機(jī)電一體化第四章--2實(shí)用教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)電機(jī)電(jdin)一體化第四章一體化第四章-2第一頁(yè)，共176頁(yè)。2第1頁(yè)/共175頁(yè)第二頁(yè)，共176頁(yè)。3 對(duì)不同的機(jī)電一體化設(shè)備，伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)(q dn)部件時(shí)所需功率的差異很大。在確定驅(qū)動(dòng)(q dn)方式時(shí)，一般從輸出功率與響應(yīng)頻率兩個(gè)方面綜合選擇。 液壓驅(qū)動(dòng)(q dn)伺服系統(tǒng)輸出功率大、響應(yīng)頻率高； 氣壓驅(qū)動(dòng)(q dn)伺服系統(tǒng)響應(yīng)頻率低但輸出功率大； 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)(q dn)的伺服系統(tǒng)，對(duì)不同的伺服電機(jī)具有不同的要求，因此具有選擇輸出功率范圍大、響應(yīng)頻率寬的特點(diǎn)。 在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，常采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)(q dn)的伺服系統(tǒng)。第2頁(yè)/共175頁(yè)第三頁(yè)，共176頁(yè)。4第3頁(yè)

2、/共175頁(yè)第四頁(yè)，共176頁(yè)。5第4頁(yè)/共175頁(yè)第五頁(yè)，共176頁(yè)。6圖圖4-1 伺服電動(dòng)機(jī)控制伺服電動(dòng)機(jī)控制(kngzh)方式的基本形式方式的基本形式第5頁(yè)/共175頁(yè)第六頁(yè)，共176頁(yè)。7 閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)有檢測(cè)裝置，閉環(huán)閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)有檢測(cè)裝置，閉環(huán)系統(tǒng)的檢測(cè)裝置裝到移動(dòng)部件系統(tǒng)的檢測(cè)裝置裝到移動(dòng)部件(bjin)上，系統(tǒng)中采用了反饋和誤差補(bǔ)償技術(shù)上，系統(tǒng)中采用了反饋和誤差補(bǔ)償技術(shù)；半閉環(huán)系統(tǒng)的檢測(cè)裝置裝到伺服電機(jī)；半閉環(huán)系統(tǒng)的檢測(cè)裝置裝到伺服電機(jī)上，在伺服電機(jī)尾部裝有編碼器和測(cè)速上，在伺服電機(jī)尾部裝有編碼器和測(cè)速發(fā)電機(jī)，分別檢測(cè)移動(dòng)部件發(fā)電機(jī)，分別檢測(cè)移動(dòng)部件(bjin)的的位移和

3、速度。位移和速度。 第6頁(yè)/共175頁(yè)第七頁(yè)，共176頁(yè)。8PPVNN()|T TdPd TdTdtdtdt第7頁(yè)/共175頁(yè)第八頁(yè)，共176頁(yè)。9n(yc)機(jī)步進(jìn)電機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)。第8頁(yè)/共175頁(yè)第九頁(yè)，共176頁(yè)。10第9頁(yè)/共175頁(yè)第十頁(yè)，共176頁(yè)。11第10頁(yè)/共175頁(yè)第十一頁(yè)，共176頁(yè)。12圖圖4-2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速(zhun s)分別與輸入的電分別與輸入的電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量只要控制輸入電脈沖

4、的數(shù)量、頻率以及電機(jī)繞組通電相、頻率以及電機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速速(zhun s)及轉(zhuǎn)向，很容及轉(zhuǎn)向，很容易用微機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)的數(shù)字控易用微機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)的數(shù)字控制。制。U2U1W2W1V1V2第11頁(yè)/共175頁(yè)第十二頁(yè)，共176頁(yè)。13B轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子(zhun z)(zhun z)定子定子(dngz)(dngz)若若A-AA-A磁極磁極(cj)(cj)通電通電第12頁(yè)/共175頁(yè)第十三頁(yè)，共176頁(yè)。14由于勵(lì)磁磁通總力圖沿磁阻最小路徑通過(guò)，因此定子對(duì)轉(zhuǎn)子由于勵(lì)磁磁通總力圖沿磁阻最小路徑通過(guò)，因此定子對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁吸力產(chǎn)生電磁吸力(xl)，迫使轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子

5、轉(zhuǎn)到與定子齒，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)，因轉(zhuǎn)子只受徑向力而無(wú)切線力，故轉(zhuǎn)矩為零，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，轉(zhuǎn)子被鎖定在這個(gè)位置上。由此可見：定子與轉(zhuǎn)子間的錯(cuò)齒轉(zhuǎn)子被鎖定在這個(gè)位置上。由此可見：定子與轉(zhuǎn)子間的錯(cuò)齒是助使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。是助使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。 若對(duì)勵(lì)磁繞組以一定方式通以直流勵(lì)磁電流，則轉(zhuǎn)子以若對(duì)勵(lì)磁繞組以一定方式通以直流勵(lì)磁電流，則轉(zhuǎn)子以相應(yīng)的方式轉(zhuǎn)動(dòng)。其轉(zhuǎn)動(dòng)原理其實(shí)就是電磁鐵的工作原理相應(yīng)的方式轉(zhuǎn)動(dòng)。其轉(zhuǎn)動(dòng)原理其實(shí)就是電磁鐵的工作原理.第13頁(yè)/共175頁(yè)第十四頁(yè)，共176頁(yè)。15圖圖4-3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工

6、作(gngzu)原理圖原理圖14 2314 2314 2314 23U1U2V1V2W2W1 通電通電(tng din)順序：順序： U 相相V 相相W 相相U 相。相。 U 相通相通(xingtng)電電 14 23U1U2V1V2W2W114 23 V 相通電相通電 U1U2V1V2W2W1 W 相通電相通電 14 2314 23一步一步兩步兩步三相單三拍三相單三拍第14頁(yè)/共175頁(yè)第十五頁(yè)，共176頁(yè)。16360ZKmZmK。其中： 為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為定子磁極數(shù)為控制狀態(tài)系數(shù)（3拍為1，6拍為2）n 顯然，單位時(shí)間內(nèi)通入的電脈沖數(shù)越多，即電脈沖顯然，單位時(shí)間內(nèi)通入的電脈沖數(shù)越多，即電脈沖頻

7、率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高。三相勵(lì)磁繞組依次單獨(dú)頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高。三相勵(lì)磁繞組依次單獨(dú)通電運(yùn)行通電運(yùn)行(ynxng)，換接三次完成一個(gè)通電循環(huán)，換接三次完成一個(gè)通電循環(huán)，稱為三相單三拍通電方式。稱為三相單三拍通電方式。第15頁(yè)/共175頁(yè)第十六頁(yè)，共176頁(yè)。17 通電通電(tng din)順序：順序： UV 相相VW 相相WU 相。相。 14 23U1U2V1V2W2W1 UV 相通相通(xingtng)電電 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 VW 相通電相通電 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 WU 相通電相通電 14 23 步距角：步距角： = 3014 2314

8、 23第16頁(yè)/共175頁(yè)第十七頁(yè)，共176頁(yè)。18三三相相(sn xin)六六拍拍通電通電(tng din)順序：順序：UUV VVW W WU U。14 23U1U2V1V2W2W1114 23U1U2V1V2W2W1214 23U1U2V1V2W2W1314 23U1U2V1V2W2W1414 23U1U2V1V2W2W1514 23U1U2V1V2W2W1614 23步距角：步距角： = 15 第17頁(yè)/共175頁(yè)第十八頁(yè)，共176頁(yè)。1935BYJ46步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)(dinj) 第18頁(yè)/共175頁(yè)第十九頁(yè)，共176頁(yè)。20步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)(dinj)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器第19頁(yè)/共175

9、頁(yè)第二十頁(yè)，共176頁(yè)。21永磁式步進(jìn)系列永磁式步進(jìn)系列(xli)電電動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)第20頁(yè)/共175頁(yè)第二十一頁(yè)，共176頁(yè)。22四自由度教學(xué)四自由度教學(xué)(jio xu)機(jī)器人機(jī)器人第21頁(yè)/共175頁(yè)第二十二頁(yè)，共176頁(yè)。23六自由度教學(xué)六自由度教學(xué)(jio xu)機(jī)器人機(jī)器人第22頁(yè)/共175頁(yè)第二十三頁(yè)，共176頁(yè)。24N第23頁(yè)/共175頁(yè)第二十四頁(yè)，共176頁(yè)。25603606ffn第24頁(yè)/共175頁(yè)第二十五頁(yè)，共176頁(yè)。26第25頁(yè)/共175頁(yè)第二十六頁(yè)，共176頁(yè)。27以產(chǎn)生任意頻率的脈沖信號(hào)。以產(chǎn)生任意頻率的脈沖信號(hào)。第26頁(yè)/共175頁(yè)第二十七頁(yè)，共176頁(yè)。28第27頁(yè)/

10、共175頁(yè)第二十八頁(yè)，共176頁(yè)。29定區(qū)。定區(qū)。第28頁(yè)/共175頁(yè)第二十九頁(yè)，共176頁(yè)。30空載空載(kn zi)負(fù)載負(fù)載(fzi)第29頁(yè)/共175頁(yè)第三十頁(yè)，共176頁(yè)。31 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩隨著失調(diào)角e變化的曲線就是角矩特性曲線。可以證明，此曲線可近似地用一條正弦曲線表示，如圖所示。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩越大，自鎖力矩越大，靜態(tài)誤差就越小。一般產(chǎn)品說(shuō)明書中標(biāo)示的最大靜轉(zhuǎn)矩就是指在額定電流通電方式下的Tjmax。 當(dāng)失調(diào)角e在-到的范圍內(nèi)（電角度） ，若去掉負(fù)載轉(zhuǎn)子TL，轉(zhuǎn)子仍能回到初始穩(wěn)定平衡位置。 因此，在-e的區(qū)域稱為(chn wi)步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)。U1U2V1V2W2W114 23U相通(x

11、ingtng)電4Tl第30頁(yè)/共175頁(yè)第三十一頁(yè)，共176頁(yè)。32第31頁(yè)/共175頁(yè)第三十二頁(yè)，共176頁(yè)。33指令脈沖指令脈沖圖圖4-4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制原理環(huán)形環(huán)形分配器分配器功率功率驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)負(fù)載負(fù)載輸出輸出驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)電源 脈沖分配器 功率放大器變頻信號(hào)方向信號(hào) 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性與配套使用的驅(qū)動(dòng)電源有密切關(guān)系。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性與配套使用的驅(qū)動(dòng)電源有密切關(guān)系。驅(qū)動(dòng)電源由環(huán)形脈沖分配器、功率放大器組成，如圖電源由環(huán)形脈沖分配器、功率放大器組成，如圖4-4所示。驅(qū)動(dòng)所示。驅(qū)動(dòng)電源是將變頻信號(hào)源送來(lái)的脈沖及方向信號(hào)按要求的配電方式

12、電源是將變頻信號(hào)源送來(lái)的脈沖及方向信號(hào)按要求的配電方式自動(dòng)地循環(huán)供給電機(jī)各相繞組，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子自動(dòng)地循環(huán)供給電機(jī)各相繞組，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子(zhun z)正正反向旋轉(zhuǎn)反向旋轉(zhuǎn)四、步進(jìn)電機(jī)四、步進(jìn)電機(jī)(dinj)的驅(qū)動(dòng)控制的驅(qū)動(dòng)控制第32頁(yè)/共175頁(yè)第三十三頁(yè)，共176頁(yè)。34方向環(huán)形環(huán)形(hun xn)分配器：硬件環(huán)分與軟件環(huán)分分配器：硬件環(huán)分與軟件環(huán)分 脈沖分配器 功率放大器變頻信號(hào)方向信號(hào)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)器器第33頁(yè)/共175頁(yè)第三十四頁(yè)，共176頁(yè)。35第34頁(yè)/共175頁(yè)第三十五頁(yè)，共176頁(yè)。36功率放大功率放大第35頁(yè)/共175頁(yè)第三十六頁(yè)，共176頁(yè)。37斬波恒流功放斬波恒流功放圖斬波

13、恒流功放電路圖斬波恒流功放電路(dinl) n 是利用斬波方法使電流恒定是利用斬波方法使電流恒定(hngdng)在在額定值附近。額定值附近。U=iU=iL LR R1212第36頁(yè)/共175頁(yè)第三十七頁(yè)，共176頁(yè)。38控制控制(kngzh)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)如如8051小功率小功率(gngl)(gngl)步進(jìn)電機(jī)可以自己設(shè)計(jì)脈沖分配器和功率步進(jìn)電機(jī)可以自己設(shè)計(jì)脈沖分配器和功率(gngl)(gngl)放大器，也可以選則集成芯片來(lái)設(shè)計(jì)放大器，也可以選則集成芯片來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)第37頁(yè)/共175頁(yè)第三十八頁(yè)，共176頁(yè)。39第38頁(yè)/共175頁(yè)第三十九頁(yè)，共176頁(yè)。40第39頁(yè)/共175頁(yè)第四十頁(yè)，

14、共176頁(yè)。41 Jm Jm步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的最大慣性矩；最大慣性矩； JL JL折算到步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)折算到步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。子上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。第40頁(yè)/共175頁(yè)第四十一頁(yè)，共176頁(yè)。42第41頁(yè)/共175頁(yè)第四十二頁(yè)，共176頁(yè)。43由于步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)矩由于步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)矩頻特性曲線是在空載下作出頻特性曲線是在空載下作出的，檢查其起動(dòng)能力的，檢查其起動(dòng)能力(nngl)時(shí)應(yīng)考慮慣性負(fù)載對(duì)起時(shí)應(yīng)考慮慣性負(fù)載對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響，然后，再查其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和計(jì)算起動(dòng)時(shí)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響，然后，再查其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和計(jì)算起動(dòng)時(shí)間。間。第42頁(yè)/共175頁(yè)第四十三頁(yè)，共176頁(yè)。44圖圖4-5

15、不同不同(b tn) 下的下的矩頻特性矩頻特性mLJJ /第43頁(yè)/共175頁(yè)第四十四頁(yè)，共176頁(yè)。45 fm fm電機(jī)本身的最大空載起動(dòng)電機(jī)本身的最大空載起動(dòng)頻率，頻率，HzHz或或p/sp/s； Jm Jm電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kgm2kgm2。 JL JL換算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣換算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，量，kgm2kgm2。當(dāng)當(dāng)JL/Jm=3JL/Jm=3時(shí)，時(shí)，fL = 0.5fmfL = 0.5fm。mLmLJJff/1第44頁(yè)/共175頁(yè)第四十五頁(yè)，共176頁(yè)。46N 步矩角精度是在空載條件下，在步矩角精度是在空載條件下，在360范圍范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子從任意位置內(nèi)，轉(zhuǎn)子從

16、任意位置(wi zhi)步進(jìn)運(yùn)行時(shí)，步進(jìn)運(yùn)行時(shí)，每隔指定的步數(shù)，測(cè)定其實(shí)際角位移與理論每隔指定的步數(shù)，測(cè)定其實(shí)際角位移與理論角位移之差，稱為靜止角度誤差，并用正負(fù)角位移之差，稱為靜止角度誤差，并用正負(fù)峰值之間的峰值之間的12來(lái)表示。其誤差越小，電動(dòng)來(lái)表示。其誤差越小，電動(dòng)機(jī)精度越高。一般機(jī)精度越高。一般 為為 的（的（35）,但它不受但它不受N值大小的影響，即不會(huì)產(chǎn)生累積值大小的影響，即不會(huì)產(chǎn)生累積誤差。誤差。第45頁(yè)/共175頁(yè)第四十六頁(yè)，共176頁(yè)。47第46頁(yè)/共175頁(yè)第四十七頁(yè)，共176頁(yè)。48第47頁(yè)/共175頁(yè)第四十八頁(yè)，共176頁(yè)。49NSUNSU第48頁(yè)/共175頁(yè)第四十九頁(yè)

17、，共176頁(yè)。50NSNSUU電刷電刷換向片換向片直流電流直流電流交流交流(jioli)電流電流電磁電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩(拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩)換向換向機(jī)械機(jī)械(jxi)負(fù)載負(fù)載旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)克克 服服反電動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì)做功做功 電磁關(guān)系電磁關(guān)系第49頁(yè)/共175頁(yè)第五十頁(yè)，共176頁(yè)。51電樞電樞(din sh)等效電路圖等效電路圖 Ua=Ea+IaRa Ea=Ce式中，式中，Ce是電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，僅與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)是電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，僅與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)(jigu)有關(guān)有關(guān)；是定子磁場(chǎng)中每極的氣隙磁通量是定子磁場(chǎng)中每極的氣隙磁通量Ua-IaRa=Ce補(bǔ)充補(bǔ)充(bchng)：直流電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程式：直流電動(dòng)機(jī)的電壓

18、平衡方程式第50頁(yè)/共175頁(yè)第五十一頁(yè)，共176頁(yè)。52mamTIC2aameemURTCC CUa-IaRa=Ce第51頁(yè)/共175頁(yè)第五十二頁(yè)，共176頁(yè)。53naamdmURCTT2aameemURTCC C0aeUC第52頁(yè)/共175頁(yè)第五十三頁(yè)，共176頁(yè)。54eaCU002emamRCTC圖 直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械(jxi)特性2aameemURTCC C機(jī)械機(jī)械(jxi)特性：是一定控制電壓下轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系特性：是一定控制電壓下轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系 。直流電機(jī)的機(jī)械特性直流電機(jī)的機(jī)械特性第53頁(yè)/共175頁(yè)第五十四頁(yè)，共176頁(yè)。55 把角速度看作是電樞(din sh)電壓

19、Ua的函數(shù)，即=f(Ua)，則可得到直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性表達(dá)式meakTCU2aemRkC C2aameemURTCC Cn調(diào)節(jié)特性：指一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性：指一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速(zhun s)隨控制電壓變化的關(guān)系隨控制電壓變化的關(guān)系n直流電機(jī)的調(diào)節(jié)直流電機(jī)的調(diào)節(jié)(tioji)特性特性圖 直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑、方便調(diào)速平滑、方便,調(diào)速范圍廣。調(diào)速范圍廣。第54頁(yè)/共175頁(yè)第五十五頁(yè)，共176頁(yè)。56MEaRiUcLaRaIa00mmaaiememRRRC CC CTT外電阻外電阻(dinz)對(duì)直流電機(jī)機(jī)械

20、性對(duì)直流電機(jī)機(jī)械性能的影響能的影響0aeUC其中外界(wiji)電阻使直流電機(jī)機(jī)械特性變軟，伺服控制性能變差第55頁(yè)/共175頁(yè)第五十六頁(yè)，共176頁(yè)。572aameemURTCC C第56頁(yè)/共175頁(yè)第五十七頁(yè)，共176頁(yè)。58缺點(diǎn)：電刷和轉(zhuǎn)換器使用壽命較低，缺點(diǎn)：電刷和轉(zhuǎn)換器使用壽命較低，需要定期更換需要定期更換(gnhun)；有火花；有火花，維護(hù)不便。，維護(hù)不便。第57頁(yè)/共175頁(yè)第五十八頁(yè)，共176頁(yè)。592aameemURTCC C直流電機(jī)常用的調(diào)速方法直流電機(jī)常用的調(diào)速方法(fngf)(fngf)：脈沖寬寬（：脈沖寬寬（PWMPWM）調(diào)速）調(diào)速第58頁(yè)/共175頁(yè)第五十九頁(yè)，共

21、176頁(yè)。60圖圖4-6 PWM直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)(q dn)系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖a) 控制原理圖控制原理圖 b)電壓時(shí)間關(guān)系圖電壓時(shí)間關(guān)系圖UUTUdtTUa01第59頁(yè)/共175頁(yè)第六十頁(yè)，共176頁(yè)。6101aUUdtUUTTT式中式中 稱為導(dǎo)通率，又稱占空系數(shù)。當(dāng)稱為導(dǎo)通率，又稱占空系數(shù)。當(dāng)T不變時(shí)，只要連續(xù)地改變不變時(shí)，只要連續(xù)地改變就可以連續(xù)地使就可以連續(xù)地使Ua由由0U，從而達(dá)到連續(xù)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速之目的。常選用的開關(guān)頻率為，從而達(dá)到連續(xù)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速之目的。常選用的開關(guān)頻率為5002500Hz。平均平均(pngjn)(pngjn)電壓：電壓：第60頁(yè)/共175頁(yè)第六十一頁(yè)，共1

22、76頁(yè)。62(1)晶閘管SCR晶閘管的開關(guān)(kigun)特性如下： 1) 起始時(shí)若控制極G不加電壓，則不論陽(yáng)極A 加正向還是(hi shi)反向電壓，晶閘管均不導(dǎo)通，這說(shuō)明晶閘管具有正、反向阻斷能力。 2) 晶閘管的陽(yáng)極A和控制極G同時(shí)加正向電壓時(shí)晶閘管才能導(dǎo)通，這是晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備的兩個(gè)條件。 3) 在晶閘管導(dǎo)通之后，其控制極 G就失去了控制作用。欲使晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)，必須把陽(yáng)極電流降低到一定值(小于維持電流)。因此晶閘管是一種具有半控特性的大功率器件，只能控因此晶閘管是一種具有半控特性的大功率器件，只能控制電路的導(dǎo)通，而不能控制電路的關(guān)斷！制電路的導(dǎo)通，而不能控制電路的關(guān)斷！,可控

23、硅（晶閘管）直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)只能用交流電供電，通過(guò)過(guò)零閉合。可控硅（晶閘管）直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)只能用交流電供電，通過(guò)過(guò)零閉合。第61頁(yè)/共175頁(yè)第六十二頁(yè)，共176頁(yè)。63 大功率晶體管從原理上來(lái)講與普通三極管是一致的，主要在大功率領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用，也稱為電力晶體管。與晶閘管相比，功率晶體管不僅可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通控制，還可以實(shí)現(xiàn)關(guān)斷控制，是全控元件，而且開關(guān)速度遠(yuǎn)大于晶閘管。大功率晶體管只能工作于飽和導(dǎo)通或截止兩種狀態(tài)，因此，從功能大功率晶體管從原理上來(lái)講與普通三極管是一致的，主要在大功率領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用，也稱為電力晶體管。與晶閘管相比，功率晶體管不僅可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通控制，還可以實(shí)現(xiàn)關(guān)斷控制，是全控元件，而且開關(guān)速度遠(yuǎn)大于

24、晶閘管。大功率晶體管只能工作于飽和導(dǎo)通或截止兩種狀態(tài)，因此，從功能(gngnng)上可以將功率晶體管看做是一個(gè)工作在開關(guān)狀態(tài)下的大功率三極管。上可以將功率晶體管看做是一個(gè)工作在開關(guān)狀態(tài)下的大功率三極管。(2)大功率晶體管大功率晶體管第62頁(yè)/共175頁(yè)第六十三頁(yè)，共176頁(yè)。64n 直流電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路直流電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路(dinl)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 關(guān)鍵是產(chǎn)生(chnshng)寬度可調(diào)的脈沖信號(hào)，即 PWM信號(hào)脈寬信號(hào)(xnho)第63頁(yè)/共175頁(yè)第六十四頁(yè)，共176頁(yè)。65000IUIIII控制信號(hào)的特性決定了直流電機(jī)的工作狀態(tài)U電機(jī)停止,U電機(jī)正轉(zhuǎn),U電機(jī)反轉(zhuǎn).且 U 越大電機(jī)轉(zhuǎn)速越快第64頁(yè)

25、/共175頁(yè)第六十五頁(yè)，共176頁(yè)。66直流電機(jī)控制直流電機(jī)控制(kngzh)(kngzh)驅(qū)動(dòng)原理圖驅(qū)動(dòng)原理圖計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)D/A第65頁(yè)/共175頁(yè)第六十六頁(yè)，共176頁(yè)。67計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)D/A對(duì)于對(duì)于(duy)(duy)小型的直流電機(jī)，也可以自己設(shè)計(jì)小型的直流電機(jī)，也可以自己設(shè)計(jì)PWMPWM功率放大器，或者選擇專門的功率放大器，或者選擇專門的PWMPWM功率放大器芯片功率放大器芯片( (如如L298)L298)！對(duì)于對(duì)于(duy)(duy)大型直流電機(jī)大型直流電機(jī)交流交流(jioli)-直流直流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器第66頁(yè)/共175頁(yè)第六十七頁(yè)，共176頁(yè)。68L298L298第67頁(yè)/共175頁(yè)

26、第六十八頁(yè)，共176頁(yè)。69第68頁(yè)/共175頁(yè)第六十九頁(yè)，共176頁(yè)。70第69頁(yè)/共175頁(yè)第七十頁(yè)，共176頁(yè)。71感應(yīng)感應(yīng)(gnyng)交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)60(1)fnsP第70頁(yè)/共175頁(yè)第七十一頁(yè)，共176頁(yè)。72交流交流(jioli)(jioli)電機(jī)的電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩22122220()60(1)TsR UTKRsXfnsp其中其中(qzhng) S(qzhng) S為轉(zhuǎn)差率為轉(zhuǎn)差率R2R2為轉(zhuǎn)子為轉(zhuǎn)子(zhun z)(zhun z)每項(xiàng)的電阻每項(xiàng)的電阻X20X20為啟動(dòng)瞬時(shí)每項(xiàng)的漏感抗為啟動(dòng)瞬時(shí)每項(xiàng)的漏感抗U1U1為定子電源電壓為定子電源電壓n機(jī)械特性：異步

27、電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性指機(jī)械特性：異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性指電壓恒定時(shí)，轉(zhuǎn)矩電壓恒定時(shí)，轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)差率s或轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速n的函數(shù)關(guān)系。的函數(shù)關(guān)系。曲線上的重要點(diǎn)有：曲線上的重要點(diǎn)有： nN ，TN額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩 Tst起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩KTKT為有電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)決定的常數(shù)為有電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)決定的常數(shù)TUa增大增大第71頁(yè)/共175頁(yè)第七十二頁(yè)，共176頁(yè)。73LLLTTTnTTTe第72頁(yè)/共175頁(yè)第七十三頁(yè)，共176頁(yè)。74bLLLTTTnTnTTT超越 點(diǎn)0LLTT TnTnTn（停轉(zhuǎn)）第73頁(yè)/共175頁(yè)第七十四頁(yè)，共176頁(yè)。7560(1)fnSp第74頁(yè)/共175頁(yè)第

28、七十五頁(yè)，共176頁(yè)。7660(1)fnSp22122220()TR UKRsXsT 第75頁(yè)/共175頁(yè)第七十六頁(yè)，共176頁(yè)。77第76頁(yè)/共175頁(yè)第七十七頁(yè)，共176頁(yè)。78第77頁(yè)/共175頁(yè)第七十八頁(yè)，共176頁(yè)。79圖圖4-11 交交直直交變頻器交變頻器負(fù)載整流逆變第78頁(yè)/共175頁(yè)第七十九頁(yè)，共176頁(yè)。80第79頁(yè)/共175頁(yè)第八十頁(yè)，共176頁(yè)。81第80頁(yè)/共175頁(yè)第八十一頁(yè)，共176頁(yè)。82第81頁(yè)/共175頁(yè)第八十二頁(yè)，共176頁(yè)。830第82頁(yè)/共175頁(yè)第八十三頁(yè)，共176頁(yè)。84SPWMSPWM第83頁(yè)/共175頁(yè)第八十四頁(yè)，共176頁(yè)。85第84頁(yè)/共17

29、5頁(yè)第八十五頁(yè)，共176頁(yè)。86圖圖4-12 正弦波等效正弦波等效(dn xio)的矩形脈沖波的矩形脈沖波圖圖4-13 單極性單極性SPWM波形波形(b xn) 隨著隨著u1的幅值和頻率的幅值和頻率(pnl)的變化，的變化，調(diào)制的脈沖也會(huì)在寬度和頻率調(diào)制的脈沖也會(huì)在寬度和頻率(pnl)上上作相應(yīng)的變化，保證了變頻要求的作相應(yīng)的變化，保證了變頻要求的U1/f1=常值。常值。第85頁(yè)/共175頁(yè)第八十六頁(yè)，共176頁(yè)。87 隨著隨著u1的幅值和頻率的幅值和頻率(pnl)的變化，調(diào)的變化，調(diào)制的脈沖也會(huì)在寬度和頻率制的脈沖也會(huì)在寬度和頻率(pnl)上作相上作相應(yīng)的變化，保證了變頻要求的應(yīng)的變化，保證

30、了變頻要求的U1/f1=常值常值。對(duì)負(fù)半周可通過(guò)反向器得到負(fù)的脈沖波。對(duì)負(fù)半周可通過(guò)反向器得到負(fù)的脈沖波。第86頁(yè)/共175頁(yè)第八十七頁(yè)，共176頁(yè)。88第87頁(yè)/共175頁(yè)第八十八頁(yè)，共176頁(yè)。89圖 單極性PWM控制方式(fngsh)原理uucurttuofuouoOOUd第88頁(yè)/共175頁(yè)第八十九頁(yè)，共176頁(yè)。90圖 雙極性PWM控制方式(fngsh)原理ucuruttuoUdOOUduofuo第89頁(yè)/共175頁(yè)第九十頁(yè)，共176頁(yè)。91在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主要是解決變?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主要是解決變頻器的選用、與控制系統(tǒng)頻器的選用、與控制系統(tǒng)的連接的連接(linji)及控制算法及控制算法的

31、實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題。的實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題。變頻器的作用變頻器的作用(zuyng)是將是將供電電網(wǎng)的工頻交流電變?yōu)楣╇婋娋W(wǎng)的工頻交流電變?yōu)檫m合于交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的電適合于交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的電壓、頻率可變的交流電壓、頻率可變的交流電第90頁(yè)/共175頁(yè)第九十一頁(yè)，共176頁(yè)。92第91頁(yè)/共175頁(yè)第九十二頁(yè)，共176頁(yè)。93第92頁(yè)/共175頁(yè)第九十三頁(yè)，共176頁(yè)。94第93頁(yè)/共175頁(yè)第九十四頁(yè)，共176頁(yè)。95第94頁(yè)/共175頁(yè)第九十五頁(yè)，共176頁(yè)。96 變頻器是通過(guò)裝置上的接線端子與外部連接的。接線端子分為主回路端子和控制回路端子，主回路端子連接供電電源、交流電動(dòng)機(jī)及外部能耗制動(dòng)電路，控制回路端子連接

32、變頻控制的控制按鈕開關(guān)變頻器是通過(guò)裝置上的接線端子與外部連接的。接線端子分為主回路端子和控制回路端子，主回路端子連接供電電源、交流電動(dòng)機(jī)及外部能耗制動(dòng)電路，控制回路端子連接變頻控制的控制按鈕開關(guān)(kigun)或控制電路。在人工控制系統(tǒng)中，只要在控制回路接線端上接上相應(yīng)的機(jī)械開關(guān)或控制電路。在人工控制系統(tǒng)中，只要在控制回路接線端上接上相應(yīng)的機(jī)械開關(guān)(kigun)即可實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。即可實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。 第95頁(yè)/共175頁(yè)第九十六頁(yè)，共176頁(yè)。97與開關(guān)功率驅(qū)與開關(guān)功率驅(qū)動(dòng)相同；動(dòng)相同；第96頁(yè)/共175頁(yè)第九十七頁(yè)，共176頁(yè)。98第97頁(yè)/共175頁(yè)第九十八頁(yè)，共176頁(yè)。99第98頁(yè)/共17

33、5頁(yè)第九十九頁(yè)，共176頁(yè)。100第99頁(yè)/共175頁(yè)第一百頁(yè)，共176頁(yè)。101TUa增大增大第100頁(yè)/共175頁(yè)第一百零一頁(yè)，共176頁(yè)。102第101頁(yè)/共175頁(yè)第一百零二頁(yè)，共176頁(yè)。10360 fnp第102頁(yè)/共175頁(yè)第一百零三頁(yè)，共176頁(yè)。104線更接近于水平線，有利于線更接近于水平線，有利于伺服控制伺服控制; ;而斷續(xù)工作區(qū)的擴(kuò)而斷續(xù)工作區(qū)的擴(kuò)大，更有利于在高速區(qū)提高大，更有利于在高速區(qū)提高(t go)(t go)電動(dòng)機(jī)的加減速電動(dòng)機(jī)的加減速能力。能力。第103頁(yè)/共175頁(yè)第一百零四頁(yè)，共176頁(yè)。105第104頁(yè)/共175頁(yè)第一百零五頁(yè)，共176頁(yè)。106最后，進(jìn)

34、行轉(zhuǎn)矩過(guò)載校核最后，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩過(guò)載校核(xio h)(xio h)，確定電機(jī)輸出的最，確定電機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩能否克服負(fù)載力矩（折算大轉(zhuǎn)矩能否克服負(fù)載力矩（折算到電機(jī)軸上）到電機(jī)軸上）第105頁(yè)/共175頁(yè)第一百零六頁(yè)，共176頁(yè)。107159)5 . 25 . 1 (LPLPmnTP LPT第106頁(yè)/共175頁(yè)第一百零七頁(yè)，共176頁(yè)。108LrT159)5 .25 .1 (LrLrmnTP第107頁(yè)/共175頁(yè)第一百零八頁(yè)，共176頁(yè)。109第108頁(yè)/共175頁(yè)第一百零九頁(yè)，共176頁(yè)。110(Nm)； t電動(dòng)機(jī)工作循環(huán)時(shí)間； TLa折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的等效慣性轉(zhuǎn)矩； TLF折算到電動(dòng)機(jī)上

35、的摩擦力矩。式（4-6）就是發(fā)熱校核公式。 LrNTT 22201()tLrLLaLFTTTTdttLrT電機(jī)發(fā)熱等效電機(jī)發(fā)熱等效(dn xio)原則原則第109頁(yè)/共175頁(yè)第一百一十頁(yè)，共176頁(yè)。111式中tp個(gè)負(fù)載工作周期的時(shí)間，即tp=t1+t2+t3+t4。ptLrttTtTtTdtTLTp33132322212102圖圖4-15 變轉(zhuǎn)矩變轉(zhuǎn)矩加減加減速控制計(jì)算速控制計(jì)算(j sun)模型模型(a)第110頁(yè)/共175頁(yè)第一百一十一頁(yè)，共176頁(yè)。1124321323222121tttttTtTtTTLr第111頁(yè)/共175頁(yè)第一百一十二頁(yè)，共176頁(yè)。113tht41 所以選擇所

36、以選擇(xunz)伺服電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩伺服電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩TN時(shí)時(shí)，應(yīng)使，應(yīng)使 TNK1K2TLr 式中式中K1安全系數(shù)，一般取安全系數(shù)，一般取K11.2； K2轉(zhuǎn)矩波形系數(shù)，矩形轉(zhuǎn)矩波取轉(zhuǎn)矩波形系數(shù)，矩形轉(zhuǎn)矩波取 K21.05，三角轉(zhuǎn)矩波取，三角轉(zhuǎn)矩波取K21.67。 第112頁(yè)/共175頁(yè)第一百一十三頁(yè)，共176頁(yè)。114第113頁(yè)/共175頁(yè)第一百一十四頁(yè)，共176頁(yè)。115圖圖4-16 龍門刨床加工過(guò)程中進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)的負(fù)載龍門刨床加工過(guò)程中進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)的負(fù)載(fzi)周期周期TLFTLaTcT合合22222221122334455667712345670.75() 0.750.75

37、LrT tT tT tT tT tT tT tTttttttt第114頁(yè)/共175頁(yè)第一百一十五頁(yè)，共176頁(yè)。116一般取一般取1.51.53 3。需指出，電動(dòng)機(jī)的選擇，還取需指出，電動(dòng)機(jī)的選擇，還取決于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求、穩(wěn)態(tài)精決于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求、穩(wěn)態(tài)精度、低速平穩(wěn)性、電源度、低速平穩(wěn)性、電源(dinyun)(dinyun)是直流還是交流等因是直流還是交流等因素。素。maxmax)()(mLTTNmTTmax)(第115頁(yè)/共175頁(yè)第一百一十六頁(yè)，共176頁(yè)。1173/1meJJ第116頁(yè)/共175頁(yè)第一百一十七頁(yè)，共176頁(yè)。118第117頁(yè)/共175頁(yè)第一百一十八頁(yè)，共176頁(yè)。

38、119第118頁(yè)/共175頁(yè)第一百一十九頁(yè)，共176頁(yè)。120目前目前(mqin)直線電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用的機(jī)型有直直線電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用的機(jī)型有直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線直流電動(dòng)機(jī)和直線步進(jìn)線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線直流電動(dòng)機(jī)和直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三種。電動(dòng)機(jī)三種。 直線電機(jī)(dinj)的分類：直線電動(dòng)機(jī)可以直線電動(dòng)機(jī)可以(ky)認(rèn)為是從旋轉(zhuǎn)電機(jī)演變而認(rèn)為是從旋轉(zhuǎn)電機(jī)演變而來(lái)的來(lái)的第119頁(yè)/共175頁(yè)第一百二十頁(yè)，共176頁(yè)。121圖圖4-17 直線直線(zhxin)電動(dòng)機(jī)的形成電動(dòng)機(jī)的形成一、直線一、直線(zhxin)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 直線直線(zhxin)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可以看作是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可以看作是由普通的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)

39、電動(dòng)機(jī)直接演變而來(lái)的由普通的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接演變而來(lái)的。分動(dòng)次級(jí)分動(dòng)次級(jí)(c j)、動(dòng)初級(jí)兩類、動(dòng)初級(jí)兩類第120頁(yè)/共175頁(yè)第一百二十一頁(yè)，共176頁(yè)。122fvs2ssvvvs)1 (2)1 (sfvsvs第121頁(yè)/共175頁(yè)第一百二十二頁(yè)，共176頁(yè)。123)1 (2)1 (sfvsvs第122頁(yè)/共175頁(yè)第一百二十三頁(yè)，共176頁(yè)。124圖圖4-19 平板平板(pngbn)型直線型直線電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)圖圖4-19所示的平板型直線電機(jī)為單邊型。單邊型除了所示的平板型直線電機(jī)為單邊型。單邊型除了產(chǎn)生產(chǎn)生(chnshng)切向力外，還產(chǎn)生切向力外，還產(chǎn)生(chnshng)較較大的法向力大

40、的法向力圖圖4-18中直線電機(jī)的初級(jí)和次級(jí)長(zhǎng)度相等，這在實(shí)用中是行不通的，因?yàn)楣ぷ髦须姶篷詈蠝p小，影響工作。因此，在實(shí)際應(yīng)用中必須中直線電機(jī)的初級(jí)和次級(jí)長(zhǎng)度相等，這在實(shí)用中是行不通的，因?yàn)楣ぷ髦须姶篷詈蠝p小，影響工作。因此，在實(shí)際應(yīng)用中必須(bx)把初、次級(jí)做得長(zhǎng)短不等。根據(jù)初、次級(jí)間相對(duì)長(zhǎng)度，可把平板型直線電機(jī)分成短初級(jí)和短次級(jí)兩類，如圖把初、次級(jí)做得長(zhǎng)短不等。根據(jù)初、次級(jí)間相對(duì)長(zhǎng)度，可把平板型直線電機(jī)分成短初級(jí)和短次級(jí)兩類，如圖4-19所示。所示。第123頁(yè)/共175頁(yè)第一百二十四頁(yè)，共176頁(yè)。125圖圖4-20 雙邊雙邊(shungbin)型直線電動(dòng)機(jī)型直線電動(dòng)機(jī) 德國(guó)百格拉公司德國(guó)百

41、格拉公司(n s)直線電直線電 動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī) 第124頁(yè)/共175頁(yè)第一百二十五頁(yè)，共176頁(yè)。126圖圖4-21 管型直線感應(yīng)管型直線感應(yīng)(gnyng)電動(dòng)機(jī)的形成電動(dòng)機(jī)的形成第125頁(yè)/共175頁(yè)第一百二十六頁(yè)，共176頁(yè)。127圖圖4-22 圓盤圓盤(yun pn)型直線電動(dòng)機(jī)型直線電動(dòng)機(jī)第126頁(yè)/共175頁(yè)第一百二十七頁(yè)，共176頁(yè)。128手定則來(lái)確定。改變電流的大小和方向，即可控制線圈的推理和方向圖圖4-23 永磁式直線永磁式直線(zhxin)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是(dnsh)功率小功率小第127頁(yè)/共175頁(yè)第一百二十八頁(yè)，共176頁(yè)。129圖圖4-24 電

42、磁式直線電磁式直線(zhxin)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)當(dāng)功率較大時(shí)，直線電機(jī)可改為由繞組通入直流電當(dāng)功率較大時(shí)，直線電機(jī)可改為由繞組通入直流電勵(lì)磁所產(chǎn)生，成為電磁式直線直流電機(jī)。圖勵(lì)磁所產(chǎn)生，成為電磁式直線直流電機(jī)。圖4-24表表示這種電機(jī)的典型示這種電機(jī)的典型(dinxng)結(jié)構(gòu)，其中圖結(jié)構(gòu)，其中圖a是單是單極電機(jī)；圖極電機(jī)；圖b是兩極電機(jī)。此外，還可做成多極電是兩極電機(jī)。此外，還可做成多極電機(jī)。機(jī)。第128頁(yè)/共175頁(yè)第一百二十九頁(yè)，共176頁(yè)。130第129頁(yè)/共175頁(yè)第一百三十頁(yè)，共176頁(yè)。131A通正電通正電(zhngdin)第130頁(yè)/共175頁(yè)第一百三十一頁(yè)，共176頁(yè)。13

43、2圖圖4-25永磁式直線永磁式直線(zhxin)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理圖A通正電通正電(zhngdin)B通正電通正電(zhngdin)A通通負(fù)負(fù)電電B通通負(fù)負(fù)電電第131頁(yè)/共175頁(yè)第一百三十二頁(yè)，共176頁(yè)。133第132頁(yè)/共175頁(yè)第一百三十三頁(yè)，共176頁(yè)。134圖圖4-26 永磁平面永磁平面(pngmin)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第133頁(yè)/共175頁(yè)第一百三十四頁(yè)，共176頁(yè)。135(4)(4)直線電機(jī)由于散熱面積大，容直線電機(jī)由于散熱面積大，容易冷卻，所以允許較高的電磁負(fù)荷，易冷卻，所以允許較高的電磁負(fù)荷，可提高電機(jī)的容量定額；可提高電機(jī)的容量定額；(5)(5)裝

44、配靈活，往往可將電機(jī)和其裝配靈活，往往可將電機(jī)和其它機(jī)件合成一體。它機(jī)件合成一體。第134頁(yè)/共175頁(yè)第一百三十五頁(yè)，共176頁(yè)。136第135頁(yè)/共175頁(yè)第一百三十六頁(yè)，共176頁(yè)。137第136頁(yè)/共175頁(yè)第一百三十七頁(yè)，共176頁(yè)。138360480/spr25.148001.06sLi第137頁(yè)/共175頁(yè)第一百三十八頁(yè)，共176頁(yè)。13946.1125. 18 . 026 . 0200006. 02iWLTsLF4.24125.18.026.0)43002000(06.021502)(iLFWFTsYZL8 . 0s第138頁(yè)/共175頁(yè)第一百三十九頁(yè)，共176頁(yè)。14031.

45、11321085. 7140)2 . 3(323440ldJs31085. 7222222000 0.61()1()21.2 109802(1.25)WWgLJi482. 0321085. 72 . 1)5(32322422bdJg第139頁(yè)/共175頁(yè)第一百四十頁(yè)，共176頁(yè)。1412 . 0321085. 72 . 1) 4(32341411bdJg21220.482 11.320.2 0.0127.76(1.25)wgsLgJJJJJi第140頁(yè)/共175頁(yè)第一百四十一頁(yè)，共176頁(yè)。142465.17 .476.7, 5 .03 .08004 .241maxmLLJJTT6147.47

46、6.7110001mLmLJJff4 .241LT76. 7LJmax800T7 . 4mJ 4初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào) 已知已知 Ncm Ncms2，初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為，初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為110BF003，它的三條性能曲線見圖，它的三條性能曲線見圖4-29。其最大。其最大 靜扭矩靜扭矩 Ncm，轉(zhuǎn)子慣量，轉(zhuǎn)子慣量 Ncm2 該型號(hào)電動(dòng)機(jī)規(guī)定最小加、減速時(shí)間為該型號(hào)電動(dòng)機(jī)規(guī)定最小加、減速時(shí)間為1s，現(xiàn)試算之。，現(xiàn)試算之。 在圖在圖4-29起動(dòng)矩起動(dòng)矩頻特性曲線中，查不確切的、帶慣性頻特性曲線中，查不確切的、帶慣性負(fù)載的最大自起動(dòng)頻率負(fù)載的最大自起動(dòng)頻率fL,可用以下公式可用以下公式(g

47、ngsh)進(jìn)行計(jì)進(jìn)行計(jì)算：算： HZ 式中式中 fm電機(jī)本身的起動(dòng)頻率，電機(jī)本身的起動(dòng)頻率，HZ。6147.476.7110001mLmLJJff第141頁(yè)/共175頁(yè)第一百四十二頁(yè)，共176頁(yè)。143圖圖4-29 110BF003型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能(xngnng)曲線曲線帶負(fù)載帶負(fù)載(fzi)(fzi)啟動(dòng)慣啟動(dòng)慣- -頻特性曲線頻特性曲線啟動(dòng)矩啟動(dòng)矩- -頻特性頻特性(txng)(txng)曲線曲線運(yùn)行矩運(yùn)行矩- -頻特性曲線頻特性曲線第142頁(yè)/共175頁(yè)第一百四十三頁(yè)，共176頁(yè)。144fmmmLaTTnJJt)(1047.0110.7561476.7566mLnf4

48、4(4.7 107.76 10 ) 76.750.10470.0023.50.1146at第143頁(yè)/共175頁(yè)第一百四十四頁(yè)，共176頁(yè)。145max211660.756000360061.25fvLi1111660.756000120061.25fvLi第144頁(yè)/共175頁(yè)第一百四十五頁(yè)，共176頁(yè)。146圖圖4-30 筒形體的激光筒形體的激光(jgung)切割機(jī)床示意圖切割機(jī)床示意圖軸軸X軸軸安裝安裝(nzhung)三合板三合板第145頁(yè)/共175頁(yè)第一百四十六頁(yè)，共176頁(yè)。147圖圖4-31 軸系和軸系和X軸系的伺服傳動(dòng)系統(tǒng)軸系的伺服傳動(dòng)系統(tǒng) 軸半閉環(huán)軸半閉環(huán)X軸半閉環(huán)軸半閉環(huán)第1

49、46頁(yè)/共175頁(yè)第一百四十七頁(yè)，共176頁(yè)。148第147頁(yè)/共175頁(yè)第一百四十八頁(yè)，共176頁(yè)。149主要參數(shù)、性能指標(biāo)它的主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)如下：它的主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)如下： 1.軸（主軸軸（主軸(zhzhu)）的周向加工速度）的周向加工速度100300mm/s 2.X軸（進(jìn)給軸）最大速度軸（進(jìn)給軸）最大速度6000mm/min 3.軸與軸與X軸的加速時(shí)間軸的加速時(shí)間0.5s 4.X向最大移動(dòng)量向最大移動(dòng)量2000mm 5.向最大回轉(zhuǎn)角向最大回轉(zhuǎn)角180 6.軸周向和軸周向和X軸的最小設(shè)定單位軸的最小設(shè)定單位0.01mm/p 7.定位精度定位精度0.1mm以內(nèi)以內(nèi) 8 .傳感器（旋轉(zhuǎn)編碼器

50、）傳感器（旋轉(zhuǎn)編碼器）1000p/r設(shè)計(jì)(shj)要求：選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)，設(shè)計(jì)(shj)傳動(dòng)系統(tǒng)第148頁(yè)/共175頁(yè)第一百四十九頁(yè)，共176頁(yè)。150160229.509100001. 0222Dsi周向脈沖當(dāng)量周向脈沖當(dāng)量(dngling)：編碼器產(chǎn)生一個(gè)脈沖輸：編碼器產(chǎn)生一個(gè)脈沖輸出對(duì)應(yīng)的工件周向位移出對(duì)應(yīng)的工件周向位移第149頁(yè)/共175頁(yè)第一百五十頁(yè)，共176頁(yè)。1512）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(zhun s)計(jì)算計(jì)算工件的圓周工件的圓周(yunzhu)速度速度 min/3001001mmv 則工件則工件(gngjin)轉(zhuǎn)速為：轉(zhuǎn)速為： min/25.1175. 329.509)3001

51、00(606011rDvn電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 min/18006001rinnm（2）傳動(dòng)速比的分配）傳動(dòng)速比的分配各級(jí)傳動(dòng)速比的分配按重量最輕和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則分配三級(jí)傳動(dòng)如下：各級(jí)傳動(dòng)速比的分配按重量最輕和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則分配三級(jí)傳動(dòng)如下： 520100121zzi42080342zzi835353528056673zzzzi第150頁(yè)/共175頁(yè)第一百五十一頁(yè)，共176頁(yè)。1523）等效）等效(dn xio)負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩 計(jì)算計(jì)算elM回轉(zhuǎn)體的重量（工件回轉(zhuǎn)體的重量（工件(gngjin)、夾具、主軸及大齒輪）、夾具、主軸及大齒輪） NW2000主軸承主軸承(zhuchn

52、g)的摩擦系數(shù)的摩擦系數(shù) ，02. 0， 主軸承直徑主軸承直徑mmD100 主軸承上產(chǎn)生的摩擦負(fù)載轉(zhuǎn)矩主軸承上產(chǎn)生的摩擦負(fù)載轉(zhuǎn)矩mNDWMf221（1）軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩）軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩（2）工件的偏心轉(zhuǎn)矩）工件的偏心轉(zhuǎn)矩NW1001mml200mNlWMl201elM工件的不平衡重力工件的不平衡重力，工件重心偏置距離工件重心偏置距離工件不平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩工件不平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mNiMMMlfel165. 012 . 1)(第151頁(yè)/共175頁(yè)第一百五十二頁(yè)，共176頁(yè)。1534） 等效等效(dn xio)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je計(jì)算計(jì)算（1）傳動(dòng)系

53、統(tǒng)換算）傳動(dòng)系統(tǒng)換算(hun sun)到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J121.8 . 8cmkgJ 第152頁(yè)/共175頁(yè)第一百五十三頁(yè)，共176頁(yè)。154（2）工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量換算）工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量換算(hun sun)到電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為到電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2JNW45022.36. 1cmkgJ根據(jù)工件的尺寸根據(jù)工件的尺寸(ch cun)和材料可得其重力和材料可得其重力將其換算將其換算(hun sun)到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩為：到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩為：eJ（3）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量5）初選伺服電動(dòng)機(jī)）初選伺服電動(dòng)機(jī)2321.10016. 1mkgJJJe電機(jī)連續(xù)工作的變負(fù)載電機(jī)連續(xù)工作的變

54、負(fù)載，采用方均根轉(zhuǎn)矩，采用方均根轉(zhuǎn)矩第153頁(yè)/共175頁(yè)第一百五十四頁(yè)，共176頁(yè)。155mNtttMtMMelellr165. 05 . 05 . 05 . 0165. 05 . 0165. 0)(22212212電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期(chngq)連續(xù)在變負(fù)載下工作，按方均根負(fù)載初選電動(dòng)機(jī)連續(xù)在變負(fù)載下工作，按方均根負(fù)載初選電動(dòng)機(jī)計(jì)算計(jì)算(j sun)電動(dòng)機(jī)功率電動(dòng)機(jī)功率mPKWnMPlrlrm159)5 . 25 . 1 (min/1800rnnmlr傳動(dòng)系統(tǒng)的效率傳動(dòng)系統(tǒng)的效率(xio l) 95. 0KWnMPlrlrm082. 0049. 0159)5 . 25 . 1 (第154

55、頁(yè)/共175頁(yè)第一百五十五頁(yè)，共176頁(yè)。156第155頁(yè)/共175頁(yè)第一百五十六頁(yè)，共176頁(yè)。157初選初選IFT5042型交流型交流(jioli)伺服電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)矩為伺服電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)矩為 mNMN75. 0min/2000rnN24102 . 1mkgJm額定額定( dng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子(zhun z)慣量慣量根據(jù)慣量匹配原則有根據(jù)慣量匹配原則有35 . 8/meJJ改選北京凱奇拖動(dòng)控制系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的中慣量交流伺服電動(dòng)機(jī)改選北京凱奇拖動(dòng)控制系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的中慣量交流伺服電動(dòng)機(jī)SM02型，其功率型，其功率0.3KWmNMN 2min/2000maxrn24102 . 4m

56、kgJm34 . 2/meJJ額定轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩為最高轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子慣量轉(zhuǎn)子慣量慣量匹配慣量匹配第156頁(yè)/共175頁(yè)第一百五十七頁(yè)，共176頁(yè)。1586）計(jì)算）計(jì)算(j sun)電動(dòng)機(jī)需要的轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)需要的轉(zhuǎn)矩mM電動(dòng)機(jī)需要電動(dòng)機(jī)需要(xyo)的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩 elamMMM當(dāng)電機(jī)當(dāng)電機(jī)(dinj)轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為 min/600rnmmNMtnJJMMMelmemelam355. 0)(6021當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為 min/1800rnmmNMtnJJMMMelmemelam735. 0)(6021第157頁(yè)/共175頁(yè)第一百五十八頁(yè)，共176頁(yè)。1597）伺服電動(dòng)機(jī)確定）伺服電動(dòng)機(jī)確定(qudng)21KKMMlrn均方根均方根(fnggn)轉(zhuǎn)矩中轉(zhuǎn)矩中 mMMM21mNMtttMtMMmlr735. 0355. 0)(21222121故有故有26. 17 . 26 . 5735. 02355. 02lrnMM表明電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩能滿足要求，不必表明電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩能滿足要求，不必(bb