第5章_控制电机与特种电机(新)
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邓钟星《机电传动控制》(第五版)控制电机.
5.5 直线电动机
直接将电能转换为直线运动的电动机。
直线异步电动机 直线直流电动机
直线同步电动机
直线异步电动机的结构
2018/9/14
18
直线异步电动机的工作原理
直线电机是由旋转电机演变而来的，因而当初级的多相绕组通入多 相电流后，也会产生气隙磁场，其强度按通电顺序作直线移动。在此 磁场的切割下，次级导条将产生感应电动势和电流，所有导条的电流 和气隙磁场相互作用，产生切向电磁力，如果初级是固定的，则次级 就顺着磁场运动的方向作直线运动。其速度与电动机极距及电源频率 成正比。因此，改变极距或电源频率都可改变电动机的速度。改变通 电相序，即可改变运动方向。
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7
5.3 交流伺服电动机
5.3.1 交流伺服电动机的基本结构
其定子上放置了对称布置的三相绕组， 转子为永磁体，故又称为稀土永磁电动机。
相当于将直流伺服的定子与转子位置进 行了互换，省去了机械换向器与电刷，改之 为电子换向器或逆变器。 交流伺服电动机按气隙磁场的分布方式 可分为两类：一类是无刷直流电动机 （ BDCM ） ， 一 类 是 永 磁 同 步 电 动 机 （PMSM）。
主要类型 永磁式
2018/9/14 3
电磁式即为他励式，故直流伺服电动机的机械特性公 式与他励直流电动机机械特性公式相同。 Uc—电枢控制电压； R— 电枢回路电阻； Φ— 每极磁通； Ke、Kt—电动机结构常数。 因而，可通过改变Uc和Φ进行调速，前者叫电枢控制， 后者叫磁场控制。 电枢调速具有响应速度快、机械特性好、调速特性线 性好的有点，而广泛应用。
5.3.3 正弦波永磁同步电动机 电机结构与无刷直流电动机的基本 相同，但其气隙磁场是按正弦分布的。 其转轴上安装有测速发电机，其输出信 号用于速度反馈，在转子上装有转子位 置检测器，可测转角位置。
控制电机与特种电机课后答案第4章
控制电机与特种电机课后答案第4章思考题与习题1. 旋转变压器由_________两大部分组成。
( )A.定子和换向器B.集电环和转子C.定子和电刷D.定子和转子2. 与旋转变压器输出电压呈一定的函数关系的是转子( )。
A.电流B. 转角C.转矩D. 转速3(旋转变压器的原、副边绕组分别装在________上。
( )A(定子、转子 B.集电环、转子 C.定子、电刷 D. 定子、换向器4(线性旋转变压器正常工作时，其输出电压与转子转角在一定转角范围内成________。
5、试述旋转变压器变比的含义, 它与转角的关系怎样?6、旋转变应器有哪几种?其输出电压与转子转角的关系如何,7、旋转变压器在结构上有什么特点?有什么用途。
8、一台正弦旋转变压器，为什么在转子上安装一套余弦绕组?定子上的补偿绕组起什么作用? 9、说明二次侧完全补偿的正余弦旋转变压器条件，转子绕组产生的合成磁动势和转子转角α有何关系。
10、用来测量差角的旋转变压器是什么类型的旋转变压器?11、试述旋转变压器的三角运算和矢量运算方法.12、简要说明在旋转变压器中产生误差的原因和改进方法。
答案1. D2. B3. A4. 正比5.旋转变压器的工作原理和一般变压器基本相似，从物理本质来看，旋转变压器可以看成是一种能转动的变压器。
区别在于对于变压器来说，其原、副边绕组耦合位置固定，所以输出电压和输入电压之比是常数，而旋转变压器的原、副边绕组分别放置在定、转子上，由于原边、副边绕组间的相对位置可以改变，随着转子的转动，定、转子绕组间的电磁耦合程度将发生变化，电磁精确程度与转子的转角有关，因此，旋转变压器能将转角转换成与转角成某种函量关系的信号电压。
输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。
6.按着输出电压和转子转角间的函数关系，旋转变压器主要可以分:正、余弦旋转变压器(代号为XZ)和线性旋转变压器(代号为XX)、比例式旋转变压器(代号为XL)，矢量旋转变压器(代号为XS)及特殊函数旋转变压器等。
第5章 异步电动机恒压频比(VF)控制
f1
这就是恒压频比控制方式。
低频时，Us和Eg都比较小,定子电阻和漏抗压降所占的 份额就比较显著，不能忽略。这时，可以人为的把定子电压 升高一些，以便近似补偿定子阻抗上的压降。带定子压降补 偿的恒压频比控制特性示于图5-1(a)中的1线，而2线为不带 定子压降补偿的恒压频比控制特性。
图5-1 U/f关系 a) 恒压频比控制特性 b) 变压变频控制特性
FBC
FBU
图5-12 恒压频比控制转速开环电流型变频调速系统
当转速给定为负值时，给定积分GI的输出为负极性，经 逻辑开关DLS检测后，控制环形分配器DRC输出逆相序， 。 当突然降低速度给定n*，由于机械惯性转子速度不会立即 变化，异步电机工作在发电制动状态，逆变桥工作在整流状态， 整流桥工作在有源逆变状态。这时的功率关系为：异步电机将 降速过程释放出来的动能转换成交流电功率，经原逆变桥转换 为直流电功率，再经原整流桥有源逆变回馈电网。 本系统能 。使逆变器不同桥臂上的两 只晶闸管同时导通，通过定子绕组流过直流，在气隙中 形成不旋转的磁场；转子绕组依惯性继续转动，在转子 中感应电势，形成电流，转子电流与气隙磁场相互作用 产生制动转矩。最后动能全部变为热能耗散掉。
5.1.2交-直-交电压型方波逆变器的工作原理
180º导电型方波逆变器中晶闸管的导通顺序是 VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1 各触发信号相隔60º的电角度，在任意瞬间有三 只晶闸管同时导通，每只晶闸管导通时间为180º电 角度所对应的时间，两只晶闸管的换流是在同一支 路内进行。从波形图可以求出相电压的有效值Uan和 线电压的有效值Uab分别为
图5-11 脉冲输出级原理电路
6.电压调节器AVR和电流调节器ACR的参数整定
在第四章中已经知道异步电动机的数学模型具有 多变量、非线性、强耦合的特点，比直流电动机的单 输入、单输出的线性特性复杂得多。只有使用微偏线 性化的方法并忽略旋转电动势对动态的影响，才可以 得到线性解耦的动态传递函数和系统结构图，并在此 基础上设计调节器。 其结果只适用于工作点附近稳定性的判别， 不适用大范围动态指标的计算 。 调节器参数的整定可以参考本章第七小节异步 电动机的小信号模型或第九章介绍的调节器整定 的试凑法。
这就是恒压频比控制方式。
低频时，Us和Eg都比较小,定子电阻和漏抗压降所占的 份额就比较显著，不能忽略。这时，可以人为的把定子电压 升高一些，以便近似补偿定子阻抗上的压降。带定子压降补 偿的恒压频比控制特性示于图5-1(a)中的1线，而2线为不带 定子压降补偿的恒压频比控制特性。
图5-1 U/f关系 a) 恒压频比控制特性 b) 变压变频控制特性
FBC
FBU
图5-12 恒压频比控制转速开环电流型变频调速系统
当转速给定为负值时，给定积分GI的输出为负极性，经 逻辑开关DLS检测后，控制环形分配器DRC输出逆相序， 。 当突然降低速度给定n*，由于机械惯性转子速度不会立即 变化，异步电机工作在发电制动状态，逆变桥工作在整流状态， 整流桥工作在有源逆变状态。这时的功率关系为：异步电机将 降速过程释放出来的动能转换成交流电功率，经原逆变桥转换 为直流电功率，再经原整流桥有源逆变回馈电网。 本系统能 。使逆变器不同桥臂上的两 只晶闸管同时导通，通过定子绕组流过直流，在气隙中 形成不旋转的磁场；转子绕组依惯性继续转动，在转子 中感应电势，形成电流，转子电流与气隙磁场相互作用 产生制动转矩。最后动能全部变为热能耗散掉。
5.1.2交-直-交电压型方波逆变器的工作原理
180º导电型方波逆变器中晶闸管的导通顺序是 VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1 各触发信号相隔60º的电角度，在任意瞬间有三 只晶闸管同时导通，每只晶闸管导通时间为180º电 角度所对应的时间，两只晶闸管的换流是在同一支 路内进行。从波形图可以求出相电压的有效值Uan和 线电压的有效值Uab分别为
图5-11 脉冲输出级原理电路
6.电压调节器AVR和电流调节器ACR的参数整定
在第四章中已经知道异步电动机的数学模型具有 多变量、非线性、强耦合的特点，比直流电动机的单 输入、单输出的线性特性复杂得多。只有使用微偏线 性化的方法并忽略旋转电动势对动态的影响，才可以 得到线性解耦的动态传递函数和系统结构图，并在此 基础上设计调节器。 其结果只适用于工作点附近稳定性的判别， 不适用大范围动态指标的计算 。 调节器参数的整定可以参考本章第七小节异步 电动机的小信号模型或第九章介绍的调节器整定 的试凑法。
电机与电气控制技术(第五版)课件第5章
第三节 熔断器 1
熔断器广泛用于低压供配 电系统和控制系统中。当电路 发生短路或严重过载时，熔断 器自动熔断，从而切断电路， 起到保护作用。
熔断器结构简单，体积小 巧，工作可靠，是电气设备重 要的保护元件之一。
二、熔断器的保护特性及主要参数
第三节 熔断器 2 1. 熔断器的保护特性 表明流过熔体的电流大小与熔体熔断时间之间的关係特性。
第四节 交流接触器1
接触器是一种用途最为广泛的开关电器。它利用电磁、 气动或液动原理，通过控制电路来实现主电路的通断。接触 器具有通断电流能力强，动作迅速，操作安全，能频繁操作 和远距离控制优点，但不能切断短路电流，因此接触器通常 需与熔断器配合使用。接触器的主要控制对象是电动机，也 可用来控制其他电力负载，如电焊机、电炉等。
护。例如接触器、控制继电器、主令电器、起动器、电磁阀等。 (3)按触点动力来源分为手动电器和自动电器。
二、低压电器的性能参数 1.额定绝缘电压 电器最大的额定工作电压 2.额定工作电压 长期工作时能保证电器正常工作的电压值。 3.额定发热电流 长期工作时各部分的温度不超过极限值时流过的最大电流。 4.额定工作电流 能保证电器正常工作的电流值。 5.通断能力 电器在规定的条件下，能可靠接通和分断的最大电流。
第六节 继电器2
一.电磁式继电器 电磁式继电器可分电压继电器、电流继电器和中间继电器三种。电磁
式继电器结构、工作原理与接触器相似。
第六节 继电器3
二、时间继电器 1．时间继电器的结构和工作原理 它在电路中起着使控制电路延时动作的作用，即当继电器的感测机构接
收到外界动作信号后，要经过一段时间延时后触点才动作并输出信号去操纵 控制电路。
它由瓷质底座、瓷帽、瓷 套和熔体组成。螺旋式熔 断器具有较好的抗振性能， 灭弧效果与断流能力均优 于瓷插式熔断器，被广泛 用于机床电气控制设备中
最新课件-控制电机电子教案第5章自整角机 精品
图 5 - 4 自整角机结构简图
图 5 - 5 定子铁心冲片
图5–6
自整角机转子
(a)隐极转子；（b）凸极转子
隐极式自整角机的定子和转子示意图如图 5 - 7 所 示， 其中沿定子内圆各槽内均匀分布有三个(也可称为 三相)排列规律相同的绕组， 每相绕组的匝数相等， 线径和绕组形式均相同， 三相空间位置依次落后 120°， 这种绕组就称之为三相对称绕组。 三相对称
图 5 - 2 差动式自整角机电路图
控制式自整角机的功用是作为角度和位置的检测 元件， 它可将机械角度转换为电信号或将角度的数字 量转变为电压模拟量， 而且精密程度较高， 误差范围 仅有3′～14′。 因此，控制式自整角机用于精密的闭环 控制的伺服系统中是很适宜的。
力矩式自整角机的功用是直接达到转角随动的目 的， 即将机械角度变换为力矩输出， 但无力矩放大作 用， 接收误差稍大， 负载能力较差， 其静态误差范围 为 0.5°～2°。 因此， 力矩式自整角机只适用于轻负 载转矩及精度要求不太高的开环控制的伺服系统里。
形接法。
5.2 自整角机的基本结构
自整角机的结构和一般旋转电机相似， 主要由定 子和转子两大部分组成。 定子铁心的内圆和转子铁心 的外圆之间存在有很小的气隙。 定子和转子也分别有 各自的电磁部分和机械部分。 自整角机的结构简图如 图 5 - 4 所示。 定子铁心是由冲有若干槽数的簿硅钢片 叠压而成， 图 5 - 5 表示定子铁心冲片。 图 5 - 6 表示 转子(有隐极和凸极两种)剖视图。 定子铁心槽内布置 有三相对称绕组， 转子铁心上布置有单相绕组(差动式 自整角机为三相绕组)。
第5章 自整角机
5.1 自整角机的类型和用途 5.2 自整角机的基本结构 5.3 控制式自整角机的工作原理 5.4 带有“ZKC”的控制式自整角机 5.5 力矩式自整角机的运行 5.6 自整角机的选用和技术数据 思考题与习题
电机及应用第二版第五章三相异步电动机的电力拖动课件
由前面分析知：
cos2
R2
s R22 ( X 20 )2
U1 4.44K1 f1N1Φm
由此得电磁转矩公式
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
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电磁转矩公式
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12 f1
由公式可知
1.
T
与定子每相绕组电压
U
2 1
成正比。U
改变转子附加电阻R´2 可实现调速。
过载系数(能力) Tm
TN
一般三相异步电动机的过载系数为
1.8 ~ 2.2
工作时必须使TL <Tm ，否则电机将停转。
I2 I1 电机严重过热而烧坏。
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3. 起动转矩 Tst 电动机起动时的转矩。
n0 n
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
1
T
2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。
3. R2 的大小对 T 有影响。绕线型异步电动机可外
接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
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二、机械特性曲线
根据转矩公式 得特性曲线：
T
Tm
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12 f1
nn1N n
Ts t
)
硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。
软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，
起动特性好。
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(2) R2 变化对机械特性的影响
n
电机控制技术-课件
1.2 电力传动系统运动方程
1.2.1 运动方程 一. 单轴电力拖动系统的运动方程
研究运动方程,以电动机的轴为研究对象，电动机 运行时的轴受力如图示。
电力拖动系统正方向的规定：先规定转速n的正方 向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正方向相同， 规定负载转矩的正方向与n的正方向相反。
生产机械转矩分为：摩擦阻力产生的和重力 作用产生的。
（3）恒功率负载：负载转矩与转速成反比。 （4）粘滞摩擦负载：负载转矩与转速成正比。
1.4 电力传动系统的机械特性
第 电动机机械特性：电动机的转速与转矩的关系。
一 电动机四象限运行状态：正向电动状态、反向电
章 动状态，正向制动状态、反向制动状态。
电动机固有机械特性： 电动机人为机械特性：
第II象限 第I象限 正向制动 正向电动
变压器
变电站
楼宇
照明 B
高压输电线
制冷 小型发电机 变压器
M
电力系统简单结构图
H/C 加 热
工厂
1.1 电力传动系统的发展
第 电力传动系统：以电动机为动力源，驱动各种设 一 备及电器的系统，以 完成一定的生产任务。 章 目前，电能的三分之二用于电力传动系统。
电力传动系统的基本结构：
概
述
电源
指令 控制设备
电动机 传动机构 生产机械
1.1 电力传动系统的发展
第 电力传动系统分类： 一 （1）按控制类型：调速系统、位置随动系统。调 章 速系统又分为直流调速和交流调速。
（2）按电动机类型：直流传动系统、交流传动 系统。
概 （3）按机组形式：单台传动系统、多机传动系 述 统。
（4）按运动方式：单向运转不可逆、双向运转 可逆传动系统 （5）按用途形式：主传动系统、辅助传动系统
《控制电机(第2版)》李光友(思考题与习题参考答案)
控制电机（2版）思考题与习题参考答案（机械工业出版社，李光友等编著）第1章 直流伺服电动机1. 一台直流电动机，其额定电压为110V ，额定电枢电流为0.4A ，额定转速为3600r/min ，电枢电阻为50Ω，空载阻转矩015.0T 0=N ·m ，试问电动机的额定负载转矩是多少？ 解： ,=120 ,2. 一台型号为55SZ54的直流伺服电动机，其额定电压为110V ，额定电枢电流为0.46A ，额定转矩为093.0 N ·m ，额定转速为3000r/min 。
忽略电动机本身的空载阻转矩0T ，试求电机在额定运行状态时的反电动势a E 和电枢电阻a R 。
解：U= , ,100，3. 伺服电动机型号为70SZ54，,V 110U U ,W 55P f N N ===效率m i n /r 3000n %,5.62N N ==η，空载阻转矩0714.0T 0= N ·m 。
试求额定运行时电动机的电枢电流aN I ，电磁转矩e T ，反电动势aN E 和电枢电阻a R 。
解：， ，100 ，4. 由两台完全相同的直流电机组成的电动机-发电机组。
它们的励磁电压均为110V ，电枢绕组电阻均为75Ω。
当发电机空载时，电动机电枢加110V 电压，电枢电流为0.12A ，机组的转速为4500r/min 。
试求：（1）发电机空载时的输出电压为多少？（2）电动机仍加110V 电压，发电机负载电阻为1kΩ时，机组的转速为多少?解：（1）（2） 由 得， , =0.12A, n=4500r/min.接负载时，U= ，解得Ф =4207r/min5. 试用分析电枢控制时的类似方法，推导出电枢绕组加恒定电压，而励磁绕组加控制电压时直流伺服电动机的机械特性和调节特性。
并说明这种控制方式有哪些缺点?答：磁场控制时电枢电压保持不变。
机械特性是指励磁电压不变时电动机转速随电磁转矩变化的关系，即= 。
特种电机及其控制课程设计(2024)
控制方式
直线电机的控制方式类似于旋转电 机，可以通过调节电流、电压或 PWM信号等实现对电机的速度、位 置和力的精确控制。
10
各自特性比较分析
01
02
03
永磁同步电机
高效率、高功率密度、宽 调速范围、高精度控制等 特性，适用于高性能伺服 系统等领域。
2024/1/28
开关磁阻电机
简单结构、低成本、高效 率、宽调速范围等特性， 适用于家用电器、工业驱 动等领域。
2024/1/28
27
THANK YOU
2024/1/28
28
直线电机
高精度定位、高速度、高 加速度等特性，适用于高 精度数控机床、激光切割 机等领域。
11
03
控制策略与方法探讨
2024/1/28
12
矢量控制策略
2024/1/28
矢量控制基本原理
01
通过坐标变换将交流电机等效为直流电机，实现解耦控制，提
高动态性能。
矢量控制实现方法
02
采用SVPWM、SPWM等调制技术，结合PI调节器、电流环、
特种电机是指具有特殊结构、特 殊工作原理和特殊应用领域的电 机，不同于常规电机。
特种电机分类
根据电机的结构、工作原理和应 用领域，特种电机可分为永磁电 机、开关磁阻电机、超声波电机 、直线电机等。
4
控制技术发展现状
2024/1/28
控制技术概述
控制技术是研究如何对动态系统进行控制和优化的技术， 是实现自动化、智能化和高效化的关键。
电机驱动与控制系统的集 成化
未来特种电机驱动与控制系统 将更加注重集成化设计，实现 更小的体积、更高的效率和更 好的可靠性。
人工智能在特种电机控制 中的应用
直线电机的控制方式类似于旋转电 机，可以通过调节电流、电压或 PWM信号等实现对电机的速度、位 置和力的精确控制。
10
各自特性比较分析
01
02
03
永磁同步电机
高效率、高功率密度、宽 调速范围、高精度控制等 特性，适用于高性能伺服 系统等领域。
2024/1/28
开关磁阻电机
简单结构、低成本、高效 率、宽调速范围等特性， 适用于家用电器、工业驱 动等领域。
2024/1/28
27
THANK YOU
2024/1/28
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直线电机
高精度定位、高速度、高 加速度等特性，适用于高 精度数控机床、激光切割 机等领域。
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03
控制策略与方法探讨
2024/1/28
12
矢量控制策略
2024/1/28
矢量控制基本原理
01
通过坐标变换将交流电机等效为直流电机，实现解耦控制，提
高动态性能。
矢量控制实现方法
02
采用SVPWM、SPWM等调制技术，结合PI调节器、电流环、
特种电机是指具有特殊结构、特 殊工作原理和特殊应用领域的电 机，不同于常规电机。
特种电机分类
根据电机的结构、工作原理和应 用领域，特种电机可分为永磁电 机、开关磁阻电机、超声波电机 、直线电机等。
4
控制技术发展现状
2024/1/28
控制技术概述
控制技术是研究如何对动态系统进行控制和优化的技术， 是实现自动化、智能化和高效化的关键。
电机驱动与控制系统的集 成化
未来特种电机驱动与控制系统 将更加注重集成化设计，实现 更小的体积、更高的效率和更 好的可靠性。
人工智能在特种电机控制 中的应用
机电传动控制大纲
《机电传动控制》教学大纲课程名称：机电传动控制学分：3.5 总学时：56 讲课学时：48 实验学时：8考核方式：考试先修课程：电路，模拟电子技术、数字电子技术等适用专业：机械电子开课系或教研室：机械电子教研室（一）课程性质与任务1．课程性质：本课程是机械电子工程专业的专业任选课（专业核心课）。
2．课程任务：本课程是使学生了解机电传动的一般知识；掌握直流电机和交流电机的工作原理、机械特性，启动、调速、制动特性极其应用知识；了解控制电机与特种电机的工作原理、特性及应用；了解典型生产机械常用的低压电器；掌握继电器－接触器控制的基本线路和设计方法；掌握晶闸管元件的工作原理和现代电力电子技术在机电传动中的应用；了解交流和直流调速的原理。
（二）课程教学基本要求理论课时：48学时实验：8学时成绩考核形式：闭卷考试。
平时10%，作业10%，实验10%，考试70%（三）课程教学内容第一章绪论本章简要介绍机电传动控制技术的发展。
第二章机电传动系统的静态与动态特性本章简要介绍机电传动系统静态与动态特性的概念，机电传动系统的运动方程，典型生产机械的负载特性，机电传动系统稳定运行的条件。
应重点掌握的内容：机电传动系统的运动方程，典型生产机械的负载特性。
第三章直流电机的工作原理及特性本章主要介绍直流电机的结构、工作原理和机械特性，直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性。
应重点掌握的内容：直流电机的机械特性，直流他励电动机的启动、调速和制动特性。
第四章交流电动机的工作原理及特性本章主要介绍三相异步电动机的结构、工作原理，三相异步电动机的定子和转子电路分析，三相异步电动机的转矩及机械特性，三相异步电动机的启动、调速和制动特性，单相异步电动机和同步电动机的特性。
应重点掌握的内容：三相异步电动机的转矩及机械特性，三相异步电动机的启动和调速特性。
第五章控制电机与特种电机本章主要介绍交流、直流伺服电动机，力矩电动机，小功率同步电动机，步进电动机，测速发电机，自整角机，直线电动机的原理、特性和使用方法。
特种电机的介绍-2022年学习资料
特种电机-13.33单相自整角机-脉振磁动势分解-Байду номын сангаас-发送机-接收机--16--图13-7单相 整角机
特种电机-13.4同服电动机-伺服电动机的作用是把输入的电压控制信号转换成输出的角位移或角速度 在-运动控制系统中，伺服电动机是以执行机构的身份出现的，所以又称为执行电动机。-对伺服电动机的 本要求是：-1可控性好，即无电压控制信号时转子不自转，控制信号一旦出现，电动机马-上转动，而控 信号一旦消失，电动机立刻停转：-2运行稳定，即电动机具有线性的机械特性和调节特性。-伺服电动机 分为直流伺服电动机和交流伺服电动机，下面分别加以介绍。--17-
特种电机-3.1.3畸变补偿-当输出绕组有了负载以后，其输出电压便不再是转角的正、余弦函数。轴-Z-分量-Za-Q-D4-交轴-Z:-b--6-图13-2旋转变压器的负载情况
第3-特种电机-U-R2-空载-△UU-负载-图13-3输出特性的畸变-直轴分量对输出特性畸变 影响是很小的，引起畸变的主要原因应该是交轴分量。--7-
特种电机-3.2.1交流测速发电机-励磁绕组-交流测速发电机的定子上嵌有-两相绕组，一相是励磁 组，另一-相是输出绕组，它们在空间互差-90电角度，如图13-5所示。交-流测速发电机的转子有 种结构，-一种是笼型转子，一种是杯型转-子。-⑧-ER-图13-5异步测速发电机的绕组结构-2-
特种电机-13.3自整角机-自整角机是用于同步传动系统中的一种特种电机，它通过电的方式在两个或 -个以上无机械联系的转轴之间传递角位移或使之同步旋转。自整角机有三相和单相-之分，三相自整角机 常用于大功率传动系统中，也称为“电轴”；单相自整角机-则主要用于控制系统中。这里主要介绍三相自 角机的基本结构和工作原理。--13-
《机电传动控制》复习
GD dn TM TL 375 dt
2
习题与思考 2.3 试列出以下几种情况下（见图2.3）系统的运动方程式，并针对各系统说明： (1) T,TL的性质和符号，并带入运动方程。 (2) 运动状态是加速，减速还是匀速？
T
n
TL T
n
TL T
n
TL
T=TL
T <T L
T>TL
T
n
TL
T
n
TL
T
1、下图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机 械特性，试判断哪些是系统的稳定平衡点？哪些不是？
（a)、c）、 (b)、(e)符合条件，为稳定平衡点； （ (d)不符合条件，不是稳定平衡点
2、试列出以下几种情况下系统的运动方程式，并说明系统的运动状态 是加速、减速还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）
第3章 直流电机的工作原理及特性
习题与思考
3.19 有一台他励直流电动机： PN=10kW,UN=220V,IN=53.8A，n N=1500r/min,Ra=0.29Ω ，试计算： （1） 直接启动瞬间的堵转电流Iu； （2） 若限制起动电流不超过2IN，采用电枢串 电阻启动时，应串入启动电阻的最小值是多少？ 若用降压启动，最低电压应为多少？
一是降压启动，即在启动的瞬间，降低供电电源电压，随着转速n
的升高，反电势E增大，再逐步提高供电电压，最后达到额定电压UN时，电 动机达到所要求的转速。 二是在电枢回路内串接外加电阻启动，此时启动电流Ist=UN/(Ra+Rst)将受 到外加启动电阻Rst的限制，随着电动机转速n的升高，反电势E增大，再逐 步切除外加电阻一直到全部切除，电动机达到所要求的转速。
全套课件特种电机及其控制1
特种电机及其控制
41
无刷直流电动机的等效电路如图所示
VT1 VD1 VT3 VD3 VT5 VD5
US
A
B
C
VT4 VD4 VT6 VD6 VT2 VD2
ia
r LM + ea -
ib
r LM + eb -
ic
r LM + ec -
特种电机及其控制
42
1.4.2 无刷直流电动机的反电动势
无刷直流电动机气隙磁密及反电动势波形如下图所示
特种电机及其控制
30
2. 三三导通方式
三相绕组的反电动势波形及其三三导通方式下的导通规律
特种电机及其控制
31
1.2.3 角形连接三相桥式主电路
+
VT1
VT3
VT5
US
VT4
VT6
VT2
A
C CB
如图所示的角形联结三相桥式主电路的开关管也采用功率
MOSFET。与星形联结一样，角形联结的控制方式也有二二
式中 UT——开关器件的管压降； Ia ——电枢电流；
E ——线电动势，即电机的反电动势。
特种电机及其控制
46
对于三相六状态无刷直流电动机，任一时刻都有两相绕 组导通，故电机的反电动势为
式中
Ce
E
2Em
2 pW
15i
n
Ce
——电机的电动势常数，Ce
n
2 pW
15i
电枢绕组的电流为
Ia
US
2UT 2r
顺转时子针磁旋场转顺时针连续旋转、定子磁场隔60O跳跃E旋+-转A-C-E- →电机顺时针旋转
——自同步电机
机电传动系统
普通高等院校“十二五”规划教材
普通高等院校“十二五”规划教材
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统为主导，以控制为主线，将元器件与 控制系统进行了有机结合，即把机电一 体化技术所需的强电控制知识都集中在 了这一门课程中。
普通高等院校“十二五”规划教材
1.3 课程内容安排
• 2-6章主要介绍电机驱动系统，重点介绍 了机电传动系统运动方程、过渡过程、 系统稳定运行的条件；直流电动机和交 流电动机的工作原理及其特性；各类常 用控制电动机的结构特点，工作原理、 性能和应用；电动机的选择。
普通高等院校“十二五”规划教材
机电传动控制技术的发展
断续控制：（接触器—继电器控制） 连续控制：
（直流发电机-直流电动机调速控制； （2）交流电机调速控制。 计算机控制： 数字伺服控制：
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1.2 课程的性质与任务
• 机电一体化技术的主要课程 • 机电传动控制系统课程学习是以驱动系
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1.3 课程内容安排
• 7-11章主要介绍电机驱动控制系统，重点 介绍了继电器-接触器控制系统；计算机 控制技术；晶闸管和全控开关元件等电 力电子器件及其驱动电路、可控整流电 路、晶闸管调压电路、逆变器，脉宽调 制控制等电力电子技术知识；各类常用 直、交流电动机调速控制系统。
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• 第1章 绪论 • 第2章 • 的静态与动态特性 • 第3章 直流电机的工作原理及特性 • 第4章 交流电动机的工作原理及特性 • 第5章 控制电机与特种电机 • 第6章 机电传动控制系统中电动机的选择 • 第7章 继电器-接触器控制系统 • 第8章 电动机的计算机控制技术 • 第9章 电力电子技术 • 第10章 直流调速控制系统 • 第11章 交流调速控制系统
第4章特种电机课件
性能评价与优缺点分析
1. 永磁体退磁风险
在高温或强磁场环境下，永磁体可能发生退磁现象，影响电机性能。
2. 控制复杂度高
为了实现高性能控制，PMSM需要采用复杂的控制算法和精确的传感器，增加了控制系统的复杂度和成本。
03
开关磁阻电机
工作原理及结构特点
工作原理
开关磁阻电机利用磁阻最小原理，通过控制电流脉冲的幅值、宽度和相位来实现电机转矩和转速的控 制。
驱动方式
直线电机的驱动方式主要有电压驱动、电流驱动和功率 驱动。电压驱动是通过改变电机的端电压来控制电机的 运动，具有简单、易实现的优点，但动态响应较慢。电 流驱动是通过改变电机的电流来控制电机的运动，具有 较快的动态响应，但需要较复杂的电流控制电路。功率 驱动则是通过同时改变电机的电压和电流来控制电机的 运动，具有较快的动态响应和较高的控制精度，但需要 更复杂的功率控制电路。
应用领域
主要用于微型机器人、智 能家居、玩具等领域。
光驱动微型特种电机
工作原理
应用领域
利用光能转换为机械能，通过光照射 驱动电机转动。
主要用于光控系统、微型机器人、精 密仪器等领域。
结构特点
由光电转换器件、微型电机和输出轴 等组成，具有非接触驱动、响应速度 快、精度高等优点。
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结构特点
PMSM主要由定子、转子和永磁体组成。定子一般采用三相绕组，转子则采用 永磁体产生磁场。根据永磁体在转子上位置的不同，PMSM可分为表贴式和内 置式两种结构。
控制策略与调速方法
控制策略
PMSM的控制策略主要包括矢量控制（FOC）和直接转矩控 制（DTC）。矢量控制通过变换电流来控制电机转矩和磁通 ，实现高性能调速；直接转矩控制则直接对电机转矩进行控 制，具有快速响应特性。
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第 5 章 控制电机与特种电机
5.1 伺服电动机 5.2 力矩电动机 5.3 小功率同步电动机 5.4 步进电动机 5.5 测速发电机 5.6 自整角机 5.7 直线电动机
第 5 章 控制电机与特种电机
定义：用于自动控制、自动调节、远距 离测量的特微（小功率）电机。
分类：测量元件、放大元件、执行元件、 校正元件。
1. 两相交流伺服电动机的结构
控制 绕组
励磁 绕组
交流伺服电机实物图
5.1.3 交流伺服电动机c
5.1.3 交流伺服电动机
自转现象
当UC 0,旋转磁场 脉动磁场 自转现象
5.1.3 交流伺服电动机
消除自转现象的措施 ——使转子导条具有较大的电阻
内、外定子分别用软磁材料 数小，低速运转平滑，换向好。
统。
和永磁材料做成。
在圆盘形绝缘薄板上印制裸 转动惯量小，机电时间常数小， 低速和启动、
SN
露的绕组构成电枢，磁极轴
向安装。
低速运行性能好。
反转频繁的控 制系统。
由晶体管开关电路和位置传 既保持了一般直流伺服电动机 要求噪音低、
SW
感器代替电刷和换向器，转 的优点，又克服了换向器和电 对无线电不产
种类
一般直流 伺服电动
机
无槽电枢 直流伺服
电动机
空心杯形 电枢直流 伺服电动
机
印刷绕组 直流伺服
电动机
无刷直流 伺服电动
机
励磁方式 电磁 或 永磁 电磁 或 永磁
永磁
永磁
永磁
产品型号 SZ 或 SY
SWC
机构特点
性能特点
适用范围
与普通直流电动机相同，但 具有下垂的机械和线性的调节 一般直流伺服
电枢铁心长度与直径之比大 特性，对控制信号的响应快速。
止，因此，无自转现象。 2）调节特性
调节特性为一上翘的直线。
n =k1Ua — A Ua0是电动机处在待动而又未动临界
状态时的控制电压，称为始动电压，负 载转矩越大，始动电压越高。而且控制
电压从 0 到Ua0 一段范围内，电机不转
动，称为电动机的死区。
5.1.1 直流伺服电动机
直流伺服电动机特点和应用范围
5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较
3. “自转”现象 对于两相感应伺服电动机，若参数选择不 当或制造工艺不良，可能会使电动机产生 “自转”现象，而直流伺服电动机却不存 在该问题。
5.1.2 低惯量直流伺服电动机
2.印制绕组直流伺服电动机 印制绕组直流伺服电动机的转子呈
薄片圆盘状，用印刷电路制成双面电枢 绕组，磁极轴向安装。其特点是结构简 单，制造成本低；起动转矩大；力矩波 动很小，低速运行稳定；换向性能好； 电枢转动惯量小，反应快。
5.1.2 低惯量直流伺服电动机
3.无槽电枢直流伺服电动机 无槽电枢直流伺服电动机的电枢铁
薄壁圆 筒形，放于 内外定子之 间
励磁电流小 体积小 机械强度高 低速不稳定 速度有抖动
励磁电流大 体积大 转动惯量小 运行平滑 无抖动现象
应用范围
小功率的自 动控制系统
要求运行平 滑的系统
5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较
1. 机械特性和调节特性
直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是 线性的，且在不同控制电压下机械特性是平 行的，斜率不变。
作用：完成控制信号的传递和变换。 特点：性能稳定可靠，动作灵敏，精度
高，体积小。
5.1 伺服电动机
5.1.1 直流伺服电动机（1～600W）
它的基本结构和工作原理与普通直流他励 电动机相同，不同点只是他做得比较细长一些，
以满足快速响应的要求。
5.1.1 直流伺服电动机
直流伺服电动机电原理图
两相感应伺服电动机的机械特性和调节特性 都是非线性的，且其线性化机械特性的斜率 随控制电压的变化而变化，这会在一定程度 上影响系统的动态精度。
直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬，通 常应用于功率稍大的系统中，如随动系统中 的位置控制等。
5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较
2. 动态响应 由于直流伺服电动机转子上有电枢绕组和 换向器等，转动惯量要比两相感应伺服电 动机大得多。但由于直流伺服电动机的机 械特性比两相感应伺服电动机硬得多，若 空载转速相同，直流伺服电动机的堵转转 矩要大得多。因此，它们的动态响应时间 常数相差不多。
子用永久磁铁做成，电枢绕 刷带来的缺点。寿命长，噪音 生干扰的控制
组在定子上，且做成多相式。
低。
系统。
5.1.2 低惯量直流伺服电动机
1.空心杯转子直流伺服电动机 空心杯转子直流伺服电动机的特点
是惯量低；灵敏度高，时间常数很小； 损耗小，效率高；力矩波动小，低速转 动平稳，噪音很小；换向性能好，寿命 长。多用于高精度自动控制系统及测量 装置等设备中。
系统
一些，气隙较小。
电枢铁心为光滑圆柱体，电 枢绕组用环氧树脂粘在电枢
铁心表面，气隙较大。
具有一般直流伺服电动机的特 需要快速动作、
点，而且转动惯量和机电时间 功率较大的直
常数小，换向良好。
流伺服系统。
电枢绕组用环氧树脂浇注成 具有一般直流伺服电动机的特 需要快速动作
SYK 杯型，置于内、外定子之间， 点，且转动惯量和机电时间常 的直流伺服系
5.1.3 交流伺服电动机 消除自转现象的措施
脉动 磁场
脉动磁场 合成曲线
5.1.3 交流伺服电动机
3. 控制方式 1）幅值控制；2）相位控制；3）幅值-相位控制。
5.1.3 交流伺服电动机
两相交流伺服电动机性能特点,应用范围
种类
型号 结构特点 性能特点
鼠笼式转子 SL 空心杯转子 SK
类似于 普通鼠笼转 子但细长， 电阻率高
n
Uc
Ke
Ra
KeKt 2
T
n0
KT
n0
n
3.13
5.1.1 直流伺服电动机
1. 控制方式 电枢控制（改变控
制电压）——响应迅 速、机械特性硬，调 速线性度好，应用较 多。
磁场控制（改变磁
通Φ ）——不适合永 磁伺服电机。
5.1.1 直流伺服电动机
2. 运行特性
1）机械特性
当控制电压Ua＝0时，电动机立即停
心是光滑、无槽的圆柱体。其特点是转 动惯量低；起动转矩大；反应快；低速 运行均匀；换向性能良好。
5.1.3 交流伺服电动机
改变控制电压的大小和相位（或极性） 就可以改变伺服电动机的转速和转向。
特点：调速范围广；状态（启动、停 止）变换快；控制功率小，过载能力强， 可靠性好。（0.1～100W）
5.1.3 交流伺服电动机
5.1 伺服电动机 5.2 力矩电动机 5.3 小功率同步电动机 5.4 步进电动机 5.5 测速发电机 5.6 自整角机 5.7 直线电动机
第 5 章 控制电机与特种电机
定义：用于自动控制、自动调节、远距 离测量的特微（小功率）电机。
分类：测量元件、放大元件、执行元件、 校正元件。
1. 两相交流伺服电动机的结构
控制 绕组
励磁 绕组
交流伺服电机实物图
5.1.3 交流伺服电动机c
5.1.3 交流伺服电动机
自转现象
当UC 0,旋转磁场 脉动磁场 自转现象
5.1.3 交流伺服电动机
消除自转现象的措施 ——使转子导条具有较大的电阻
内、外定子分别用软磁材料 数小，低速运转平滑，换向好。
统。
和永磁材料做成。
在圆盘形绝缘薄板上印制裸 转动惯量小，机电时间常数小， 低速和启动、
SN
露的绕组构成电枢，磁极轴
向安装。
低速运行性能好。
反转频繁的控 制系统。
由晶体管开关电路和位置传 既保持了一般直流伺服电动机 要求噪音低、
SW
感器代替电刷和换向器，转 的优点，又克服了换向器和电 对无线电不产
种类
一般直流 伺服电动
机
无槽电枢 直流伺服
电动机
空心杯形 电枢直流 伺服电动
机
印刷绕组 直流伺服
电动机
无刷直流 伺服电动
机
励磁方式 电磁 或 永磁 电磁 或 永磁
永磁
永磁
永磁
产品型号 SZ 或 SY
SWC
机构特点
性能特点
适用范围
与普通直流电动机相同，但 具有下垂的机械和线性的调节 一般直流伺服
电枢铁心长度与直径之比大 特性，对控制信号的响应快速。
止，因此，无自转现象。 2）调节特性
调节特性为一上翘的直线。
n =k1Ua — A Ua0是电动机处在待动而又未动临界
状态时的控制电压，称为始动电压，负 载转矩越大，始动电压越高。而且控制
电压从 0 到Ua0 一段范围内，电机不转
动，称为电动机的死区。
5.1.1 直流伺服电动机
直流伺服电动机特点和应用范围
5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较
3. “自转”现象 对于两相感应伺服电动机，若参数选择不 当或制造工艺不良，可能会使电动机产生 “自转”现象，而直流伺服电动机却不存 在该问题。
5.1.2 低惯量直流伺服电动机
2.印制绕组直流伺服电动机 印制绕组直流伺服电动机的转子呈
薄片圆盘状，用印刷电路制成双面电枢 绕组，磁极轴向安装。其特点是结构简 单，制造成本低；起动转矩大；力矩波 动很小，低速运行稳定；换向性能好； 电枢转动惯量小，反应快。
5.1.2 低惯量直流伺服电动机
3.无槽电枢直流伺服电动机 无槽电枢直流伺服电动机的电枢铁
薄壁圆 筒形，放于 内外定子之 间
励磁电流小 体积小 机械强度高 低速不稳定 速度有抖动
励磁电流大 体积大 转动惯量小 运行平滑 无抖动现象
应用范围
小功率的自 动控制系统
要求运行平 滑的系统
5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较
1. 机械特性和调节特性
直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是 线性的，且在不同控制电压下机械特性是平 行的，斜率不变。
作用：完成控制信号的传递和变换。 特点：性能稳定可靠，动作灵敏，精度
高，体积小。
5.1 伺服电动机
5.1.1 直流伺服电动机（1～600W）
它的基本结构和工作原理与普通直流他励 电动机相同，不同点只是他做得比较细长一些，
以满足快速响应的要求。
5.1.1 直流伺服电动机
直流伺服电动机电原理图
两相感应伺服电动机的机械特性和调节特性 都是非线性的，且其线性化机械特性的斜率 随控制电压的变化而变化，这会在一定程度 上影响系统的动态精度。
直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬，通 常应用于功率稍大的系统中，如随动系统中 的位置控制等。
5.1.4 交/直流伺服电动机的性能比较
2. 动态响应 由于直流伺服电动机转子上有电枢绕组和 换向器等，转动惯量要比两相感应伺服电 动机大得多。但由于直流伺服电动机的机 械特性比两相感应伺服电动机硬得多，若 空载转速相同，直流伺服电动机的堵转转 矩要大得多。因此，它们的动态响应时间 常数相差不多。
子用永久磁铁做成，电枢绕 刷带来的缺点。寿命长，噪音 生干扰的控制
组在定子上，且做成多相式。
低。
系统。
5.1.2 低惯量直流伺服电动机
1.空心杯转子直流伺服电动机 空心杯转子直流伺服电动机的特点
是惯量低；灵敏度高，时间常数很小； 损耗小，效率高；力矩波动小，低速转 动平稳，噪音很小；换向性能好，寿命 长。多用于高精度自动控制系统及测量 装置等设备中。
系统
一些，气隙较小。
电枢铁心为光滑圆柱体，电 枢绕组用环氧树脂粘在电枢
铁心表面，气隙较大。
具有一般直流伺服电动机的特 需要快速动作、
点，而且转动惯量和机电时间 功率较大的直
常数小，换向良好。
流伺服系统。
电枢绕组用环氧树脂浇注成 具有一般直流伺服电动机的特 需要快速动作
SYK 杯型，置于内、外定子之间， 点，且转动惯量和机电时间常 的直流伺服系
5.1.3 交流伺服电动机 消除自转现象的措施
脉动 磁场
脉动磁场 合成曲线
5.1.3 交流伺服电动机
3. 控制方式 1）幅值控制；2）相位控制；3）幅值-相位控制。
5.1.3 交流伺服电动机
两相交流伺服电动机性能特点,应用范围
种类
型号 结构特点 性能特点
鼠笼式转子 SL 空心杯转子 SK
类似于 普通鼠笼转 子但细长， 电阻率高
n
Uc
Ke
Ra
KeKt 2
T
n0
KT
n0
n
3.13
5.1.1 直流伺服电动机
1. 控制方式 电枢控制（改变控
制电压）——响应迅 速、机械特性硬，调 速线性度好，应用较 多。
磁场控制（改变磁
通Φ ）——不适合永 磁伺服电机。
5.1.1 直流伺服电动机
2. 运行特性
1）机械特性
当控制电压Ua＝0时，电动机立即停
心是光滑、无槽的圆柱体。其特点是转 动惯量低；起动转矩大；反应快；低速 运行均匀；换向性能良好。
5.1.3 交流伺服电动机
改变控制电压的大小和相位（或极性） 就可以改变伺服电动机的转速和转向。
特点：调速范围广；状态（启动、停 止）变换快；控制功率小，过载能力强， 可靠性好。（0.1～100W）
5.1.3 交流伺服电动机