《现代电机控制技术》ppt课件
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《电机控制》PPT课件(2024版)
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18
4.实验参考程序
/**************************************************************************
* 控制步进电机快速前进200步，降低速度再前进50步，再次降低速度前进5步，然后停止。
* 停止一段时间后，控制步进电机以相反的步调退回原地。
int
main (void)
{
uint32 i;
uint8 Direction=0,Speed=3;
PINSEL1 = PINSEL1 & 0x0FFFFFFF;
// 设置P0.30为GPIO功能，输入
IO0DIR = IO0DIR & 0xBFFFFFFF;
// 设置P0.21为PWM功能，通过控制PWM的占空比从而控制直流电机的速度
U
U
效t
t
8
1．PWM（Pulse Width Modulation）脉冲调宽式
一个PWM周期
20％占空比 一个PWM周期
50％占空比
2．PFM（Pulse Frequency Modulation）脉冲调频式
1个脉冲
25％占空比 2个脉冲
50％占空比
整理ppt
9
1.2 控制电路--驱动部分
PINSEL1 = PINSEL1 | 0x00000400;
//设置P1.21为GPIO，输出。通过控制P1.21的电平从而控制直流电机的方向
IO1DIR = IO1DIR | (1<<21);
ZLDJ_SET(Direction,Speed);
//电机以最快速度正转
while(1)
现代电机控制技术
现代电机控制技术
2
现代电机控制技术
第1章 基础知识 第2章 三相感应电动机矢量控制 第3章 三相永磁同步电动机矢量控制 第4章 三相感应电动机直接转矩控制 第5章 三相永磁同步电动机直接转矩控制 第6章 无速度传感器控制与智能控制
3
第1章 基础知识
1.1 电磁转矩 1.2 直、交流电机电磁转矩 1.3 空间矢量 1.4 矢量控制
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
a) 三相绕组由逆变器供电
b) 电子开关VT1、VT2、VT6闭合时的电路
图1-29 定子电压矢量 c) 电压矢量us1的构成
0
1
2
a) 正弦分布磁动势波
b) 正弦分布磁场
图1-30 A相绕组产生的正弦分布磁场
3
4
5
6
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8
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0
1
2
4
1.1 电磁转矩
1.1.1 磁场与磁能 1.1.2 机电能量转换 1.1.3 电磁转矩生成 1.1.4 电磁转矩控制
5
图1-1 双线圈励磁的铁心
6
7
磁压降
磁压降
磁路的 磁动势
8
9
铁心磁路 主磁通
铁心磁 路磁阻
气隙 磁通
气隙磁 路磁阻
0
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现代电机控制技术
第1章 基础知识 第2章 三相感应电动机矢量控制 第3章 三相永磁同步电动机矢量控制 第4章 三相感应电动机直接转矩控制 第5章 三相永磁同步电动机直接转矩控制 第6章 无速度传感器控制与智能控制
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第1章 基础知识
1.1 电磁转矩 1.2 直、交流电机电磁转矩 1.3 空间矢量 1.4 矢量控制
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a) 三相绕组由逆变器供电
b) 电子开关VT1、VT2、VT6闭合时的电路
图1-29 定子电压矢量 c) 电压矢量us1的构成
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a) 正弦分布磁动势波
b) 正弦分布磁场
图1-30 A相绕组产生的正弦分布磁场
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1.1 电磁转矩
1.1.1 磁场与磁能 1.1.2 机电能量转换 1.1.3 电磁转矩生成 1.1.4 电磁转矩控制
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图1-1 双线圈励磁的铁心
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磁压降
磁压降
磁路的 磁动势
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铁心磁路 主磁通
铁心磁 路磁阻
气隙 磁通
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《现代电机控制技术》课件
03 现代电机控制技术实现
数字信号处理器（DSP）在电机控制中的应用
数字信号处理器（DSP）是一种专用的微处理器，特别适合于进行高速数字信号处 理计算。
在电机控制中，DSP可以用于实时计算复杂的控制算法，实现精确的速度和位置控 制。
DSP通过接收编码器的反馈信号和输入的参考信号，计算出电机的控制量，并输出 到驱动器来控制电机的运行。
数字化与智能化
高效与节能
随着数字化和智能化技术的不断发展，电 机控制技术将更加智能化和自适应性。
未来电机控制技术将更加注重高效和节能 ，以适应绿色环保的需求。
网络化与远程控制
多学科交叉融合
网络化技术的发展将使得电机控制更加便 捷和远程化，提高设备的可维护性和安全 性。
电机控制技术将与多个学科交叉融合，如 人工智能、机器视觉和物联网等，以实现 更广泛的应用和创新。
02 电机类型和控制原理
直流电机及其控制原理
01
02
03
直流电机
利用直流电能转换为机械 能的电动机，具有较好的 调速性能和启动转矩。
控制原理
通过改变电机的输入电压 或电流，实现对电机转速 和转矩的控制。
调速方法
改变电枢电压、改变励磁 电流、串电机
利用交流电能转换为机械 能的电动机，具有结构简 单、价格便宜、维护方便 等优点。
交通运输
电机控制技术在交通领域有广泛应用 ，如电动汽车、轨道交通和航空电子 等。
能源转换与利用
电机控制技术有助于提高能源转换效 率和利用率，如风力发电、太阳能逆 变器和智能电网等。
智能家居与楼宇自动化
电机控制技术为智能家居和楼宇自动 化提供了技术支持，如智能家电、自 动门和安防系统等。
电机控制技术的未来趋势
电机与电气控制技术 ppt课件精品名师资料
线圈通入电流后，产 生磁通，分主磁通和漏 磁通。 ：主磁通
i
u1
线圈
s
u2
s ：漏磁通
（导磁性能好 的磁性材料）
铁心
磁路：主磁通所经过的闭合路径。构成磁路的重 要材料是铁磁性材料。
2） 磁路计算中的基本物理量 （磁通密度） 一、磁感应强度
与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通 （磁力线）。
E I U 0
4 磁路的分析
励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流 直流 ---- 直流磁路
励磁电流
交流 ---- 交流磁路
直流磁路 交流磁路
磁路分析
一.直流磁路的分析
直流磁路的特点:
U一定
I 一定
U I （R 为线圈的电阻） R Φ
I
U
（线圈中没有反电动势） 磁动势 F=IN 一定 磁通和磁阻成反比(Φ 直流磁路和电路中的恒压源类似 直流磁路中
磁路小结
直流磁路
U I R
(U不变，I不变）
IN Φ Rm
（ Φ 随Rm变化）
交流磁路
U Φm 4.44 fN
（ U不变时，
IN ΦRm
( I 随 Rm 变化）
Φm 基本不变）
2) 变压器的工作原理
变压器功能： 变电压：电力系统
变电流：电流互感器
变阻抗：电子电路中的阻抗匹配
（如喇叭的输出变压器）
Φ ：主磁通
Φ
：漏磁通
dΦ u N dt
i u
Φ
Φ
dΦ u N dt
假设 则
eL e
Φm sin t
2 fNΦm cos t
u NΦm cos t
i
u1
线圈
s
u2
s ：漏磁通
（导磁性能好 的磁性材料）
铁心
磁路：主磁通所经过的闭合路径。构成磁路的重 要材料是铁磁性材料。
2） 磁路计算中的基本物理量 （磁通密度） 一、磁感应强度
与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通 （磁力线）。
E I U 0
4 磁路的分析
励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流 直流 ---- 直流磁路
励磁电流
交流 ---- 交流磁路
直流磁路 交流磁路
磁路分析
一.直流磁路的分析
直流磁路的特点:
U一定
I 一定
U I （R 为线圈的电阻） R Φ
I
U
（线圈中没有反电动势） 磁动势 F=IN 一定 磁通和磁阻成反比(Φ 直流磁路和电路中的恒压源类似 直流磁路中
磁路小结
直流磁路
U I R
(U不变，I不变）
IN Φ Rm
（ Φ 随Rm变化）
交流磁路
U Φm 4.44 fN
（ U不变时，
IN ΦRm
( I 随 Rm 变化）
Φm 基本不变）
2) 变压器的工作原理
变压器功能： 变电压：电力系统
变电流：电流互感器
变阻抗：电子电路中的阻抗匹配
（如喇叭的输出变压器）
Φ ：主磁通
Φ
：漏磁通
dΦ u N dt
i u
Φ
Φ
dΦ u N dt
假设 则
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Φm sin t
2 fNΦm cos t
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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PPT电子课件教案-第1章绪论
–
1.1 控制电机在自动控制系统中的作用
在各类自动控制系统、 遥控和解算装置中， 需要 用到大量的各种各样的元件。 控制电机就是其中的重 要元件之一。 它属于机电元件， 在系统中具有执行、 检测和解算的功能。 虽然从基本原理来说， 控制电机 与普通旋转电机没有本质上的差别， 但后者着重于对 电机的力能指标方面的要求， 而前者则着重于对特性、 高精度和快速响应方面的要求， 满足系统对它提出的 要求。
为了改善自动控制系统的品质， 在系统中还采用 了校正元件——直流测速发电机。 测速发电机的输出
电压U4 与它的转速 n 成正比， 并把它反馈到直流放大
器中。整个控制系统的工作原理可以用图 1 - 2 这样的 方框图来表示。 图上各个元件和实际线路对应如下：
敏感元件——自整角发送机和接收机。 转换元件——放大器和解调器。
7， 使自整角发送机1的转子旋转， 通过自动控制系统
的作用， 就可使雷达天线 3 跟着自整角发送机的转角 α自动地旋转。 发送机转几度， 天线也转几度； 发送
机正转， 天线也正转； 发送机反转， 天线也反转。
自整角接收机 2 的转轴是和天线的转轴联结在一 起的。 自整角发送机和自整角接收机一般不单独使用 而是成对地使用。 当发送机的转角α和接收机的转角β 相等， 也就是转角差γ=α-β 等于零时， 接收机的输出 电压U1也等于零。 当转角α和β不等时， 接收机就有和 转角差γ成正比的交流电压U1 输出。 这样， 自整角接 收机就好像自动控制系统的眼睛一样， 可以很灵敏地 感觉出天线的转角是否跟上自整角发送机的转角。 当 跟上时， 转角α等于转角β， 没有电压输出； 当没有 跟上， 即转角α和转角β不等时， 通过自整角接收机输 出电压U1, 就可把转角差γ测量出来， 因此自动控制系 统中的自整角机被称为敏感元件。
电机现代控制技术PPT课件
电磁转矩是定、转子磁场相互作用的结果，其大小和方向决定 于这两个旋转磁场的幅值和磁场轴线的相对位置 .
三相隐极同步电机等效物理模型
两个磁场轴线间的电角度为β，大小决定于定子旋转磁场速度ωs和转子速度ωr。 产生恒定的电磁转矩
te isif Lm sin f is sin
凸极结构的同步电动机，还会产生磁阻转矩
te
Wm (iA , iB , r ) r
公式说明:
1. 当转子因微小位移引起系统磁共能发生变化时，会受到电磁 转矩的作用;
2. 转矩方向应为在恒定电流下倾使系统磁共能增加的方向.
磁能和磁共能之和为
Wm Wm
0
A
iA
d
0
B
iBd
iA 0
A di
iB 0
B
di
iA A iB B
向。
2. 直流电机的电磁转矩与等效模型
主磁极基波磁场轴线为d 轴， 将d轴旋转90°为q轴;
电枢绕组产生的基波磁场轴 线与q轴一致。
绕组旋转，磁场轴线固定旋 转绕组称为换向器绕组。
图2-4两极直流电机
在直流电机动态分析中，
常将这种换向器绕组等效为 一个“伪静止线圈”
图2-5 伪静止线圈
“伪静止线圈”与换向器绕组从机电 能量转换角度看是等效的。
dr
dt
]
第一项和第二项是当θr =常值，即绕组A和B相 对静止时，由电流变化所引起的感应电动势， 称为变压器电动势.
第三项是因转子运动使绕组A和B相对位置发生 位移(θr变化)而引起的感应电动势，称为运动电 动势.
在dt时间内，由电源输入绕组A和B的净电能为：
dWe (iAeA iBeB )dt iAd A iBd B
三相隐极同步电机等效物理模型
两个磁场轴线间的电角度为β，大小决定于定子旋转磁场速度ωs和转子速度ωr。 产生恒定的电磁转矩
te isif Lm sin f is sin
凸极结构的同步电动机，还会产生磁阻转矩
te
Wm (iA , iB , r ) r
公式说明:
1. 当转子因微小位移引起系统磁共能发生变化时，会受到电磁 转矩的作用;
2. 转矩方向应为在恒定电流下倾使系统磁共能增加的方向.
磁能和磁共能之和为
Wm Wm
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B
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iB 0
B
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iA A iB B
向。
2. 直流电机的电磁转矩与等效模型
主磁极基波磁场轴线为d 轴， 将d轴旋转90°为q轴;
电枢绕组产生的基波磁场轴 线与q轴一致。
绕组旋转，磁场轴线固定旋 转绕组称为换向器绕组。
图2-4两极直流电机
在直流电机动态分析中，
常将这种换向器绕组等效为 一个“伪静止线圈”
图2-5 伪静止线圈
“伪静止线圈”与换向器绕组从机电 能量转换角度看是等效的。
dr
dt
]
第一项和第二项是当θr =常值，即绕组A和B相 对静止时，由电流变化所引起的感应电动势， 称为变压器电动势.
第三项是因转子运动使绕组A和B相对位置发生 位移(θr变化)而引起的感应电动势，称为运动电 动势.
在dt时间内，由电源输入绕组A和B的净电能为：
dWe (iAeA iBeB )dt iAd A iBd B
电机控制器基础知识课件
保护电路通常由熔断器、过流保护器 、过压保护器等元件组成，实现对电 机的过流、过压、短路等保护。
04 电机控制器的软件组成
CHAPTER
控制算法
控制算法是电机控制器的核心， 用于实现电机的速度、位置和转
矩控制。
控制算法通常采用PID（比例-积 分-微分）控制、模糊控制、神经
网络控制等现代控制理论。
智能制造领域
电机控制器将在智能制造领域中发挥重要作用， 如自动化生产线、数控机床等。
绿色环保与可持续发展
能效提升
电机控制器的发展将注重能效提升，降低能源消耗和碳排放，推 动绿色环保的可持续发展。
环保材料
采用环保材料制造电机控制器，减少对环境的污染和破坏。
循环经济
电机控制器的设计将注重循环经济理念，方便回收和再利用，降 低资源浪费。
。
物流系统
电机控制器用于控制物流输送带 、升降机等设备的运行，提高物
流效率。
机器人
电机控制器用于控制机器人的关 节和运动，实现精确的定位和操
作。
电动车与新能源汽车
电动汽车
电机控制器是电动汽车的核心部件之一，用于控制电机的运行， 实现车辆的加速、减速、制动等功能。
混合动力汽车
电机控制器用于控制汽车的发动机、电动机和电池等部件，提高燃 油效率和减少排放。
现代电机控制器集成了更多的功能， 如保护、诊断和通讯等，同时采用智 能控制算法，提高了电机的运行效率 和可靠性。
随着微处理器技术的发展，数字电机 控制器逐渐取代了模拟电机控制器， 控制精度和稳定性得到了提高。
02 电机控制器的工作原理
CHAPTER
电机的工作原理
直流电机
直流电流通过电机的线圈产生磁场， 该磁场与电机中的永磁体相互作用， 产生转矩使电机旋转。直流电机的转 速可以通过改变输入电流的大小和方 向来调节。
电机现代控制技术
主磁极基波磁场轴线为d 轴， 将d轴旋转90°为q轴; 电枢绕组产生的基波磁场轴 线与q轴一致。 绕组旋转，磁场轴线固定旋 转绕组称为换向器绕组。
图2-4两极直流电机
在直流电机动态分析中， 常将这种换向器绕组等效为 一个“伪静止线圈”
“伪静止线圈”与换向器绕组从机电能 量转换角度看是等效的。 对实际的换向器绕组而言，当q轴磁场 变化时会在电枢绕组内感生变压器电动势， 同时它又在旋转，还会在d轴励磁磁场作用 下，产生运动电动势。 这种实际旋转而在空间产生的磁场却 静止不动的线圈称之为伪静止线圈，它完 全反映了换向器绕组的特性，可以由其等 效和代替实际的换向器绕组。
(i A , i B , r ) Wm te r
公式说明:
1.
2.
当转子因微小位移引起系统磁共能发生变化时，会受到电磁 转矩的作用; 转矩方向应为在恒定电流下倾使系统磁共能增加的方向.
磁能和磁共能之和为 Wm Wm iA d iBd A di Bdi 0 0 0 0
图2-5 伪静止线圈
直流电机等效模型
d轴为励磁绕组轴线.
q轴为换向器绕组轴线， 即“伪静止线圈”， 其轴线在空间固定不动. 当q轴磁场变化时会在 线圈内感生变压器电动势.
q轴线圈又是旋转的， 会在d轴励磁磁场作用下 产生运动电动势.
图2-6 直流电机的等效模型
电磁转矩：te iAiBM AB sin r if ia Lmf
绕组A、B交链的自感、互感磁链为：
A LA iA LAB ( r )iB
B LBiB LAB ( r )iA
线圈A和B产生感应电动势
d A d eA [ LA iA LAB ( r )iB ] dt dt diA diB LAB ( r ) d r [ LA LAB ( r ) iB ] dt dt r dt
图2-4两极直流电机
在直流电机动态分析中， 常将这种换向器绕组等效为 一个“伪静止线圈”
“伪静止线圈”与换向器绕组从机电能 量转换角度看是等效的。 对实际的换向器绕组而言，当q轴磁场 变化时会在电枢绕组内感生变压器电动势， 同时它又在旋转，还会在d轴励磁磁场作用 下，产生运动电动势。 这种实际旋转而在空间产生的磁场却 静止不动的线圈称之为伪静止线圈，它完 全反映了换向器绕组的特性，可以由其等 效和代替实际的换向器绕组。
(i A , i B , r ) Wm te r
公式说明:
1.
2.
当转子因微小位移引起系统磁共能发生变化时，会受到电磁 转矩的作用; 转矩方向应为在恒定电流下倾使系统磁共能增加的方向.
磁能和磁共能之和为 Wm Wm iA d iBd A di Bdi 0 0 0 0
图2-5 伪静止线圈
直流电机等效模型
d轴为励磁绕组轴线.
q轴为换向器绕组轴线， 即“伪静止线圈”， 其轴线在空间固定不动. 当q轴磁场变化时会在 线圈内感生变压器电动势.
q轴线圈又是旋转的， 会在d轴励磁磁场作用下 产生运动电动势.
图2-6 直流电机的等效模型
电磁转矩：te iAiBM AB sin r if ia Lmf
绕组A、B交链的自感、互感磁链为：
A LA iA LAB ( r )iB
B LBiB LAB ( r )iA
线圈A和B产生感应电动势
d A d eA [ LA iA LAB ( r )iB ] dt dt diA diB LAB ( r ) d r [ LA LAB ( r ) iB ] dt dt r dt
现代电机控制技术第4章 三相感应电动机直接转矩控制
而若保持 ψs 的幅值不变，就可以快速地改变和控制电磁转矩，但是电磁转
矩 te 和负载角 sr 间呈显了非线性关系。
9
4.1.2 定子电压矢量作用与定子磁链轨迹变化
在定子三相轴系中，定子电压矢量方程为
us
Rs is
dψ s dt
(4-11)
若忽略定子电阻的影响，则有
us
dψ s dtΒιβλιοθήκη 可近似地表示为现代电机控制技术
第4章 三相感应电动机 直接转矩控制
第 4 章 三相感应电动机直接转矩控制
4.1 控制原理与控制方式 4.2 控制系统 4.3 空间矢量调制 4.4 直接转矩控制与矢量控制的联系和比较 4.5 直接转矩控制仿真举例
2
对电动机的控制归根结底是要实现对电磁转矩的有效控制。在感应 电动机矢量控制中，基本的控制思想是将定子电流作为控制变量，通过 控制定子电流励磁分量来控制转子磁场、气隙磁场或者定子磁场，在此 基础上，通过控制定子电流转矩分量来控制电磁转矩。为此，先要进行 磁场定向，然后通过矢量变换，将磁场定向 MT 轴系中的定子电流励磁 分量和转矩分量变换为 ABC 轴系中的三相电流。总之，是通过控制定 子电流来间接控制电磁转矩。在这一过程中，磁场定向、矢量变换和定 子电流控制是必不可少的。
5
式(4-5)表明，电磁转矩决定于ψs 和ψ r 的矢量积，即决定于两者幅值 和其间的空间电角度。若 ψs 和 ψr 保持不变，电磁转矩就仅与负载角有 关。由式(4-5)，可得
dte
d sr
p0
Lm LsLr
ψs
ψr
cos sr
(4-6)
通常， sr 的值较小，可见 sr 对电磁转矩的调节和控制作用是明显的。于
电机与电气控制技术.pptx
2019年10月9
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2
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各电器在电路中的 位置
刀开关 熔断器 接触器 热继电器 按钮 交流异步电动机
2019年10月9
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各电器在电路中的 作用
刀开关 熔断器 接触器 热继电器 按钮 交流异步电动机
2019年10月9
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L1 L2 L3 Q FU1
FU2
三相异步电动机具有
电气互锁正反转电路
FR
短路保护
SB1
KM1
M 3~
2019年10月9
KM2 FR
KM1
SB2
SB3
KM2
KM2 KM1
KM1 KM2
谢谢你的阅读
各电器在电路中的 作用
刀开关 熔断器 接触器 热继电器 按钮 交流异步电动机
2019年10月9
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接触器的组成
线圈
~~ 电源
欢迎使用《电机与电气控制技术》项目教学课件
《电机与电气控制技术》项 目教学课件是针对电气自动化技 术专业高等职业技术教育的特点， 根据编者多年的教学和实践经验 制作的。以工作过程为导向，以 工作任务为基础，以能力为本位， 以学生为中心开发实践项目。
开发的实践项目注重由技能 型向技术型发展，培养学生的专 业技术能力；注重由单一型向综 合型发展，学生能综合运用电工 电子技术、电气控制、PLC等相 关知识解决问题，完成工作任务。
同时对每个项目的实践任务 进行分解，打破各个知识点在学 科体系之间限制，以任务为核心， 为完成某个任务而组织相应的知 识点，学习相应的技能。
2019年10月9
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 教育部高等职业教育示范专业规划教材
《控制步进电机》课件
《控制步进电机》 PPT课件
contents
目录
• 步进电机简介 • 步进电机控制系统 • 步进电机驱动器 • 步进电机的控制策略 • 步进电机的应用案例
01
步进电机简介
步进电机的定义与工作原理
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的执行元件。
工作原理：步进电机内部通常有多个相位的线圈，当给这些线圈按照一定的顺序 通电时，电机内部的转子会按照通电的顺序和方向进行旋转，从而输出旋转的机 械能。
03
步进电机驱动器
步进电机驱动器的种类与选择
种类
根据步进电机的工作原理和应用需求 ，步进电机驱动器可分为单极性驱动 器和双极性驱动器。
选择
选择合适的步进电机驱动器需要考虑 电机的规格、工作电压、电流以及控 制精度等因素。
步进电机驱动器的原理与工作方式
原理
步进电机驱动器通过控制脉冲信号的 频率和数量，来控制步进电机的转动 速度和角度。
步进电机在医疗器械中的应用
1 2
医疗设备驱动
步进电机在医疗器械中作为驱动部件，如医学影 像设备、手术机器人等。
高精度要求
步进电机的高定位精度和控制精度，满足医疗器 械对精确度的极高要求。
3
安全可靠性
步进电机稳定可靠的特性，确保医疗器械在使用 过程中的安全性和可靠性。
THANKS FOR WATCHING
04
步进电机的控制策略
步进电机的速度控制
速度控制
通过调节输入到步进电机的脉冲频率，可以控制步进电机的转速 。
动态响应
步进电机具有快速动态响应特性，能够实现高精度的速度控制。
调速范围
步进电机可以在较大的调速范围内实现平滑的速度调节。
contents
目录
• 步进电机简介 • 步进电机控制系统 • 步进电机驱动器 • 步进电机的控制策略 • 步进电机的应用案例
01
步进电机简介
步进电机的定义与工作原理
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的执行元件。
工作原理：步进电机内部通常有多个相位的线圈，当给这些线圈按照一定的顺序 通电时，电机内部的转子会按照通电的顺序和方向进行旋转，从而输出旋转的机 械能。
03
步进电机驱动器
步进电机驱动器的种类与选择
种类
根据步进电机的工作原理和应用需求 ，步进电机驱动器可分为单极性驱动 器和双极性驱动器。
选择
选择合适的步进电机驱动器需要考虑 电机的规格、工作电压、电流以及控 制精度等因素。
步进电机驱动器的原理与工作方式
原理
步进电机驱动器通过控制脉冲信号的 频率和数量，来控制步进电机的转动 速度和角度。
步进电机在医疗器械中的应用
1 2
医疗设备驱动
步进电机在医疗器械中作为驱动部件，如医学影 像设备、手术机器人等。
高精度要求
步进电机的高定位精度和控制精度，满足医疗器 械对精确度的极高要求。
3
安全可靠性
步进电机稳定可靠的特性，确保医疗器械在使用 过程中的安全性和可靠性。
THANKS FOR WATCHING
04
步进电机的控制策略
步进电机的速度控制
速度控制
通过调节输入到步进电机的脉冲频率，可以控制步进电机的转速 。
动态响应
步进电机具有快速动态响应特性，能够实现高精度的速度控制。
调速范围
步进电机可以在较大的调速范围内实现平滑的速度调节。
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1 Rδ
0S
。
将式(1-8a)写为
δ Λmδ fA
(1-8b)
式中， Λmδ
Λm Λδ Λm Λδ
， Λmδ 为串联磁路的总磁导， Λmδ
1 Rmδ
。
式(1-8b)为磁路欧姆定律的另一种表达. 形式。 11
现代电机控制技术 第1章 基础知识
式(1-7)表明，作用在磁路上的总磁动势恒等于闭合磁路内各
第1章 基础知识
1.1 电磁转矩 1.2 直、交流电机电磁转矩 1.3 空间矢量 1.4 矢量控制
. 3
现代电机控制技术 第1章 基础知识
1.1 电磁转矩
1.1.1 磁场与磁能 1.1.2 机电能量转换 1.1.3 电磁转矩生成 1.1.4 电磁转矩控制
. 4
现代电机控制技术 第1章 基础知识
1.1.1 磁场与磁能
fA Hδ δ Rδ
(1-8c)
图 1-1 中，因为主磁通mA 是穿过气隙后而闭合的，它提供了
气隙磁通，所以又将mA 称为励磁磁通。
. 12
现代电机控制技术 第1章 基础知识
定义线圈 A 的励磁磁链为
由式(1-7)和式(1-9)，可得
mA mANA
(1-9)
mA
NA2 Rmδ
iA
NA2 ΛmδiA
2000～6000 倍。空气磁导率与真空磁导率几乎相等。铁磁材料的
导磁特性是非线性的，通
常 将 Bm f (Hm ) 关 系 曲 线称为磁化曲线，如图 1-3
所示。可以看出，当 H m 达 到一定值后，随着 H m 的增 大，Bm 增加越来越慢，这 种现象称为饱和。
由于铁磁材料的磁化 图 1-3 铁磁材料的磁化曲线和 μFe=f(Hm)曲线
LmA 是个与励磁电流 iA 相关的非线性参数。若将铁心磁路的磁阻忽略不计
(
Fe
)， LmA便是个仅与气隙磁导和匝数有.关的常值，即有
Lm A
N
2 A
Λ13。
现代电机控制技术 第1章 基础知识
在磁动势 fA 作用下，还会产生没有穿过气隙主要经由铁心外空 气磁路而闭合的磁场，称之为漏磁场。它与线圈 A 交链，产生漏磁
定义线圈 A 的励磁电感 LmA 为
(1-10)
LmA
mA
iA
N
2 A
Rmδ
N
2 A
Λmδ
(1-11)
LmA表征了线圈 A 单位电流产生磁链 mA 的能力。对于图 1-1，又将 LmA 称
为线圈 A 的励磁电感。 LmA的大小与线圈 A 的匝数平方成正比，与串联磁
路的总磁导成正比。由于总磁导与铁心磁路的饱和程度( Fe 值)有关，因此
段磁压降之和。
对图 1-1 所示的磁路而言，尽管铁心磁路长度比气隙磁路长
得多，但由于 Fe 0 ，气隙磁路磁阻还是要远大于铁心磁路的 磁阻。对于这个具有气隙的串联磁路，总磁阻将取决于气隙磁路
的磁阻，磁动势大部分将降落在气隙磁路中。
在很多情况下，为了问题分析的简化，可将铁心磁路的磁阻
忽略不计，此时磁动势 fA 与气隙磁路磁压降相等，即有
现代电机控制技术
第1章 基础知识
.
现代电机控制技术 第1章 基础知识
现代电机控制技术
第1章 基础知识 第2章 三相感应电动机矢量控制 第3章 三相永磁同步电动机矢量控制 第4章 三相感应电动机直接转矩控制 第5章 三相永磁同步电动机直接转矩控制 第6章 无速度传感器控制与智能控制
. 2
现代电机控制技术 Fe S
BδS
0S
(1-6)
mARm δ Rδ
铁心磁路 主磁通
铁心磁 路磁阻
气隙 磁通
气隙磁 路磁阻
. 9
现代电机控制技术 第1章 基础知识
由于磁通具有连续性，显然有，mA δ ，。将式(1-6)表示为
fA mARm δ Rδ mARmδ δ Rmδ
(1-7)
式中， RmR 为串联磁路的总磁阻， Rmδ Rm Rδ 。
如图 1-1 所示，铁心上 装有两个线圈 A 和 B，匝 数分别为 NA 和 NB 。
主磁路由铁心磁路和 气隙磁路串联构成。
假 设 外 加 电 压 uA 和 uB 为任意波形电压，励磁 电流 iA 和 iB 亦为任意波形 电流。
图1.-1 双线圈励磁的铁心
5
现代电机控制技术 第1章 基础知识
1．单线圈励磁 先讨论仅有线圈 A 励磁的情况。
链 σA ，可表示为
σA LσAiA
通常，将式(1-7)称为磁路的欧姆定律，可用图 1-4 来表示。
图 1-4 串联磁路的模拟电路图
. 10
现代电机控制技术 第1章 基础知识
将式(1-7)表示为另一种形式，即
fA
mA
Λm
δ
Λδ
δ
1 Λm
1 Λδ
(1-8a)
式中，
Λm
为铁心磁路磁导，
Λm
1 Rm
Fe S
lm
；
Λδ
为气隙磁路
磁导， Λδ
衡。此时， fA 相当于产生磁场 H 的“源”，类似于电路中的电动势。
在铁心磁路内，磁场强度 Hm 产生的磁感应强度 Bm 为
Bm Fe H m r 0H m
(1-4)
式中， Fe 为磁导率， r 为相对磁导率， 0 为真空磁导率。 . 7
现代电机控制技术 第1章 基础知识
电机中常用的铁磁材料的磁导率 Fe 约是真空磁导率 0 的
线，环行方向为顺时针方向。沿着该闭合回线，铁心磁路内的 H m 处处
相等，方向与积分路径一致，气隙内 Hδ 亦如此。
. 6
现代电机控制技术 第1章 基础知识
于是，有
H mlm Hδ NAiA fA
磁压降
磁压降
磁路的 磁动势
(1-2)
式中， lm 为铁心磁路的长度， 为气隙长度。
式(1-2)表明线圈 A 提供的磁动势 fA 被主磁路的两段磁压降所平
当电流 iA 流入线圈后，便会在铁心 内产生磁场。根据安培环路定律，有
LH dl i
(1-1)
式中， H 为磁场强度， i 为该闭合回
线包围的总电流。
如图 1-2 所示，若电流正方向与闭
合回线 L 的环行方向符合右手螺旋关 系时， i 便取正号，否则取负号。
图 1-2 安培环路定律
闭合回线可任意选取，在图 1-1 中，取铁心断面的中心线为闭合回
曲线不是一条直线，所以 Fe 也随 H m 值的变化而变化，图 1-3 中
同时示出了曲线 Fe f (Hm ) 。
.
8
现代电机控制技术 第1章 基础知识
由式(1-4)，可将式(1-2)改写为
fA
Bm
Fe
lm
Bδ
0
(1-5)
若不考虑气隙 内磁场的边缘效应，气隙内磁场 Bδ 为均匀
分布，式(1-5)可写为