第四章__機(jī)電一體化系統(tǒng)的執(zhí)行元件__控制電動(dòng)機(jī)

1、 作業(yè) 1、以三相步進(jìn)電機(jī)為例，畫簡(jiǎn)圖敘述其基、以三相步進(jìn)電機(jī)為例，畫簡(jiǎn)圖敘述其基本工作原理。本工作原理。 2、三相步進(jìn)電機(jī)不同通電方式有何特點(diǎn)？、三相步進(jìn)電機(jī)不同通電方式有何特點(diǎn)？ 3、若用單片機(jī)控制三相步進(jìn)電機(jī)，試說明、若用單片機(jī)控制三相步進(jìn)電機(jī)，試說明如何實(shí)現(xiàn)三相雙三拍通電方式的軟環(huán)分。如何實(shí)現(xiàn)三相雙三拍通電方式的軟環(huán)分。 4、直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)有何優(yōu)點(diǎn)？其有何優(yōu)點(diǎn)？其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么是什么 ？ 5、畫出直流伺服電機(jī)、畫出直流伺服電機(jī)PWM雙極性控制的雙極性控制的T形直流調(diào)壓驅(qū)動(dòng)電路形直流調(diào)壓驅(qū)動(dòng)電路，并敘述其基本原理，并敘述其基本原理 。異步電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)等都是作為

2、動(dòng)力使異步電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)等都是作為動(dòng)力使用的，其主要任務(wù)是用的，其主要任務(wù)是能量的轉(zhuǎn)換能量的轉(zhuǎn)換。各種控制電機(jī)有各自的控制任務(wù)：各種控制電機(jī)有各自的控制任務(wù)：如如: 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將將脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為角位移或線位移角位移或線位移。 伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)將將電壓信號(hào)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象；動(dòng)控制對(duì)象； 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)是一種將是一種將電能電能直接轉(zhuǎn)換成直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。 本章介紹的各種本章介紹的各種控制電機(jī)的主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換和控制電機(jī)的主要任

3、務(wù)是轉(zhuǎn)換和傳遞控制信號(hào)，傳遞控制信號(hào)，能量的轉(zhuǎn)換是次要的。能量的轉(zhuǎn)換是次要的?？刂齐姍C(jī)的種類很多，本章只討論常用的幾種控制電機(jī)的種類很多，本章只討論常用的幾種:步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)和直步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)和直線電動(dòng)機(jī)。線電動(dòng)機(jī)。圖圖5.1 伺服系統(tǒng)的組成伺服系統(tǒng)的組成 第四章第四章 機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件 控制控制第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 一、功能：一、功能： 執(zhí)行元件是伺服系統(tǒng)的組成部分，也是機(jī)電一體執(zhí)行元件是伺服系統(tǒng)的組成部分，也是機(jī)電一體化系統(tǒng)化系統(tǒng)的重要組成部分，用來將的重要組成部分，用來將輸入的各種形式的能輸入的各種形

4、式的能量量轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化成機(jī)械能機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作。是一種是一種能量變能量變換元件換元件。處于機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)與微電處于機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)與微電子控制裝置的接點(diǎn)（聯(lián)接）部位的能量轉(zhuǎn)換元件子控制裝置的接點(diǎn)（聯(lián)接）部位的能量轉(zhuǎn)換元件 機(jī)電一體化機(jī)電一體化伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)要求執(zhí)行元件具有要求執(zhí)行元件具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小小，輸出動(dòng)力大，便于控制輸出動(dòng)力大，便于控制，可靠性高和安裝維護(hù)簡(jiǎn)，可靠性高和安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。便等特點(diǎn)。 二、執(zhí)行元件的種類及特點(diǎn)二、執(zhí)行元件的種類及特點(diǎn) 根據(jù)根據(jù)使用能量使用能量的不同，的不同，執(zhí)行元件執(zhí)行元件主要分為主要分為電磁電磁（氣

5、）式（氣）式、液壓式液壓式和和氣壓式氣壓式三大類型，如圖所示。三大類型，如圖所示。 常用執(zhí)行元件的種類常用執(zhí)行元件的種類交流交流(AC)伺服電機(jī)伺服電機(jī)直流直流(DC)伺服電機(jī)伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)其它電機(jī)其它電機(jī)雙金屬片雙金屬片形狀記憶合金形狀記憶合金壓電原件壓電原件其它其它電磁鐵及其它電磁鐵及其它與材料有關(guān)與材料有關(guān)氣壓馬達(dá)氣壓馬達(dá)氣缸氣缸液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)油缸油缸電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電磁式電磁式液壓式液壓式氣動(dòng)式氣動(dòng)式執(zhí)執(zhí)行行元元件件各種執(zhí)行元件的特點(diǎn)各種執(zhí)行元件的特點(diǎn) 1、電氣執(zhí)行元件、電氣執(zhí)行元件 電氣執(zhí)行元件電氣執(zhí)行元件主要是主要是直流（直流（DC）伺服電機(jī)）伺服電機(jī)、交流（交流（AC）伺

6、服電機(jī)）伺服電機(jī)和和步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)。能實(shí)現(xiàn)定位。能實(shí)現(xiàn)定位伺服，響應(yīng)快，易于伺服，響應(yīng)快，易于CPU接口，體積小，動(dòng)力大，接口，體積小，動(dòng)力大，無污染。對(duì)這些伺服電機(jī)除了要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)以外，無污染。對(duì)這些伺服電機(jī)除了要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)以外，一般還要求動(dòng)態(tài)性能好，適合于頻繁使用，便于一般還要求動(dòng)態(tài)性能好，適合于頻繁使用，便于維修等，自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。維修等，自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 2、液壓式執(zhí)行元件、液壓式執(zhí)行元件 液壓式執(zhí)行元件主要包括液壓式執(zhí)行元件主要包括往復(fù)運(yùn)動(dòng)油缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)油缸、回回轉(zhuǎn)油缸轉(zhuǎn)油缸、液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)等，其中油缸最為常見。在等，其中油缸最為常見。在同同等輸出功率的情況下等

7、輸出功率的情況下，液壓元件，液壓元件具有具有重量輕、快重量輕、快速性好，運(yùn)行平穩(wěn)速性好，運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)。等特點(diǎn)。 廣泛應(yīng)用于大功率廣泛應(yīng)用于大功率控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。3、氣壓式執(zhí)行元件、氣壓式執(zhí)行元件 氣壓式執(zhí)行元件除了氣壓式執(zhí)行元件除了用壓縮空氣作工作用壓縮空氣作工作介質(zhì)介質(zhì)外，與液壓式執(zhí)行元件沒有區(qū)別。氣壓外，與液壓式執(zhí)行元件沒有區(qū)別。氣壓驅(qū)動(dòng)雖可得到較大的驅(qū)動(dòng)力、行程和速度，驅(qū)動(dòng)雖可得到較大的驅(qū)動(dòng)力、行程和速度，但由于空氣粘性差且具有可壓縮性，故不能但由于空氣粘性差且具有可壓縮性，故不能在定位精度要求較高的場(chǎng)合使用，在中、小在定位精度要求較高的場(chǎng)合使用，在中、小功率化工石油設(shè)備（防爆）、

8、機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)功率化工石油設(shè)備（防爆）、機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化上應(yīng)用較多。自動(dòng)化上應(yīng)用較多。三、對(duì)伺服控制電動(dòng)機(jī)的基本要求三、對(duì)伺服控制電動(dòng)機(jī)的基本要求（2 2）快速性好快速性好 加速度大、響應(yīng)特性好。加速度大、響應(yīng)特性好。 （3 3）位置控制與速度控制精度高位置控制與速度控制精度高、調(diào)速范圍大、調(diào)速范圍大、低速平穩(wěn)性好、分辨率高以及振動(dòng)噪音小。低速平穩(wěn)性好、分辨率高以及振動(dòng)噪音小。 （4 4）能適應(yīng)頻繁啟動(dòng)能適應(yīng)頻繁啟動(dòng)，可靠性高、壽命長(zhǎng)。，可靠性高、壽命長(zhǎng)。 （5 5）易于與計(jì)算機(jī)接口易于與計(jì)算機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。 為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、功率為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、功率/能量、控制運(yùn)動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換

9、，能量、控制運(yùn)動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換，對(duì)伺服控制電動(dòng)機(jī)提出了一些基本要求對(duì)伺服控制電動(dòng)機(jī)提出了一些基本要求。 （1 1）慣性小、功率大）慣性小、功率大直流電源直流電源電刷電刷換向器換向器線圈線圈U+NS電刷換向片II15直流與交流伺服電動(dòng)機(jī) 熟悉直流電機(jī)的工作原理熟悉直流電機(jī)的工作原理IUSbNadc 當(dāng)當(dāng)直流電源接通直流電源接通后，后，電流電流從從電源正電源正極極經(jīng)經(jīng)電刷電刷A和和換向片換向片進(jìn)入位于進(jìn)入位于N極區(qū)極區(qū)的的電電樞線圈邊樞線圈邊ab，再?gòu)?，再?gòu)奈挥谖挥赟極區(qū)的線圈邊極區(qū)的線圈邊cd流出流出，最后，最后經(jīng)另經(jīng)另電刷電刷換向片換向片IffTn一個(gè)換向片一個(gè)換向片和和電刷電刷B流到流到電源負(fù)極

10、電源負(fù)極，如圖所示。，如圖所示。線圈線圈ab和和cd作為載流導(dǎo)體要受到作為載流導(dǎo)體要受到磁場(chǎng)力（安培力）的作用磁場(chǎng)力（安培力）的作用，力的方向力的方向可用可用左手定則判定左手定則判定?？捎门卸ǔ觯？捎门卸ǔ?，ab受到受到向向左的力左的力f，cd受到受到向右的力向右的力f，這兩個(gè)力，這兩個(gè)力對(duì)轉(zhuǎn)軸對(duì)轉(zhuǎn)軸形成形成逆時(shí)逆時(shí)針方向力矩針方向力矩，線圈線圈被驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，。因此，電樞逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)電樞逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。BA 當(dāng)當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)180以后以后，線圈，線圈邊邊ab和和cd位位置如圖所示置如圖所示，而，而換向器換向器也與線圈同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)也與線圈同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，從，從

11、而保證了兩磁極間的而保證了兩磁極間的線線圈邊中電流的方向總是圈邊中電流的方向總是不變不變，這也就，這也就保證了線保證了線IUScNdab電刷電刷換向片換向片IffTnBA圈所受電磁力矩的方向不變?nèi)λ茈姶帕氐姆较虿蛔儯姌须姌袑⒀刂鴮⒀刂鏁r(shí)針方向繼逆時(shí)針方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)下去續(xù)旋轉(zhuǎn)下去，就是說，不管，就是說，不管ab邊還是邊還是cd邊邊，哪條邊，哪條邊轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到上半部位上半部位（靠近（靠近N極），哪條邊就將極），哪條邊就將受到向左的力受到向左的力；哪；哪條邊條邊轉(zhuǎn)到下半部位轉(zhuǎn)到下半部位（靠近（靠近S極），哪條邊就將極），哪條邊就將受到向右的受到向右的力力，因而，因而整個(gè)線圈所受力矩的方向始終不變整

12、個(gè)線圈所受力矩的方向始終不變。 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 換向片換向片電刷電刷 通過上述分析可知，通過上述分析可知，換向器換向器的作用是的作用是保證保證當(dāng)直當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)流電動(dòng)機(jī)電樞上的導(dǎo)體電樞上的導(dǎo)體從從一個(gè)磁極一個(gè)磁極轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到另一個(gè)磁極另一個(gè)磁極下的時(shí)候，下的時(shí)候，導(dǎo)體內(nèi)的電流導(dǎo)體內(nèi)的電流也也能及時(shí)換向能及時(shí)換向，從而保證，從而保證電樞的電磁轉(zhuǎn)矩方向不變電樞的電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，使，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不變。換向器作用：換向器作用：將外部直流電將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的直流電，以保直流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不持轉(zhuǎn)矩方向不變。變。IUScNdab電刷電刷換向片換向片I

13、ffBA第四節(jié)第四節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。它是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。它是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。其輸入一個(gè)電脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。其輸入一個(gè)電脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即每當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組接受一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的步每當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組接受一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈沖

14、的數(shù)量、頻率以及電動(dòng)機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)沖的數(shù)量、頻率以及電動(dòng)機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向、很容易用微機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向、很容易用微機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。 一、概述一、概述 1 1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)將電脈沖信號(hào)角位移角位移的執(zhí)行元的執(zhí)行元 件件, ,其其特點(diǎn)如下：特點(diǎn)如下： （1 1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的通電定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它狀態(tài)每改變一次，它 的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個(gè)確定的角度，即的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個(gè)確定的角度，即步距角步距角。 （2 2）改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的通電順序

15、定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的，轉(zhuǎn)子的旋旋 轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)方向隨之改變。隨之改變。 （3 3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，通電狀態(tài)的改變速度越快， 其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率頻率 越高，轉(zhuǎn)子的越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速越高。越高。 （4 4）角位移量與）角位移量與電脈沖數(shù)電脈沖數(shù)成正比。成正比。 2 2、步進(jìn)電機(jī)的、步進(jìn)電機(jī)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)獨(dú)特優(yōu)點(diǎn) （1 1）控制性能好控制性能好，起動(dòng)、停止、換向及其它任，起動(dòng)、停止、換向及其它任何運(yùn)動(dòng)形式的改變，可在若干個(gè)脈沖內(nèi)完成。何運(yùn)動(dòng)形式的改變，可在若干個(gè)脈沖內(nèi)完成。 （2 2）步距角步距

16、角不易受各種干擾因素的影響，抗干不易受各種干擾因素的影響，抗干擾能力強(qiáng)。擾能力強(qiáng)。 （3 3）誤差不長(zhǎng)期積累誤差不長(zhǎng)期積累，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步距角，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步距角，盡管存在一定的轉(zhuǎn)角誤差，但電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)盡管存在一定的轉(zhuǎn)角誤差，但電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)360360時(shí)，轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)角累計(jì)誤差將歸零。角累計(jì)誤差將歸零。 （4 4）具有自鎖能力具有自鎖能力，一旦，一旦停止輸入脈沖停止輸入脈沖，只要，只要維持繞組通電維持繞組通電，即，即可保持其固定位置可保持其固定位置。 （5 5）易于實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的接口。）易于實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的接口。 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)14 23(1)(1)定子定子上有上有6個(gè)齒個(gè)齒，其上分別纏有其上分別纏有U、

17、V、W三相繞組三相繞組，構(gòu)成構(gòu)成三對(duì)磁極三對(duì)磁極；(2) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上則上則均勻分均勻分布著布著4個(gè)齒個(gè)齒。U1U2V1V2W2W1定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用直流電源供電直流電源供電。當(dāng)。當(dāng)U、V、W三相繞組輪流通電三相繞組輪流通電時(shí)，時(shí)，通過電磁力的吸引通過電磁力的吸引，步進(jìn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一步一步地旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子一步一步地旋轉(zhuǎn)。 二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 1 1、結(jié)構(gòu)組成、結(jié)構(gòu)組成 主要由主要由定子和轉(zhuǎn)子定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，構(gòu)成，定子定子包括定子鐵芯和定子繞組包括定子鐵芯和定子繞組。定子鐵。定子鐵芯由芯由硅鋼片硅鋼片疊壓而成，疊壓而成，定子

18、繞組繞定子繞組繞在定子鐵芯在定子鐵芯6 6個(gè)個(gè)均勻分布的磁極上均勻分布的磁極上，在直徑方向上在直徑方向上相對(duì)的兩個(gè)相對(duì)的兩個(gè)磁極磁極上的上的線圈串聯(lián)在一起，構(gòu)成線圈串聯(lián)在一起，構(gòu)成一相一相控制繞控制繞組組。圖示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。圖示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成構(gòu)成U、V、W三相三相控制繞組控制繞組，故稱，故稱三相三相步進(jìn)電步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子用硅鋼片疊成或用軟磁動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu)，性材料做成凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上無繞轉(zhuǎn)子上無繞組組反應(yīng)式反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)；若為步進(jìn)電機(jī)；若為永久磁永久磁鐵鐵永磁式永磁式步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)。 2 2、工作原理工作原理 當(dāng)通電順序?yàn)楫?dāng)通電順序?yàn)閁VWU時(shí)，時(shí)，假設(shè)假

19、設(shè)U相相繞組繞組首先首先通電通電，氣隙中產(chǎn)生一個(gè)沿，氣隙中產(chǎn)生一個(gè)沿U1U2軸線方向的磁場(chǎng)，軸線方向的磁場(chǎng)，由于由于磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合，磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合，于是于是產(chǎn)產(chǎn)生磁拉力使轉(zhuǎn)子生磁拉力使轉(zhuǎn)子1、3兩齒與兩齒與U相繞組軸線相繞組軸線U1U2對(duì)齊；對(duì)齊；然后然后U相斷電，相斷電，V相通電相通電，氣隙中產(chǎn)生一個(gè)沿，氣隙中產(chǎn)生一個(gè)沿V1V2軸軸線方向的磁場(chǎng)，產(chǎn)生磁拉力使轉(zhuǎn)子線方向的磁場(chǎng)，產(chǎn)生磁拉力使轉(zhuǎn)子2、4兩齒與兩齒與V相相繞組軸線繞組軸線V1V2對(duì)齊；這時(shí)轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)了對(duì)齊；這時(shí)轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)了30。隨。隨后后V相斷電，相斷電，W相通電相通電，根據(jù)同樣的道理，轉(zhuǎn)子又，根

20、據(jù)同樣的道理，轉(zhuǎn)子又順時(shí)針轉(zhuǎn)了順時(shí)針轉(zhuǎn)了30。若再。若再U相通電，相通電，W相斷電，那么相斷電，那么轉(zhuǎn)子再順時(shí)針轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子再順時(shí)針轉(zhuǎn)30。定子各相輪流通電一次，轉(zhuǎn)定子各相輪流通電一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一個(gè)齒（或一個(gè)磁極）。子轉(zhuǎn)一個(gè)齒（或一個(gè)磁極）。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組定子繞組按按UVWUVWU依次輪流通電依次輪流通電，步進(jìn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就一步步地按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子就一步步地按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。14 2314 2314 2314 23U1U2V1V2W2W1三相單三拍運(yùn)行（三相單三拍運(yùn)行（每次切換前后每次切換前后只有一相繞組通電只有一相繞組通電，其余繞組斷電）其余繞組斷電） 通電順序：通電順

21、序： U 相相V 相相W 相相U 相。相。 U 相通電相通電 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步三步 對(duì)于對(duì)于定子定子為為N相相、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子有有z個(gè)齒個(gè)齒的步進(jìn)電機(jī)，的步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周所需的步數(shù)為所需的步數(shù)為Nz步步。 轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一步旋轉(zhuǎn)一步所所對(duì)應(yīng)的角度對(duì)應(yīng)的角度稱為稱為步距角步距角 30。電流換接三次，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)磁電流換接三次，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)磁距的位置距的位置，一個(gè)磁距所對(duì)應(yīng)的角度一個(gè)磁距所對(duì)應(yīng)的角度稱為稱為齒距角齒距角

22、（4個(gè)齒，個(gè)齒，90度）。若要反向，通電順序?yàn)椋憾龋?。若要反向，通電順序?yàn)椋篣WVU2、工作原理工作原理通電順序?yàn)椋和婍樞驗(yàn)椋篣WVU稱為稱為三相單三相單三三拍拍運(yùn)行。運(yùn)行。 單：?jiǎn)危?是指每次只有一相定子的繞組通電；是指每次只有一相定子的繞組通電；“一拍一拍”：從定子的從定子的一相繞組通電一相繞組通電換接到換接到另一相另一相繞組通電繞組通電。每一拍每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角一個(gè)步距角?！叭娜摹保菏侵甘侵敢粋€(gè)循環(huán)周期一個(gè)循環(huán)周期只換接了只換接了三次三次。 如如UWV 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三相單三拍運(yùn)行時(shí)三相單三拍運(yùn)行時(shí)，由于切換時(shí)在由于切換時(shí)在一相繞組斷電而另一相繞組通電的一相繞組

23、斷電而另一相繞組通電的交替時(shí)刻交替時(shí)刻容易容易造造成轉(zhuǎn)子失步成轉(zhuǎn)子失步，由單一繞組通電吸引轉(zhuǎn)子也容易，由單一繞組通電吸引轉(zhuǎn)子也容易造成造成轉(zhuǎn)子在平衡位置附近產(chǎn)生振動(dòng)轉(zhuǎn)子在平衡位置附近產(chǎn)生振動(dòng)，故，故運(yùn)行穩(wěn)定性差運(yùn)行穩(wěn)定性差，所以所以實(shí)際中很少應(yīng)用實(shí)際中很少應(yīng)用三相單三拍方式三相單三拍方式。2、工作原理工作原理三相雙三拍運(yùn)行（三相雙三拍運(yùn)行（每次切換前后每次切換前后有兩相繞組通電有兩相繞組通電） 通電順序：通電順序： UV 相相VW 相相WU 相相。 14 23U1U2V1V2W2W1 UV 相通電相通電 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 VW 相通電相通電 14 2314 23U1

24、U2V1V2W2W1 WU 相通電相通電 14 23 步距角：步距角： = 30特點(diǎn)：力矩較大，定位精度高而不易失步特點(diǎn)：力矩較大，定位精度高而不易失步。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周所需的步數(shù)也為所需的步數(shù)也為Nz步步。14 2314 23(3) 三相單雙六拍運(yùn)行（三相單雙六拍運(yùn)行（單、雙相通電單、雙相通電交替出現(xiàn)）交替出現(xiàn)）通電順序：通電順序：UUV VVW W WU U。14 23U1U2V1V2W2W1114 23U1U2V1V2W2W1214 23U1U2V1V2W2W1314 23U1U2V1V2W2W1414 23U1U2V1V2W2W1514 23U1U2V1V2W2W1614 23

25、步距角：步距角： = 15 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周所需的步數(shù)也為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周所需的步數(shù)也為2Nz步。步。 3、小步距角步進(jìn)電機(jī)小步距角步進(jìn)電機(jī) 以上討論的步進(jìn)以上討論的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)其電動(dòng)機(jī)其步距角都比步距角都比較大較大，往往，往往不能滿足不能滿足傳動(dòng)設(shè)備對(duì)精度的要傳動(dòng)設(shè)備對(duì)精度的要求求。為了。為了減小步距角減小步距角，實(shí)際應(yīng)用中的步進(jìn)實(shí)際應(yīng)用中的步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)通常將定子的每動(dòng)機(jī)通常將定子的每一個(gè)磁極分成許多小一個(gè)磁極分成許多小齒，齒，轉(zhuǎn)子也由許多小轉(zhuǎn)子也由許多小齒組成齒組成。且定子。且定子U2U1W2W1V1V2和轉(zhuǎn)子的齒寬、齒距相等。當(dāng)和轉(zhuǎn)子的齒寬、齒距相等。當(dāng)U相定子小齒與轉(zhuǎn)子相

26、定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對(duì)正時(shí)小齒對(duì)正時(shí)，V相和相和W相定子上的齒相定子上的齒則處于則處于錯(cuò)開狀錯(cuò)開狀態(tài)態(tài)，如圖所示，是一種如圖所示，是一種小步距角小步距角結(jié)構(gòu)形式的三相反應(yīng)式結(jié)構(gòu)形式的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。AABBCC4750A相各齒對(duì)齊時(shí),B相轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)位3 3、小步距小步距角步進(jìn)電機(jī)角步進(jìn)電機(jī) 3、小步距角步進(jìn)電機(jī)、小步距角步進(jìn)電機(jī)小步距角步進(jìn)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子展開圖小步距角步進(jìn)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子展開圖 通電方式不僅影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩頻特性，對(duì)通電方式不僅影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩頻特性，對(duì)步距角也有影響。一個(gè)步距角也有影響。一個(gè)N相相（即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的（即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的拍數(shù)）拍數(shù)）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，

27、如其轉(zhuǎn)子上有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如其轉(zhuǎn)子上有z個(gè)小齒個(gè)小齒，則其，則其步距角可通過下式計(jì)算：步距角可通過下式計(jì)算：kNz360式中，式中，k是是通電方式系數(shù)通電方式系數(shù)。當(dāng)采用。當(dāng)采用單相或雙相通電單相或雙相通電方式方式時(shí)，時(shí)，k1；當(dāng)采用；當(dāng)采用單雙相輪流通電單雙相輪流通電方式時(shí)，方式時(shí)，k2。可見，?？梢姡捎脝坞p相輪流通電方式還可使步距角減小一半。采用單雙相輪流通電方式還可使步距角減小一半。 例如，若例如，若z =40，三相單（雙）三拍通電方式：，三相單（雙）三拍通電方式： =3；三相六拍通電方式：三相六拍通電方式： =1.5 步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的步距角決定了系統(tǒng)的最小位移步距角決定了系統(tǒng)的最小

28、位移，步距步距角越小，位移的控制精度越高。角越小，位移的控制精度越高。 電子電路中的信號(hào)電子電路中的信號(hào)模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)（脈沖信號(hào)）數(shù)字信號(hào)（脈沖信號(hào)）時(shí)間上連續(xù)變化的時(shí)間上連續(xù)變化的時(shí)間和幅度都是跳變的時(shí)間和幅度都是跳變的處理此類信號(hào)的處理此類信號(hào)的電路電路模擬電路模擬電路（如如處理此類信號(hào)的處理此類信號(hào)的電路電路數(shù)字電路數(shù)字電路（TTL,COMS等）等）特點(diǎn)特點(diǎn)：注重電路的輸入、注重電路的輸入、 輸出大小、相位關(guān)系輸出大小、相位關(guān)系特點(diǎn)特點(diǎn)：注重電路的輸入、輸注重電路的輸入、輸出的邏輯關(guān)系出的邏輯關(guān)系脈沖信號(hào)的波形及參數(shù)脈沖信號(hào)的波形及參數(shù) 在數(shù)字電路中，在數(shù)字電路中，脈沖是一種脈

29、沖是一種躍變躍變信號(hào)信號(hào), ,并且并且持續(xù)時(shí)間短暫持續(xù)時(shí)間短暫。矩形波矩形波尖頂波尖頂波脈沖周期脈沖周期T:T:相鄰兩個(gè)上升沿（或下降沿）的脈沖幅度相鄰兩個(gè)上升沿（或下降沿）的脈沖幅度的的1010兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔。兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔。脈沖頻率脈沖頻率f:f:單位時(shí)間的脈沖數(shù)，單位時(shí)間的脈沖數(shù)，f=1/Tf=1/T A0.9A0.5A0.1AtptrtfT正脈沖正脈沖負(fù)脈沖負(fù)脈沖脈沖信號(hào)變化后的電脈沖信號(hào)變化后的電平值比初始電平值高平值比初始電平值高脈沖信號(hào)變化后的電脈沖信號(hào)變化后的電平值比初始電平值低平值比初始電平值低V0V0V5V5V0V0V5V5返回目錄返回目錄 脈沖信號(hào)的脈沖信號(hào)的邏邏

30、 輯狀態(tài)輯狀態(tài)高電平高電平 用用1 1 表示表示低電平低電平 用用0 0 表示表示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的計(jì)算：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的計(jì)算： 如果脈沖的頻率為如果脈沖的頻率為 f Hz， 的單位為度，的單位為度，則轉(zhuǎn)速（則轉(zhuǎn)速（r/min)為：為：一個(gè)步距角一個(gè)步距角脈沖頻率為脈沖頻率為 fN定子繞組的定子繞組的相數(shù)相數(shù)（即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的（即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的拍數(shù)），拍數(shù)），N也表示輸入的脈沖數(shù)目。也表示輸入的脈沖數(shù)目。zNfNzffn606036060 。n =60 fz NN四、步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)四、步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo) 1 1、步距角、步距角 指指每給一個(gè)脈沖每給一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)

31、電機(jī)轉(zhuǎn)子所應(yīng)轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)子所應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度的理論值角度的理論值。 同一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因通電方式不同，運(yùn)行同一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因通電方式不同，運(yùn)行時(shí)步距角也是不同的。時(shí)步距角也是不同的。 步距角步距角的確定：若通電方式和的確定：若通電方式和系統(tǒng)的傳動(dòng)比系統(tǒng)的傳動(dòng)比i已初步確定，則已初步確定，則b應(yīng)滿足：應(yīng)滿足： i max式中式中max為負(fù)載軸要求的最小位移增量為負(fù)載軸要求的最小位移增量（或（或脈沖當(dāng)脈沖當(dāng)量量，即每一個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的負(fù)載軸的位移增量）。，即每一個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的負(fù)載軸的位移增量）。 2 2、靜態(tài)特性、靜態(tài)特性 指步進(jìn)電機(jī)在指步進(jìn)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)工作條件下的特性穩(wěn)態(tài)工作條件下的特性，包括：，包括：矩

32、矩角特性角特性、靜轉(zhuǎn)矩靜轉(zhuǎn)矩及及靜態(tài)穩(wěn)定特性靜態(tài)穩(wěn)定特性等。等。 當(dāng)當(dāng)轉(zhuǎn)子帶有負(fù)載力矩通電轉(zhuǎn)子帶有負(fù)載力矩通電時(shí)，轉(zhuǎn)子就時(shí)，轉(zhuǎn)子就不再不再能和能和定子上的某極定子上的某極對(duì)齊對(duì)齊，而是，而是相差一定的角度相差一定的角度，該角度，該角度所形成的電磁轉(zhuǎn)矩正好和負(fù)載力矩相平衡。所形成的電磁轉(zhuǎn)矩正好和負(fù)載力矩相平衡。這個(gè)角這個(gè)角度度稱為稱為失調(diào)角失調(diào)角。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能帶的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能帶的靜轉(zhuǎn)矩靜轉(zhuǎn)矩是受到限制的，是受到限制的，最最大靜轉(zhuǎn)矩大靜轉(zhuǎn)矩表示步進(jìn)電機(jī)的承受載荷的能力。表示步進(jìn)電機(jī)的承受載荷的能力。 單相通電時(shí)的矩角特性單相通電時(shí)的矩角特性靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)T eTjmax- - /2 /

33、2 0最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩靜態(tài)轉(zhuǎn)矩越大，靜態(tài)誤差就越小靜態(tài)轉(zhuǎn)矩越大，靜態(tài)誤差就越小3 3、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)、動(dòng)態(tài)特性參數(shù) 主要指主要指動(dòng)態(tài)穩(wěn)定區(qū)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定區(qū)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、矩頻特性矩頻特性、慣頻特性慣頻特性等。等。 最高連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率最高連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率fmax步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所能接受的最高控制頻率時(shí)所能接受的最高控制頻率fmax，稱最高連續(xù)運(yùn)，稱最高連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。轉(zhuǎn)頻率。 矩頻特性矩頻特性步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩隨頻率步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩隨頻率的增加而降低的特性，稱為矩頻特性。的增加而降低的特性，稱為矩頻特性。 原因分析：原因分析： 定子繞組本身為一感性負(fù)載；定子繞組本身為一感性負(fù)

34、載； f 增大，磁通量的變化加劇，鐵芯的渦流增大，磁通量的變化加劇，鐵芯的渦流損失加大。損失加大。 啟動(dòng)頻率：?jiǎn)?dòng)頻率：我們我們把不失步啟動(dòng)的最高脈沖頻率把不失步啟動(dòng)的最高脈沖頻率稱為稱為啟動(dòng)頻率啟動(dòng)頻率，也稱突跳頻率，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)，也稱突跳頻率，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。重要性能指標(biāo)。失步：轉(zhuǎn)子前進(jìn)的步數(shù)不等于輸入的脈沖數(shù)，包括失步：轉(zhuǎn)子前進(jìn)的步數(shù)不等于輸入的脈沖數(shù)，包括丟步和越步兩種情況。丟步和越步兩種情況。運(yùn)行頻率：運(yùn)行頻率：是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，當(dāng)控制脈沖頻是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，當(dāng)控制脈沖頻率連續(xù)上升時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)率連續(xù)上升時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能不失步的最高頻率。能不失步的最高頻

35、率。 啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率啟動(dòng)矩頻特性啟動(dòng)矩頻特性 當(dāng)伺服系統(tǒng)要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的當(dāng)伺服系統(tǒng)要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率高于最大運(yùn)行頻率高于最大允許啟動(dòng)率時(shí)允許啟動(dòng)率時(shí)，可先，可先按較低的頻率啟動(dòng)按較低的頻率啟動(dòng)， 然后按一然后按一定規(guī)律逐漸加速到運(yùn)行頻率。圖給出了定規(guī)律逐漸加速到運(yùn)行頻率。圖給出了90BF002型步型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)矩頻特性曲線。由圖可見，進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)矩頻特性曲線。由圖可見， 負(fù)載轉(zhuǎn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，矩越大， 所允許的最大啟動(dòng)頻率越小。所允許的最大啟動(dòng)頻率越小。 3200f / Hz240016008001.9603.92T / Nm運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行矩頻特性f / Hz

36、20000400060008000T / Nm1.963.92 空載啟動(dòng)頻率空載啟動(dòng)頻率在空載狀態(tài)下，步進(jìn)電機(jī)能夠在空載狀態(tài)下，步進(jìn)電機(jī)能夠不失步啟動(dòng)的最高脈沖頻率稱為空載啟動(dòng)頻率，也不失步啟動(dòng)的最高脈沖頻率稱為空載啟動(dòng)頻率，也稱突跳頻率，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。稱突跳頻率，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。 圖是圖是90BF002型步進(jìn)電動(dòng)型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線。機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線。 圖圖 不同通電方式時(shí)的矩頻特性不同通電方式時(shí)的矩頻特性雙三拍六拍單三拍0500100015000.10.20.3f / HzT / Nm 右圖是某三右圖是某三相反應(yīng)式步進(jìn)電相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在動(dòng)

37、機(jī)在不同通電不同通電方式下工作時(shí)方式下工作時(shí)的的矩頻特性曲線。矩頻特性曲線。顯然，采用顯然，采用單雙單雙相輪流通電方式相輪流通電方式可使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在各種工作頻率在各種工作頻率下都具有較大的下都具有較大的負(fù)載能力負(fù)載能力。五、步進(jìn)電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)五、步進(jìn)電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子繞組通斷電次數(shù)定子繞組通斷電次數(shù)和和各相通各相通電順序電順序決定了決定了輸出角位移和運(yùn)動(dòng)方向輸出角位移和運(yùn)動(dòng)方向，控制脈沖控制脈沖分配頻率可實(shí)現(xiàn)分配頻率可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制速度控制。因此，。因此，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)一般采用開環(huán)控制方式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)一般采用開環(huán)控制方式。

38、圖示。圖示為開環(huán)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由為開環(huán)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由環(huán)環(huán)形分配器形分配器、功率驅(qū)動(dòng)器功率驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等組成。等組成。 環(huán)形分環(huán)形分配器配器功率驅(qū)功率驅(qū)動(dòng)器動(dòng)器步進(jìn)電步進(jìn)電動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)負(fù)負(fù)載載指令指令脈沖脈沖輸出輸出驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)電源 驅(qū)動(dòng)電源將驅(qū)動(dòng)電源將變頻信號(hào)源變頻信號(hào)源送來的送來的脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)及及方向方向信號(hào)信號(hào)按照要求的配電方式自動(dòng)地循環(huán)供給給步進(jìn)電按照要求的配電方式自動(dòng)地循環(huán)供給給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)機(jī)的定子的各相繞組定子的各相繞組，以，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子正反向轉(zhuǎn)動(dòng)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 1、環(huán)形脈沖分配器環(huán)形脈沖分配器 定義

39、：步進(jìn)電機(jī)的定義：步進(jìn)電機(jī)的各相繞組必須按照一定的順序各相繞組必須按照一定的順序通電才能正常工作通電才能正常工作，這種，這種使電機(jī)繞組的通電方式按一使電機(jī)繞組的通電方式按一定規(guī)律變化的電子部件定規(guī)律變化的電子部件稱為稱為環(huán)形脈沖分配器環(huán)形脈沖分配器。 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配的方法環(huán)形分配的方法有兩種有兩種。 (1)(1) 軟環(huán)分：即軟環(huán)分：即計(jì)算機(jī)軟件分配計(jì)算機(jī)軟件分配，采，采用查表或計(jì)用查表或計(jì)算的方法進(jìn)行脈沖分配算的方法進(jìn)行脈沖分配。這種方法能充分利用計(jì)算機(jī)。這種方法能充分利用計(jì)算機(jī)軟件資源，減少硬件成本，尤其是多相電動(dòng)機(jī)的脈沖軟件資源，減少硬件成本，尤其是多相電動(dòng)機(jī)的脈沖分配更能顯示出這種分配

40、方法的優(yōu)點(diǎn)。但由于軟件運(yùn)分配更能顯示出這種分配方法的優(yōu)點(diǎn)。但由于軟件運(yùn)行會(huì)占用計(jì)算機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，因而會(huì)使插補(bǔ)運(yùn)算的總行會(huì)占用計(jì)算機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，因而會(huì)使插補(bǔ)運(yùn)算的總時(shí)間增加，從而時(shí)間增加，從而影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。 采用計(jì)算機(jī)軟件利用查表程序來實(shí)現(xiàn)采用計(jì)算機(jī)軟件利用查表程序來實(shí)現(xiàn)01H1006A05H1015CA04H0014C06H0113BC02H0102B03H1101AB反反01H1000A正正轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向代碼代碼ABC脈沖脈沖通電狀態(tài)通電狀態(tài)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向通過讀取數(shù)據(jù)的順序可控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向；通過讀取數(shù)據(jù)的順序可控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向；通過控制脈沖的頻率可控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

41、通過控制脈沖的頻率可控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。軟件環(huán)分驅(qū)動(dòng)控制軟件環(huán)分驅(qū)動(dòng)控制 對(duì)于三相六拍環(huán)形分配器，每當(dāng)接收到一個(gè)對(duì)于三相六拍環(huán)形分配器，每當(dāng)接收到一個(gè)進(jìn)給脈沖指令，環(huán)形分配器軟件根據(jù)下表所示真進(jìn)給脈沖指令，環(huán)形分配器軟件根據(jù)下表所示真值表，按順序及方向控制輸出接口將值表，按順序及方向控制輸出接口將A、B、C的的值輸出即可。值輸出即可。CNC裝置裝置電源電源A相驅(qū)動(dòng)相驅(qū)動(dòng)B相驅(qū)動(dòng)相驅(qū)動(dòng)C相驅(qū)動(dòng)相驅(qū)動(dòng)CBAM （2 2）硬件環(huán)形分配硬件環(huán)形分配 采用采用數(shù)字電路數(shù)字電路搭建或搭建或?qū)Ｓ玫沫h(huán)形分配器件專用的環(huán)形分配器件將將連續(xù)的脈沖信號(hào)連續(xù)的脈沖信號(hào)經(jīng)電路處理后輸出經(jīng)電路處理后輸出環(huán)形脈沖環(huán)形脈沖。

42、采用數(shù)字電路搭建的環(huán)形分配器通常由采用數(shù)字電路搭建的環(huán)形分配器通常由分立分立元件（如觸發(fā)器、邏輯門等）構(gòu)成元件（如觸發(fā)器、邏輯門等）構(gòu)成，特點(diǎn)是體，特點(diǎn)是體積大，成本高，可靠性差。專用的環(huán)形分配器積大，成本高，可靠性差。專用的環(huán)形分配器目前市面上有很多種，如目前市面上有很多種，如CMOS電路電路CH250即即為三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的專用環(huán)形分配器；為三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的專用環(huán)形分配器；L297和和PMM8714為兩相繞組環(huán)分器；為兩相繞組環(huán)分器；PMM8713為五為五相繞組電機(jī)環(huán)分器等。相繞組電機(jī)環(huán)分器等。圖4-39 雙三拍環(huán)形分配器的原理圖 硬件環(huán)行分配器硬件環(huán)行分配器的基本構(gòu)成的基本構(gòu)成是觸發(fā)器是觸

43、發(fā)器。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)有。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)有幾幾相就需要幾個(gè)序列脈沖相就需要幾個(gè)序列脈沖，所以步進(jìn)電機(jī)，所以步進(jìn)電機(jī)有幾相有幾相，就，就要設(shè)置幾要設(shè)置幾個(gè)觸發(fā)器個(gè)觸發(fā)器。每個(gè)觸發(fā)器發(fā)出的脈沖就是一個(gè)序列脈沖，用來。每個(gè)觸發(fā)器發(fā)出的脈沖就是一個(gè)序列脈沖，用來控制步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)某相定子繞組某相定子繞組的通、斷電的通、斷電。 環(huán)形分配器環(huán)形分配器CH250引腳圖引腳圖(a) 引腳功能；引腳功能； (b) 三相六拍線路圖三相六拍線路圖UDJ3LJ3rWVUR*RJ6rJ6LUsCPEN16151413121110912345678(a)方向CP100 k1 F21791016612 V111213R*R

44、CPJ6LJ6rJ3rJ3LUs14 158WVUENUD(b) 2 2、功率驅(qū)動(dòng)（放大）器、功率驅(qū)動(dòng)（放大）器 功率放大器實(shí)際上是一個(gè)功率放大器實(shí)際上是一個(gè)功率開關(guān)電路功率開關(guān)電路，其功，其功能是將能是將環(huán)形分配器輸出的環(huán)形分配器輸出的mA級(jí)的弱信號(hào)進(jìn)行功率級(jí)的弱信號(hào)進(jìn)行功率放大放大，得到，得到控制繞組控制繞組所需要的所需要的脈沖電流及所需的脈脈沖電流及所需的脈沖波形。沖波形。 驅(qū)動(dòng)電路的分類：驅(qū)動(dòng)電路的分類： 按采用的功率元件分：晶閘管和晶體管功率驅(qū)按采用的功率元件分：晶閘管和晶體管功率驅(qū)動(dòng)器。動(dòng)器。 按驅(qū)動(dòng)形式分：按驅(qū)動(dòng)形式分： 電壓型：電壓型：?jiǎn)坞妷盒蛦坞妷盒汀㈦p電壓型（高低壓型）、雙

45、電壓型（高低壓型） 電流型：恒流驅(qū)動(dòng)、斬波驅(qū)動(dòng)電流型：恒流驅(qū)動(dòng)、斬波驅(qū)動(dòng) 六、步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制六、步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制 分為串行控制和并行控制。分為串行控制和并行控制。脈沖方向控制方式信號(hào)環(huán)形分配器功率放大電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路器步進(jìn)電機(jī)各相繞組相相相相相n 串行控制：連線少，需要環(huán)形分配器；串行控制：連線少，需要環(huán)形分配器；n 并行控制：連線多，不需要環(huán)形分配器；并行控制：連線多，不需要環(huán)形分配器； 調(diào)速方式調(diào)速方式 直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性方程為：直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性方程為： 式中，式中， 一電樞控制電壓；一電樞控制電壓； 一電樞回路電一電樞回路電 阻；阻； 每極磁通；每極磁通； 、 分別為

46、電動(dòng)機(jī)的分別為電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。結(jié)構(gòu)常數(shù)。 二、伺服電機(jī)及其控制二、伺服電機(jī)及其控制TCCRCUn2teeccUReCtC 光光電隔離技術(shù)電隔離技術(shù) 為了保證輸入端與輸出端在電氣上是隔離的，兩端為了保證輸入端與輸出端在電氣上是隔離的，兩端的電源也必須是獨(dú)立的。的電源也必須是獨(dú)立的。 圖3-14 帶光電隔離的輸出接口 3 繼電器輸出接口繼電器輸出接口 1觸點(diǎn)式繼電器的控制觸點(diǎn)式繼電器的控制 當(dāng)線圈通電時(shí)，使開關(guān)觸點(diǎn)閉合（或斷開）；當(dāng)當(dāng)線圈通電時(shí)，使開關(guān)觸點(diǎn)閉合（或斷開）；當(dāng)線圈不通電時(shí)，則開關(guān)觸點(diǎn)斷開（或閉合）。線圈不通電時(shí)，則開關(guān)觸點(diǎn)斷開（或閉合）。 圖3-15 繼電器接口電路 3.4 開關(guān)量

47、輸出接口技術(shù) 實(shí)際選用繼電器時(shí)應(yīng)考慮下列因素：實(shí)際選用繼電器時(shí)應(yīng)考慮下列因素： 繼電器額定工作電壓（或電流）；繼電器額定工作電壓（或電流）； 觸點(diǎn)負(fù)荷；觸點(diǎn)負(fù)荷； 觸點(diǎn)的數(shù)量或種類（動(dòng)斷或動(dòng)通）；觸點(diǎn)的數(shù)量或種類（動(dòng)斷或動(dòng)通）； 繼電器的體積、封裝形式、工作環(huán)境、觸點(diǎn)吸合或繼電器的體積、封裝形式、工作環(huán)境、觸點(diǎn)吸合或釋放時(shí)間等。釋放時(shí)間等。 2固態(tài)繼電器的輸出接口固態(tài)繼電器的輸出接口 固態(tài)繼電器（固態(tài)繼電器（Solid State Relay，SSR），它是用晶），它是用晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點(diǎn)開關(guān)，再把光電體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點(diǎn)開關(guān)，再把光電隔離器作為前級(jí)構(gòu)成一個(gè)整體。隔

48、離器作為前級(jí)構(gòu)成一個(gè)整體。 固態(tài)繼電器有體積小、重量輕、無機(jī)械噪聲、無抖固態(tài)繼電器有體積小、重量輕、無機(jī)械噪聲、無抖動(dòng)和回跳、開關(guān)速度快、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。動(dòng)和回跳、開關(guān)速度快、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。 圖3-16 直流型SSR的電路原理圖 步進(jìn)電機(jī)的A、B、C三相，每相由一個(gè)直流型SSR控制，可分別由8255的端口PA0PA2來控制。 圖3-17 三相步進(jìn)電機(jī)控制電路原理圖 4. 大功率輸出接口大功率輸出接口 場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗高，關(guān)斷漏電流小，效應(yīng)管輸入阻抗高，關(guān)斷漏電流小， 響響應(yīng)速度快，體積較小，價(jià)格便應(yīng)速度快，體積較小，價(jià)格便宜。所宜。所以在計(jì)算機(jī)開關(guān)量輸出控制中也常作為以在計(jì)算機(jī)開關(guān)量輸出控

49、制中也常作為開關(guān)元件使用。開關(guān)元件使用。圖圖3-18 大功率場(chǎng)效應(yīng)管的表示符號(hào)大功率場(chǎng)效應(yīng)管的表示符號(hào) G為控制柵極，為控制柵極，D為漏極，為漏極，S為為源極，源極，G為高電平時(shí)，源極與漏為高電平時(shí)，源極與漏極導(dǎo)通，允許電流通過；否則，極導(dǎo)通，允許電流通過；否則，場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷圖圖3-19 采采用大功率用大功率場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管的步進(jìn)電的步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電路原理圖路原理圖 采用的電力電子器件：采用的電力電子器件：全控式晶體管，如全控式晶體管，如電力晶體管電力晶體管（GTR）、可關(guān)斷晶體管（可關(guān)斷晶體管（GTO）、絕緣雙極晶體管絕緣雙極晶體管（IGBT）（3）脈寬調(diào)制器）脈寬調(diào)制器P

50、WM變換器只對(duì)已有的脈寬可調(diào)脈沖電壓信號(hào)變換器只對(duì)已有的脈寬可調(diào)脈沖電壓信號(hào)Ub進(jìn)行功進(jìn)行功率放大，而給率放大，而給PWM變換器的電力晶體管變換器的電力晶體管CTR提供脈沖電提供脈沖電壓信號(hào)的就是脈寬調(diào)制器。壓信號(hào)的就是脈寬調(diào)制器。脈寬調(diào)制器脈寬調(diào)制器是一種電壓脈寬變換裝置，原理如圖所示。是一種電壓脈寬變換裝置，原理如圖所示。電壓電壓-脈寬變換器的基本電路見脈寬變換器的基本電路見p:149-152p:149-152。下面分析以鋸。下面分析以鋸齒波作調(diào)制信號(hào)的另一種脈寬調(diào)制器電路。齒波作調(diào)制信號(hào)的另一種脈寬調(diào)制器電路。 bU在在ur+ +uc過零交點(diǎn)時(shí)刻控制過零交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷的通斷。

51、 ur+ucurucururucuc Uv ur+uc ur+uc Uv Uv 3脈寬調(diào)速脈寬調(diào)速PWM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)S1、S4閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速正轉(zhuǎn)；閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速正轉(zhuǎn)； 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)S2、S3閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速反轉(zhuǎn)；閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速反轉(zhuǎn)； 當(dāng)當(dāng)S2、S4（或者（或者S1、S3）閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組被）閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組被短路，電動(dòng)機(jī)處于剎車狀態(tài)；短路，電動(dòng)機(jī)處于剎車狀態(tài)； 如果如果4個(gè)開關(guān)全部斷開，電動(dòng)機(jī)將自由滑行。個(gè)開關(guān)全部斷開，電動(dòng)機(jī)將自由滑行。圖圖3-23 可逆可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)原理圖調(diào)速系統(tǒng)原理圖 圖圖5-17 PWM斬波器的電路原理圖及波形斬波器的電路原理

52、圖及波形ssondUUTtU=式中式中 T ：開關(guān)周期；：開關(guān)周期；ton ：導(dǎo)通時(shí)間；：導(dǎo)通時(shí)間；f：開關(guān)頻率；：開關(guān)頻率；占空比，占空比，電樞壓平均值電樞壓平均值ftUUTtonsdon=/=/=10sdUU 0均為正值，即電動(dòng)機(jī)只能實(shí)現(xiàn)單一方向的不可逆調(diào)速。均為正值，即電動(dòng)機(jī)只能實(shí)現(xiàn)單一方向的不可逆調(diào)速。2. 橋式橋式可逆可逆PWM變換器變換器H形主電路結(jié)構(gòu)形主電路結(jié)構(gòu)1324+UsVD1VD2VD3VD4ABM+MVT1VT2Ug1Ug2Ug4VT4VT3Ug3正向正向電動(dòng)狀態(tài)電動(dòng)狀態(tài)“1” VT1 、VT4 導(dǎo)通導(dǎo)通“2” VD2、VD3 續(xù)流續(xù)流反向反向電動(dòng)狀態(tài)電動(dòng)狀態(tài)“3” VT

53、2、VT3 導(dǎo)通導(dǎo)通“4” VD1、VD4 續(xù)流續(xù)流七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用 1、首先根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)、首先根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的裝置及負(fù)載折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的等效轉(zhuǎn)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量動(dòng)慣量； 2、然后分別計(jì)算各種工況下所需的、然后分別計(jì)算各種工況下所需的等效等效力矩力矩； 3、再根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、再根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩和和起動(dòng)起動(dòng)、運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行矩頻特性選擇合適的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。選擇合適的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用 1、轉(zhuǎn)矩和慣量的匹配條件、轉(zhuǎn)矩和慣量的匹配條件 TL/Tmax0.5及及 JL/

54、Jm4 Tmax步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩；TL換算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；換算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；Jm步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；JL折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 根據(jù)上述條件，初選根據(jù)上述條件，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。然。然后，根據(jù)動(dòng)力學(xué)公式后，根據(jù)動(dòng)力學(xué)公式檢驗(yàn)其起動(dòng)能力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)檢驗(yàn)其起動(dòng)能力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用fL帶慣性負(fù)載的最大起動(dòng)頻率；帶慣性負(fù)載的最大起動(dòng)頻率；fm電動(dòng)機(jī)本身的最大空載起動(dòng)頻率；電動(dòng)機(jī)本身的最大空載起動(dòng)頻率；Jm步進(jìn)

55、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；JL折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 不同不同JL/Jm下的矩頻特性見圖下的矩頻特性見圖4-5。 從起動(dòng)慣頻特性曲線上找出帶慣性負(fù)載的啟從起動(dòng)慣頻特性曲線上找出帶慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率，然后再查其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和計(jì)算起動(dòng)時(shí)間。動(dòng)頻率，然后再查其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和計(jì)算起動(dòng)時(shí)間。當(dāng)在起動(dòng)慣矩特性曲線上查不到帶慣性負(fù)載的當(dāng)在起動(dòng)慣矩特性曲線上查不到帶慣性負(fù)載的最大啟動(dòng)頻率，可按下式近似計(jì)算。最大啟動(dòng)頻率，可按下式近似計(jì)算。JmJffLmL/1七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用 2、步距角的選擇和精度、步距角的選擇

56、和精度 步距角的選擇是由脈沖當(dāng)量等因素決定的。步距角的選擇是由脈沖當(dāng)量等因素決定的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角的精度步距角的精度會(huì)影響會(huì)影響開環(huán)系統(tǒng)的精度開環(huán)系統(tǒng)的精度。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角N（為步距角精度）為步距角精度） 是實(shí)際角位移與理論角位移之差，稱為靜止角是實(shí)際角位移與理論角位移之差，稱為靜止角度誤差。一般取度誤差。一般?。?5）。NSNS 直流電機(jī)由直流電機(jī)由定定子（磁極）、子（磁極）、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子（電樞）子（電樞）和機(jī)和機(jī)座等部分構(gòu)成。座等部分構(gòu)成。第二節(jié)第二節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)定子定子主磁極主磁極換向極換向極機(jī)座機(jī)座極心極心極掌極掌極心極心上放置上放置勵(lì)

57、磁繞組勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞勵(lì)磁繞組組通人直流勵(lì)磁電流通人直流勵(lì)磁電流，主磁極主磁極即即產(chǎn)生固定的極性產(chǎn)生固定的極性；改變勵(lì)磁改變勵(lì)磁電流電流的的方向方向，可以改變，可以改變主磁極主磁極的極性的極性。極掌極掌的作用是的作用是使電機(jī)使電機(jī)空氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布最為合適空氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布最為合適,并用來并用來阻擋勵(lì)磁繞組阻擋勵(lì)磁繞組.換向器換向器的的作用是改善換向作用是改善換向，使，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)時(shí)電刷下電刷下不產(chǎn)生不產(chǎn)生有有害害的的火花火花。換向器固定在機(jī)座上。換向器固定在機(jī)座上。機(jī)座機(jī)座又稱又稱電機(jī)外殼電機(jī)外殼，它既是電機(jī)磁路的一部分，又用來固定，它既是電機(jī)磁路的一部分，又用來

58、固定主磁極、換向極，端蓋等零件。主磁極、換向極，端蓋等零件。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞鐵芯電樞鐵芯電樞繞組電樞繞組換向器換向器（即電樞）（即電樞）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 直流電機(jī)按照直流電機(jī)按照方式可分為方式可分為他勵(lì)電動(dòng)機(jī)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和和復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)UUfIaM+_+_IffR stRIaUM+_IffR stR+_IE磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵(lì)磁。磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵(lì)磁。UIa+_IfM復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)U+_IMIaIUSbNadc 直流電動(dòng)機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)的定定子磁場(chǎng)子磁場(chǎng)由由永久磁鐵永久磁鐵或或由定子磁極通以由定子磁極通以激磁激磁電流電

59、流產(chǎn)生產(chǎn)生，定子，定子磁場(chǎng)磁場(chǎng)的方向是不變的方向是不變的。電的。電樞上樞上通有電流的電樞通有電流的電樞繞組繞組置于定子置于定子磁場(chǎng)當(dāng)磁場(chǎng)當(dāng)U U電刷電刷換向片換向片IFFTn中中。電樞繞組電樞繞組由由許多線圈組成許多線圈組成。為了簡(jiǎn)化直流電動(dòng)機(jī)。為了簡(jiǎn)化直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)以說明其工作原理，我們結(jié)構(gòu)以說明其工作原理，我們?nèi)∑潆姌腥∑潆姌兄械闹械囊粋€(gè)單匝一個(gè)單匝線圈線圈來來分析分析其其在磁場(chǎng)中所受到的磁場(chǎng)力在磁場(chǎng)中所受到的磁場(chǎng)力。如圖所示，。如圖所示，線圈線圈abcd為繞軸可轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈，為繞軸可轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈，線圈兩端線圈兩端頭分別頭分別與兩與兩個(gè)換向片連接個(gè)換向片連接，每個(gè)，每個(gè)換向片換向片又與一個(gè)又與

60、一個(gè)電刷電刷保持保持滑動(dòng)接滑動(dòng)接觸觸，而每個(gè)，而每個(gè)電刷通過引線與直流電源相接電刷通過引線與直流電源相接。BAIUSbNadc 當(dāng)當(dāng)直流電源接通直流電源接通后，后，電流電流從從電源正電源正極極經(jīng)經(jīng)電刷電刷A和和換向片換向片進(jìn)入位于進(jìn)入位于N極區(qū)極區(qū)的的電電樞線圈邊樞線圈邊ab，再?gòu)?，再?gòu)奈挥谖挥赟極區(qū)的線圈邊極區(qū)的線圈邊cd流出流出，最后，最后經(jīng)另經(jīng)另電刷電刷換向片換向片IffTn一個(gè)換向片一個(gè)換向片和和電刷電刷B流到流到電源負(fù)極電源負(fù)極，如圖所示。，如圖所示。線圈線圈ab和和cd作為載流導(dǎo)體要受到作為載流導(dǎo)體要受到磁場(chǎng)力（安培力）的作用磁場(chǎng)力（安培力）的作用，力的方向力的方向可用可用左手定則