第五章控制电动机

1、第五章第五章 控制电动机控制电动机 5.1 5.1 步进电动机步进电动机 5.2 5.2 直流伺服电动机直流伺服电动机 5.3 5.3 交流伺服电动机交流伺服电动机 5.4 5.4 力矩电动机力矩电动机 5.4 5.4 直线电动机直线电动机5.1 5.1 步进电动机步进电动机 是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。 步进电动机的分类：步进电动机的分类：工作原理工作原理反应式反应式永磁式永磁式混合式混合式输出转输出转矩大小矩大小快速快速功率功率励磁相数励磁相数二、三、四、五、六、八相等二、三、四、五、六、八相等角位移角位移输入脉冲个数输入

2、脉冲个数运行速度运行速度输入脉冲频率输入脉冲频率 定子绕组电流变化和频定子绕组电流变化和频率的关系率的关系 转子：转子：由转子铁心、转轴等由转子铁心、转轴等组成。转子铁心是由硅钢片或组成。转子铁心是由硅钢片或软磁材料叠压而成的齿形铁心软磁材料叠压而成的齿形铁心。 转子齿的个数称为齿转子齿的个数称为齿数，用数，用Z表示。表示。二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理 给某相绕组通电前，转子在给某相绕组通电前，转子在转子齿偏离定子齿一个角度的位转子齿偏离定子齿一个角度的位置。置。 绕组通电后，由于励磁磁通力图沿磁阻最绕组通电后，由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫

3、使小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时，转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。转子被锁定在这个位置上。 错齿错齿是促使步进电机旋转的根本原因。是促使步进电机旋转的根本原因。工作原理工作原理结论：结论： 通电顺序为通电顺序为A AB-B-时时，转子按顺时针方向一步一步转，转子按顺时针方向一步一步转动。动。 LINT11-2.SWF LINT11-2.SWF工作原理工作原理结论：结论： 通电顺序改为通电顺序改为A A，时，转子按逆时针方向一步，时，

4、转子按逆时针方向一步一步转动。一步转动。 改变通电顺序即改变转子旋转方向。改变通电顺序即改变转子旋转方向。 三、步进电动机的通电方式三、步进电动机的通电方式 1. 1. 单相通电方式（单单相通电方式（单3 3拍）拍） 正转：正转：AB 反转：反转：A 2. 2. 单、双相工作方式（单、双相工作方式（6 6拍）拍） 正转：正转：A-AB-B-BC-C-CA-AA-AB-B-BC-C-CA-A 反转：反转：A-CA-C-BC-B-AB-AA-CA-C-BC-B-AB-A 3. 3. 双相工作方式（双双相工作方式（双3 3拍）拍） 正转：正转：AB-BC-CA-ABAB-BC-CA-AB 反转：反转

5、：AC-CA-BC-ACAC-CA-BC-AC 所有步进电动机都有三种通电方式。以三相电动所有步进电动机都有三种通电方式。以三相电动机为例机为例四、步进电动机的步距角与转速四、步进电动机的步距角与转速 步距角：步距角：由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所转过的角度。转子所转过的角度。 360360 / /ZKmZKm 其中：其中：Z转子齿数转子齿数 m定子绕组相数定子绕组相数 K通电系数通电系数 K K=1=1、2 21.1.步距角步距角 由此可见，步进电动由此可见，步进电动机的转子齿数机的转子齿数Z和定子相和定子相数数m愈多，步距角愈

6、小，愈多，步距角愈小，控制越精确。控制越精确。 如：二相步进电动机的如：二相步进电动机的Z=100，单拍运行时，其步距角，单拍运行时，其步距角8 . 110023609 . 010022360若按单、双通电方式运行时，步距角若按单、双通电方式运行时，步距角 当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机就持续不断地旋转，转速电动机就持续不断地旋转，转速n（r/min）与输入脉冲的频）与输入脉冲的频率率f (Hz) 的关系。的关系。fKmZfKmZfn606022602 2. 速度速度五、步距角的细分五、步距角的细分 单相或双相通电时，称为

7、整步运行；整步又称自然步。单相或双相通电时，称为整步运行；整步又称自然步。 单、双相通电时，称为半步运行。单、双相通电时，称为半步运行。 整步或半步运行时，因单步增量都比较大，而运行振动直接与整步或半步运行时，因单步增量都比较大，而运行振动直接与步增量有关。步增量有关。 细分的目的就是将自然步进行细分，得到微步距，以得到较好细分的目的就是将自然步进行细分，得到微步距，以得到较好的运行性能。的运行性能。不细分时 A相绕组通电：转子停在A-A位置 A、B相绕组通电：转子停在位置，转角300 B相绕组通电：转子停在B-B位置 ，转角300细分时： A相绕组额定电流：转子停在A-A位置 A相绕组额定电

8、流、B相绕组1/2额定电流：转子停在位置，转角150 A相绕组额定电流、B相绕组额定电流时：转子停在位置 ，转角150 A相绕组1/2额定电流、B相绕组额定电流：转子停在位置 ，转角150 B相绕组额定电流：转子停在位置B-B，转角150这就是4细分，即一步分成4步。目前常用细分系数有2、4、8、16、32、64六、步进电动机的主要特性六、步进电动机的主要特性 1. 矩角特性矩角特性 矩角特性指电磁转矩与矩角特性指电磁转矩与偏转角的关系偏转角的关系 2. 启动惯频特性启动惯频特性 启动频率和轴上负载转启动频率和轴上负载转动惯量之间的关系动惯量之间的关系六、步进电动机的主要特性六、步进电动机的主

9、要特性 3.矩频特性矩频特性 定子绕组电流变化和频定子绕组电流变化和频率的关系率的关系 负载转矩与连续运行时负载转矩与连续运行时频率的关系频率的关系六、步进电动机的主要特性六、步进电动机的主要特性 4. 精度精度 精度精度最大步距误差：最大步距误差：电动机旋转一周相邻两步之间的电动机旋转一周相邻两步之间的实际步距与理想步距的最大差值实际步距与理想步距的最大差值最大累计误差：最大累计误差：旋转一周范围内，从任何位置旋转一周范围内，从任何位置开始经过任意步后角位移的最大误差值开始经过任意步后角位移的最大误差值 步进电动机在一周内存在最大步距误差或最大累计误步进电动机在一周内存在最大步距误差或最大累

10、计误差。但没有累计误差。即：旋转一周后误差被清除。差。但没有累计误差。即：旋转一周后误差被清除。 5.2 5.2 直流伺服电动机直流伺服电动机 直流伺服电动机和工作原理与直流他励电动机相同，不同的直流伺服电动机和工作原理与直流他励电动机相同，不同的是做的细长一些，以满足快速响应的要求。是做的细长一些，以满足快速响应的要求。5.3 5.3 交流伺服电动机交流伺服电动机 交流伺服电动机减去了直流伺服电动机中的换向器，交流伺服电动机减去了直流伺服电动机中的换向器，提高了运行的可靠性。提高了运行的可靠性。 一、结构一、结构 1. 1.定子定子 三相绕组和铁芯组三相绕组和铁芯组成。三相绕组直流供电，成。

11、三相绕组直流供电，由电子换向器轮流供电，由电子换向器轮流供电，以产生旋转磁场。以产生旋转磁场。 2. 2.转子转子 永磁铁芯。永磁铁芯。 二、无刷直流电动机二、无刷直流电动机 1. 1.结构结构 相当于一台反相当于一台反装式直流电动机。装式直流电动机。定子为三相绕组和定子为三相绕组和铁芯组成。三相绕铁芯组成。三相绕组直流供电，由电组直流供电，由电子换向器轮流供电，子换向器轮流供电，以产生旋转磁场。以产生旋转磁场。 转子为永磁体，转子轴上装有转子位置检测器、测速发转子为永磁体，转子轴上装有转子位置检测器、测速发电机和光电脉冲编码器。电机和光电脉冲编码器。 转子位置检测器：转子位置检测器：输出信号

12、控制电子换向器，实现对电输出信号控制电子换向器，实现对电动机的换向，即电子换向器中的晶体管的导通和截止由转子动机的换向，即电子换向器中的晶体管的导通和截止由转子位置检测器的输出信号控制。位置检测器的输出信号控制。 转子位置检测器的种类：光电式、电磁式、接近开关式。转子位置检测器的种类：光电式、电磁式、接近开关式。 测速发电机：测速发电机：检测转子的运行速度，用于速度反馈。检测转子的运行速度，用于速度反馈。 光电编码器：光电编码器：检测转子的旋转角度，输出信号反馈给检测转子的旋转角度，输出信号反馈给CNCCNC实现位置控制。实现位置控制。 2. 2.工作原理工作原理 三相绕组直流供电，由电子换向器轮流供电，以产生旋转三相绕组直流供电，由电子换向器轮流供电，以产生旋转磁场。磁场。5.4 5.4 力矩电动机（自学）力矩电动机（自学）5.4 5.4 直线电动机直线电动机 直线电动机是一种直接将电能转换为直线运动的伺服驱动元件。直线电动机是一种直接将电能转换为直线运动的伺服驱动元件。 直线电动机由旋转电动机演变而来。直线电动机由旋转电动机演变而来。 旋转电动机：旋转电动机：11定子定子 2 2转子转子 直线电动机：直线电动机：33 初级初级 4 4次级次级 结构结构 直线电动机初级、次级应为长短不同。直线电动机初级、次级应为长短不同。 短初级短初级 11初级