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030132007总学时数:
学分数:
课程的性质、目的与任务
主要讲述伺服电机、步进电机、自整角机、旋转变压器、永磁电机、开关磁阻电动机、低速同步电动机、直线电动机、实心转子与复合转子感应电动机的工作原理、结构及运行。
一、课程教学的基本要求
通过本课程的学习使学生能熟练的掌握控制及特种电机的工作原理、结构、运行控制及应用。
为以后的工作打下良好基础。
针对本课程的特点主要采用理教、实验参观和上机来完成教学环节。
二、基本内容
绪论:
主要讲述特种及控制电机概念、历史、发展及应用领域。
第一章伺服电动机
概述;
直流伺服电机;
无刷直流电动机;
直流力矩电机;
两相伺服电机;
伺服电动机的应用举例第二章开关磁阻电动机及其控制。
主要讲述开关磁阻电机结构、原理、设计及应用。
1、开关磁阻电动机及其控制
开关磁阻电动机传动系统的组成;
开关磁阻电动机的工作原理。
开关磁阻电动机传动系统的特点;
国外发展概况和应用举例
2、开关磁阻电动机的基本电磁关系
理想化开关磁阻电动机模型的基本电磁关系;
实际开关磁阻电动机的物理状态;
开关磁阻电动机的数学模型
3、开关磁阻电动机的运行状态与控制方式
开关磁阻电动机的运行特性;
开关磁阻电动机的起动运行。
开关磁阻电动机的稳态运行;
开关磁阻电动机的制动运行。
开关磁阻电动机运行时的转距脉动与噪声。
4、开关磁阻电动机的电磁设计与性能计算
开关磁阻电动机的主要技术参数;
开关磁阻电动机主要尺寸与转距之间的关系一输出方程;
主要尺寸和主要参数的选择;
开关磁阻电动机的转距计算;
损耗计算;
开关磁阻电动机电磁计算程序和算例。
5、开关磁阻电动机传动系统的功率变换器、控制器及位置、电流检测器
(一)功率变换器。
(二)位置检测器。
(三)控制器。
(四)电流检测器
第三章步进电机
反应式步进电动机的工作原理;
反应式步进电动机的运行特性;
驱动电源平面电机第四章直线电动机。
主要讲述直线电机结构、原理、设计及应用。
1、概述
直线电动机的原理与分类;
直线电动机的国内外发展概况。
2、直线感应电动机的设计特点
直线感应电动机的结构;
直线感应电动机的纵向边缘效应;
直线感应电动机的横向边缘效应;
直线感应电动机的等效电路。
直线感应电动机的电磁设计特点;
直线感应电动机的电磁计算程序和算例
3、直线感应电动机的应用
直线感应电动机应用原则;
直线感应电动机应用情况。
4、直线直流电动机
直线直流电动机的结构;
直线直流电动机的设计特点;
直线直流电动机的应用;
直线直流电动机的传动控制电路
第五章永磁电机主要讲述永磁电机结构、原理、设计及应用。
第一节永磁电机的主要特点和应用
永磁同步发电机;
高效永磁同步电动机;
调速永磁同步电动机和无刷直流电动机;
永磁直流电动机;
永磁特种电动机
第二节永磁直流电机
永磁直流电机的磁极结构;
永磁直流电机磁路计算的主要系数。
永磁直流电机的电枢反应;
永磁直流电动机的设计特点。
永磁直流测速发电机;
永磁直流电动机电磁计算程序和实例
第三节永磁同步电动机
永磁同步电动机的转子磁路结构;
永磁同步电动机稳态性能。
永磁同步电动机磁路分析与计算;
永磁同步电动机的参数计算与分析;
异步起动永磁同步电动机的起动过程。
第四节永磁同步电动机
磁同步发电机的转子磁路结构;
永磁同步发电机的运行性能
第六章旋转变压器
正余弦旋转变压器的工作原理;
线性旋转变压器;
旋转变压器的误差及其改进方法;
旋转变压器的应用举例;
感应移相器;
多极旋转变压器和感应同步器
第七章自整角机
力矩式自整角机的结构和运行性能;
阻尼绕组;
多台自整角接收机的并联使用;
力矩式自整角机的应用举例;
控制式自整角机的结构和运行性能;
多台自整角变压器的并联使用;
差动自整角机的结构和运行原理;
差动自整角机的应用举例;
无接触式自整角机;
双通道自整角机
三、课程与其它课程的联系与分工
其主要先修课程为电路、电磁场、电机学、单片机原理等。
电路、电磁场、电机学为本课程提供理论基础。
本课程的控制部分以单片机控制为主。
四、推荐教材及教学参考书
教材:
《控制电机及其应用》巫传专编电子工业出版社
参考书:
《特种电机及其控制》孙建忠主编中国水利水电岀版社
教案(首页)
授课时间2012-2013学年第1学期教案编写时间2012年9月10日
课程名称
控制电机
课程代码
030132007
学分
课程性质
必修课(J)选修课()
理论课(J)实验课(V)
任课教师
余发军
职称
助教
授课对象
自动化1001-06
教材和主要参考
资料
《特种电机及其控制》孙建忠主编中国水利水电出版社
教学目的和
教学要求
本课程为电气工程及其自动化专业必选课。
主要讲述伺服电机、步进电机、自整角机、旋转变压器、永磁电机、开关磁阻电动机、低速同步电动机、直线电动机、实心转子与复合转子感应电动机的工作原理、结构及运行。
通过本课程的学习使学生能熟练的掌握控制及特种电机的工作原理、结构、运行控制及应用。
针对本课程的特点主要采用理教、实验参观和上机来完成教学环节。
教学重点和
教学难点
本课程教学重点为直流伺服电机、开关磁阻电机、直线电机、步进电机等的工作原理、机构及运行。
其中永磁电机、步进电机等特种电机的设计及应用为教学难点
教学进程
第次课
授课章节
学时
备注
1
0课程简介
1.1直流伺服电动机原理
2
1-2
1.1.1直流伺服运行控制方式
1-3
3
1.2PWM调速原理及其控制
1-15
1.3无刷直流电动机的原理
1-10
5
实验一:
直流伺服电动机控制实验
实验报告
6
3.1步进电机原理
3-1、3-4
7
3.2步进电机运行特性
3-5、3-8
8
3.5步进电机控制
3-13
9
实验二:
步进电机控制实验
10
4.1旋转变压器原理
4-2、4-3
11
4.2旋转变压器应用
4-5
12
试验三:
旋转变压器控制实验
13
5.1力矩自整角机原理及应用
5-3
14
5.2控制自整角机原理及应用
5~6
15
习题课
16
6.1开关磁阻电机原理及运行状态
6-4
17
6.2开关磁阻电机控制方式
6-9
18
7.1直线电机原理
7-3
19
7.2直线电机应用
7-4
20
附录A信号检测与转换
21
附录BPID算法
22
总复习
教案(分教案)
学时:
-er.-4-F
早T
第一章直流伺服电机
1熟悉直流电动机的工作原理
2熟悉电磁转矩和转矩平衡方程式
3熟悉直流电动机的反电势和电压平衡方程式
4掌握直流电动机的使用
5熟悉直流伺服电动机及其控制方法
6熟悉直流伺服电动机的稳态特性
7熟悉直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态
8熟悉直流伺服电动机的过渡过程
教学重点难点
重点:
直流电动机的工作原理和直流电动机的使用
难点:
直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态
(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
1.1直流电动机的工作原理
直流电动机的基本结构和直流测速发电机相同,所不同的是电动机的输入为电压信号,输出为转速信号。
1.2电磁转矩和转矩平衡方程式
DD
电磁力在电枢外圆的切线方向,产生的转矩为ti=Fi^=Bxllay
式中,/为导体在磁场中的长度,取电枢铁心长度;
BX为导体所在处的气隙磁通密度;
ia为导体的电流;
D为电枢直径。
假设空气隙中平均磁通密度为Bp,电枢绕组总的导体数为N,则电机转子所受到的总转nN门n
矩为Bxlia^=NBplia^
i=i1乙乙
式中,Bp用每极总磁通O表示,Bp=(D/{rl),其中丁为极距,r=JiD/(2.p).l为电枢铁心长;
导体电流加用电枢总电流?
a表示,
ia=Ia/(2a),其中a为并联支路对数。
121电磁转矩
1.3直流电动机的反电势和电压平衡方程式
直流电动机所产生的电磁转矩作为驱动转矩使电动机旋转。
电动机轴上的转矩平衡方程式为t2-tl=t.=j—
Jdt
或T2=Tl+T产Tl+j竽
1.2.3发电机的电磁转矩F
下图是直流电机作为发电机运行的示意图。
假定在外转矩八的作用下,电机按顺时针方向旋转,此时电枢导体感应电势e的方向如图
所示(或©
)。
当电刷两端接上负载后,导休中便有电流加流过,応的方向和电势e的方向相同
用©
表示;
在S极下,导休的电流方向由读者指向纸面,则用表示。
根据左手定则,便可以确定电磁力F的方向,因而就可以确定电动机的旋转方向。
输入转矩门并不能全部转化成电磁转矩。
直流发电机同样有机械摩擦,电枢旋转后铁心中也会产生磁滞、涡流损耗。
所以,要使电机以某一速度旋转,输入转矩门必须先克服电机本身的阻转矩TO。
其转矩平衡方程式为
T=Tl-T0或Ti=T+T0
1.3.1电枢绕组中的反电势
因导体运动时要切割磁力线,所以导体中还产生感应电势e,其方向由右手定则确定,并用大圆内侧上的©
或表示。
由图3-3可知,感应电势的方向与电流方向相反,它有阻止电流流入电枢绕组的作用,因此电动机中的感应电势是一种反电势。
虽然直流电动机感应电势的作用与直流发电机不同,但电枢导体切割磁通,产生感应电势的情形完全一样。
所以电动机电刷两端感应电势Ea的公式也相同,即
Ea=Ce①n
式屮,"
为电枢转速;
。
为每极总磁通。
1.3.2电动机的电压平衡方程式
为了列出电压平衡方程式,需先作图以表示电动机各个电量的方向,见图3-4。
由于电动机作为电源的负载,所以从电枢回路的外部来看,电动机端电压和电枢电流/a的方向一致,Ea为反电势,所以Ea与电流/a方向相反。
与直流发电机一样,电枢内阻Rd包括电枢绕组的电阻以及电刷和换向器之间的接触电阻,Ra在图中不再表示。
励磁电压Uf为恒值。
4直流电动机的使用
1.4.1直流电动机的额定值
额定功率P"
(W)、额定电压[/"
(V)、额定电流%(A)、
额定转速nn(rlmin)
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