(dòng)時(shí)接入電源，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到75％~80％同步轉(zhuǎn)速時(shí)，將它從電源上脫開(kāi)，故運(yùn)行時(shí)只有一個(gè)繞組接在電源上。下面分析只有一個(gè)工作繞組接在電源上的單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理。當(dāng)工作繞組通以單相交流電流i=Icosωt時(shí)將產(chǎn)生磁勢(shì)，這是一個(gè)單相脈振磁勢(shì)：f(x,t)=Fcosxcosωt。（基波）利用三角公式將式改寫(xiě)成：f(x,t)=cos(x-ωt)+cos(x+ωt)公式1表示f(x,t)為一個(gè)脈

5、振電勢(shì)，其特征是磁勢(shì)的軸線(xiàn)在空間固定不變，但各點(diǎn)磁勢(shì)的大小隨時(shí)間變化，公式2表示f(x,t)由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)組成。其中一個(gè)為正向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)：f+(x,t)=cos(x-ωt)另一個(gè)為反向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)：f-(x,t)=cos(x+ωt)若轉(zhuǎn)子借助某一外力向任一方向旋轉(zhuǎn)，例如沿T+方向旋轉(zhuǎn)，設(shè)轉(zhuǎn)速為n，則對(duì)正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而言，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率為：S+==S而對(duì)反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，則有：S-==2-S跟普通的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣，T+和T-與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系曲線(xiàn)如圖所示，單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是兩臺(tái)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩之和，即T=T++T-。如圖所示給出了單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的n=f(T)曲線(xiàn)。

6、由此可以得到一個(gè)重要結(jié)論：一個(gè)空間按正弦分布，振幅隨時(shí)間作正弦變化的脈振磁勢(shì)，可以分解成兩個(gè)轉(zhuǎn)速和幅值相等，轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，每一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值為原有的脈振磁勢(shì)幅值的一半。根據(jù)這一結(jié)論，我們可以把單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)看成兩臺(tái)同軸連接的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，如圖所示，兩臺(tái)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)通入相同的電流，但相序相反，因而兩套三相定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)幅值相等，轉(zhuǎn)向相反。由三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)基本原理可知，正轉(zhuǎn)磁勢(shì)最終產(chǎn)生正的電磁轉(zhuǎn)矩T+，反轉(zhuǎn)磁勢(shì)最終產(chǎn)生負(fù)的電磁轉(zhuǎn)矩T-。由如圖所示的n=f(T)曲線(xiàn)，可以得到單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的幾個(gè)重要結(jié)論：（1）當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0時(shí)，T

7、+與T-大小相等，方向相反，合成電磁轉(zhuǎn)矩為零。所以，單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的，如果不采用其他措施，它是不能自行啟動(dòng)的。（2）在n=0，S=1的兩邊，合成轉(zhuǎn)矩是對(duì)稱(chēng)的，因此，單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有固定轉(zhuǎn)向，究竟朝那個(gè)方向旋轉(zhuǎn)由啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩方向決定。（3）負(fù)序轉(zhuǎn)矩的存在，使電機(jī)的總轉(zhuǎn)矩減小，最大轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而，輸出功率減小，效率較低。（4）在體積相同的情況下，單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的容量約為三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的1/3~2/3。綜上所述，單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)效能都低于三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其主要原因是單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)存在負(fù)序磁場(chǎng)。單相異步電動(dòng)機(jī)雖然無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但卻

8、有運(yùn)行轉(zhuǎn)矩。只要能解決其起動(dòng)問(wèn)題，就可以帶負(fù)載運(yùn)行。三相異步電動(dòng)機(jī)接至電源的三根導(dǎo)線(xiàn)中若有一根斷線(xiàn)，電動(dòng)機(jī)便