第一篇：交流伺服电动机的原理及三种转速控制方式
交流伺服电动机的原理及三种转速控制方式
交流伺服电机的定子装有三相对称的绕组，而转子是永久磁极。当定子的绕组中通过三相电 源后，定子与转子之间必然产生一个旋转场。这个旋转磁场的转速称为同步转速。电机的转 速也就是磁场的转速。由于转子有磁极，所以在极低频率下也能旋转运行。所以它比异步电 机的调速范围更宽。而与直流伺服电机相比，它没有机械换向器，特别是它没有了碳刷，完 全排除了换向时产生火花对机槭造成的磨损，另外交流伺服电机自带一个编码器。可以随时 将电机运行的情况“报告”给驱动器，驱动器又根据得到的11报告"更精确的控制电机的运行。
由此可见交流伺服电机优点确实很多。可是技术含量也高了，价格也高了。最重要是对交流 伺服电机的调试技术提高了。也就是电机虽好，如果调试不好一样是问题多多。伺服 电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用 下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与H标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
伺服电动机（或称执行电动机）是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件。其 作用为把接受的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度，按电流种类的不同，伺服电动 机可分为直流和交流两大类。下面简单介绍交流伺服电动机有以下三种转速控制方式：
(1)幅值控制控制电流与励磁电流的相位差保持90°不变，改变控制电压的大小。
(2)相位控制控制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变，改变控制电压的相位。
(3)幅值一相位控制同时改变控制电压幅值和相位.交流伺服电动机转轴的转向随控制 电压相位的反相而改变。
第二篇：交流伺服电机的探究控制电机论文
XX
大
学
控制电机报告
课
程
控制电机
题
目
交流伺服电机的探究
院
系
电气信息工程学院电气系
专业班级
电气
学生姓名
学生学号
指导教师
2015年
X月
X日
目 录
一、引言
二、交流伺服电动机的结构特点
三、伺服电动机的工作原理
21、交流伺服电机
22、永磁交流伺服电机的控制过程
43、永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较
四、交流伺服电机的应用
61、交流伺服驱动系统
62、交流伺服控制策略
73、电机模型
五、结束语
六、参考文献
一、引言
用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。伺服：一词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名。
交流伺服电动机结构简单,无炭刷,效率高,响应快,速比大,不需要经常维护,非常引人注目,在许多领域有取代直流伺服电动机之势。
交流伺服电动机控制系统包括;
控制交流伺服电动机转速和输出转矩的逆变器,控制逆变器与变换器之间接点处直流电压的变换器和一个控制器。
当转速低于额定转速时,该直流电压被控制为恒定电压:
而当转速超过额定转速时,该直流电压被控制成与转速成比例的一个增加电压,以便使伺服电动机的输出转矩保持一个恒定转矩。
永磁交流伺服电动机的定子三相绕组由SPWM正弦脉宽调制电源供电，故又称正弦波驱动无刷电动机。其特点是:
伺服性能好，可采用数字控制，运行平稳、转矩波动小、过载能力强;
无普通直流伺服电动机电刷换向器磨损问题，维护简单、寿命长、工作可靠;
能适应高速大力矩驱动要求;
绕组安装在定子上，散热好;
轴上位置传感器多用光电编码器、无接触式旋转变压器等。
二、交流伺服电动机的结构特点
作为交流伺服电动机使用的有异步型和同步型两种,异步型交流伺服电动机定子放置线圈,转子为鼠笼型,大量用作机床和通用工业机器的驱动元件;
同步型交流伺服电动机定子放置线圈,转子为永久磁钢,根据磁极位置从电机外部进行换向,也可称为无刷直流电动机。永久磁钢的交流伺服电动机按其励磁方式和供电方式的不同又可分为两类:一类电机的永久磁铁励磁磁场为正弦波,定子绕组感应出来的反电动势为正弦波,逆变器提供正弦波电流;
另一类电机的永久磁铁励磁磁场为方波,定子绕组感应出来的反电动势为梯形波,逆变器提供方波电流。
三、伺服电动机的工作原理
1、交流伺服电机
（1）交流伺服电机的工作原理交流伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U
/
V
/
W
三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。
当电机原来处于静止状态时，如控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组通电产生脉动磁场。可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋转磁场以同样的大小和转速，向相反方向旋转，所建立的正、反转旋转磁场分别切割笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小相同，相位相反的电动势和电流（或涡流），这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信号，控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。在一般情况下，电机内部产生的磁场是椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。这两个圆形旋转磁场幅值不等（与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大，与原转向相反的反转磁场小），但以相同的速度，向相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起来，随着信号的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。如果改变控制电压的相位，即移相1
0
°，旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方向也相反，伺服电机将反转。若控制信号消失，只有励磁绕组通入电流，伺服电机产生的磁场将是脉动磁场，转子很快地停下来。
为使交流伺服电机具有控制信号消失，立即停止转动的功能，把它的转子电阻做得特别大，使它的临界转差率S
k
大于1
。在电机运行过程中，如果控制信号降为“零”，励磁电流仍然存在，气隙中产生一个脉动磁场，此脉动磁场可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成。一旦控制信号消失，气隙磁场转化为脉动磁场，它可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成，电机即按合成特性曲线运行。由于转子的惯性，运行点由A
点移到B
点，此时电动机产生了一个与转子原来转动方向相反的制动力矩。负载力矩和制动力矩的作用下使转子迅速停止。
必须指出，普通的两相和三相异步电动机正常情况下都是在对称状态下工作，不对称运行属于故障状态。而交流伺服电机则可以靠不同程度的不对称运行来达到控制目的。这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的根本区别。
（2）交流伺服电机使用时应注意
伺服电机驱动器接收电机编码器的反馈信号，并和指令脉冲进行比较，从而构成了一个位置的半闭环控制。所以伺服电机不会出现丢步现象，每一个指令脉冲都可以得到可靠响应。
调节伺服电机有几种方式，使用T
w
i
nLine
软件对电机的PID
参数、电机参数、电子齿轮比等进行调节。
对伺服电机进行机械安装时，应特别注意，由于每台伺服电机后端部都安装有旋转编码器，它是一个十分易碎的精密光学器件，过大的冲击力肯定会使其损坏。
（3）交流伺服电机的控制
为了使控制系统改变不大，应选用数字式伺服系统，可采用原来的脉冲控制方式；由于伺服电机都有一定过载能力，所以在选择伺服电机时，经验上可以按照所使用的步进电机输出扭矩的1
/
来参考确定伺服电机的额定扭矩；伺服电机的额定转速比步进电机的转速要高的多，为了充分发挥伺服电机的性能，最好增加减速装置，让伺服电机工作在接近额定转速下，这样也可以选择功率更小的电机，以降低成本。
用脉冲方式控制伺服电机，一是可靠性高，不易发生飞车事故。用模拟电压方式控制伺服电机时，如果出现接线接错或使用中元件损坏等问题时，有可能使控制电压升至正的最大值。这种情况是很危险的。如果用脉冲作为控制信号就不会出现这种问题。二是信号抗干扰性能好。数字电路抗干扰性能是模拟电路难以比拟的。
当然目前由于伺服驱动器和运动控制器的限制，用脉冲方式控制伺服电机也有一些性能方面的弱点。一是伺服驱动器的脉冲工作方式脱离不了位置工作方式，二是运动控制器和驱动器如何用足够高的脉冲信号传递信息。这两个根本的弱点使脉冲控制伺服电机有很大限制。一是控制的灵活性大大下降；二是控制的快速性速度不高。
伺服驱动器工作在位置方式下，位置环在伺服驱动器内部。这样系统的P
I
D
参数修改起来很不方便。当用户要求比较高的控制性能时实现起来会很困难。从控制的角度来看，这只是一种很低级的控制策略。如果控制程序不利用编码器反馈信号，事实上成了一种开环控制。如果利用反馈控制，整个系统存在两个位置环，控制器很难设计。在实际中，常常不用反馈控制，但不定时的读取反馈进行参考。这样的一个开环系统，如果运动控制器和伺服驱动器之间的信号通道上产生干扰，系统是不能克服的。
2、永磁交流伺服电机的控制过程
永磁交流伺服电动机可利用坐标变换进行矢量控制，这就使得永磁交流伺服电动机的控制变得同直流伺服电动机一样方便。其控制过程如下:
(1)
给定控制，将给定信号分解成两个互相垂直的直流信号、;
(2)
直/交变换，将、变换成两相信号、;
(3)
/3
变换，得到三相交流控制信号、、去控制逆变器;
(4)
电流反馈反映负载情况，使直流信号中的转矩分量iT能随负载而变，从而模拟直流电动机工作情况;
(5)
速度反馈反映给定与实际转速差，并进行矫正;
(6)
闭环控制信号由轴上所带编码器反馈，整个过程由数字信号处理器(DSP)
进行全数字化处理。
永磁交流伺服电动机的另一种控制模式是直接转矩控制。具体方法是:
在定子坐标系下分析电动机数学模型，在近似圆形旋转磁场的条件下，对电动机转矩直接进行控制，不用坐标变换。
3、永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较
0
世纪8
0
年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。9
0
年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。
交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。
永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：
（1）无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。
（2）定子绕组散热比较方便。
（3）惯量小，易于提高系统的快速性。
（4）适应于高速大力矩工作状态。
（5）同功率下有较小的体积和重量。
到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。交流伺服电机传动技术却能以较低的成本获取极高的位置控制精度，世界上许多知名电机制造商如松下，三洋，西门子等公司纷纷推出自己的交流伺服电机和伺服驱动器。日本松下公司的ＭＩＮＡＳＡ系列为比较典型的一种。
四、交流伺服电机的应用
1、交流伺服驱动系统
交流伺服驱动系统的发展与伺服电动机的不同发展阶段密切相关，从直流电机的发明到现在已经有一百多年的历史。直流电机虽然最早发明，但是由于当时铁磁材料以及晶闸管技术的限制，发展很是缓慢，一直到
1960
年以后随着可控硅的发明以及各种电机材料的改良，直流电动机才得到迅速发展，并在七十年代成为各种伺服系统中最重要的驱动设备。在直流电机快速发展以前的一段时期内步进电机应用最为广泛，受当时苏联以及日本等方面因素的影响，磁阻式步进电机快速发展并应用到数控机床设备中，在此时期由于生产要求低、技术落后，伺服控制系统多为开环控制。从
世纪
年代到现在，由于直流伺服电机同功率情况下自身体积较大及换向电刷问题的存在，在很多场合不能满足环境要求。随着电动机生产技术及其永磁体制造材料、现代控制理论、电机控制原理的突飞猛进，出现了方波、正弦波驱动的各种新型永磁同步电动机，逐渐开始替代直流伺服电动机市场。根据对控制系统高性能的要求，现如今的大部分交流伺服系统采用闭环控制方式。
现代交流伺服驱动系统，已经逐渐向数字时代转变，数字控制技术已经无孔不入，如信号处理技术中的数字滤波、数字控制器、各种先进智能控制技术的应用等，把功能更加强大的控制器芯片以及各种智能处理模块应用到工业机器人交流伺服驱动系统当中，可以实现更好的控制性能。分析多年来交流伺服控制系统的发展特色，总结市场上客户对其性能的要求，可以概括出交流伺服控制系统有以下几种热门发展方向：
（1）数字化
随着微电子技术的发展，处理速度更迅速、功能更强大的微控制器不断涌现，控制器芯片价格越来越低，硬件电路设计也更加简单，系统硬件设计成本快速下降，且数字电路抗干扰能力强，参数变化对系统影响小，稳定性好；采用微处理器的数字控制系统，更容易与上位机通讯，在不变更硬件系统结构的前提下，可随时改变控制器功能。在相同的硬件控制系统中，可以有多种形式的控制功能，不同的系统功能可以通过设计不同的软件程序来实现，且可以根据控制技术的发展把最新的控制算法通过软件编程实时的更新控制系统。
（2）智能化
为了适应更为恶劣的控制环境和复杂的控制任务，各种先进的智能控制算法已经开始应用在交流伺服驱动系统中。其特点是根据环境、负载特性的变化自主的改变参数，减少操作人员的工作量。目前市场上已经出现比较成熟的专用智能控制芯片，其控制动静态特性优越，在交流伺服驱动控制系统中被广大技术人员所采用。
（3）通用化
当前，伺服控制系统一般都配置有多种控制功能参数，这有利于操作人员在不改变系统硬件电路设计的前提下方便地设置成恒压频比控制、矢量控制、直接转矩控制等多种工作模式，应用领域十分广泛，另外可以控制异步、同步等不同类型的电动机，适应于各种闭环或开环控制系统，交流伺服控制系统的通用化将会在以后的伺服驱动系统发展的道路中越走越远。
2、交流伺服控制策略
最近几十年来，借助于电机控制理论及智能控制理论的不断完善，交流伺服控制理论也随之蓬勃发展起来；由于微电子技术的进步，各种方便用户开发的微控制器与数字信号处理器件大量涌现市场，为各种先进的智能控制算法在控制系统中的应用提供了可能。现如今，各种新型的伺服控制策略大量涌现，大有与传统控制策略一较高低的趋势，下面对几种常用的伺服控制策略进行分析比较：
（1）恒压频比控制
在工厂控制领域中使用最为广泛的仍然是恒压频比控制方式，此方法是通过控制输出电压与频率的比是常数，确保电动机的磁通量为定值，从而控制电动机的速度。这种控制方法在低速运行时转矩能力较弱，必须对定子电压压降进行补偿处理，另外因为此控制方法不能直接控制电磁转矩，因此性能较低。但由于恒压频比控制具有实现简单、运行稳定、调速方便等优点，因此在一些对动态性能要求比较低的场合应用比较广泛。
（2）矢量控制
上个世纪，矢量控制技术的提出，为交流伺服驱动系统的快速进步提供了理论支持。矢量控制技术的主要原理为：以转子旋转磁场作为参考系，将电动机定子矢量电流经过两次坐标变换分解为直轴电流和交轴电流分量，且使两电流分量相互正交，同时对交直轴电流分量的幅值和相位进行控制，可以获得像直流电机一样优越、甚至比直流电动机更好的动态控制性能，另外，矢量控制经过半个世纪的发展已经十分成熟，在伺服驱动系统中应用最为广泛；矢量控制技术的优点主要是原理简单，动态控制性能良好，缺点是在控制实现过程中要进行各种坐标变换，计算量比较大，另外此种控制方法会实时受到电动机定子电阻、电感以及转动惯量变化的影响，基本上不可能实现完全解耦，从而影响系统的动态性能，使控制效果变差。解决方法是加入各种先进的控制算法，对控制器进行智能化改进，从而提高伺服驱动系统的动态性能与鲁棒性。
（3）直接转矩控制
二十世纪八十年代中期，德国专家提出“直接自控制”的高性能交流电动机控制策略，此种控制策略不需要像矢量控制那样对电动机定子矢量电流进行大量而复杂的解耦变换，再通过控制解耦获得的交轴电流分量来间接的控制电动机电磁转矩，它采用定子磁场定向的控制方式，对交流电机的电磁转矩进行直接控制。此方式只受到电动机定子绕组阻值的影响，对电动机除定子绕组阻值之外的其他参数的变动稳定性好，解决了矢量控制受电动机本体参数影响大的缺点。1995
年，ABB
公司首先把直接转矩控制技术应用到了变频器当中，并作为一种高端产品出现在市场中，对矢量变频器提出了挑战。20
世纪末，开始有部分专家学者通过深入研究把直接转矩控制理论引入到交流同步电动机当中，完成了直接转矩控制技术在交流同步电动机伺服驱动领域的重大突破。直接转矩控制的优点是转矩动态响应快，缺点是在转速较低时转矩脉动较大。
（4）智能控制
智能控制理论是最近几十年来的一种新兴学科，它的迅速发展为交流永磁伺服控制技术的进步注入了新鲜血液。智能控制技术由于其自身的理论特点，在非线性控制领域中比经典控制理论更具有优势，在很多场合将会实现比经典控制理论更好的控制特性。
3、电机模型
如图
2-2
所示，给出了
PMSM的简单模型。其中，A、B、C分别为
PMSM三相定子绕组，它们把整个空间均分为三份。在此，根据永磁同步电动机的简单模型以及其坐标变换关系图，获得电的机的理想数学模型，不过要想获得精确理想的电机数学模型是很难实现的，因此在建立数学模型之前，我们首先要对电动机数学模型影响很小的量进行相应的忽略及假设：
（1）忽略磁路铁芯的磁饱和现象；
（2）忽略铁芯磁滞与涡流损耗；
（3）忽略转子上的阻尼绕组；
（4）不计温度影响；
（5）假设气隙磁场呈理想正弦分布。
图1
PMSM
结构简化模型
当
PMSM
三相定子绕组中通入三相交流电时，根据电磁感应定律和基尔霍夫定律可得
PMSM的定子电压、定子磁链和转子耦合磁链的方程分别如式所示：
式中、、——定子绕组相电压；、、——定子绕组相电流；、、——定子绕组总磁链；、、——各绕组耦合磁链；
——定子绕组电阻；
——定子绕组电感；
——转子磁链幅值。
电磁转矩是电动机对外输出能量的重要依据，交流伺服驱动控制系统是否能快速稳定的输出给定的电磁转矩是评价电动机动态响应性能的重要指标，PMSM的电磁转矩方程表述如式所示：
将磁链方程代入上式中可得方程如下式所示：
在隐极式永磁同步电动机中，=，代入上式中可以得到方程如下式所示：
由上式可以看出，通过对定子电流的控制，就可以控制
PMSM的转矩。作用到电机轴上的电磁转矩与电动机转速、负载转矩以及电动机转动惯量之间的变化关系可以用下面的电机运动方程式来表示：
五、结束语
（1）交流伺服电动机作为数控机床的新型执行元件在国外已取得了很大的进展,在我国提供性能好和可靠性高的交流伺服电动机,满足数控系统发展的需要,是当前的一个关键问题。
（2）从国外交流伺服电动机的发展趋势来看,应优先发展成本较低的同步型转速可控的直流无刷电动机。
（3）交流伺服电动机的性能在很大程度上取决于电子控制技术的水平。应力求采用数字控制和计算机控制,以克服交流伺服电动机的不足之处。
（4）随着交流伺服系统应用领域的不断扩大,交流伺服电动机将会有很大的发展。在我国,交流伺服电动机潜力的发掘和发展,尚需我们做大量的工作。
六、参考文献
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唐玉增.从第七届欧洲国际机床展览会看机床电器产品的发展（下).机床电器,1955
（3)
［2］
徐殿国,王宗培.币明巨驱动系统发展概况.微电机,1990（3）
［3］
周泽存．高电压技术［M］．3
版.北京:中国电力出版社，2007．
［4］谭建成.永磁交流伺服技术及其进展（1).微电机,1990（3)
［5］邵晓强.永磁交流伺服电动机力矩分析.微电机,1991
（2)
第三篇：Led点阵广告牌设计显示原理及控制方式分析
2.1 LED点阵模块结构
八十年代以来出现了组合型LED点阵显示器模块，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成。这种一体化封装的点阵LED模块，具有高亮度、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。LED点阵规模常见的有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16等等。
根据像素颜色的数目可分为单色、双基色、三基色等。像素颜色不同，所显示的文字、图象等内容的颜色也不同。单色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双基色和三基色点阵显示内容的颜色由像素内不同颜色发光二极管点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如果按照脉冲方式控制二极管的点亮时间，则可实现256或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示。
图2.1示出最常见的8×8单色LED点阵显示器的内部电路结构和外型规格，其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。
图2.1 8×8单色LED模块内部电路
LED点阵显示器单块使用时，既可代替数码管显示数字，也可显示各种中西文字及符号．如5x7点阵显示器用于显示西文字母．5×8点阵显示器用于显示中西文，8x8点阵可以用于显示简单的中文文字，也可用于简单图形显示。用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器，但这类实用装置常通过PC机或单片机控制驱动。2.2 LED 动态显示原理
LED点阵显示系统中各模块的显示方式： 有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。最典型的例子就是电影放映机。在电子领域中，因为这种动态扫描显示方式极大的缩减了发光单元的信号线数量，因此在LED显示技术中被广泛使用。
以8×8点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。图2.1中，红色水平线Y0、Y1……Y7叫做行线，接内部发光二极管的阳极，每一行8个LED的阳极都接在本行的行线上。相邻两行线间绝缘。同样，蓝色竖直线X0、X1……X7叫做列线，接内部每列8个LED的阴极，相邻两列线间绝缘。
在这种形式的LED点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“1”表示），在某列线上施加低电平（用“0”表示）。则行线和列线的交叉点处的LED就会有电流流过而发光。比如，Y7为1，X0为0,则右下角的LED点亮。再如Y0为1，X0到X7均为0，则最上面一行8个LED全点亮。
现描述一下用动态扫描显示的方式，显示字符“B”的过程。其过程如图2.2
图2.2 用动态扫描显示字符“B”的过程
2.3 LED常见的控制方式
目前常见的是并行传输方式（见附录1.1），通过8位锁存器将8位总线上的列数据进行锁存显示，各8位锁存器的片选信号由译码器提供。此种方式的优点是传输速度快，对微控制器（MCU）的通信速度要求较低。但是这种方案最大的缺点是不便于随意扩展显示单元的数目。每增加一个16×16点阵的全角汉字显示单元，就需要在之前的电路上多增加两根地址线，这就要求在PCB布线的时候要留有充足的地址线冗余量。再一个缺点是，每个单元的PCB随着安放位置的不同，布线结构也不相同，不利于厂家批量生产。并行传输需要的芯片较多，因此市场上已经出现用FPGA,CPLD等高密度可编程逻辑器件（PLD）来取代传统锁存器IC的方案。成本有所下降，但可扩展性仍旧较差。因此，并行传输方式适用于显示单元数目确定的条屏。
随着广告屏显示内容的多媒体化，对控制器传输速度，运算能力的要求越来越高。因此控制器的种类也在不断发展以适应要求，从最初的8051单片机，到PIC单片机，又到FPGA，直到现在的ARM处理器。不同功能档次的广告屏对应着不同的处理器。
一．以传统8051单片机为控制器的LED显示屏。因受到单片机运算速度及通信速率的限制，LED动态显示的刷新率不可能做得太高。对显示效果和移动算法的处理也比较吃力，在实际显示效果上有比较明显的闪烁感。除此之外，传统8051单片机的内部资源贫乏，仅128字节的数据存储器，几K字节的程序存储器，无E2PROM，SPI。这就需要对单片机扩展外设，无疑增加了硬件成本。因此，8051控制的条屏只能用于显示内容及其简单，不需要经常更改显示内容的场合。
二．以PIC单片机为控制器的LED显示屏。因PIC单片机是RISC架构的工业专用单片机，处理指令的速度有所增加，抗干扰能力优秀，型号种类繁多。作为条屏的控制器，可以明显的改善显示效果，同时PIC单片机内部的资源较丰富，可节省外部电路设计难度，同时降低了硬件成本。因此，以PIC单片机为控制器的条屏目前仍是单色条屏市场的主流。
三．以FPGA（复杂可编程逻辑门阵列）为控制器的LED显示屏。FPGA以高速、并行著称。是近年来新兴的可编程逻辑器件。用他作为LED显示屏的控制器，能够高速的处理色阶PWM信号、高速的完成动态扫描逻辑、高速的完成字符移动算法。因此被运用于双基色、三基色的显示系统。但是其成本较高，开发难度较大。
四．以ARM（32位RISC架构高性能微处理器）为控制器的LED显示屏。ARM有着极高的指令效率，极高的时钟频率。因此其运算能力非常强大，内部资源也十分丰富，极大的简化了硬件设计的难度，缩短了开发周期。在条屏的运用中，能用ARM来实现花样繁多的显示方式，以及高色阶，多像素的全彩屏驱动。ARM与FPGA的组合更是功能强大，除了海量存储技术，无线更新技术外，还能实时地显示视频信号。因此，以ARM为控制器的显示屏常为视频全彩屏。
第四篇：交流异步电动机制动的几种方式附原理案例
交流异步电动机制动的几种方式附原理案列
工业变频 2009-06-16 16:00:42 阅读4628 评论1 字号：大中小 订阅
一、再生回馈制动
再生回馈制动是在外加转矩的作用下，转子转速超过同步转速，电磁转矩改变方向成为制动转矩的运行状态。再生回馈制动与反接制动和能耗制动不同，再生回馈制动不能制动到停止状态。
二、反接制动
反接制动是在电机定子三根电源线中的任意两根对调而使电机输出转矩反向产生制动，或者在转子电路上串接较大附加电阻使转速反向，而产生制动。
三、能耗制动
电机在正常运行中，为了迅速停车，在电机定子线圈中接入直流电源，在定子线圈中通入直流电流，形成磁场，转子由于惯性继续旋转切割磁场，而在转子中形成感应电势和电流，产生的转矩方向与电机的转速方向相反，产生制动作用，最终使电机停止。于惯性继续旋转切割磁场，而在转子中形成感应电势和电流，产生的转矩方向与电机的转速方向相反，产生制动作用，最终使电机停止。
1.能耗制动的原理
如果三相异步电动机定子绕组断开三相电源后，则电机内无磁通势。从而电磁转矩
＝0，电动机在负载转矩作用下，自然停车，这是自然制动过程。
能耗制动的电路原理图如图5.22所示，三相异步电动机定子绕组切断三相交流电源后（1K断开），同时，在定子绕组任意两相上接入直流电流
（也称直流励磁电流)，即接通开，最大幅值为
。在关2K，从而在电机内形成一个不旋转的空间位置固定的磁通势 三相交流电源切断后的瞬间，电动机转子由于机械惯性其转速 逆时针方向旋转。此时，直流电流
不能突变，而继续维持原
相对于旋转的转子
产生的空间固定不转的磁通势
是一个旋转磁通势；旋转方向为顺时针，转速大小为 感应电动势，并产生电流
和电磁转矩
。这种相对运动导致了转子绕组有的方向与磁通势，根据左手定则可知，相对于转子的旋转方向是一样的，但与转速 电机转速迅速下降，直到转速 的方向相反，电动机处于制动运行状态，与转子相对静止，＝0，＝0，时，磁通势
, 减速过程结束，电动机将停转，实现了快速制动停车。如果负载是反抗性负载，则电机转速 将停车。如果负载是位能性负载，则电机转速
时必须立即用机械抱闸，将电机轴刹住停车。
图5.22 能耗制动接线图
由于制动过程，转轴的机械能转换成电能消耗在转子回路的电阻上，因此，称为能耗制动。2.能耗制动的机械特性
三相异步电动机能耗制动的机械特性的推导类似于三相异步电动机固有机械特性的推导。当异步电动机切断三相交流电源，接入直流电流
时的等值电路如图5.23所示。它是转子绕组相数、匝数、绕组系数及转子电路的频率都折合到定子边界的结果。
图5.23 能耗制动的等值电路 图5.24 能耗制动的电流关系 图中 为能耗制动转差率。当直流磁通势
于转子之间相对转速（既转差）不变时，即，且 的相对转子的转速即同步转速为，则
转子绕组感应电动势 的大小和频率为：
图中 为等值电流，它是通过三相异步电动机定子绕组接入直流电流
等效替代直流磁通势
换算得到的。利
与 用三相交流电流产生的旋转磁通势 的关系如下：
当电动机定子绕组为ㄚ 形接法时，有 的办法，可推导出
当电动机定子绕组为△形接法时，有
根据等值电路画出能耗制动时各电流之间的关系图如图5.24 所示，则
(5.25)忽略励磁电阻 的铁损耗作用，则
(5.26)对于转子功率因数角，有
(5.27)将式（5.26）、（5.27）代入式（5.25），整理各得
则
(5.28)上式为能耗制动的机械特性表达式。和电动机运行状态时的机械特性参数表达式推导方法一样，可导出能耗制动时的最大转矩
及相应的转差率
为
(5.29)根据式（5.28）画出三相异步电动机能耗制动时的机械特性如图 5.25 所示，图中曲线
图5.25 能耗制动的机械特性 图5.26 能耗制动过程 1为直流电流为 电阻，转子串入电阻
时的特性；曲线2为直流电流为
（＞)，转子串入电阻，转子串入
时的特时的特性；曲线3为直流电流为
性；曲线4为电机运行的固有特性。3.制动过程分析
三相异步电动机工作于电动运行状态时，采用能耗制动停车，电动机的运行点如图5.26所示。即 的大小。4.直流电流。改变直流电流 的选择 的大小而改变制动转矩的大小，从而改变制动时间对于三相鼠笼式异步电动机取
对于三相绕线式异步电动机取
式中 为异步电动机的空载电流，一般取
。能耗制动广泛应用于要求平稳准确停车的场合。也可用于起重机一类带位能性负载的机械限制重物下放的速度，使重物保持匀速下降，只需改变直流电流 的大小（调节电位器 RP）或改变转子回路串电阻R值，则可达到目的。5.3.2 反接制动
三相异步电动机的反接制动分为定子电源反接的反接制动和倒拉反接制动两种 1.定子电源反接的反接制动（1）反接制动原理
三相绕线式异步电动机处于正常电动运行，当改变三相电源的相序时，如图5.27电路接线图中1K断开，2K闭合则改变了电源相序，电动机便进入了反接制动过程。由于电源相序改变，圆形旋转磁场反向，而转子不可能立即改变转向，因而转子感应电动势反向，电流反向，则电磁转矩也反向，电动机处于制动运行状态，电动转速迅速下降，直到转速，电机将停转，从而实现了快速制动停车。（2）机械特性
电动机的固有特性如图5.28所示的曲线1。当定子两相反接时，旋转磁场改变方向，则同步转速为，转差率，反接制动机械特性变为曲线2。根据异步电动机等值电路中表示机械负载的附加电阻，则机械功率为
即负载向电动机内输入机械功率。而定子传递到转子的电磁功率为
表明定子仍向电源吸收电功率，再由定子向转子传递电磁功率。由于
表明转子回路的铜损耗来自定子吸收电源的电功率和负载送入的机械功率，这个数值很大。若不在转子回路串入较大的电阻器，转子铜损耗将无法消耗，将导致电机转子绕组过热而损坏，因此，电机转子回路必须串入大电阻R，此时，反接制动的机械特性为曲线3。（3）制动过程分析
三相绕线式异步电动机工作于电动状态时，开关1K 闭合2K 断开。当电机定子电源反接时，开关1K 断开2K 闭合，同时转子回路串入大电阻，即3K 断开，电动机的运行点以，使得电动机快速停车。如果电动机拖动较小的反抗性恒转矩负载或位能性恒转矩负载运行，并采用定子电源反接的反接制动停车，那么必须当电机转速 断电源并停车，否则电动机将反向起动到
点。
时切（4）反接制动电阻的计算
根据新要求的最大制动转矩进行。例5.6 JZR51－8型绕线式异步电动机，A, 大制动转矩为
＝22kW, ，V,。如果拖动额定负载运行时，采用反接制动停车，要求制动开始时最，求转子每相串入的制动电阻值。
解:电动机额定转差率
转子每相电阻
制动后瞬间电动机转差率
过制动开始点（＝1.964，）的反接制动机械特性的临界转差率为
固有机械特性的 为
转子串入反接制动电阻为
定子电源反接的反接制动广泛用于要求迅速停车和需要反转的生产机械上，多用于三
图5.27 定子电源反接的反接制动 图5.28 反接制动的机械特性 相绕线式异步电动机中。对于三相鼠笼式异步电动机由于转子回路无法串电阻，则反接制动只能用于不频繁制动的场合。2.倒拉反接制动
这里仅对倒拉反接制动过程进行分析。
倒拉反接制动状态指三相绕线式异步电动机拖动位能性恒转矩负载时，在转子回路上串入较大电阻，使机械特性变为图5.29（b）所示的曲线2，电动机反转运行于第Ⅳ象限的B点。曲线1为电动机的固有特性。
倒拉反接制动适用于位能性恒转矩负载。例如，起重机将重物保持均匀速度下降时，使得位能性负载—重物倒过来拉着电动机反转。如图5.29（a）所示电动机定子电源断开时（既1K断开2K闭和）。工作运行于
点，即转数，处于停车状态。电动机按提升方向接通，即2K断开）。由于起动转矩 点加速到
点，电磁转矩
负载转,电动机电源（既1K闭和，并在转子回路串入电阻 矩 ,电机被重物拖着反转，电机运行点由
处于稳定的反接制动运行状态，且电机以 的转速重物匀速下放。
（a）接线原理图（b）机械特性
图5.29 倒拉反接制动4.直流电流 的选择
对于三相鼠笼式异步电动机取
对于三相绕线式异步电动机取
式中 为异步电动机的空载电流，一般取。
能耗制动广泛应用于要求平稳准确停车的场合。也可用于起重机一类带位能性负载的机械限制重物下放的速度，使重物保持匀速下降，只需改变直流电流 的大小（调节电位器 RP）或改变转子回路串电阻R值，则可达到目的。5.3.3 回馈制动
前面所述反接制动机械特性，如图5.28所示曲线2或曲线3。当三相异步电机拖动位能性恒转矩负载，定子电源接成负相序 制动运行点），对应的电磁转矩
时，电动机运行于第Ⅳ象限的，转速，且
点（称为回馈, 则称为反向回馈制动运行。例如，起重机下放重物（如图5.30所示），电机利用回馈制动下放重物时，定子两相反接，这时同步转速由
起动转矩为
（图5.28的C点）。由于转矩 , 则 ,电机将反向加速运行到 点。以 的转速使重物匀速下放。下放过程中，重物贮存的位能不断被电机定子绕组吸收，并转换成电能“回馈”到电网中。为防止下降转
速过快，转子串电阻 值不宜太大。图
5.30 起重机下放重物的回馈制动
同理，正向回馈制动运行是指电动机工作于第Ⅱ象限，且
电机转速 的机械功率 功率
功率 , 除了定子绕组上的铜损耗 ,转差率，电磁功率
。电动机输入，电动机的输入
。即正向回馈制动过程中，转子送出的电磁外，其余的回馈给定子电源了。例如下章叙述的变极或变频调速过程，则为正向回馈制动过程。
5.3.4 三相异步电动机的各种运行状态 和直流电动机一样，三相异步电动机按其转矩
与转速 的方向的异同，可分为电动运行状态和制动运行状态。各种运行状态如图5.31 所示。1.电动运行状态 当 与 , 同方向，机械特性及其稳定运行点在第Ⅰ、Ⅲ象限。若电机运行于第Ⅰ象限，, 称为正向电动状态，其稳定运行点 ,、称为正向电动运行点；若电机、称为反向运运行于第Ⅲ象限，, 称为反向电动状态，其稳定运行点
行点。在电动状态，电机通过定子向电网吸收电能，经过转子转换成机械能输出。
2.制动运行状态 图5.31 三相异步电动机的各种运行状态 当 与 反方向，机械特性及其稳定运行点在第Ⅱ、Ⅳ象限。能耗制动、反接制动、倒拉反接制动和回馈制动点等各种制动运行过程和状态根据上述分析结果绘于图5.31中。例5.7 某起重机吊钩由一台绕线式三相异步电动机拖动，电动机额定数据为： , 提升重物 , ,，下放重物
。电动机的负载转矩。
为工作在固有特性上的转速，低
kW, 的情况是：(1)提升重物，要求有低速、高速二档，且高速时转速 速时转速
路应串入的电阻值。
(2)下放重物要求有低速、高速二档，且高速时转速，工作于转子回路串电阻的特性上。求两档转速各为多少及转子回
为工作在负序电源的固有机械特性上的转速，低速时转速，仍然工作于转子回路串电阻的特性上。求两档转速及转子应串入的电阻值。说明电动机运行在哪种状态。
解:（1）根据题意画出该电动机运行时相应的机械特性，见下图所示。点A、B是提升重物时的两个工作点。
(2)计算固有机械特性的有关数据： 额定转差率
固有机械特性的临界转差率
额定转矩
1)提升重物转速及转子回路串入电阻的计算 提升重物时负载转矩
高速为
低速时转子每相串入电阻 低速为
低速时B点的转差率为 的计算：
过B点的机械特性的临界转差率为
低速时每相串入电阻，则
2)下放重物两档速度及串入电阻的计算 下放重物时负载转矩
负载转矩为 在固有机械特性上运行时的转差率为
（另一解不合理，舍去）
相应转速降落为
负相序电源高速下放重物时电动机运行于反向回馈制动运行状态，其转速为
低速下放重物电动机运行于倒拉反转状态。低速下放转速为
相应转差率为
过D点的机械特性的临界转差率为
低速下放重物时转子每相串入电阻值为，则
第五篇：电梯按控制方式及各种方式原理(对电梯控制方式迷惑的朋友阅读)
电梯按控制方式及各种方式原理
按控制方式分类
①手柄操纵控制电梯。此种电梯由司机操纵轿厢内的手动开关，实现轿厢运行的控制。电梯轿门和厅门的开关有自动和手动两种型式。对于自动门电梯，当轿厢运行到平层区域时，司机将手柄开关回到零位，电梯就会换速自动平层，自动开门；对于手动门电梯，则需由司机手动将门关闭或打开。
②按钮控制电梯。这是一种通过操纵层门外侧按钮或轿厢内按钮发出指令，使轿厢停靠层站的电梯。这种电梯也有自动和手动两种型式。自动门电梯具有自动平层、开关门功能。对于手动门电梯，在电梯到站平层后，需要有人将门打开，并通过人工将门关闭以后，电梯得到按钮指令才可运行。
③信号控制电梯。这是一种由电梯司机操纵轿厢运行的电梯，具有将层门外上下召唤信号、轿厢内选层信号和其他各种专用信号加以综合分析判断的功能，因而自动控制程度较高。
④集选控制电梯。此种电梯自动控制程度更高，可以实现将层门外上下召唤信号、轿厢内选层信号和其他各种专用信号加以综合分析判断后自动决定轿厢运行，无需司机控制。集选控制电梯一般均设“有／无司机”操纵转换开关，可根
据使用需要灵活选择。如人流高峰或特殊需要时，可转换为有司机操纵，从而成为信号控制电梯。在其他情况下作正常行驶时，可转为无司机操纵，即为集选控制电梯。
⑤向下集选控制(向下集中控制)电梯。这种电梯的特点是，对于各层站的呼梯信号，轿厢只有在向下运行时才能顺向应
答召唤停靠。
⑥并联控制电梯。将两三台电梯集中排列，共用层门外召唤信号，按规定顺序自动调度，确定其运行状态。采用此种控制方式的电梯，在无召唤信号时，在主楼面有一台电梯处于关门备用状态，另外一台或两台电梯停在中间楼层随时应答厅外呼梯信号，前者常称为基梯，后者称为自由梯。当基梯起动运行后，自由梯可自动起动至基站等待。若厅外其他层站有呼梯信号时，自由梯则前往应答与其运行方向相同的所有召唤信号。对于与自由梯运行方向相反的召唤信号，则由基梯前往应答。如果两台(或三台)电梯都在应答两个方向的呼梯信号时，先完成应答任务的电梯返回主楼面备用。这种控制方式有利于提高电梯运输效率，节省乘客候梯时间。
⑦群控电梯。将多台电梯进行集中排列，并共用层门外按钮，按规定程序集中调度和控制的电梯。采用此种控制方式，是基于建筑物内不同时段客流量不均匀。一般早、晚和中午会出现客流高峰，平时上下往返交错为中等客流量，夜间、清晨客流量少。利用轿厢底下的负载自动计量装置及其相应的计算机管理系统，进行轿厢负载计算，并根据上下方向的停站数、厅外呼梯信号和轿厢所处位置，选择最适合客流量的输送方式，避免轿厢轻载起动运行、满载中途呼梯停车和空载往返。在客流量逐渐减少的夜间和清晨，还可实现电梯运行台数的相应减少，在返回基站后，不运行的电梯经过一定时间可切断电源。因此，这种控制方式有利于增加电梯的运输能力，提高效率，缩短乘客候梯时间，减少电能消耗，适用于配用电梯在3台以上的高层建筑中。
⑧智能控制电梯。这是一种先进的应用计算机技术对电梯进行控制的群控电梯。其最大特点是，它能根据厅外召唤，给梯群中每部电梯作试探性的分配，以心理性等候时间最短为原则，避免乘客长时间等候和将厅外呼梯信号分配给满载性较大的电梯，使乘客候梯失望，从而提高了预告的准确性和运输效率，达到电 梯的最佳服务。此外，由于电梯采用了微机控制，取代了大量的继电器，使故障率大大降低，控制系统的可靠性大大增强。
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