第8章新电机介绍

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1、控制电机控制电机第第 8 8 章章新新 电电 机机 介介 绍绍中国矿大信电学院中国矿大信电学院控制电机控制电机主要内容：主要内容：1、直线电动机的结构、工作原理及应用；、直线电动机的结构、工作原理及应用；2、超声波电动机的结构、工作原理及应用；、超声波电动机的结构、工作原理及应用；3、无刷直流电动机的结构、工作原理及应用；、无刷直流电动机的结构、工作原理及应用；4、开关磁阻电动机的结构、工作原理及应用；、开关磁阻电动机的结构、工作原理及应用；控制电机控制电机第一节第一节 直线电动机直线电动机一、概述一、概述 利用电能直接产生直线运动的电动机。其原理利用电能直接产生直线运动的电动机。其原理与相应

2、的旋转式电动机相似，在结构上可看作是由与相应的旋转式电动机相似，在结构上可看作是由相应旋转电机沿径向切开相应旋转电机沿径向切开,拉直演变而成。直线电动拉直演变而成。直线电动机包括定子和动子两个主要部分机包括定子和动子两个主要部分旋转电机旋转电机定子定子动子动子控制电机控制电机直线电动机的结构有扁平型和管型直线电动机的结构有扁平型和管型1、轨道；、轨道；2、磁路；、磁路；3、定子叠片；、定子叠片；4、定子绕组、定子绕组扁平型扁平型管型管型控制电机控制电机直线电动机按原理分为直线电动机按原理分为直流直线电动机直流直线电动机、交流直线异交流直线异步电动机步电动机、直线步进电动机直线步进电动机和和交流

3、直线同步电动机交流直线同步电动机直线电动机较多地应用于各种定位系统和自动控制系直线电动机较多地应用于各种定位系统和自动控制系统。大功率的直线电动机还常用于电气铁路高速列车统。大功率的直线电动机还常用于电气铁路高速列车的牵引、鱼雷的发射等装备中。的牵引、鱼雷的发射等装备中。控制电机控制电机吸引型吸引型推斥型推斥型控制电机控制电机控制电机控制电机二、直线直流电动机二、直线直流电动机直流供电的直线电动机。由一套磁极和一组绕直流供电的直线电动机。由一套磁极和一组绕组构成。分为动极式和动圈式两种。组构成。分为动极式和动圈式两种。直流动圈式直线电动机，由于其结构与扬声器直流动圈式直线电动机，由于其结构与扬

4、声器的音圈相似，故又称为音圈式直线电动机，简的音圈相似，故又称为音圈式直线电动机，简称音圈电动机。称音圈电动机。定子定子NSIa2aI2aI电枢电枢控制电机控制电机F定子定子NSIa2aI2aI电枢电枢FV（一）、直线直流电动机工作原理（一）、直线直流电动机工作原理电枢导体中的电流与主磁极磁场作用，产生电电枢导体中的电流与主磁极磁场作用，产生电磁力。动子在该电磁力作用下沿直线运动。磁力。动子在该电磁力作用下沿直线运动。总电磁力：总电磁力：Fem=NBliaN：总匝数；：总匝数；B：气隙磁密；：气隙磁密；l:导体有效长度；导体有效长度；ia：导体电流：导体电流控制电机控制电机直线直流电动机工作原

5、理直线直流电动机工作原理控制电机控制电机动圈式直线电动机有长动圈和短动圈结构动圈式直线电动机有长动圈和短动圈结构长动圈电枢线圈轴向长度比行程长，铜耗大，长动圈电枢线圈轴向长度比行程长，铜耗大，但永磁利用率高，体积小。但永磁利用率高，体积小。短动圈电枢线圈轴向长度比行程短，永磁利用短动圈电枢线圈轴向长度比行程短，永磁利用率低，但比推力均匀，性能好。率低，但比推力均匀，性能好。NS动圈动圈铁心铁心后端板后端板前端板前端板磁极磁极长动圈式长动圈式NS短动圈式短动圈式控制电机控制电机（二）、直线直流电动机方程（二）、直线直流电动机方程电压方程：电压方程：U=RaIa+E电势：电势：vLNEN：每极总匝

6、数；：每极总匝数；L：行程；：行程；v:速度速度每极磁通:控制电机控制电机电压方程：电压方程：U=RaIa+E电势：电势：vLNE转速特性：转速特性：aeaeICRCUv总电磁力：总电磁力：Fem=NBliavIa0v0IaNvN自然特性自然特性控制电机控制电机结论：直流直线电动机由于结论：直流直线电动机由于推力与电枢电流成正推力与电枢电流成正比，速度与电枢电压成正比比，速度与电枢电压成正比，有良好的线性控制，有良好的线性控制特性。特性。它与闭环控制系统配合，可以进行精密的调节和它与闭环控制系统配合，可以进行精密的调节和控制，适用于自动控制系统，例如计算机磁盘驱控制，适用于自动控制系统，例如计

7、算机磁盘驱动器的磁头定位系统、机器人系统等。动器的磁头定位系统、机器人系统等。vIa0v0IaNvN自然特性自然特性总电磁力：总电磁力：Fem=NBlia控制电机控制电机三、直线异步电动机三、直线异步电动机定子定子动子动子单边型单边型定子定子动子动子双边双边型型定子定子（一）结构与工作原理（一）结构与工作原理由旋转式异步电动机演变而来。其工作原理和旋转式由旋转式异步电动机演变而来。其工作原理和旋转式异步电动机相同。主要由定子和动子两部分组成，嵌异步电动机相同。主要由定子和动子两部分组成，嵌有线圈的部分为定子。有线圈的部分为定子。控制电机控制电机当定子多相绕组中通入对称交流电流后，电机气隙中就当

8、定子多相绕组中通入对称交流电流后，电机气隙中就产生一个磁场行波，切割动子的导体而感应电流。此电产生一个磁场行波，切割动子的导体而感应电流。此电流与磁场作用产生电磁力使动子发生直线运动。流与磁场作用产生电磁力使动子发生直线运动。电源频率极距磁场同步速:;:/2:1fscmfv11:vvvs动子滑差率控制电机控制电机)s1(f2v)s1(v:1 动子速度动子速度直线异步电动机的速度与极距、频率成正比，改变直线异步电动机的速度与极距、频率成正比，改变极距或频率可以调速。极距或频率可以调速。改变直线异步电动机定子通电相序，可以改变运动改变直线异步电动机定子通电相序，可以改变运动方向。方向。直线异步电动

9、机常在工业自动化系统中作为操作杆直线异步电动机常在工业自动化系统中作为操作杆的动力，用它操作自动门窗、自动开关和阀门以及的动力，用它操作自动门窗、自动开关和阀门以及各种机械手，也可用于电气铁路高速列车的牵引和各种机械手，也可用于电气铁路高速列车的牵引和鱼雷发射等。鱼雷发射等。（二）调速及应用二）调速及应用控制电机控制电机四、直线同步电动机四、直线同步电动机由旋转式同步电动机演变而来。其工作原理和旋转由旋转式同步电动机演变而来。其工作原理和旋转式同步电动机相同。主要由定子和动子两部分组成，式同步电动机相同。主要由定子和动子两部分组成，嵌有交流线圈的部分为定子。嵌有交流线圈的部分为定子。当定子多相

10、绕组中通入对称交流电流后，电机气隙当定子多相绕组中通入对称交流电流后，电机气隙中就产生一个磁场行波，与动子的磁场作用产生电中就产生一个磁场行波，与动子的磁场作用产生电磁力使动子发生直线运动。磁力使动子发生直线运动。控制电机控制电机直线同步电动机的比推力较直线异步电动机的比推直线同步电动机的比推力较直线异步电动机的比推力大，功率因数和效率也比异步好。因此，直线同力大，功率因数和效率也比异步好。因此，直线同步电动机的性能优越。步电动机的性能优越。五、直线步进电动机五、直线步进电动机由旋转式步进电动机演变而来。它是利用定子和动由旋转式步进电动机演变而来。它是利用定子和动子间气隙磁阻的变化所产生的电磁

11、力而工作的。它子间气隙磁阻的变化所产生的电磁力而工作的。它分为感应子式和磁阻式。分为感应子式和磁阻式。（一）感应子式的结构（一）感应子式的结构控制电机控制电机定子由带齿槽的铁磁材料制成；槽中填满非铁磁材定子由带齿槽的铁磁材料制成；槽中填满非铁磁材料，使表面光滑；齿间距为料，使表面光滑；齿间距为t。动子由永磁体（动子由永磁体（A、B）、导磁极和励磁绕组组成；）、导磁极和励磁绕组组成；永磁体永磁体A和和B的的N和和S极相反极相反，间距等于，间距等于（k1/4）t；当当A的齿与定子齿槽对齐时，的齿与定子齿槽对齐时，B的齿与定子齿槽的齿与定子齿槽错开错开t/4齿齿 槽槽t磁体磁体A磁体磁体BNSSNA

12、相励磁绕组相励磁绕组B相励磁绕组相励磁绕组动子动子定子定子控制电机控制电机（二）感应子式的原理（二）感应子式的原理磁体磁体A磁体磁体BNSSNb ac acdbdIA=+IIB=0(1)A相加正电压，相加正电压，B相不加电压相不加电压齿齿a 和和a中的永磁体磁场与中的永磁体磁场与A相电流产生的磁场相加；齿相电流产生的磁场相加；齿c 和和c中的磁场相减，全部被去磁。因此，仅齿中的磁场相减，全部被去磁。因此，仅齿a 和和a中中的磁场才会产生电磁力，使其与定子齿对齐。的磁场才会产生电磁力，使其与定子齿对齐。而而 B相所有齿中磁场相等，产生电磁力相互抵消。相所有齿中磁场相等，产生电磁力相互抵消。控制电

13、机控制电机磁体磁体A磁体磁体BNSSNb ac acdbdIA=0IB=+I(2)B相加正电压，相加正电压，A相不加电压相不加电压齿齿b 和和b中的永磁体磁场与中的永磁体磁场与B相电流产生的磁场相加；相电流产生的磁场相加；齿齿d 和和d中的磁场相减，全部被去磁。因此，仅齿中的磁场相减，全部被去磁。因此，仅齿b 和和b中的磁场才会产生电磁力，使其与定子齿对齐，动中的磁场才会产生电磁力，使其与定子齿对齐，动子移动子移动t/4。而而 A相所有齿中磁场相等，产生电磁力相互抵消。相所有齿中磁场相等，产生电磁力相互抵消。控制电机控制电机磁体磁体A磁体磁体BNSSNb ac acdbdIA=-IIB=0(3

14、)A相加负电压，相加负电压，B相不加电压相不加电压齿齿c 和和c中的永磁体磁场与中的永磁体磁场与A相电流产生的磁场相加；相电流产生的磁场相加；齿齿a 和和a中的磁场相减，全部被去磁。因此，仅齿中的磁场相减，全部被去磁。因此，仅齿c 和和c中的磁场才会产生电磁力，使其与定子齿对齐，动子中的磁场才会产生电磁力，使其与定子齿对齐，动子移动移动t/4。而而 B相所有齿中磁场相等，产生电磁力相互抵消。相所有齿中磁场相等，产生电磁力相互抵消。控制电机控制电机磁体磁体A磁体磁体BNSSNb ac acdbdIA=0IB=-I(4)B相加负电压，相加负电压，A相不加电压相不加电压齿齿d 和和d中的永磁体磁场与

15、中的永磁体磁场与B相电流产生的磁场相加；相电流产生的磁场相加；齿齿b 和和b中的磁场相减，全部被去磁。因此，仅齿中的磁场相减，全部被去磁。因此，仅齿d 和和d中的磁场才会产生电磁力，使其与定子齿对齐，动中的磁场才会产生电磁力，使其与定子齿对齐，动子移动子移动t/4。而而 A相所有齿中磁场相等，产生电磁力相互抵消。相所有齿中磁场相等，产生电磁力相互抵消。控制电机控制电机IA=IIB=0b ac acdbdIA=0IB=Ib ac acdbdIB=0IA=-Ib ac acdbdIB=-IIA=0b ac acdbd控制电机控制电机重复以上重复以上4步通电顺序，动子将按步通电顺序，动子将按1/t的

16、步长继续前进；的步长继续前进；如果需要动子反向运行，只需将通电顺序反序；如果需要动子反向运行，只需将通电顺序反序；控制通电脉冲的数量和频率，可以方便地控制动子的控制通电脉冲的数量和频率，可以方便地控制动子的位置和速度。位置和速度。（三）、直线步进电动机的应用（三）、直线步进电动机的应用1、数控绘图仪、记录仪；、数控绘图仪、记录仪；2、数控刻图机；、数控刻图机；2、数控剪、数控剪裁机；裁机；4、精密定位机构。、精密定位机构。控制电机控制电机（四）、平面式直线步进电动机（四）、平面式直线步进电动机平面式直线步进电动机由两台电机组合而成，一台产生平面式直线步进电动机由两台电机组合而成，一台产生X方向

17、的运动，另一台产生方向的运动，另一台产生Y方向的运动。其可以在方向的运动。其可以在XY平面平面上任意运动和定位。主要用在刻图和绘图机中。上任意运动和定位。主要用在刻图和绘图机中。磁极磁极定子定子永磁体永磁体定子齿定子齿Y轴轴X轴轴控制电机控制电机超声波电动机超声波电动机是非电磁型电动机是非电磁型电动机，它不是依据电磁力定，它不是依据电磁力定律来工作的。它是利用压电振动产生的强力律来工作的。它是利用压电振动产生的强力超声波超声波的的振振动能转换为机械能。动能转换为机械能。超声波电动机是利用超声波电动机是利用定子变形产生振动和转子接触定子变形产生振动和转子接触，通，通过过摩擦来传递转矩和功率摩擦来

18、传递转矩和功率。（一）、超声波电动机的结构和工作原理（一）、超声波电动机的结构和工作原理第二节第二节 超声波电动机超声波电动机控制电机控制电机（一）、超声波电动机的结构和工作原理（一）、超声波电动机的结构和工作原理定子组成：压电晶体、弹性体和电极定子组成：压电晶体、弹性体和电极动子组成：支持轴、耐磨的摩擦衬垫和压紧装动子组成：支持轴、耐磨的摩擦衬垫和压紧装置，将动子紧压在定子弹性体上。置，将动子紧压在定子弹性体上。控制电机控制电机压电晶体在交流电压作用下产生周期性机械运压电晶体在交流电压作用下产生周期性机械运动，它带动弹性体产生波动，动子与弹性体产动，它带动弹性体产生波动，动子与弹性体产生摩擦

19、力，动子在摩擦力的作用运动。生摩擦力，动子在摩擦力的作用运动。控制电机控制电机为了产生单一方向的行波，交流电压为了产生单一方向的行波，交流电压AB应正应正交。动子的移动方向与行波方向相反。改变交。动子的移动方向与行波方向相反。改变AB相序可以改变方向。相序可以改变方向。控制电机控制电机（二）、超声波电动机的机械特性（二）、超声波电动机的机械特性Temn0f=40Hz4243特点：特点：1、适合大转矩、低转速的机械负载；、适合大转矩、低转速的机械负载；2、效率低；、效率低；3、需要采用闭环反馈来控制电机的位置、速、需要采用闭环反馈来控制电机的位置、速度，才能满足运行的要求。度，才能满足运行的要求

20、。控制电机控制电机（三）、超声波电动机的应用（三）、超声波电动机的应用（1）照相机的自动变焦镜头。用超声波电动机直接）照相机的自动变焦镜头。用超声波电动机直接驱动调焦镜片，其定位精度高、时间短、噪音低；驱动调焦镜片，其定位精度高、时间短、噪音低；（2）电子束发生器、机器人）电子束发生器、机器人第三节第三节 无刷直流电动机无刷直流电动机无刷直流电动机的供电电源为直流、特性与普通直无刷直流电动机的供电电源为直流、特性与普通直流电动机特性一样优良、电枢绕组电流的换向是利流电动机特性一样优良、电枢绕组电流的换向是利用电子换向电路实现。用电子换向电路实现。无刷直流电动机转矩的获得也是通过改变相应电枢无刷

21、直流电动机转矩的获得也是通过改变相应电枢绕组电流在不同极下时的方向，从而转矩方向总为绕组电流在不同极下时的方向，从而转矩方向总为固定方向。固定方向。控制电机控制电机光光源源遮光板（旋转）遮光板（旋转）光电元件（固定）光电元件（固定）PT123电动机转轴电动机转轴电机电机（一）、无刷直流电动机的结构一）、无刷直流电动机的结构电机和位置传感器组成电机和位置传感器组成电机由定子（电电机由定子（电枢）、转子（永枢）、转子（永久磁铁）久磁铁）NSPT1PT3PT2V1V2V3ABC控制电机控制电机电源电源发光二极管发光二极管U输出控制信号输出控制信号光敏晶体管光敏晶体管位置传感器由遮位置传感器由遮光板（

22、旋转）、光板（旋转）、光电检测元件光电检测元件光光源源遮光板（旋转）遮光板（旋转）光电元件（固定）光电元件（固定）PT123电动机转轴电动机转轴电机电机控制电机控制电机n=0转子转子N极位置极位置此时光电管此时光电管PT1接收光，导通，输出电流控制功率接收光，导通，输出电流控制功率晶体管晶体管V1导通。定子导通。定子A相绕组有直流电流流过，产相绕组有直流电流流过，产生生S极与转子极与转子N极相互吸引，产生逆时针的电磁转矩。极相互吸引，产生逆时针的电磁转矩。转子沿逆时针旋转。转子沿逆时针旋转。（二（二）、无刷直流电动机的工作原理）、无刷直流电动机的工作原理NSPT1PT3PT2V1V2V3ABC

23、控制电机控制电机n=60转子转子N极位置极位置此时光电管此时光电管PT1关闭，关闭，V1关闭关闭A相绕组无电流；光电相绕组无电流；光电管管PT2导通，输出电流控制功率晶体管导通，输出电流控制功率晶体管V2导通。定子导通。定子B相绕组有直流电流流过，产生相绕组有直流电流流过，产生S极与转子极与转子N极相互吸极相互吸引，产生逆时针的电磁转矩。转子沿逆时针继续旋转。引，产生逆时针的电磁转矩。转子沿逆时针继续旋转。NSPT1PT3PT2V1V2V3ABC控制电机控制电机n=120转子转子N极位置极位置此时光电管此时光电管PT2导通，输出电流控制功率晶体管导通，输出电流控制功率晶体管V2导导通。定子通。

24、定子B相绕组有直流电流流过，产生相绕组有直流电流流过，产生S极与转子极与转子N极相互吸引，产生逆时针的电磁转矩。转子沿逆时针极相互吸引，产生逆时针的电磁转矩。转子沿逆时针继续旋转。继续旋转。NSPT1PT3PT2V1V2V3ABC控制电机控制电机n=180转子转子N极位置极位置此时光电管此时光电管PT2关闭，关闭，V2关闭关闭B相绕组无电流；光电相绕组无电流；光电管管PT3导通，输出电流控制功率晶体管导通，输出电流控制功率晶体管V3导通。定子导通。定子C相绕组有直流电流流过，产生相绕组有直流电流流过，产生S极与转子极与转子N极相互吸极相互吸引，产生逆时针的电磁转矩。转子沿逆时针继续旋转。引，产

25、生逆时针的电磁转矩。转子沿逆时针继续旋转。NSPT1PT3PT2V1V2V3ABC控制电机控制电机n=240转子转子N极位置极位置此时光电管此时光电管PT3导通，输出电流控制功率晶体管导通，输出电流控制功率晶体管V3导导通。定子通。定子C相绕组有直流电流流过，产生相绕组有直流电流流过，产生S极与转子极与转子N极相互吸引，产生逆时针的电磁转矩。转子沿逆时针极相互吸引，产生逆时针的电磁转矩。转子沿逆时针继续旋转。继续旋转。=240NSPT1PT3PT2V1V2V3ABC=240控制电机控制电机n=300转子转子N极位置极位置此时光电管此时光电管PT3关闭，关闭，V3关闭关闭C相绕组无电流；光电管相

26、绕组无电流；光电管PT1导通，输出电流控制功率晶体管导通，输出电流控制功率晶体管V1导通。定子导通。定子A相绕相绕组有直流电流流过，产生组有直流电流流过，产生S极与转子极与转子N极相互吸引，产生极相互吸引，产生逆时针的电磁转矩。转子沿逆时针继续旋转。逆时针的电磁转矩。转子沿逆时针继续旋转。=300NSPT1PT3PT2V1V2V3ABC=300控制电机控制电机n=360转子转子N极位置极位置此时光电管此时光电管PT1接收光，导通，输出电流控制功率接收光，导通，输出电流控制功率晶体管晶体管V1导通。定子导通。定子A相绕组有直流电流流过，产相绕组有直流电流流过，产生生S极与转子极与转子N极相互吸引

27、，产生逆时针的电磁转矩。极相互吸引，产生逆时针的电磁转矩。转子沿逆时针旋转。转子沿逆时针旋转。NSPT1PT3PT2V1V2V3ABC控制电机控制电机无刷直流电动机工作原理无刷直流电动机工作原理控制电机控制电机 0 60 120180240300360UPT1UPT2UPT3UV2UV3UV1IA,TAIB,TBIC,TC三个光敏晶体管相差三个光敏晶体管相差120 放置，遮光板透光部分占放置，遮光板透光部分占据据120 ，其导通期也为，其导通期也为120 。因此。因此ABC绕组依绕组依次导通次导通120 。控制电机控制电机位置传感器的输出信号必须和绕组各位置之间有位置传感器的输出信号必须和绕组

28、各位置之间有严格的对应关系，依靠它来准确地进行严格的对应关系，依靠它来准确地进行依次换相，依次换相，使电机能够连续运行。使电机能够连续运行。该系统为一个闭环系统。该系统为一个闭环系统。控制电机控制电机该系统为一个闭环系统，其系统框图为：该系统为一个闭环系统，其系统框图为：控制信号控制信号各相信号分配电路功率放大电路M位置信号处理电路位置传感器位置传感器控制电机控制电机（三）、无刷直流电动机的绕组连接方式三）、无刷直流电动机的绕组连接方式ABCV1V2V3ABCV1V2V3V4V5V6三相星形半桥连接三相星形半桥连接三相星形全桥连接三相星形全桥连接控制电机控制电机ABCV1V2V3DV4V1V2

29、V3V5V6V7V4V8ABCD四相星形半桥连接四相星形半桥连接四相星形全桥连接四相星形全桥连接控制电机控制电机连接方式比较：连接方式比较：1、绕组的利用程度：、绕组的利用程度：三相优于四相；全桥（可两相同时通电）优三相优于四相；全桥（可两相同时通电）优于半桥（一相通电）于半桥（一相通电）2、转矩脉动、转矩脉动 相数越多，转矩脉动越小。但控制电路复杂，成相数越多，转矩脉动越小。但控制电路复杂，成本高。本高。目前使用较多的是三相星形连接方式。目前使用较多的是三相星形连接方式。控制电机控制电机（四）、无刷直流电动机的方程及特性四）、无刷直流电动机的方程及特性ABCV1V2V3UIaEaU=Ea+I

30、aRaTem=KTIaEa=KenemTeaeTKKRKUn 电压方程电压方程机械特性机械特性nTem0n0TNnN控制电机控制电机（五）、无刷直流电动机的驱动电路分析五）、无刷直流电动机的驱动电路分析各相信号各相信号分配电路分配电路功率放大功率放大电路电路M位置信号位置信号处理电路处理电路位置传感器位置传感器控制信号：控制信号：控制速度和控制速度和方向方向ABCV1V2V3以三相半桥驱动为例，分析其通电顺序控制、以三相半桥驱动为例，分析其通电顺序控制、正反转控制和调速控制。正反转控制和调速控制。控制电机控制电机G2ABCG1Y7Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6138输入输入输出输出G1G2C B

31、 AY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7*1*1 11 111 110*1 11 111 111000 00 11 111 111000 11 01 111 111001 01 10 111 111001 11 11 011 111010 01 11 101 111010 11 11 110 111011 01 11 111 011011 11 11 111 10138真值表真值表*任意电平；任意电平；1高电平；高电平；0低电平；低电平；G1 G2为使能输入；为使能输入；ABC选择输入选择输入控制电机控制电机三相半桥驱动控制电路三相半桥驱动控制电路与与&与非与非&A相相G2ABCG1Y7Y0Y1Y

32、2Y3Y4Y5Y6138G2ABCG1Y7Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6138与非与非&B相相PWM保护信号保护信号方向信号方向信号1位位置置传传感感器器信信号号23与非与非&C相相1#2#PWM：调节电压，控制速度。：调节电压，控制速度。故障时，保护信号为故障时，保护信号为“0”，封锁，封锁138，断开，断开ABC相电源。相电源。正转时，方向信号为正转时，方向信号为“1”，1#138工作；反转时，工作；反转时，2#138工作工作控制电机控制电机与与&与非与非&A相相G2ABCG1Y7Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6138G2ABCG1Y7Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6138与非与非&B相相PWM保护

33、信号保护信号方向信号方向信号11位位置置传传感感器器信信号号23与非与非&C相相1#2#正转时正转时，控制逻辑分析，控制逻辑分析，1#138工作工作PT1PT3PT2输入：输入：001；输出；输出Y1；A相导通相导通PT1PT3PT2输入：输入：010；输出；输出Y2；B相导通相导通PT1PT3PT2输入：输入：100；输出；输出Y4；C相导通相导通控制电机控制电机与与&与非与非&A相相G2ABCG1Y7Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6138G2ABCG1Y7Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6138与非与非&B相相PWM保护信号保护信号方向信号方向信号01位位置置传传感感器器信信号号23与非与非&C相相

34、1#2#反转时，控制逻辑分析，反转时，控制逻辑分析，2#138工作工作PT1PT3PT2输入：输入：001；输出；输出Y1；C相导通相导通PT1PT3PT2输入：输入：010；输出；输出Y2；A相导通相导通PT2PT1PT3输入：输入：100；输出；输出Y4；B相导通相导通控制电机控制电机第四节第四节 开关磁阻电机开关磁阻电机V1V2B BCA C AVD1VD2(一一)SRM结构与工作原理结构与工作原理开关磁阻电动机（开关磁阻电动机（Switched reluctance motor）SRM与反应式步进电机相似。为双凸极可变磁阻电动机，与反应式步进电机相似。为双凸极可变磁阻电动机，其工作原理

35、是遵循其工作原理是遵循“磁阻最小原理磁阻最小原理”。定子极上有集中绕组，定子极上有集中绕组，转子无绕组。转子无绕组。定子、转子的极数需定子、转子的极数需要配合，电机才产生要配合，电机才产生恒定的电磁转矩。恒定的电磁转矩。控制电机控制电机定子、转子的极数需要配合方案定子、转子的极数需要配合方案相数相数m3456789定子极数定子极数NS681012141618定子极数定子极数Nr46810121416步距角步距角 3015964.283.212.5定子定子m相绕组轮流通电一次，转子转过一个转子极距。相绕组轮流通电一次，转子转过一个转子极距。rmN360 rphNf60n 转子转速：转子转速：每相

36、绕组开关每相绕组开关频率频率控制电机控制电机B BCA C AA相通电相通电B BCA C AB相通电相通电B BCA C AC相通电相通电B BCA C AA相通电相通电B BCA C AB相通电相通电B BCA C AC相通电相通电SRM工作原理工作原理A、B、C相依次通电，转子就按逆时针旋转相依次通电，转子就按逆时针旋转控制电机控制电机B BCA C AA相通电相通电B BCA C AB相通电相通电B BCA C AC相通电相通电B BCA C AA相通电相通电B BCA C AB相通电相通电B BCA C AC相通电相通电B、A、C相依次通电，转子就按顺时针旋转相依次通电，转子就按顺时

37、针旋转控制电机控制电机nA、B、C相依次通电，相依次通电，转子就按逆时针旋转转子就按逆时针旋转3043360 控制电机控制电机（二）（二）SRM与反应步进电机的主要差别与反应步进电机的主要差别SRM反应步进电机反应步进电机需要转子位置反馈信需要转子位置反馈信号，控制各相绕组的号，控制各相绕组的导通。导通。工作于开环状态，无转子位工作于开环状态，无转子位置反馈信号。置反馈信号。用于功率驱动系统，用于功率驱动系统，功率可达几百功率可达几百几千几千KW。可用作发电机。可用作发电机用于伺服控制系统，对位移用于伺服控制系统，对位移精度要求高，只作电动机用。精度要求高，只作电动机用。可以调节主开关的开可以

38、调节主开关的开通和关断角，或调压通和关断角，或调压等方式控制速度。等方式控制速度。调节电源步进脉冲频率，来调节电源步进脉冲频率，来控制速度。控制速度。控制电机控制电机（三）开关磁阻电机驱动系统（三）开关磁阻电机驱动系统（SRMD）的组成）的组成控制器控制器功率变功率变换器换器SRM负载负载电流检测电流检测位置检测位置检测给定速度给定速度控制器是控制器是SRMD的指挥中枢，它由单片机和外围接的指挥中枢，它由单片机和外围接口电路组成。其控制功能有：电流斩波控制；角度口电路组成。其控制功能有：电流斩波控制；角度位置控制；启动、调速和制动控制；故障保护等。位置控制；启动、调速和制动控制；故障保护等。控

39、制电机控制电机功率变换器是功率变换器是SRM运行时的电能提供者，一般由大运行时的电能提供者，一般由大功率晶体管和二极管组成。功率晶体管和二极管组成。V1V2VD1U不对称半桥电路不对称半桥电路控制电机控制电机（四）开关磁阻电机的优点及应用（四）开关磁阻电机的优点及应用1、转子结构简单，电机制造成本低。、转子结构简单，电机制造成本低。2、效率高、效率高3、故障容错能力强。、故障容错能力强。应用：应用：1、在电动车中的应用。、在电动车中的应用。2、在航空燃气涡轮发动机的启动和发电机、在航空燃气涡轮发动机的启动和发电机系统中的应用。系统中的应用。3、食品加工机械中的、洗衣机等方面的应用。、食品加工机

40、械中的、洗衣机等方面的应用。控制电机控制电机 1Uj 2力矩发送机力矩发送机力矩发送机力矩发送机差动接收机差动接收机5、力矩发送机分别转过、力矩发送机分别转过 2和和 1时，接收转时，接收转过的角度为：过的角度为：2-1习题习题控制电机控制电机50 Uj Z1 Z2 D1 D2 D3D2 D1 D3 E0 Xt 30 50 80 20 失调角失调角=10 6、协调位置和、协调位置和失调角失调角如图如图控制电机控制电机15 Uj Z1 Z2 D1 D2 D3D2 D1 D3 Tem Xt 35 20 7、接收机的、接收机的失失调角调角为为20，将，将受逆时针方向受逆时针方向的电磁转矩。的电磁转矩。控制电机控制电机15 Uj Z1 Z2 D1 D2 D3D2 D1 D3 Tem Xt 35 12320 100 7、定子接线改、定子接线改变后，接收机变后，接收机中磁场位置发中磁场位置发生变化。生变化。失调失调角角为为100度。度。控制电机控制电机步进电机速度:rpmZfNZfnRRr75048600606060相