第二章电机的控制 1、直流电机的控制 2、无刷直流电机的控制 3、交流伺服电机的控制 4、矢量变换原理 5、直线电机和平面电机
第二章 电机的控制 1、直流电机的控制 2、无刷直流电机的控制 3、交流伺服电机的控制 4、矢量变换原理 5、直线电机和平面电机
第一部分直流电机的控制 磁 原理 B 力 1、几个基本概念 磁场 磁感应强度:B 势 表述磁场的大小和方向的量: (单位实验绕组所受的最大力矩 电流 力运动 磁通量:①通过一给定曲面 右手定则 的总磁力线数。 反电动势 磁场强度:HH=B/ E=VBL u:介质的磁导率(与介质相关的常数) 自感电动势:由于导体本身电流的变化引起磁通量的变化而产生的感应 电动势:e=-LdI/dt 互感电动势:由于其他导体电流的变化引起通过本绕组磁通量的变化而 产生的感应电动势: 12-Mdlydt, e2F-MdI,/dt 左手定则 磁场对载流导线的作用力:df=IdLB 对于恒定磁场和绕组:F=BL 右旋钻定则->B-F
二、原理 1、几个基本概念 磁感应强度：B 表述磁场的大小和方向的量： （单位实验绕组所受的最大力矩） 磁通量：Φ 通过一给定曲面 的总磁力线数。 第一部分 直流电机的控制 力 F 磁 场 电 流 B I 力运动 磁 场 电 动 势 右手定则 反电动势 磁场强度： E=vBL H H =B /μ μ：介质的磁导率（与介质相关的常数） 自感电动势：由于导体本身电流的变化引起磁通量的变化而产生的感应 电动势：ε = -L dI/dt 互感电动势：由于其他导体电流的变化引起通过本绕组磁通量的变化而 产生的感应电动势： ε12 = -M dI 2 /dt，ε21 = -M dI 1 /dt 左手定则 磁场对载流导线的作用力：df =I dL B 对于恒定磁场和绕组： F=BIL 右旋钻定则I_-> B->F
第一部分直流电机的控制 直流电机用于控制电机的优点: 1、转矩可以十分简单地计算,系统设计十分 简单 2、响应高,适应大的角加速度 3、瞬时力矩大:永久磁铁的励磁在转子大电 流通过时也不产生畸变
第一部分 直流电机的控制 一、直流电机用于控制电机的优点： 1、转矩可以十分简单地计算，系统设计十分 简单； 2、响应高，适应大的角加速度 ； 3、瞬时力矩大：永久磁铁的励磁在转子大电 流通过时也不产生畸变
直流电机的原理简图
直流电机的原理简图 S N Td rs q B s c F r B I I F F
第一部分直流电机的控制 2、运动原理 有刷直流电机 电怪 控制时,需要 靠整流子将电 枢绕组的导线 弧极区 弧极区 电流的流动变 成上述分布的。 直流电机的绕组的磁力线和电流示意图 按照上述电磁理论可得: 速度v=RO 电机转矩:T=ZRBL=KxLn 反电动势:E=BLZ2=Kd
2、运动原理 第一部分 直流电机的控制 N 弧极区 S 弧极区 + + + + + + + + . + . . . . . . . . 中性区 有刷直流电机 直流电机的绕组的磁力线和电流示意图 控制时，需要 靠整流子将电 枢绕组的导线 电流的流动变 成上述分布的。 按照上述电磁理论可得： 速度 v=R ω 电机转矩： T=ZRBLI=KT Ia 反电动势： E=vBLZ/2=Ke ω
第一部分直流电机的控制 3、等效电路图 电压方程: V=R,L+Ko 转矩: E=KO t=Ko KTrav-Ke o) E=vBLZ/2
第一部分 直流电机的控制 3、等效电路图 Ra Ia E=Ke ω V 电压方程： V=Ra Ia+Ke ω 转矩： T=KT Ia =KT /Ra (V-Ke ω) E=vBLZ / 2
第一部分直流电机的控制 4、控制与结构图 绝缘体 短路绕组应处于 电刷 无磁通区(中性 区),免受感应 电动式 绕组 整流子(换向片)
第一部分 直流电机的控制 整流子（换向片） 绝缘体 绕组 电刷 短路绕组应处于 无磁通区（中性 区），免受感应 电动式。 4、控制与结构图
第一部分直流电机的控制 5、直流电机的动特性 考虑转子的惯性影响:Jdo/dt 考虑电感的影响:Ld/dt 电机扭矩:T=Tn+Jdo/t 电枢电压:V=LnRn+K0+ Lara/dt(2) 电机扭矩:T=Kl (3) (1)(2)(3)即可分析电机动特性 6、直流电机特点: 控制电磁的旋转方向,使两个磁场的力最大并能够产生 旋转。要解决的问题:力矩的脉动、死点、发热、耗 可靠性等问题。从电机的结构、材料等所有的方式
5、直流电机的动特性 考虑转子的惯性影响：J dω/dt 考虑电感的影响：LdIa /dt 电机扭矩：T=To + Jdω/dt (1) 电枢电压：V=Ia Ra + Keω + LdIa /dt (2) 电机扭矩：T=Kt Ia (3) (1)(2) (3) 即可分析电机动特性 6、直流电机特点： 控制电磁的旋转方向，使两个磁场的力最大并能够产生 旋转。要解决的问题：力矩的脉动、死点、发热、损耗、 可靠性等问题。从电机的结构、材料等所有的方式。 第一部分 直流电机的控制
第一部分直流电机的控制 直流伺服电机的控制 1、直流电机的作为同服电机的关键就是使加在电枢上的 电压发生变化。即由KRJ+KO公式得:O=R)K 改变电压从而改变速度a DC电源 位置指令 速度指令速度指令电压 偏差计算 D/A变换 电流指令「伺服放大器 速度检测 位置检测 直流伺服电机控制结构图
第一部分 直流电机的控制 三、直流伺服电机的控制 1、直流电机的作为伺服电机的关键就是使加在电枢上的 电压发生变化。即由V=Ra Ia+Ke ω公式得：ω=(V-Ra Ia )/Ke， 改变电压从而改变速度ω。 直流伺服电机控制结构图 TG PG DC 偏差计算 D/A变换 伺服放大器 位置检测 位置指令 速度指令 电流指令 速度检测 电流检测 DC电源 速度指令电压
第一部分直流电机的控制 2、伺服放大器 两种放大方式:电压控制 电流控制 TrI 33 绝缘体 电刷 电刷 88 2 电流反馈个 绕组 整流子 电流信号发 生器PW 电流指令 由伺服放大器供电
第一部分 直流电机的控制 2、伺服放大器 两种放大方式： 电压控制 电流控制 电流信号发 生器PWM 电流指令 电流反馈 Tr1 Tr2 Tr3 Tr4 电刷 整流子 绝缘体 绕组 电刷 由伺服放大器供电