特种电机论文

课程设计报告

课题名称特种电机的结构、控制原理及应用

姓名

学号

所在系

指导教师职称

2011 年10 月 1 日

摘要

随着自动化技术、计算机技术、电力电子技术的发展，特别是高性能永磁材料的问世，电动机制造技术水平得到了极大的提高，也为特种电动机的制造、控制和应用提出了更高的要求，提供了更广阔的发展空间。

对于一般的三相鼠笼式交流电动机及其变频调速控制方式，大家都比较熟悉，同时也有较多的资料和书籍介绍这方面的内容。但对于具有特殊应用要求的特种电动机及其控制和应用，由于其应用面相对较窄使其需求应用较少，而且其控制装置较贵，相关的书籍较少，使得这方面的理论知识和应用经验较为缺乏。

特种电机是电机中的一类主要是指因为使用环境和制作工业的特殊而区别通用电机的名称。随着工业化发展以及自动化技术提高特种电机的使用范围越来广泛种类越来越多。是以一类新型特种电机（步进电动机、自整角机、直线电动机、超声波电动机等等之类的）为例，综述其原理，结构，性能，应用以及研究热点。本次设计既有理论论述，又有实际工程应用介绍，具有全面性、系统性、实用性、可读性的特点，避免繁琐的数学运算和高深的理论，从实际出发，深入浅出，涉及的范围广，内容丰富，特别是有具体的实例介绍，对于学习特种电动机应用具有重要的参考价值。

关键词：伺服电动机、步进电动机

目录

摘要 (1)

第一章绪论 (3)

1.1课题背景 (3)

1.2课题主要工作 (3)

第二章伺服电动机的认知 (4)

2.1直流伺服电动机的结构 (4)

2.2直流伺服电动机的运行特性 (4)

2.3直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态 (5)

2.4直流伺服电动机的机械特性和调节特性 (5)

第三章步进电动机 (7)

3.1步进电动机的结构与工作原理 (7)

3.1.1步进电动机的结构 (7)

3.1.2步进电动机的工作原理 (7)

3.2步进电机的工作方式 (8)

3.3步进电动机的控制 (8)

3.3.1环形分配器 (9)

3.3.2功率放大器 (9)

第四章应用 (10)

4.1直流伺服电动机应用 (10)

4.2步进电动机的应用 (10)

第五章总结 (11)

参考文献 (12)

谢辞 (13)

第一章绪论

1.1课题背景

随着科学技术的发展，促使各个行业的电气化与自动化程度的日益提高，而这其中，电动机控制扮演者重要的角色。电动机控制电路调试与应用愈来愈重要，对电气从业人员的技术水平要求也愈来愈高，因此熟悉和掌握各种常用电动机的典型控制线路，以及电气设备的控制线路，对正确使用电气设备及进行故障处理是非常必要的。

电动机是被广泛使用的一种动力机械，它是依据电磁感应原理将电能转换为机械能的旋转动力装置。由于我国经济发展迅速，工农业生产和日常生活中使用的电动机种类和数量日益增加，且性能各异，因此，必须熟悉各类电动机和负载机械设备的类型、结构、性能及用途等，使其能安全、高效、经济地去拖动各种负载机械设备。第1节电动机的分类电动机有多种分类方法，我国习惯按机座号(轴中心高)或功率大小来分类，通常将各类电动机划分为大、中、小、微四种，其中微型电动机按用途又分为驱动用和控制用两大类。每一种电动机又按它们工作原理、结构特征、性能、用途等的不同，划分为单、三相异步电动机、同步电动机和直流电动机几大类。例如中小型异步电动机的功率范围从0．55-1400kW(4极)，其中0．55—250kW为小型异步电动机，250kW及以上则为中型异步电动机。电动机的分类如表l—1所示。还可按其外壳防护型式、通风冷却方式、结构和安装型式、使用环境条件，以及性能、用途、励磁方式和工作制等特征进行分类。

1.2课题主要工作

了解学习电动机课程及其自动化专业必选课。主要讲述伺服电机、步进电机、永磁电机、开关磁阻电动机、工作原理、结构及运行。

通过本课程的学习使学生能熟练的掌握控制及特种电机的工作原理、结构、运行控制及设计。为以后的工作打下良好基础。针对本课程的特点主要采用理教、实验参观和上机来完成实际操作环节。

•本课程为电气工直流伺服电动机的结构及运行特性

•交流伺服电动机的工作原理及控制方式

•步进电动机的工作原理、结构及控制

•了解步进电机的环形分配器

•掌握步进电机的功率放大器

•掌握步进电机的运行状态与控制

•了解步进电机的功率变换、控制器及位置、电流检测器

第二章伺服电动机的认知

伺服电动机是一种具有服从控制信号要求进行动作动能的执行器，无信号时静止，有信号时即运行，因此有“伺服”性而得名。伺服电动机的作用是在自动控制系统中进行将接收的控制信号转换为轴的角位移或角速度输出。伺服电动机在控制系统中一般用作执行元件。根据被控对象的不同，由伺服电动机组成的伺服系统一般有三种基本控制方式，即位置控制、速度控制和力矩控制，通常位置和速度控制用得较多。

2.1直流伺服电动机的结构

2.2直流伺服电动机的运行特性

在忽略电枢反应的情况下，直流伺服电动机的电压平衡方程可表示如下：

当磁通恒定时，电枢反电动势为：

式中：ke为电动势常数直流伺服电动机的电磁转矩为：

式中：KT为转矩常数转速关系式：

2.3直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态

为了分析控制系统的动态特性，不仅需要知道电机在过渡过程中的工作状态，而且还要进一步了解电机的转速、转矩、电流、功率等物理量在过渡过程中随时间变化的规律，以及过渡过程时间和电机参数的关系。

产生过渡过程的原因，主要是电机中存在两种惯性：机械惯性和电磁惯性。如上一节所述当电枢电压突然改变时，由于电机和负载有转动惯量，转速不能突变，需要有一个渐变的过程，才能达到新的稳态，因此转动惯量是造成机械过渡过程的主要因素。另外，由于电枢绕组具有电感，电枢电流也不能突变，也需要有一个过渡过程，所以电感是造成电磁过渡过程的主要因素。电磁过渡过程和机械过渡过程是相互影响的，这两种过渡过程交织在一起形成了电机总的过渡过程。但是一般来说，电磁过渡过程所需的时间要比机械过渡过程短得多。因此在许多场合，只考虑机械过渡过程，而忽略电磁过渡过程，在上一节中就是这样处理的。

研究电机过渡过程的方法，是将过渡过程中的物理规律用微分方程表示出来，然后根据初始条件求解方程，找出各物理量与时间的函数关系。下面即按照这种方法分析直流伺服电动机在电枢绕组加上阶跃电压时，转速和电流随时间增长的过程。

2.4直流伺服电动机的机械特性和调节特性

1）机械特性

机械特性是指在控制电枢电压保持不变的情况下，直流流伺服电动机的转速n随转矩变化的关系。当电枢电压为常值时: