经典的电机控制知识介绍(ST).ppt

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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子ห้องสมุดไป่ตู้外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
电动机及其控制PPT介绍
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克

转自惯量 速度范围
低。因为永磁体设置在转子上，改善了动 转自惯量高，限制了动态特性 态响应 比较高。没有电刷/换向器给予的机械限制 比较低，存在电刷给予的机械限制
电气噪声
制造价格 控制
控制要求
低
电刷的电弧将对附近的设备产生电磁干
扰
比较高
低
复杂和价格贵
简单和价格不贵
为了使电动机运转必须要有控制器，但同 对于一个固定的速度而言，不需要控制
、T6。
在次期间，转子始终受到顺时针方向的电磁转矩作用，沿顺时针方向
连续旋转。
转子在空间每转过60电角度，定子绕组就进行一次换流，定子合成磁
场的磁状态就发生一次跃变。可见，电机有6种磁状态，每一状态有两相导
通，每相绕组的导通时间对应于转子旋转120电角度。无刷直流电动机的这
种工作方式叫两相导通星型三相六状态，这是无刷直流电动机最常用的一
碳刷电机：运转速度及干手时间要远低于无刷电机。
4、节能方面：
相对而言，无刷电机的耗电量只是碳刷的1/3。
5、日后维修方面
碳刷电机磨损后，不仅更换碳刷，还更换转齿等电机周边的附件，成本要高出
很多。最主要的是，整体的功能将会受到影响。
6、噪音及使用寿命
碳刷电机所发出的噪音要比无刷电机的高的多，而且随着日后的碳刷磨损，有
种工作方式。
16
2．无刷直流电动机与输出开关管换流信号
无刷直流电动机的位置一般采用三个在空间上相隔120电角度的霍尔位置传
感器进行检测，当位于霍尔传感器位置处的磁场极性发生变化时，传感器的输出电
平将发生改变，由于三个霍尔传感器位检测元件的位置在空间上各差120电角度，
因此从这三个检测元件输出端可以获得三个在时间上互差120度、宽度为180度的电

10
简单的接触器控制 A B C
刀闸起隔离作用
停止 按钮
起动 按钮
M
特点：小电流控
3~
制大电流。
11
自保持
11.1.6 继电器
继电器和接触器的工作原理一样。主要区别在于，触发器 的主触头可以通过大电流，而继电器的 触头只能通过小电流。 所以，继电器只能用于控制电路中。
中间继电器 电压继电器 电流继电器 继电器类型： 时间继电器（具有延时功能） 热继电器（做过载保护） …...
控制 关系
FU
SB1
SB3：点动
SB2：连续运行
KM SB2
FR
KM
FR
KM SB3
控制电路
M 3~
主电路
该电路缺点：动作不够可靠。
21
方法二：加中间继电器（KA）。
A BC
FU
KM
FR
M 3~
SB1 SB2
KA KA
KA FR
KM
控制 关系
SB SB：点动 SB2：连续运行
22
思考
以下控制电路能否实现即能点动、
＃1 电机 M1
36
顺序控制电路（1）：两电机只保证起动的先后顺序，
没有延时要求。
A BC
A BC
FU
FU
FR1
SB1
SB2
KM1
KM1
KM2
FR1
FR2
M
M
3~
3~
主电路
KM1
KM1
FR2
SB3
SB4
KM2
KM2
控制电路
37
顺序控制电路(2)：M1起动后，M2延时起动。
SB1 SB2

Industrial Business Unit
A/P Power Business Unit
电机控制
Industrial & Power Conversion Division
Applications & Architectures Team
1
Industrial Business Unit
A/P Power Business Unit
A/P Power Business Unit
普通电机– 基本关系式
反电动势= ke·Φ · 转速 力矩= km·Φ · I I = (V – 反电动势) / R
力矩= kI2
Industrial & Power Conversion Division
Applications & Architectures Team
VCC M
VCC
Industrial & Power Conversion Division
GND
Applications & Architectures Team
控制器
GND
Industrial Business Unit
A/P Power Business Unit
双相双极步进电机
VCC
M VCC
Industrial & Power Conversion Division
驱动方法
半步进 全步进单相导通 全步进双相导通 微步进
Applications & Architectures Team
Industrial Business Unit
混合式步进电机
转子
永久磁体和一个齿状软铁端帽

.
10
（2）交流伺服电机 R2设计得较大，使Sm>1，Tst大， 启动迅速，稳定运行范围大。
（3）控制电压 U2 大小变化时，转子转速相应变 化，转速与电压 U2 成正比。U2 的极性改变 时，转子的转向改变。
.
11
第六章 控制电机
交流伺服电动机的机械特性如图所示。 n
o
T 不同控制电压下的机械特性曲线
2）控制方法
n
直流伺服电机的机械特性 与他励直流电机相同一样.
nKUEΦ 2 KEK RaTΦ2T
T
O
直流伺服电动机的
由机械特性可知：
n=f(T)曲线(U1=常数)
(1) 一定负载转矩下，当磁通不变时，U2 n。
(2) U2=0时，电机立即停转。
电动机反转：改变电枢电压的极性，电动机反转。
第六章 控制电机
控制绕组
杯形转子: 1、减少转动惯量；
2、提高电阻R2 使 Sm=R2/X20 >1，
避免“自转”现象。
内定子 外定子 励磁绕组
第六章 控制电机
23ຫໍສະໝຸດ 514交流杯形伺服电动机 1 励磁绕组； 2 控制绕组； 3 内定子； 4 处定子； 5转子；
第六章 控制电机
2）工作原理
I1
U C
+–
+
U
–
控制信号
第六章 控制电机 6.1.2测速发电机
测速发电机是一种转速测量传感器。用来测量旋 转装置的转速，向控制电路提供与转速大小成正比的 信号电压。测速发电机分为交流和直流两种类型。
交流测速发电机又分为同步式和异步式两种，这 里只分析异步式交流测速发电机的工作原理。
EKen 由于恒定，故E与被测转速 n成正比

1、Y---△变换降压起动控制
原理：起动时采用 星形 ，运行时采用三角形。
A BC D1 D2 D3
D6 D4 D5
A
D1 B
D4 D5
C
D6
D3
D2
ABC
D1D2 D3 D6 D4 D5
A
D6 D1
B
D3
C
D5
D4
D2
控制线路：可以通过闸刀开关手动控制和接触器加时间继电器进行自动控制。
作业：3---1
.
返回
6
§3-2鼠笼式电动机的控制
一、直接起动控制 1、定义：电动机的定子绕组上直接加上电源的额定电压的起动方法。
45~46
2、方法：可以通过闸刀开关、空气开关、接触器和按扭等设备进行控制。
3、控制线路
（1）、单向旋转控制
①小容量的电动 机采用闸刀开关 L1 L2 L3 直接启动控制
3、特点：图形简单、容易绘制、清晰明了、所有的电器元件按展开的形式绘制。 图中的电器元件一般不表示它在空间的实际位置，而是按主电路和辅助电路
分别绘制。
4、示例：电动机的单向控制
5、绘图原则：
（1）连接线应少交叉、少折弯。 横平竖直. （2）电器元件应按功能和工作顺 序排列。布局应从上到下、从左 到右分布。 （3）主电路用粗实线、辅电路 用细实线表示。 （4）同一个电器元件中的各部分 可以不画在一起，但要用统一的 文字符号表示它们之间的关系。 （5）电路图中各电器元件的可动 部分，一般表示在非激励或不工 作状态的位置。
3、直接启动特点：Iq大，是IN的4~7倍，对电网、电机及附近拖动设备会产 生较大冲击，适用于不经常启动，单机容量不大于电源容量的30%，经常 启动，单机容量不大于20%。超出规定范围必须采用降压启动。

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。

1
8.1控制电器的结构原理和功能
8.1.1接触器（KM）
利用电磁吸力原理用于频繁地接通和切断大电流电路（即主
电路）的多路开关电器。
接触器的电路符号
常闭触点（动断） 常开触点（动合）
吸引线圈
2
接触器的结构成及特性
1.电磁机构：包括铁心，吸引线 圈，衔铁
2.触头系统：按用途可分为主触 衔铁 头、辅触头；按开关状态可分为 常开触头，常闭触头 3.灭弧装置：用以熄灭主触头断 开时所产生的电弧
双金属片
9
热继电器在电动机控制电路中的应用
发热元件串接在电动机主电路中 常闭触点串接在接触器线圈回 路中 电动机的电流流过发热元件 当电动机电流超过整定值 FR常闭触点断开，接触器线圈 KM失电，主触点断开，电动机 停转
10
8.2电动机的基本保护环节
保护对象：设备及操作人员 保护措施：接触器线圈断电，电动机停止运行 保护类别： 1.短路保护（当主电路或控制电路出现短路时）：
按钮电路符号
常闭触点（动断） 常开触点（动合）
5
异步电动机点动控制电路
电路原理图
6
异步电动机连续运行控制电路
点动控制电路
用接触器常开触点 并联在起动按钮上 进行自锁，以实现 连续运行控制
串入按钮（常闭）实 现停止控制
7
8.1.4 继电器 继电器是根据电量(如电流、电压)或非电量(如时间、温度、 压力、转速等)的变化而通断控制线路的电器，常用于信号传 递和多个电路的扩展控制。
（线圈）通电延时闭合， 断电瞬时打开的常开触点
（线圈）通电瞬时闭合， 断电延时打开的常开触点
线圈
（线圈）通电延时打开， 断电瞬时闭合的常闭触点
通电延时型

(b)符号 断电延时断开 断电延时闭合
(1) 空气阻尼式时间继电器
排气孔
进气孔
调节螺丝
常开触头 延时闭合
橡皮膜
活塞杆 释放弹簧
挡块
微动开关2
常闭触头 延时打开
托板
微动开关1 常闭触头
工作原理
线圈通电
衔铁向下吸合
线圈 恢复弹簧 动铁心
常开触头 连杆动作 触头动作
通电延时的空气式时间继电器结构示意图
电器自动控制原理图的绘制原则及读图方法：
1. 按国家规定的电工图形符号和文字符号画图。 2. 控制线路由主电路(被控制负载所在电路)
和控制电路 (控制主电路状态)组成。 3. 属同一电器元件的不同部分(如接触器的线圈和
触点)按其功能和所接电路的不同分别画在不同 的电路中，但必须标注相同的文字符号。
5.2 基本电气控制电路
3~
持线圈通电的作用称自锁
控制原理
停车 Q FU
主
电 路
KM
FR
转动
按下停止按钮SB1 , KM线圈断电 KM主触点断开, 电动机停转。
KM辅助触点断开，取消自锁。
..
FR 路 控
制
. . SB1 SB2 KM
电
M 自锁 KM 3~
通电
控制原理ห้องสมุดไป่ตู้
停车 Q FU
主
电 KM
路
FR
转停动转
..
M 3~
按下停止按钮SB1 , KM线圈断电 KM主触点断开, 电动机停转。
反转接触器
“联锁”触点
. . SB SBF KMRKMF 通电
按下SBF 电机正转
.
. . 闭合

❖ 步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用 其没有积累误差的特点，广泛应用于各种开环控 制。
2
学习研究
步进电机的分类
❖ 步进电机包括反应式步进电机（VR）
反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角 一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的 转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用 磁导的变化产生转矩。
2.无位置传感器 优点：可靠性，抗扰性，体 的 积变小 缺点：转子位置信号，电机 的 功率不大
38
学习研究
a
d b
c
(a)主控板和驱动板；(b)滚珠丝杠及齿轮箱；(c)手动柄；(d)电机 SIPOS公司SIPOS5Flash智能执行机构示意图
39
学习研究
三、主要研究工作
算法研究 1.滑模变结构
s0
❖ 步进电机外表允许的最高温度。 ❖ 步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 ❖ 步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度
就无法启动,并伴有啸叫声。
9
学习研究
4线步进电机控制
10
学习研究
11
学习研究
单片机中的程序
❖ #define uchar
unsigned char
❖ #define uint
•
B
A
•
C
s0
•
s0
图1-1 切换面上三种点的特性示意图 A通常点、B起始点、C终止点
1.滑动模态存在
lim ss 0
s0
2.可达性
3.稳定性
40
学习研究
变结构控制
系统 滑模面 控制函数
x f (x,u,t)
x Rn,u Rm,t R

Business
Unit
转速
典型应用参数
➢电源电压:
12 到 180V DC
➢电机功率: 最高 300W
➢转速范围最高 1000 转/分钟.
➢步距角精度 :
Industrial
& Power
Conversion
Division
力矩= kI
主要优点
▪ 静转矩大
▪ 定位精确
Applications & Architectures Team
➢ 相位电流和转子定位编码器需要成本昂贵的传感器
➢ 需要执行复杂的算法
典型应用领域：高端工业设备驱动器、伺服系统、机器人
无传感器解决方案（使用Kalman滤波器和观察器），但是实施起来更加困难，
Industrial
& Power
Conversion
Division
有时还涉及到专利问题。
Applications & Architectures Team
第二十五页，共169页。
永磁式无刷直流电机 (BLDC)
Industrial
Business
Unit
主要 优点 :
➢ 高效 (最高 95%)
➢ 静音工作
➢ 可靠/产品寿命长（无刷）
➢ 尺寸/功率比高
➢ 起动力矩大
A/P Power
Division
Applications & Architectures Team
第八页，共169页。
Industrial
Business
Unit
永磁式步进电机
转子
➢永久磁体(无齿)
定子
➢装配绕组的磁极

ST（意法半导体）：电机控制基础AUTHOR : Chen QingRun1 电动机的认知1.1 电动机的分类电动机（英文：motor）俗称马达，是一种将电能转化成机械能，并可再使用机械能产生动能，用来驱动其他装置的电气设备。

（1）按工作电源分类：根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。

其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

（2）按结构及工作原理分类：根据电动机按结构及工作原理的不同，可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。

同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。

感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。

交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机等。

直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。

有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。

电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。

永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

（3）按起动与运行方式分类：根据电动机按起动与运行方式不同，分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机（4）按用途分类：可分为驱动用电动机和控制用电动机。

驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。

控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。

（5）按转子的结构分类：根据电动机按转子的结构不同，可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。