第五章控制電動(dòng)機(jī)

1、第五章第五章 控制電動(dòng)機(jī)控制電動(dòng)機(jī) 5.1 5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 5.2 5.2 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 5.3 5.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) 5.4 5.4 力矩電動(dòng)機(jī)力矩電動(dòng)機(jī) 5.4 5.4 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)5.1 5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件。是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類：工作原理工作原理反應(yīng)式反應(yīng)式永磁式永磁式混合式混合式輸出轉(zhuǎn)輸出轉(zhuǎn)矩大小矩大小快速快速功率功率勵(lì)磁相數(shù)勵(lì)磁相數(shù)二、三、四、五、六、八相等二、三、四、五、六、八相等角位移角位移輸入脈沖個(gè)數(shù)輸入

2、脈沖個(gè)數(shù)運(yùn)行速度運(yùn)行速度輸入脈沖頻率輸入脈沖頻率 定子繞組電流變化和頻定子繞組電流變化和頻率的關(guān)系率的關(guān)系 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子：由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸等由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸等組成。轉(zhuǎn)子鐵心是由硅鋼片或組成。轉(zhuǎn)子鐵心是由硅鋼片或軟磁材料疊壓而成的齒形鐵心軟磁材料疊壓而成的齒形鐵心。 轉(zhuǎn)子齒的個(gè)數(shù)稱為齒轉(zhuǎn)子齒的個(gè)數(shù)稱為齒數(shù)，用數(shù)，用Z表示。表示。二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 給某相繞組通電前，轉(zhuǎn)子在給某相繞組通電前，轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子齒偏離定子齒一個(gè)角度的位轉(zhuǎn)子齒偏離定子齒一個(gè)角度的位置。置。 繞組通電后，由于勵(lì)磁磁通力圖沿磁阻最繞組通電后，由于勵(lì)磁磁通力圖沿磁阻最小路徑通過(guò)，因此對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁吸力，迫

3、使小路徑通過(guò)，因此對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁吸力，迫使轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到與定子齒對(duì)齊位置時(shí)，轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到與定子齒對(duì)齊位置時(shí)，因轉(zhuǎn)子只受徑向力而無(wú)切線力，故轉(zhuǎn)矩為零，因轉(zhuǎn)子只受徑向力而無(wú)切線力，故轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子被鎖定在這個(gè)位置上。轉(zhuǎn)子被鎖定在這個(gè)位置上。 錯(cuò)齒錯(cuò)齒是促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。是促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。工作原理工作原理結(jié)論：結(jié)論： 通電順序?yàn)橥婍樞驗(yàn)锳 AB-B-時(shí)時(shí)，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊睫D(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊睫D(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)。 LINT11-2.SWF LINT11-2.SWF工作原理工作原理結(jié)論：結(jié)論： 通電順序改為通電順序改為A A，時(shí)，轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針?lè)较蛞徊?，時(shí)，

4、轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊睫D(zhuǎn)動(dòng)。一步轉(zhuǎn)動(dòng)。 改變通電順序即改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向。改變通電順序即改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向。 三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電方式三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電方式 1. 1. 單相通電方式（單單相通電方式（單3 3拍）拍） 正轉(zhuǎn)：正轉(zhuǎn)：AB 反轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)：A 2. 2. 單、雙相工作方式（單、雙相工作方式（6 6拍）拍） 正轉(zhuǎn)：正轉(zhuǎn)：A-AB-B-BC-C-CA-AA-AB-B-BC-C-CA-A 反轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)：A-CA-C-BC-B-AB-AA-CA-C-BC-B-AB-A 3. 3. 雙相工作方式（雙雙相工作方式（雙3 3拍）拍） 正轉(zhuǎn)：正轉(zhuǎn)：AB-BC-CA-ABAB-BC-CA-AB 反轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)

5、：AC-CA-BC-ACAC-CA-BC-AC 所有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都有三種通電方式。以三相電動(dòng)所有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都有三種通電方式。以三相電動(dòng)機(jī)為例機(jī)為例四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角與轉(zhuǎn)速四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角與轉(zhuǎn)速 步距角：步距角：由一個(gè)通電狀態(tài)改變到下一個(gè)通電狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)由一個(gè)通電狀態(tài)改變到下一個(gè)通電狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。 360360 / /ZKmZKm 其中：其中：Z轉(zhuǎn)子齒數(shù)轉(zhuǎn)子齒數(shù) m定子繞組相數(shù)定子繞組相數(shù) K通電系數(shù)通電系數(shù) K K=1=1、2 21.1.步距角步距角 由此可見(jiàn)，步進(jìn)電動(dòng)由此可見(jiàn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z和定子相和定子相數(shù)數(shù)m愈多，步距角愈

6、小，愈多，步距角愈小，控制越精確?？刂圃骄_。 如：二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的如：二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的Z=100，單拍運(yùn)行時(shí)，其步距角，單拍運(yùn)行時(shí)，其步距角8 . 110023609 . 010022360若按單、雙通電方式運(yùn)行時(shí)，步距角若按單、雙通電方式運(yùn)行時(shí)，步距角 當(dāng)定子控制繞組按著一定順序不斷地輪流通電時(shí)，步進(jìn)當(dāng)定子控制繞組按著一定順序不斷地輪流通電時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就持續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)就持續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速n（r/min）與輸入脈沖的頻）與輸入脈沖的頻率率f (Hz) 的關(guān)系。的關(guān)系。fKmZfKmZfn606022602 2. 速度速度五、步距角的細(xì)分五、步距角的細(xì)分 單相或雙相通電時(shí)，稱為

7、整步運(yùn)行；整步又稱自然步。單相或雙相通電時(shí)，稱為整步運(yùn)行；整步又稱自然步。 單、雙相通電時(shí)，稱為半步運(yùn)行。單、雙相通電時(shí)，稱為半步運(yùn)行。 整步或半步運(yùn)行時(shí)，因單步增量都比較大，而運(yùn)行振動(dòng)直接與整步或半步運(yùn)行時(shí)，因單步增量都比較大，而運(yùn)行振動(dòng)直接與步增量有關(guān)。步增量有關(guān)。 細(xì)分的目的就是將自然步進(jìn)行細(xì)分，得到微步距，以得到較好細(xì)分的目的就是將自然步進(jìn)行細(xì)分，得到微步距，以得到較好的運(yùn)行性能。的運(yùn)行性能。不細(xì)分時(shí) A相繞組通電：轉(zhuǎn)子停在A-A位置 A、B相繞組通電：轉(zhuǎn)子停在位置，轉(zhuǎn)角300 B相繞組通電：轉(zhuǎn)子停在B-B位置 ，轉(zhuǎn)角300細(xì)分時(shí)： A相繞組額定電流：轉(zhuǎn)子停在A-A位置 A相繞組額定電

8、流、B相繞組1/2額定電流：轉(zhuǎn)子停在位置，轉(zhuǎn)角150 A相繞組額定電流、B相繞組額定電流時(shí)：轉(zhuǎn)子停在位置 ，轉(zhuǎn)角150 A相繞組1/2額定電流、B相繞組額定電流：轉(zhuǎn)子停在位置 ，轉(zhuǎn)角150 B相繞組額定電流：轉(zhuǎn)子停在位置B-B，轉(zhuǎn)角150這就是4細(xì)分，即一步分成4步。目前常用細(xì)分系數(shù)有2、4、8、16、32、64六、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要特性六、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要特性 1. 矩角特性矩角特性 矩角特性指電磁轉(zhuǎn)矩與矩角特性指電磁轉(zhuǎn)矩與偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系 2. 啟動(dòng)慣頻特性啟動(dòng)慣頻特性 啟動(dòng)頻率和軸上負(fù)載轉(zhuǎn)啟動(dòng)頻率和軸上負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系動(dòng)慣量之間的關(guān)系六、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要特性六、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主

9、要特性 3.矩頻特性矩頻特性 定子繞組電流變化和頻定子繞組電流變化和頻率的關(guān)系率的關(guān)系 負(fù)載轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行時(shí)頻率的關(guān)系頻率的關(guān)系六、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要特性六、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要特性 4. 精度精度 精度精度最大步距誤差：最大步距誤差：電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一周相鄰兩步之間的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一周相鄰兩步之間的實(shí)際步距與理想步距的最大差值實(shí)際步距與理想步距的最大差值最大累計(jì)誤差：最大累計(jì)誤差：旋轉(zhuǎn)一周范圍內(nèi)，從任何位置旋轉(zhuǎn)一周范圍內(nèi)，從任何位置開(kāi)始經(jīng)過(guò)任意步后角位移的最大誤差值開(kāi)始經(jīng)過(guò)任意步后角位移的最大誤差值 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在一周內(nèi)存在最大步距誤差或最大累計(jì)誤步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在一周內(nèi)存在最大步距誤差或最大累

10、計(jì)誤差。但沒(méi)有累計(jì)誤差。即：旋轉(zhuǎn)一周后誤差被清除。差。但沒(méi)有累計(jì)誤差。即：旋轉(zhuǎn)一周后誤差被清除。 5.2 5.2 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 直流伺服電動(dòng)機(jī)和工作原理與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同，不同的直流伺服電動(dòng)機(jī)和工作原理與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同，不同的是做的細(xì)長(zhǎng)一些，以滿足快速響應(yīng)的要求。是做的細(xì)長(zhǎng)一些，以滿足快速響應(yīng)的要求。5.3 5.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī)減去了直流伺服電動(dòng)機(jī)中的換向器，交流伺服電動(dòng)機(jī)減去了直流伺服電動(dòng)機(jī)中的換向器，提高了運(yùn)行的可靠性。提高了運(yùn)行的可靠性。 一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu) 1. 1.定子定子 三相繞組和鐵芯組三相繞組和鐵芯組成。三相繞組直流供電，成。

11、三相繞組直流供電，由電子換向器輪流供電，由電子換向器輪流供電，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 2. 2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 永磁鐵芯。永磁鐵芯。 二、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)二、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 1. 1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 相當(dāng)于一臺(tái)反相當(dāng)于一臺(tái)反裝式直流電動(dòng)機(jī)。裝式直流電動(dòng)機(jī)。定子為三相繞組和定子為三相繞組和鐵芯組成。三相繞鐵芯組成。三相繞組直流供電，由電組直流供電，由電子換向器輪流供電，子換向器輪流供電，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 轉(zhuǎn)子為永磁體，轉(zhuǎn)子軸上裝有轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器、測(cè)速發(fā)轉(zhuǎn)子為永磁體，轉(zhuǎn)子軸上裝有轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和光電脈沖編碼器。電機(jī)和光電脈沖編碼器。 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器：轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器：輸出信號(hào)

12、控制電子換向器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電輸出信號(hào)控制電子換向器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的換向，即電子換向器中的晶體管的導(dǎo)通和截止由轉(zhuǎn)子動(dòng)機(jī)的換向，即電子換向器中的晶體管的導(dǎo)通和截止由轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的輸出信號(hào)控制。位置檢測(cè)器的輸出信號(hào)控制。 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的種類：光電式、電磁式、接近開(kāi)關(guān)式。轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的種類：光電式、電磁式、接近開(kāi)關(guān)式。 測(cè)速發(fā)電機(jī)：測(cè)速發(fā)電機(jī)：檢測(cè)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行速度，用于速度反饋。檢測(cè)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行速度，用于速度反饋。 光電編碼器：光電編碼器：檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，輸出信號(hào)反饋給檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，輸出信號(hào)反饋給CNCCNC實(shí)現(xiàn)位置控制。實(shí)現(xiàn)位置控制。 2. 2.工作原理工作原理 三相繞組直流供電，由電子換向器輪流供電，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)三相繞組直流供電，由電子換向器輪流供電，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)。5.4 5.4 力矩電動(dòng)機(jī)（自學(xué)）力矩電動(dòng)機(jī)（自學(xué)）5.4 5.4 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī) 直線電動(dòng)機(jī)是一種直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)元件。直線電動(dòng)機(jī)是一種直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)元件。 直線電動(dòng)機(jī)由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來(lái)。直線電動(dòng)機(jī)由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來(lái)。 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)：旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)：11定子定子 2 2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 直線電動(dòng)機(jī)：直線電動(dòng)機(jī)：33 初級(jí)初級(jí) 4 4次級(jí)次級(jí) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 直線電動(dòng)機(jī)初級(jí)、次級(jí)應(yīng)為長(zhǎng)短不同。直線電動(dòng)機(jī)初級(jí)、次級(jí)應(yīng)為長(zhǎng)短不同。 短初級(jí)短初級(jí) 11初級(jí)