傳動課件5(控制電機(jī))

海南風(fēng)光第5章控制電機(jī)第5章控制電機(jī)§5.1概述§5.2步進(jìn)電動機(jī)

5.2.1結(jié)構(gòu)

5.2.2工作方式

5.2.3小步距角的步進(jìn)電動機(jī)§5.3伺服電動機(jī)

5.3.1交流伺服電動機(jī)

5.3.2直流伺服電動機(jī)前面介紹的異步電動機(jī)、直流電動機(jī)等都是作為動力使用的，其主要任務(wù)是能量轉(zhuǎn)換，例如將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。本章介紹控制電機(jī)?！?.1概述如：伺服機(jī)將電壓信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；步進(jìn)機(jī)將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。控制電機(jī)的主要功能是轉(zhuǎn)換和傳遞信號?？刂齐姍C(jī)的種類很多，本章主要介紹步進(jìn)機(jī)、伺服機(jī)。對控制電機(jī)的主要要求：動作靈敏、準(zhǔn)確、重量輕、體積小、運(yùn)行可靠、耗電少等。§5.2步進(jìn)電動機(jī)機(jī)理：步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機(jī)。每來一個電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機(jī)械移動一小段距離。特點(diǎn)：(1)來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。

(2)控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

(3)改變脈沖順序，改變方向。種類：有勵磁式和反應(yīng)式兩種。兩種的區(qū)別在于勵磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有勵磁線圈，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有勵磁線圈。應(yīng)用：

步進(jìn)機(jī)的應(yīng)用非常廣泛。如：在數(shù)控機(jī)床、自動繪圖儀等設(shè)備中都得到應(yīng)用。下面以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。5.2.1結(jié)構(gòu)步進(jìn)機(jī)主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子。它們均由磁性材料構(gòu)成，其上分別有六個、四個磁極

(6/4型）。定子轉(zhuǎn)子定子繞組定子的六個磁極上有控制繞組，兩個相對的磁極組成一相。注意：這里的相和三相交流電中的“相”的概念不同。步進(jìn)機(jī)通的是直流電脈沖，這主要是指線圖的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。ABC定子轉(zhuǎn)子IAIBIC5.2.2工作方式步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。一、三相單三拍（1）三相繞組聯(lián)接方式：Y型（2）三相繞組中的通電順序?yàn)椋篈相

B相

C相通電順序也可以為：

A相C相B相

（3）工作過程被磁化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。A相通電，A方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子A相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和AA'對齊。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412同理，B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉(zhuǎn)30；C相通電再轉(zhuǎn)30。1C'342CA'BB'A這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。三相單三拍的特點(diǎn)：（1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30。此角稱為步距角，用S表示。（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。二、三相單雙六拍三相繞組的通電順序?yàn)椋?/p>

AABBBCCCAA

共六拍。工作過程：A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和A相對齊。CA'BB'C'A3412所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA'通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15°。（1）BB'

磁場對2、4齒有磁拉力，該拉力使轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。A、B相同時(shí)通電（2）AA'

磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力。CA'BB'C'A3412總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為15。CA'BB'C'A3412B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相對齊，又轉(zhuǎn)了15。三、三相雙三拍三相繞組的通電順序?yàn)椋?/p>

AB

BC

CA

AB

共三拍。AB通電CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412BC通電以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。工作方式為三相雙三拍時(shí)，每通入一個電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30，即S=30。CA通電CA'BB'C'A34125.2.3小步距角的步進(jìn)電動機(jī)實(shí)際采用的步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3度和1.5度，步距角越小，機(jī)加工的精度越高。為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，圖中轉(zhuǎn)子40個齒，定子仍是6個磁極，但每個磁極上也有五個齒。轉(zhuǎn)子的齒距等于360/40=9

，齒寬、齒槽各4.5。為使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊，定子磁極上的小齒，齒寬和齒槽和轉(zhuǎn)子相同。工作原理：假設(shè)是單三拍通電工作方式。（1）A相通電時(shí)，定子A相的五個小齒和轉(zhuǎn)子對齊。此時(shí)，B相和A相空間差120，含

120/9=齒

A相和C相差240，含240/9=個齒。所以，A相的轉(zhuǎn)子、定子的五個小齒對齊時(shí)，B相、C相不能對齊，B相的轉(zhuǎn)子、定子相差1/3個齒（3），C相的轉(zhuǎn)子、定子相差2/3個齒（6）。若工作方式改為三相六拍，則每通一個電脈沖，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)1.5。異步機(jī)的轉(zhuǎn)動方向仍由相序決定。同理，C相通電再轉(zhuǎn)3……（2）A相斷電、B相通電后，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過1/3個齒（3），使B相轉(zhuǎn)子、定子對齊。f：電脈沖的頻率轉(zhuǎn)速

步進(jìn)機(jī)通過一個電脈沖,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為步距角。m:定子相數(shù)Z：轉(zhuǎn)子齒數(shù)K：狀態(tài)系數(shù)P409如：Z=40,m=3，k=1時(shí)步距角5.3步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路5.3.1單電壓限流型驅(qū)動電路

步進(jìn)電動機(jī)一相的驅(qū)動電路如圖13.19（書本）所示。這種電路的特點(diǎn)是線路簡單，成本低，低頻時(shí)響應(yīng)較好；缺點(diǎn)是效率低，尤其在高頻工作的電動機(jī)效率更低。在實(shí)際中較少使用，只有在小功率步進(jìn)電動機(jī)且在簡單應(yīng)用中才使用。電感線圈的r很小，所以要串接電阻R3.3.2雙電壓驅(qū)動電路雙電壓驅(qū)動電路習(xí)慣上稱為高低壓切換電路，其最后一級如圖13.20（書本）所示。這種電路的特點(diǎn)是電動機(jī)繞組主電路中采用高壓和低壓兩種電壓供電，一般高壓為低壓的數(shù)倍。適用于大功率和高頻工作的步進(jìn)電動機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是功耗小，起動力矩大，突跳頻率和工作頻率高，缺點(diǎn)是低頻振蕩加劇，波形呈凹形，輸出轉(zhuǎn)矩下降；大功率管的數(shù)量多用一倍，增加了驅(qū)動電源?！?.3伺服電動機(jī)交流伺服電動機(jī)和直流伺服電動機(jī)。伺服電動機(jī)分類：伺服電動機(jī)的作用是驅(qū)動控制對象。被控對象的轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速受信號電壓控制，信號電壓的大小和極性改變時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和方向也跟著變化。伺服電動機(jī)的作用5.3.1交流伺服電動機(jī)

原理與兩相交流異步電機(jī)相同，定子上裝有兩個繞組—勵磁繞組和控制繞組。勵磁繞組和控制繞組在空間相隔90。控制繞組勵磁繞組轉(zhuǎn)子勵磁繞組中串聯(lián)電容C的目的是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。

適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流相位差接近90，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動起來。1I&（1）U2=0時(shí)，轉(zhuǎn)子停止。這時(shí)，雖然U2=0V，U1仍存在，似乎成單相運(yùn)行狀態(tài)，但和單相異步機(jī)不同。若單相電機(jī)啟動運(yùn)行后，出現(xiàn)單相后仍繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)不同，單相電壓時(shí)設(shè)備不能轉(zhuǎn)。交流伺服電動機(jī)的特點(diǎn)：原因：交流伺服電機(jī)R2設(shè)計(jì)得較大。所以在U2=0時(shí)，交流伺服電機(jī)的T=f(s)曲線如下頁圖：所以電機(jī)在Uc=0V時(shí)，能立即停止，體現(xiàn)了控制信號的作用(有控制電壓時(shí)轉(zhuǎn)動，無控制電壓時(shí)不轉(zhuǎn))，以免失控。（3）控制電壓U2

大小變化時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速與電壓U2

成正比。U2

的極性改變時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。（2）交流伺服電機(jī)R2設(shè)計(jì)得較大，使Sm>1，Tst大，啟動迅速，穩(wěn)定運(yùn)行范圍大。交流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性曲線(U1=const

)nTU20.8U20.6U20.4U2Tn交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為0.1-100W，電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣泛，如用在自動控制、溫度自動記錄等系統(tǒng)中。應(yīng)用5.3.2直流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)：與直流電動機(jī)基本相同。為減小轉(zhuǎn)動慣量做得細(xì)長一些。工作原理：與直流電動機(jī)相同。供電方式：他勵。勵磁繞組和電樞由兩個獨(dú)立電源供電：MU1IfIaU2放大器UU1為勵磁電壓，U2為電樞電壓。由機(jī)械特性可知：(1)