1、第7章 驅動和控制微電機7.17.1 單相異步電動機單相異步電動機7.2 7.2 直線電動機直線電動機7.37.3 微型同步電動機微型同步電動機7.4 7.4 伺服電動機伺服電動機7.5 7.5 測速電動機測速電動機7.6 7.6 自整角機自整角機7.7 7.7 旋轉變壓器旋轉變壓器 本章主要介紹單相異步電機、微型同步電動機、伺服電動機、本章主要介紹單相異步電機、微型同步電動機、伺服電動機、測速電動機、自整角機、旋轉變壓器和步進電動機，除此之外，測速電動機、自整角機、旋轉變壓器和步進電動機，除此之外，還將介紹兩種新型電機：直線電動機和開關磁阻電動機。還將介紹兩種新型電機：直線電動機和開關磁阻電

2、動機。 7.9 7.9 開關磁阻電動機開關磁阻電動機 7.8 7.8 步進電動機步進電動機 第7章 驅動和控制微電機7.1 單相異步電動機內容要點：內容要點：一、概述 1、應用情況應用情況廣泛應用于家用電器（電風扇、電冰箱、洗衣機等）、空調設備、電動工具、醫療器械及輕工設備中。 了解單相感應電動機的結構特點、優缺點及應用情況；了解單相感應電動機的結構特點、優缺點及應用情況；掌握單相感應電動機的工作原理，弄清單相感應電動掌握單相感應電動機的工作原理，弄清單相感應電動機為什么沒有起動轉矩？機為什么沒有起動轉矩？重點掌握單相感應電動機的的起動方法與類型。重點掌握單相感應電動機的的起動方法與類型。第7

3、章 驅動和控制微電機 2、優缺點優缺點優點：結構簡單，成本低廉，噪音小。優點：結構簡單，成本低廉，噪音小。缺點：與同容量三相感應電動機相比較，體積較缺點：與同容量三相感應電動機相比較，體積較大，功率因數及過載能力都較低。大，功率因數及過載能力都較低。故單相感應電動機只能作成小容量：故單相感應電動機只能作成小容量：微型：幾瓦微型：幾瓦750瓦；瓦；小型：小型：550瓦瓦3700瓦。瓦。第7章 驅動和控制微電機2、結構結構繼續繼續與三相感應電動機相似，包括定子和轉子兩大部分。轉子與三相感應電動機相似，包括定子和轉子兩大部分。轉子結構都是籠型的，定子鐵心由硅鋼片疊壓而成。定子鐵心上嵌結構都是籠型的，

4、定子鐵心由硅鋼片疊壓而成。定子鐵心上嵌有定子繞組。有定子繞組。單相感應電動機正常工作時，一般只需要單相繞組即可，單相感應電動機正常工作時，一般只需要單相繞組即可，但單相繞組通以單相交流電時產生的磁場是脈動磁場，單相運但單相繞組通以單相交流電時產生的磁場是脈動磁場，單相運行的電動機沒有起動轉矩。行的電動機沒有起動轉矩。為使電動機能自行起動和改善運行性能，除工作繞組（又為使電動機能自行起動和改善運行性能，除工作繞組（又稱主繞組）外，在定子上還安裝一個輔助的起動繞組（又稱副稱主繞組）外，在定子上還安裝一個輔助的起動繞組（又稱副繞組）。兩個繞組在空間相距繞組）。兩個繞組在空間相距900或一定的電角度。

5、或一定的電角度。第7章 驅動和控制微電機第7章 驅動和控制微電機二、基本工作原理二、基本工作原理1、單相繞組通入單相交流電時的情況、單相繞組通入單相交流電時的情況單相交流繞組通入單相交流電流將產生脈動磁勢，單相交流繞組通入單相交流電流將產生脈動磁勢，一個脈一個脈動磁勢可以分解為兩個大小相等、轉速相同、轉向相反的圓形動磁勢可以分解為兩個大小相等、轉速相同、轉向相反的圓形旋轉磁勢。分別用旋轉磁勢。分別用F+、F-表示，建立起正轉和反轉磁場表示，建立起正轉和反轉磁場+、-，這兩個磁場切割轉子導體，產生感應電動勢和感應電流，從而這兩個磁場切割轉子導體，產生感應電動勢和感應電流，從而形成正反向電磁轉矩形

6、成正反向電磁轉矩Tem+、Tem-，疊加后即為推動轉子轉動的，疊加后即為推動轉子轉動的合成轉矩合成轉矩Tem。第7章 驅動和控制微電機返回第7章 驅動和控制微電機SnnnS11SnnnS211設電動機轉速為n，則對正轉磁場而言，轉差率s+為 對反轉磁場而言，轉差率s-為 20, 20SSSS時，當時，即當第7章 驅動和控制微電機日 光 燈 原 理日 光 燈 原 理第7章 驅動和控制微電機日光燈管結構日光燈管結構微量的氬、稀薄水銀蒸氣微量的氬、稀薄水銀蒸氣要求：激發氣體導電要求：激發氣體導電-高電壓高電壓（800V1000V）正常發光時正常發光時-低電壓低電壓（110V左右）左右）第7章 驅動和

7、控制微電機日光燈電路圖日光燈電路圖啟動器啟動器第7章 驅動和控制微電機第7章 驅動和控制微電機2、電容電動機、電容電動機 電容電動機實質是一臺兩相異步電動機，起動繞組和電容電容電動機實質是一臺兩相異步電動機，起動繞組和電容應按長期工作設計。應按長期工作設計。第7章 驅動和控制微電機特點：）起動繞組和電容器按長期工作設計；）過載能力、功率因數和效率均較高；）容量能做到五十瓦至幾千瓦；）應用比較廣泛，如應用于壓氣機、空調等。第7章 驅動和控制微電機3 3 電阻起動電動機電阻起動電動機 在起動繞組中串聯電阻來分相，即工作繞組電阻小，電抗大；起動繞組電阻大，電抗小。二、罩極電動機二、罩極電動機 1、結

8、構特點：結構特點：定子作成凸極式，由硅鋼片疊壓而成，工作繞組為定子作成凸極式，由硅鋼片疊壓而成，工作繞組為集中繞組，套在定子磁極上，每個極靴表面集中繞組，套在定子磁極上，每個極靴表面1/31/4處開有一個小槽，放入罩極繞組（短路環），如下處開有一個小槽，放入罩極繞組（短路環），如下圖：圖：第7章 驅動和控制微電機啟動器啟動器開關閉合開關閉合電壓加在啟動器上電壓加在啟動器上啟動器中氖氣放電發熱啟動器中氖氣放電發熱啟動器將電路接通啟動器將電路接通電路中電路中形成電流形成電流啟動器不再放電，不發熱啟動器不再放電，不發熱啟動器斷開，電流減小啟動器斷開，電流減小鎮流器產生瞬時高壓鎮流器產生瞬時高壓燈管中

9、氣體放電，發光燈管中氣體放電，發光鎮流器的自感作用，起鎮流器的自感作用，起降壓限流作用，（分壓）降壓限流作用，（分壓）高壓高壓啟動器部分不再起作用。啟動器部分不再起作用。第7章 驅動和控制微電機渦渦流流第7章 驅動和控制微電機小結：小結： 1、單相異步電動機的結構特點、優缺點及應用情況，單相異步電動機廣泛應用于家電、醫療器械、輕工設備中；2、單相感應電動機的工作原理，為什么沒有起動轉矩？3、單相感應電動機的的起動方法與類型1）分相起動電動機；2） 罩極電動機。 第7章 驅動和控制微電機通入變化通入變化的電流的電流渦渦流流第7章 驅動和控制微電機金屬探測器金屬探測器機場機場安 檢 門安 檢 門第

10、7章 驅動和控制微電機第7章 驅動和控制微電機第7章 驅動和控制微電機第7章 驅動和控制微電機直流伺服電動機的機械特性如下：直流伺服電動機的機械特性如下：2、調節特性、調節特性定義：指負載轉矩恒定時，電機轉速與電樞電壓的關系。定義：指負載轉矩恒定時，電機轉速與電樞電壓的關系。 直流伺服電動機的調節特性如上圖所示。直流伺服電動機的調節特性如上圖所示。第7章 驅動和控制微電機7.4.27.4.2 交流伺服電動機交流伺服電動機 一、交流伺服電機的工作原理一、交流伺服電機的工作原理 交流伺服電動機一般為兩相交流電機，由定子和轉子兩部分組成。交流伺服電動機一般為兩相交流電機，由定子和轉子兩部分組成。轉子

11、有籠形和杯形兩種。定子為兩相繞組，并在空間相差轉子有籠形和杯形兩種。定子為兩相繞組，并在空間相差90電角度，一個電角度，一個為勵磁繞組，另一個為控制繞組。如下圖所示：為勵磁繞組，另一個為控制繞組。如下圖所示：第7章 驅動和控制微電機 “自轉自轉”現象及避免現象及避免“自轉自轉”現象方法：現象方法：“自轉自轉”現象：當勵磁電壓不為零，控制電壓為零時，伺現象：當勵磁電壓不為零，控制電壓為零時，伺服電動機相當于一臺單相異步電動機，若轉子電阻較小，服電動機相當于一臺單相異步電動機，若轉子電阻較小，則電機仍然旋轉。則電機仍然旋轉。避免避免“自轉自轉”現象方法：增大轉子電阻值。現象方法：增大轉子電阻值。第

12、7章 驅動和控制微電機二、二、交流伺服電機的控制方式交流伺服電機的控制方式 交流伺服電機的控制方式有三種：幅值控制、相位控制和幅值交流伺服電機的控制方式有三種：幅值控制、相位控制和幅值相位控制相位控制 1、幅值控制、幅值控制 控制電壓和勵磁電壓保持相位差控制電壓和勵磁電壓保持相位差90，只改變控制電壓幅值，這種控制，只改變控制電壓幅值，這種控制方法稱為幅值控制。方法稱為幅值控制。 2、相位控制相位控制 控制電壓和勵磁電壓幅值均為額定值，通過改變控制電壓和勵磁電壓控制電壓和勵磁電壓幅值均為額定值，通過改變控制電壓和勵磁電壓相位差，實現對伺服電動機的控制，這種控制方法稱為相位控制。相位差，實現對伺

13、服電動機的控制，這種控制方法稱為相位控制。 3、幅值幅值相位控制相位控制 通過改變控制電壓的幅值及控制電壓與勵磁電壓的相位差控制伺服電通過改變控制電壓的幅值及控制電壓與勵磁電壓的相位差控制伺服電機的轉速，這種控制方法稱為幅值機的轉速，這種控制方法稱為幅值相位控制。相位控制。 第7章 驅動和控制微電機7.5 測速發電機 分類：直流測速發電機和交流伺服電動機分類：直流測速發電機和交流伺服電動機 分永磁式和電磁式兩種。分永磁式和電磁式兩種。7.5 直流測速發電機一、直流測速發電機的輸出特性直流測速發電機的輸出特性 輸出電壓與轉速之間的關系，稱為輸出特性，如圖所示。輸出電壓與轉速之間的關系，稱為輸出特

14、性，如圖所示。CnRRELaa1U2第7章 驅動和控制微電機減少誤差的方法：減少誤差的方法：紋波的影響產生誤差的原因電樞反應電樞反應電刷接觸電阻的影響二、直流測速發電機的誤差及減少誤差的方法二、直流測速發電機的誤差及減少誤差的方法第7章 驅動和控制微電機7.5.2 7.5.2 交流異步測速發電機交流異步測速發電機 分為同步測速發電機和異步測速發電機分為同步測速發電機和異步測速發電機一、空心杯轉子異步測速一、空心杯轉子異步測速發電機的工作原理發電機的工作原理第7章 驅動和控制微電機切割電動勢切割電動勢計算公式計算公式1、n=0電機不轉 輸出電壓 U2=02、n 0 電機旋轉切割電動勢大小切割電動

15、勢大小: :nCEdrrnEFFrrrqqnEq2即：輸出繞組的感應電動勢的幅值正比于電機的轉速。第7章 驅動和控制微電機二、異步測速發電機的誤差主要包括幅值及相位誤差和剩余電壓誤差主要包括幅值及相位誤差和剩余電壓誤差1、幅值及相位誤差幅值及相位誤差 產生原因：勵磁繞組存在漏電感。產生原因：勵磁繞組存在漏電感。 減小該誤差的方法：增大轉子電阻。減小該誤差的方法：增大轉子電阻。第7章 驅動和控制微電機2 2、剩余電壓誤差、剩余電壓誤差 產生原因：由于加工、裝配過程中存在機械上產生原因：由于加工、裝配過程中存在機械上 的不對稱及定子磁性材料性能的不一致性，使得測的不對稱及定子磁性材料性能的不一致性

16、，使得測速發電機轉速為零時，實際輸出電壓并不為零，此速發電機轉速為零時，實際輸出電壓并不為零，此時的電壓稱為剩余電壓，剩余電壓引起的誤差稱為時的電壓稱為剩余電壓，剩余電壓引起的誤差稱為剩余電壓誤差。剩余電壓誤差。 減小剩余電壓誤差的方法：選擇高質量的各方減小剩余電壓誤差的方法：選擇高質量的各方向特性一致的磁性材料，在機加工和裝配過程中提向特性一致的磁性材料，在機加工和裝配過程中提高機械精度以及裝配補償繞組。高機械精度以及裝配補償繞組。第7章 驅動和控制微電機7.6 7.6 自整角機自整角機分類：控制式自整角機和力矩式自整角機分類：控制式自整角機和力矩式自整角機一、力矩式自整角機的結構與工作原理

17、 自整角機是一種能對角位移或角速度的偏差自動整步的感應式控制電機。一般成對或多臺組合使用。 7.6.1 7.6.1 自整角機的結構與工作原理自整角機的結構與工作原理 通常采用兩極結構，絕大部分采用凸極式結構，頻率高、尺寸大的力矩式自整角機采用隱極式結構第7章 驅動和控制微電機 力矩式自整角機的三種結構：第7章 驅動和控制微電機圖圖7.6.2 為自整角機的工作原理圖為自整角機的工作原理圖第7章 驅動和控制微電機發送機的轉子位置為發送機的轉子位置為1，接收機的轉子位置為，接收機的轉子位置為2，失調角，失調角為為 = 1- 2力矩式自整角機整步繞組中的電動勢與電流力矩式自整角機整步繞組中的電動勢與電

18、流 每相整步繞組中的感應電動勢：每相整步繞組中的感應電動勢：發送機：發送機： 接收機：接收機：)120cos()120cos(cos111111EEEEEEcba)120cos()120cos(cos222222EEEEEEcba第7章 驅動和控制微電機各相繞組中的總電動勢：2sin)1202sin(22sin)1202sin(22sin2sin221212112EEEEEEEEcbaaa第7章 驅動和控制微電機各相繞組中的電流：2sin)1202sin(2sin)1202sin(2sin2sin2212121IIIIIZEIcbaaa第7章 驅動和控制微電機2力矩式自整角機整步繞組的磁動勢：

19、力矩式自整角機整步繞組的磁動勢：2sin)1202sin(2sin)1202sin(2sin2sin2sin2sin224211211212111FFFFFpINkFcbwa第7章 驅動和控制微電機發送機的交軸磁動勢分量發送機的交軸磁動勢分量：sin43FFFFFqcqbqaq發送機的直軸磁動勢分量發送機的直軸磁動勢分量：)cos1 (43FFFFFdcdbdad合成磁動勢的幅值合成磁動勢的幅值：sin23221FFFFdq第7章 驅動和控制微電機同理可求得接收機的整步磁動勢為：sin232FF 3力矩式自整角機的轉矩：力矩式自整角機的轉矩：cos1dqFkT式中：k1為轉矩系數，為直軸磁通與

20、交軸磁動勢間的夾角。第7章 驅動和控制微電機二、控制式自整角機的結構與工作原理 控制式自整角機與力矩式自整角機的結構基本相同。 圖7.6.3為控制式自整角機的工作原理圖第7章 驅動和控制微電機7.6.2 7.6.2 自整角機的誤差分析與選用時應注意的問題自整角機的誤差分析與選用時應注意的問題 力矩式自整角機的誤差：力矩式自整角機的誤差： 主要有零位誤差和靜態誤差。主要有零位誤差和靜態誤差。 控制式自整角機的誤差：控制式自整角機的誤差： 主要有電氣誤差和零位電壓誤差。主要有電氣誤差和零位電壓誤差。第7章 驅動和控制微電機7.7 7.7 旋轉變壓器旋轉變壓器 旋轉變壓器是自動裝置中的一類精密控制微

21、電機。分類： 按有無電刷和滑環之間的滑動接觸來分：接觸式旋轉變壓器和非接觸式旋轉變壓器。 按電機的極對數多少來分：單極對旋轉變壓器和多極對式旋轉變壓器。 按使用要求來分：用于解算裝置的旋轉變壓器和用于隨動系統的旋轉變壓器。一、正余弦旋轉變壓器的工作原理7.7.1 7.7.1 旋轉變壓器旋轉變壓器的結構與工作原理第7章 驅動和控制微電機1.正弦繞組) 142cos(3coscos241ZZZZNNNcmzici第7章 驅動和控制微電機2.2.正余弦旋轉變壓器正余弦旋轉變壓器的工作原理 定子上放置兩套互差定子上放置兩套互差9090 空間角度的匝數、型式完全相空間角度的匝數、型式完全相同的正弦繞組，

22、一個作為勵磁同的正弦繞組，一個作為勵磁繞組，另一個作為交軸繞組。繞組，另一個作為交軸繞組。勵磁勵磁繞組上施加交流繞組上施加交流勵磁電壓，定義勵磁繞組的軸線方向勵磁電壓，定義勵磁繞組的軸線方向為為d d軸，在氣隙中產生軸，在氣隙中產生d d軸磁通軸磁通d d，勵磁繞組中，勵磁繞組中的感應電動的感應電動勢為：勢為：dwssfkfNE44. 4（1）正余弦旋轉變壓器的空載運行 轉子上也有兩套完全相同的的正弦繞組，兩套兩套繞組的空間位置也空間位置也互差互差9090 ，d d軸磁通與轉子交鏈，產生變壓器軸磁通與轉子交鏈，產生變壓器電動勢，轉子繞組中的感應電動勢大小和轉子與勵磁繞組電動勢，轉子繞組中的感應

23、電動勢大小和轉子與勵磁繞組的相對位置有關。的相對位置有關。第7章 驅動和控制微電機將將d d分解為兩個分量：分解為兩個分量：與正弦繞組軸線方向一致的磁通與正弦繞組軸線方向一致的磁通r1r1和與正弦繞組軸線相和與正弦繞組軸線相垂直的磁通垂直的磁通r2r2。cossin21drdr第7章 驅動和控制微電機cos44. 444. 4sin44. 444. 422201110dwrrrwrrrrdwrrrwrrrrkfNkfNEUkfNkfNEUcoscos44. 444. 4sinsin44. 444. 4220110fufwsswrrrrfufwsswrrrrUkEkfNkfNEUUkEkfNkf

24、NEU正余弦旋轉變壓器輸出繞組的開路輸出電壓分別為：第7章 驅動和控制微電機（2）正余弦旋轉變壓器的負載運行第7章 驅動和控制微電機rLrZZErI1.1.1為負載阻抗。為轉子繞組的漏阻抗；式中：1LrZZ2211211.1cos)1 (sinuLmLsumsLLrfurkZjXZZkjXZZZZUkU第7章 驅動和控制微電機一次補償與二次補償的概念第7章 驅動和控制微電機二、線性旋轉變壓器的工作原理 輸出電壓的大小與轉子轉角 成正比關系成正比關系第7章 驅動和控制微電機正弦繞組的開路輸出電壓：) 1 (cos1sin110ufurrkUkEU! 6! 4! 21cos! 7! 5! 3sin

25、642753進行級數展開：第7章 驅動和控制微電機設ku=0.5,將級數展開式代入（1）式中，得：)15121801 (316410frUU忽略轉角的高次項時，上式可寫為：frUU3110第7章 驅動和控制微電機二次補償的線性旋轉變壓器：第7章 驅動和控制微電機7.7.2 7.7.2 旋轉變壓器旋轉變壓器的誤差及其改進方法1、產生誤差的原因2、改進方法7.7.3 7.7.3 旋轉變壓器旋轉變壓器的應用第7章 驅動和控制微電機 步進電動機用電脈沖信號進行控制，以實現對生產過步進電動機用電脈沖信號進行控制，以實現對生產過程或設備的數字控制。程或設備的數字控制。7.8 7.8 步進電動機步進電動機7

26、.8.1 7.8.1 步進電動機的結構與工作原理步進電動機的結構與工作原理根據作用原理和結構不同，分為兩大類型：根據作用原理和結構不同，分為兩大類型：（1 1）電磁型步進電機，僅靠電磁作用不能使電機的轉子作）電磁型步進電機，僅靠電磁作用不能使電機的轉子作步進運行，必須加上相應的機械部件，才能產生步進的效步進運行，必須加上相應的機械部件，才能產生步進的效果；果；（2 2）定子和轉子之間僅靠電磁作用就可以產生步進作用的）定子和轉子之間僅靠電磁作用就可以產生步進作用的電機。電機。第7章 驅動和控制微電機 在第2類步進電機中，根據轉子結構形式，分為永磁式轉子電機和反應式轉子電機。 二、反應式步進電機的

27、工作原理 圖圖7.8.1為一臺三相反應式步進電機，它由定子和轉子兩大部分組成。為一臺三相反應式步進電機，它由定子和轉子兩大部分組成。在定子上有三對磁極，磁極上裝有勵磁繞組。轉子由軟磁材料制成，在轉在定子上有三對磁極，磁極上裝有勵磁繞組。轉子由軟磁材料制成，在轉子上均勻分布四個凸極，極上步裝繞組，轉子的凸極也稱為轉子的齒。子上均勻分布四個凸極，極上步裝繞組，轉子的凸極也稱為轉子的齒。 第7章 驅動和控制微電機步距角：步進電機每改變一次通電狀態（一拍）轉子所轉步距角：步進電機每改變一次通電狀態（一拍）轉子所轉 過的角度稱為步距角。過的角度稱為步距角。步距角的計算公式：步距角的計算公式：CmZrse

28、360式中：式中：m m為步進電機的相數；為步進電機的相數；C C為通電狀態系數，單拍或雙為通電狀態系數，單拍或雙拍工作時拍工作時C=1C=1，單雙拍混合方式工作時，單雙拍混合方式工作時C=2C=2；Z Zr r為步進電機為步進電機轉子的齒數。轉子的齒數。步進電機的控制方式分三種：步進電機的控制方式分三種：（1）三相單三拍工作方式，）三相單三拍工作方式，A-B-C-A; (2) 三相單、雙六拍三相單、雙六拍工作方式，工作方式， A-AB-B-BC-CA-A; (3)三相雙三拍三相雙三拍工作方式，工作方式， AB-BC-CA-AB;第7章 驅動和控制微電機一、反應式步進電機的靜特性一、反應式步進

29、電機的靜特性(1)(1)矩角特性矩角特性7.8.2 7.8.2 反應式步進電動機的特性反應式步進電動機的特性步進電機的矩角特性是指在不改變通電狀態的條件下，步步進電機的矩角特性是指在不改變通電狀態的條件下，步進電機的靜轉矩與失調角之間的關系。用進電機的靜轉矩與失調角之間的關系。用T=f(T=f() )表示。表示。sin2kIT步進電機的轉速為：步進電機的轉速為：CmZfnr60 式中：式中：f f為步進電機每秒的拍數，稱為步進電機通電脈為步進電機每秒的拍數，稱為步進電機通電脈沖頻率。沖頻率。第7章 驅動和控制微電機步進電動機的靜態穩定區：步進電動機的靜態穩定區：為不穩定平衡點為穩定平衡點 02.2.最大靜轉矩最大靜轉矩2,2kITTTsmsm最大靜轉矩時，當第7章 驅動和控制微電機二、反應式步進電機的動特性二、反應式步進電機的動特性 步