電機(jī)控制知識(shí)匯總

目錄

1.有刷直流電機(jī)..................................................................2

??有刷直流電機(jī)一拓?fù)?..........................................................2

????步進(jìn)電機(jī)......................................................................3

????混合式步進(jìn)電機(jī)...............................................................4

????永磁式步進(jìn)電機(jī)...............................................................4

6.雙相單極步進(jìn)電機(jī)..............................................................5

????普通電機(jī)......................................................................6

????普通電機(jī)一拓?fù)?..............................................................7

????相角控制.................................................................7

????DCPMW控制.............................................................8

????感應(yīng)交流電機(jī).................................................................8

????基本力矩與轉(zhuǎn)速特性.....................................................10

????標(biāo)量控制................................................................10

????通過(guò)提高定子電壓改變有效力矩.......................................10

????通過(guò)改變電壓頻率比例調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速...................................11

??????轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)................................................................12

??????調(diào)節(jié)定子電壓來(lái)保持轉(zhuǎn)差穩(wěn)定........................................12

??????矢量控制................................................................12

??永磁式無(wú)刷直流電機(jī)(RLDC).................................................................................................13

??特點(diǎn).......................................................................13

??工作原理............13

????一副磁極電機(jī)..............................................................14

????兩副磁極電機(jī)..............................................................14

????BLDC驅(qū)動(dòng)模式：6步工作原理..............................................15

????控制方法...........16

第1頁(yè)共17頁(yè)

????BLDC—控制拓?fù)?..........................................................16

????控制的2種方法..........................................................17

1.有刷直流電機(jī)

轉(zhuǎn)子

＞直流電壓通過(guò)電刷給繞組饋電

定子

"永久磁體結(jié)構(gòu)

或者

A繞組

（可以單獨(dú)勵(lì)磁或者與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)或并聯(lián)）

轉(zhuǎn)子

“直流電壓通過(guò)電刷給燒組饋電

定子

;永久磁體結(jié)構(gòu)

或者

:繞組

j可以單獨(dú)勵(lì)磁或者與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)或并聯(lián)）

有刷直流電機(jī)一拓?fù)?/p>

第2頁(yè)共17頁(yè)

??.步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)特別適合需要精確定位的應(yīng)用，如計(jì)算機(jī)

外設(shè)或數(shù)控機(jī)床.

應(yīng)用：

/打印機(jī)-汽車

/空調(diào)

/工廠自動(dòng)化-機(jī)床

典型應(yīng)用參數(shù)

，電源電壓：12到180VDC

》電機(jī)功率：最高300W

A轉(zhuǎn)速范圍最高1000轉(zhuǎn)/分鐘.

;步距角精度：最低0.1度

力矩=kl主要優(yōu)點(diǎn)

?靜轉(zhuǎn)矩大

?定位精確

第3頁(yè)共17頁(yè)

最常用步進(jìn)電機(jī)

/永磁式步進(jìn)電機(jī)

》混合式步進(jìn)電機(jī)

驅(qū)動(dòng)方法

/半步進(jìn)

，全步進(jìn)單相導(dǎo)通

,全步進(jìn)雙相導(dǎo)通

/微步進(jìn)

??.混合式步進(jìn)電機(jī)

轉(zhuǎn)子

〃永久磁體和一個(gè)齒狀軟鐵端帽

定子

A裝配繞組的磁極

??.永磁式步進(jìn)電機(jī)

第4頁(yè)共17頁(yè)

6.雙相單極步進(jìn)電機(jī)

第5頁(yè)共17頁(yè)

??.普通電機(jī)

優(yōu)點(diǎn)

A相寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可調(diào)速

A起動(dòng)時(shí)力矩大

A速度易于調(diào)節(jié)

A低成本解決方案

》交流或直流電源（轉(zhuǎn)子

電壓的極性無(wú)關(guān)）

缺點(diǎn)

》壽命短

》電刷噪聲，火花干擾，RFI干擾

A效率低

第6頁(yè)共17頁(yè)

應(yīng)用

＞真空吸塵器

A洗衣機(jī)

＞食品加工機(jī)

交流電機(jī)或普通電機(jī)系列

Collector

反電動(dòng)勢(shì)=k/中?轉(zhuǎn)速

力矩=km＜D-I力矩二kF

??.普通電機(jī)一拓?fù)?/p>

??.L相角控制

第7頁(yè)共17頁(yè)

??.2.DCPMW控制

Umot

降低噪聲

優(yōu)化效率

??.感應(yīng)交流電機(jī)

感應(yīng)交流電機(jī)也叫交流異步電機(jī)或者叫籠式甩機(jī)O

第8頁(yè)共17頁(yè)

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

"備'到今天，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速還需要使用成

上高耐用性

“高可靠性（無(wú)刷）本昂貴的電子元器件

，價(jià)格低廉（無(wú)刷，成熟技術(shù)）“必要時(shí)輻要復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型（很多

■高效（高達(dá)80%）關(guān)聯(lián)變量，非線性方程式）

“無(wú)噪聲

/磁極繞組特殊排列，并需要適當(dāng)?shù)牟ㄐ坞娏?，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通量。

/磁通旋轉(zhuǎn)速度由電壓頻率和磁極數(shù)量確定（上圖中有兩副磁極）

轉(zhuǎn)子：

＞套子帶有短路繞組

＞轉(zhuǎn)子速度低于定子頻率

感應(yīng)電機(jī)工作原理

“定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出電流（變壓器工作原理:轉(zhuǎn)子的短接繞

組可以視為二次側(cè)）

“因?yàn)楦袘?yīng)，轉(zhuǎn)子上也產(chǎn)生磁場(chǎng)

“定子與感應(yīng)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間交互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩:轉(zhuǎn)子以較慢的

速度旋轉(zhuǎn)，磁通量將趨于匹配它們的位置.

＞從來(lái)不會(huì)實(shí)現(xiàn)同步的（異步電機(jī)），因?yàn)?，不?huì)再感應(yīng)出更多電流。

第9頁(yè)共17頁(yè)

PHASE

1-1A

V

PHASE

1-1A

2相感應(yīng)交流電機(jī)

??.1.基本力矩與轉(zhuǎn)速特性

??.2.標(biāo)量控制

??.2.1.通過(guò)提高定子電壓改變有效力矩

第10頁(yè)共17頁(yè)

statorfrequencyiskeptconstant

??.2.2.通過(guò)改變電壓頻率比例調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速

電壓值二kx頻率：使最大力矩保持恒定

0/"=?（產(chǎn)生恒定電流，從而形成恒定的定子磁場(chǎng)。）這種方法叫做標(biāo)量

控制。

第11頁(yè)共17頁(yè)

□基本原則是保持壓頻比V/f恒定，以產(chǎn)生恒定力矩（無(wú)需調(diào)節(jié)：開環(huán)控

制）

優(yōu)點(diǎn)：

＞筒單

＞實(shí)施快速簡(jiǎn)易

＞計(jì)算工作很少

留^點(diǎn)：

＞3載變化反應(yīng)差

＞效率不高

□安裝一個(gè)低成本的轉(zhuǎn)速表］信號(hào)發(fā)生器（傳感器），可以確定精確速度

,提高效率，調(diào)節(jié)力矩。

」在中等性能的系統(tǒng)中，一，個(gè)專用的8位單片機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制

程序，以減少標(biāo)量控制的彳決點(diǎn)（最好使用ST92141）

??.3.轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)

??.3.1.調(diào)節(jié)定子電壓來(lái)］屎持轉(zhuǎn)差穩(wěn)定

Adjusting

stator

voltage

一kMKltorqu*1

r

loadtorqu*2

\optimized

上二、etnc沁ncy

Maintaining

fgetedrotorconstant

)eedtheslip

第12頁(yè)共17頁(yè)

口描述振幅和相位（使用的矩陣和矢量）的復(fù)雜變量。

優(yōu)點(diǎn)：

＞低速時(shí)全力矩

，動(dòng)態(tài)特性優(yōu)異

「四象限工作

“短期過(guò)負(fù)載能力

＞轉(zhuǎn)子定位

缺點(diǎn)：

X需要電機(jī)數(shù)學(xué)模型

“需要一個(gè)功能強(qiáng)大的CPU（16位單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器）

＞相位電流和轉(zhuǎn)子定位編碼器需要成本昂貴的傳感器

“需要執(zhí)行復(fù)雜的算法

□典型應(yīng)用領(lǐng)域：高端工業(yè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)器、伺服系統(tǒng)、機(jī)器人

口無(wú)傳感器解決方案（使用Kalman濾波器和觀察器），但是實(shí)施起來(lái)

更加困難，有時(shí)還涉及到專利問(wèn)題。

永磁式無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）

畫特點(diǎn)

主要優(yōu)點(diǎn)：

＞高效（蚩高95%）

＞靜音工作

＞可靠/產(chǎn)品壽命長(zhǎng)（無(wú)刷）

＞尺寸/功率比高

＞起動(dòng)力矩大

主要應(yīng)用（針對(duì)以上優(yōu)點(diǎn)）：

＞壓縮機(jī)（空調(diào)、冰箱）

》風(fēng)扇

"汽車制造（燃油泵和水泵、散熱風(fēng)扇、氣候控制）

＞家電（真空吸塵器、食品加工機(jī)）

＞電動(dòng)汽車

＞辦公自動(dòng)化（激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)）

遨工作原理

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,同步：定子磁通與轉(zhuǎn)子機(jī)械旋轉(zhuǎn)速度相同.

/定子描述：3相繞組（1副或2副或更多副磁極）

/轉(zhuǎn)子描述：永久磁鐵

/對(duì)于一副磁極：1個(gè)電周期（6步）=1機(jī)械周期

畫兩副磁極電機(jī)

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運(yùn);BLDC驅(qū)動(dòng)模式：6步工作原理

繞組A,B,C中的電流

123456

T1T1T3T3T5T5

T4T0T0T2T2T4

第15頁(yè)共17頁(yè)

三相中的一相的信號(hào)

控制方法

,必須始終知道轉(zhuǎn)子的位置，這樣才能達(dá)到自動(dòng)換向狀態(tài)（最佳效率

）O至少有兩種可用方法來(lái)確定轉(zhuǎn)子的位置。

>霍爾效應(yīng)傳感器（傳感器模式）

，反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)（無(wú)傳感器模式）

/當(dāng)繞組上的電流與同一繞組中的反電動(dòng)勢(shì)同相時(shí)，產(chǎn)生自動(dòng)換向。

,控制過(guò)程就是使這兩個(gè)信號(hào)同相。

X逆變器在電機(jī)繞組中產(chǎn)生電流e

X永久磁鐵在電機(jī)繞組中感應(yīng)出反電動(dòng)勢(shì)電壓。

□反電動(dòng)勢(shì)是某一繞組的磁鐵運(yùn)動(dòng)在下一個(gè)繞組中感應(yīng)出的電壓，emf=d（））/dtc

反電動(dòng)勢(shì)與供給電機(jī)的電源無(wú)關(guān)（例如，只要用手旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子就可能產(chǎn)生反電

動(dòng)勢(shì)）

電流式控制

”在繞組中的施加電流

“電機(jī)真正的直流

X準(zhǔn)確控制六步中每一步的電流

>可以控制力矩

電壓式控制

，PWM周期提供的控制電壓

>無(wú)法精確控制電流（只能限制最大電流）

遨翻BLDC一控制拓