
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文檔簡介
1、控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ) 機電液伺服系統(tǒng)及設(shè)計機電液伺服系統(tǒng)及設(shè)計 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機 2.1.1 直流伺服電動機的工作原理直流伺服電動機的工作原理 2.1.2 直流伺服電動機的靜態(tài)特性直流伺服電動機的靜態(tài)特性 2.1.3 直流伺服電動機的動態(tài)特性直流伺服電動機的動態(tài)特性2.2電電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 2.2.1 動圈式電動圈式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 2.2.2 動鐵式電動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 2.3步進電機步進電機主 要 內(nèi) 容主 要 內(nèi) 容控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機一、直流伺服電動機的工作原理一、直流伺
2、服電動機的工作原理 ffnSN-+AB 在兩電刷間加直流電壓。如在兩電刷間加直流電壓。如圖所示,電流從圖所示,電流從B刷刷流入,由流入,由A刷刷流出。流出。 N極極處有效導體中的電流由處有效導體中的電流由紙里指向外,用紙里指向外,用 表示;表示; S極極處有效導體中的電流由處有效導體中的電流由外指向紙里,用外指向紙里,用 表示。表示。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機-工作原理工作原理ffnSN-+ABBlif B 導體所在處的磁密度導體所在處的磁密度 (磁感(磁感 應(yīng)強度),應(yīng)強度),Wb/m2;l 導體在磁場中的長度,導體在磁場中的長度,m;i 導體中流過的電流
3、,導體中流過的電流,A。 用用左手定則左手定則確定電磁力的方向。確定電磁力的方向。 載流導體在磁場中受到載流導體在磁場中受到電磁力電磁力為為控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ) 直流電機是直流電機是可逆可逆的,它根據(jù)不同的外界條件而的,它根據(jù)不同的外界條件而處于不同的運動狀態(tài)。處于不同的運動狀態(tài)。 如如輸入機械能輸入機械能時,迫使它旋轉(zhuǎn),它便輸出電能,時,迫使它旋轉(zhuǎn),它便輸出電能,處于發(fā)電機狀態(tài),此時稱為處于發(fā)電機狀態(tài),此時稱為發(fā)電機發(fā)電機。 當在電刷兩端加電壓當在電刷兩端加電壓輸入電能輸入電能時,它便旋轉(zhuǎn)時,它便旋轉(zhuǎn)起來,輸出機械能,處于起來,輸出機械能,處于電動機電動機狀態(tài)。狀態(tài)。 2.1 直流伺服電
4、動機直流伺服電動機-工作原理工作原理控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)二、直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)和分類二、直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)和分類 (一)傳統(tǒng)式直流伺服電動機(一)傳統(tǒng)式直流伺服電動機 永磁式永磁式直流伺服電動機是在直流伺服電動機是在定子定子上裝置由永久磁鋼做成的上裝置由永久磁鋼做成的磁極。目前我國生產(chǎn)的磁極。目前我國生產(chǎn)的SY系列系列直流伺服電動機屬于這種直流伺服電動機屬于這種結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 傳統(tǒng)式直流伺服電動機可分為傳統(tǒng)式直流伺服電動機可分為永磁式永磁式和和電磁式電磁式兩種。兩種。 電磁式電磁式(串激式和他激式)直流伺服電動機的(串激式和他激式)直流伺服電動機的定子定子通通常由硅鋼片沖制疊壓而成,磁極
5、和磁軛整體相連,在常由硅鋼片沖制疊壓而成,磁極和磁軛整體相連,在磁極鐵芯上套有激磁繞組,目前我國生產(chǎn)的磁極鐵芯上套有激磁繞組,目前我國生產(chǎn)的SZ系列系列直直流伺服電動機屬于這種結(jié)構(gòu)。流伺服電動機屬于這種結(jié)構(gòu)。 2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ) 這兩者電機的這兩者電機的轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯均由硅鋼片沖制疊壓而均由硅鋼片沖制疊壓而成,在轉(zhuǎn)子沖片的外圓周上開有均布的齒槽,在成,在轉(zhuǎn)子沖片的外圓周上開有均布的齒槽,在轉(zhuǎn)子槽中放置轉(zhuǎn)子槽中放置電樞繞組電樞繞組,并經(jīng),并經(jīng)換向器換向器、電刷電刷引出。引出。 2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機-分類分類控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)(二)
6、低慣量式直流伺服電動機(二)低慣量式直流伺服電動機 無槽電樞直流伺服電動機無槽電樞直流伺服電動機 。 無槽電樞直流伺服電動機無槽電樞直流伺服電動機的電樞鐵芯上并不開的電樞鐵芯上并不開槽,電樞繞組直接排列在鐵芯表面,再用環(huán)氧樹槽,電樞繞組直接排列在鐵芯表面,再用環(huán)氧樹脂把它與電樞鐵芯粘成一個整體。定子磁極可以脂把它與電樞鐵芯粘成一個整體。定子磁極可以用永久磁鋼做成,也可以采用電磁式結(jié)構(gòu)。用永久磁鋼做成,也可以采用電磁式結(jié)構(gòu)。 電動機的轉(zhuǎn)動慣量和電樞繞組電感比無轉(zhuǎn)子鐵電動機的轉(zhuǎn)動慣量和電樞繞組電感比無轉(zhuǎn)子鐵芯的電機要大些,因而其動態(tài)性能稍差。芯的電機要大些,因而其動態(tài)性能稍差。 目前我國生產(chǎn)的目前
7、我國生產(chǎn)的SWC系列系列直流伺服電動機屬于直流伺服電動機屬于這種結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)。 2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機-分類分類控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)(二)低慣量式直流伺服電動機(二)低慣量式直流伺服電動機 盤形電樞直流伺服電動機;盤形電樞直流伺服電動機; 盤形電樞直流伺服電動機盤形電樞直流伺服電動機的定子是由永久磁的定子是由永久磁鋼和前后磁軛所組成,磁鋼在圓盤的一側(cè)放置,鋼和前后磁軛所組成,磁鋼在圓盤的一側(cè)放置,也可以在兩側(cè)同時放置。也可以在兩側(cè)同時放置。 電機的電機的氣隙氣隙就位于圓盤的兩邊,圓盤上有電就位于圓盤的兩邊,圓盤上有電樞繞組,可分為印刷繞組和線繞式繞組兩種形樞繞組,可分為印刷
8、繞組和線繞式繞組兩種形式。式。 2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機-分類分類控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)(二)低慣量式直流伺服電動機(二)低慣量式直流伺服電動機 空心杯電樞永磁式直流伺服電動機空心杯電樞永磁式直流伺服電動機 空心杯電樞永磁式直流伺服電動機空心杯電樞永磁式直流伺服電動機有一個有一個外定子外定子和和一個一個內(nèi)定子內(nèi)定子。通常外定子由兩個半圓形的永久磁鋼所。通常外定子由兩個半圓形的永久磁鋼所組成;內(nèi)定子為圓柱形的軟磁材料做成,僅作為磁路組成;內(nèi)定子為圓柱形的軟磁材料做成,僅作為磁路的一部分,以減小磁阻。的一部分,以減小磁阻。 空心杯電樞上的電樞繞組可采用印刷繞組,也可以空心杯電樞上的電
9、樞繞組可采用印刷繞組,也可以先繞成單個成型線圈,然后將它們沿圓周的軸向方向先繞成單個成型線圈,然后將它們沿圓周的軸向方向排列成空心杯形,再用環(huán)氧樹脂固化成型??招谋娕帕谐煽招谋危儆铆h(huán)氧樹脂固化成型??招谋姌兄苯友b在電機軸上,在內(nèi)、外定子之間的氣隙中旋樞直接裝在電機軸上,在內(nèi)、外定子之間的氣隙中旋轉(zhuǎn)。電樞繞組接到換向器上,由電刷引出。轉(zhuǎn)。電樞繞組接到換向器上,由電刷引出。 目前我國生產(chǎn)的目前我國生產(chǎn)的SYK系列系列直流伺服電動機屬于這種直流伺服電動機屬于這種結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機-分類分類控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)(三)直流伺服電動機的性能比較(三)直流伺服電動
10、機的性能比較 2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機-分類分類結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式激磁方式激磁方式電樞型式電樞型式溝槽式溝槽式 /S無槽無槽-鐵芯鐵芯 /C無槽無槽-無鐵芯無鐵芯-銅導線銅導線 /U無槽無槽-空心杯空心杯式式-鋁導線鋁導線 /L軸向間隙軸向間隙AG軟磁鐵激磁軟磁鐵激磁 /E永久磁鋼永久磁鋼-鐵鑫氧鐵鑫氧 /F永久磁鋼永久磁鋼-鋁鐵鎳鈷鋁鐵鎳鈷 /A永久磁鋼永久磁鋼-稀土稀土 /R徑向間隙徑向間隙RG軟磁鐵激磁軟磁鐵激磁 /E永久磁鋼永久磁鋼-鐵鑫氧鐵鑫氧 /F永久磁鋼永久磁鋼-鋁鐵鎳鈷鋁鐵鎳鈷 /A永久磁鋼永久磁鋼-稀土稀土 /R注:注: -不實用;不實用; -性能一般;性能一般;
11、-高性能;高性能; -超高性能超高性能 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機三、直流伺服電動機的控制方式三、直流伺服電動機的控制方式 電磁式電磁式直流伺服電動機,采用電樞控制時,直流伺服電動機,采用電樞控制時,其激磁繞組由其激磁繞組由外加恒壓的直流電源外加恒壓的直流電源激磁;激磁; 永磁式永磁式直流伺服電動機則由直流伺服電動機則由永磁磁極永磁磁極激磁。激磁。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機四、直流伺服電動機的靜態(tài)工作特性四、直流伺服電動機的靜態(tài)工作特性 機械特性機械特性是指控制電壓一定時,是指控制電壓一定時,轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速隨隨轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩的的變化關(guān)系
12、;變化關(guān)系;調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性是指電機轉(zhuǎn)矩一定時,是指電機轉(zhuǎn)矩一定時,轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速隨隨控制電控制電壓壓的變化關(guān)系。的變化關(guān)系。基本假設(shè)基本假設(shè):不考慮電機磁化曲線非線性的影響;不考慮電機磁化曲線非線性的影響;1.忽略帶載時電樞反應(yīng)磁勢的影響。忽略帶載時電樞反應(yīng)磁勢的影響??刂齐姍C控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)ifUfUaia aaaaRiEUnKnCEeeaRa 電動機電樞回路的總電阻;電動機電樞回路的總電阻;Ea 電動機電樞回路的反電勢;電動機電樞回路的反電勢;ia 電動機電樞回路的電流;電動機電樞回路的電流; 每級總磁通;每級總磁通;n 電樞轉(zhuǎn)速;電樞轉(zhuǎn)速;Ke 電勢常數(shù),表示單位轉(zhuǎn)速所產(chǎn)電勢常數(shù),表示單位轉(zhuǎn)
13、速所產(chǎn)生的電勢。生的電勢。 電樞回路的電樞回路的電壓平衡方程電壓平衡方程: 2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機-靜態(tài)特性靜態(tài)特性控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)Kt 轉(zhuǎn)矩常數(shù),表示單位電樞電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩常數(shù),表示單位電樞電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 。電動機的電動機的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩為為 : 2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機-靜態(tài)特性靜態(tài)特性atatgiKiCT直流伺服電動機的直流伺服電動機的轉(zhuǎn)速公式轉(zhuǎn)速公式為為 getaeaTKKRKUn控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)(一)機械特性(一)機械特性 2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機-靜態(tài)特性靜態(tài)特性Ua= constant,)(gTfn nTgTkn00
14、Ua3Ua2Ua1機械特性曲線與縱軸的交點為機械特性曲線與縱軸的交點為電動機的電動機的理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速n0 eaKUn 0機械特性曲線與橫軸的交點為機械特性曲線與橫軸的交點為電動機的堵轉(zhuǎn)矩電動機的堵轉(zhuǎn)矩Tk aatkURKT etakKKRTn0tan機械特性曲線的斜率的絕對值表示機械特性曲線的斜率的絕對值表示了電動機機械特性的剛度。了電動機機械特性的剛度。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)(二)調(diào)節(jié)特性(二)調(diào)節(jié)特性 2.1 直流伺服電動機直流伺服電動機-靜態(tài)特性靜態(tài)特性Tg=constant,)(aUfn nUan00Tg3Tg2Tg1FM/FMmax0i/imaxFM/FMmax控制電機
15、控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 (2)比例電磁鐵的動態(tài)特性)比例電磁鐵的動態(tài)特性 電壓方程電壓方程 : ()cpedidyuLRriKdtdt L 線圈電感;線圈電感;Rc,rp 線圈和放大器內(nèi)阻;線圈和放大器內(nèi)阻;Ke 線圈感應(yīng)反電動勢系數(shù)。線圈感應(yīng)反電動勢系數(shù)。控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 比例電磁鐵的運動方程:比例電磁鐵的運動方程: msFyKdtdyBdtydm22m 銜鐵組件的質(zhì)量
16、;銜鐵組件的質(zhì)量;B 阻尼系數(shù);阻尼系數(shù);Ks 銜鐵組件的彈簧剛度。銜鐵組件的彈簧剛度。 電磁力的線性化方程電磁力的線性化方程 :yKiKFyiM Ki 電流電流-力增益;力增益;Ky 位移位移-力增益與彈簧剛度之和。力增益與彈簧剛度之和。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 方程組拉氏變換方程組拉氏變換 :( ) () ( )( )cpeU sLsRrI sK sY smsFsYKBsms)()(2)()( sYKsIKFyiM控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)
17、機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 方框圖方框圖 :Y(s)FM(s)sKBsms21FM(s)Y(s)I(s)KyKiI(s)1cpLsRrU(s)KesY(s)控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 Y(s)FM(s)I(s)KyKiU(s)Kes1cpLsRrsKBsms21系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)方框圖: 比例電磁鐵傳遞函數(shù)比例電磁鐵傳遞函數(shù): ) 12)(1()()(22sssKsUsYmmmae控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)
18、機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 LrRpcamKKysmmKKBysm)(2()()iecpsyKKRrKK比例電磁鐵的增益比例電磁鐵的增益. 比例電磁鐵可動部分的阻尼比比例電磁鐵可動部分的阻尼比; 比例電磁鐵的電磁轉(zhuǎn)折頻率比例電磁鐵的電磁轉(zhuǎn)折頻率; 比例電磁鐵可動部分的固有頻率比例電磁鐵可動部分的固有頻率; 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 Y(s)FM(s)I(s)KyKiU(s)Keskukfi1cpLsRrsKBsms21 實踐表明,采用電流
19、負反饋,能使比例電磁鐵線圈的實踐表明,采用電流負反饋,能使比例電磁鐵線圈的電氣時間常數(shù)明顯縮?。徊捎勉曡F位置電反饋閉環(huán),能電氣時間常數(shù)明顯縮??;采用銜鐵位置電反饋閉環(huán),能提高比例電磁鐵的工作頻寬。提高比例電磁鐵的工作頻寬。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 I、FM 對輸入信號對輸入信號ui的階躍響應(yīng)的階躍響應(yīng)tFM有電流反饋有電流反饋tFM無電流反饋無電流反饋tI有電流反饋有電流反饋tI無電流反饋無電流反饋控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線
20、電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 agu1 1u2 2rp+Rciri2Rc+- - -ug gEb b銜鐵銜鐵線圈線圈導磁體導磁體永久磁鐵永久磁鐵SNSN2力矩馬達的靜動態(tài)特性力矩馬達的靜動態(tài)特性 (1)力矩馬達的靜態(tài)特性)力矩馬達的靜態(tài)特性 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 力矩馬達產(chǎn)生的電磁力矩力矩馬達產(chǎn)生的電磁力矩 mtdKiKTTd 輸入電流在銜鐵上產(chǎn)生的總力矩;輸入電流在銜鐵上產(chǎn)生的總力矩;Kt 力矩馬達的力矩常數(shù);力矩馬達的力矩常數(shù);Km 力矩馬達的磁彈簧常
21、數(shù)。力矩馬達的磁彈簧常數(shù)。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 銜鐵的力矩平衡方程銜鐵的力矩平衡方程 dLaaaTTKdtdBdtdJ22Ja 銜鐵等可動部分的慣量;銜鐵等可動部分的慣量;Ba 銜鐵的機械支承和負載的粘性阻尼系數(shù);銜鐵的機械支承和負載的粘性阻尼系數(shù);Ka 銜鐵轉(zhuǎn)軸的機械扭轉(zhuǎn)彈簧常數(shù);銜鐵轉(zhuǎn)軸的機械扭轉(zhuǎn)彈簧常數(shù);TL 作用在銜鐵上負載力矩。作用在銜鐵上負載力矩??刂齐姍C控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械
22、轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 上兩式整理,并進行拉式變換:上兩式整理,并進行拉式變換: LmaaatTKKsBsJiK)(2當當Km/Ka 之值一定時,得靜態(tài)方程之值一定時,得靜態(tài)方程 LamtTKiKmaamKKK其中其中控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 i0TL3TL2TL1力矩馬達的靜態(tài)特性曲線力矩馬達的靜態(tài)特性曲線 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 agu1 1u2 2rp+Rciri2Rc+
23、- - -ug gEb b銜鐵銜鐵線圈線圈導磁體導磁體永久磁鐵永久磁鐵SNSN(2)力矩馬達的動態(tài)特性)力矩馬達的動態(tài)特性 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 每個線圈的電壓方程為每個線圈的電壓方程為 dtdiMLdtdKiRirucbcp)(212sKisLrRubcpc)2(Kb 每個線圈的反電動勢常數(shù);每個線圈的反電動勢常數(shù);Lc 每個線圈的自感系數(shù)。每個線圈的自感系數(shù)。 2ccLML拉式變換拉式變換 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電
24、機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 力平衡方程為力平衡方程為 LmaaatTKKsBsJiK)(21)1 ()1 ()1 ()1 (122230amaammammaLamaKKsKKsKKsTsKKuK力矩馬達對電壓和負載力矩的動態(tài)響應(yīng)力矩馬達對電壓和負載力矩的動態(tài)響應(yīng) 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 LrRpca2aamJK)1 ()(0amapcutKKKrRKKK每一線圈的銜鐵回路轉(zhuǎn)折頻率;每一線圈的銜鐵回路轉(zhuǎn)折頻率; 銜鐵的固有頻率;銜鐵的固有頻率; 靜態(tài)增益常數(shù);
25、靜態(tài)增益常數(shù); Ku 放大器增益。放大器增益。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.2 電電-機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)機械轉(zhuǎn)換器(直流直線電機)二、動鐵式電二、動鐵式電-機械轉(zhuǎn)換器機械轉(zhuǎn)換器 力矩馬達典型的頻率特性力矩馬達典型的頻率特性 10o100相相角角100010幅幅值值比比K0-90o-180o控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機一、概述一、概述 步進電機是一種用電脈沖信號進行控制,并將步進電機是一種用電脈沖信號進行控制,并將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的控制電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的控制或執(zhí)行元件?;驁?zhí)行元件。 由專用電源供給電脈沖,每輸入一個脈沖,步由專用
26、電源供給電脈沖,每輸入一個脈沖,步進電機就移動一步。它的直線位移量或角位移量進電機就移動一步。它的直線位移量或角位移量與電脈沖數(shù)成正比,所以步進電機的線速度或轉(zhuǎn)與電脈沖數(shù)成正比,所以步進電機的線速度或轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。通過改變脈沖頻率的高低速與脈沖頻率成正比。通過改變脈沖頻率的高低就可以在很多范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速,并能快速就可以在很多范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速,并能快速起動、制動和反轉(zhuǎn)。起動、制動和反轉(zhuǎn)。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)一、概述一、概述 2.3 步進電機步進電機控制器控制器環(huán)形分配器環(huán)形分配器功率放大器功率放大器步進電動機步進電動機輔助電路輔助電路驅(qū)動電源驅(qū)動電源步進電機傳動控制系統(tǒng)框
27、圖步進電機傳動控制系統(tǒng)框圖控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機1. 步進電機的優(yōu)缺點步進電機的優(yōu)缺點 可以開環(huán)方式驅(qū)動而無需反饋;可以開環(huán)方式驅(qū)動而無需反饋;無穩(wěn)定問題;無穩(wěn)定問題;無累積定位誤差;無累積定位誤差;步距值不受各種干擾因素影響;步距值不受各種干擾因素影響;能響應(yīng)數(shù)字輸入信號,適合于數(shù)字計算機控制;能響應(yīng)數(shù)字輸入信號,適合于數(shù)字計算機控制;機械結(jié)構(gòu)簡單,很少或無需維護,不易受污染;機械結(jié)構(gòu)簡單,很少或無需維護,不易受污染;可重復地堵轉(zhuǎn)而不會損壞,相當堅固耐用。可重復地堵轉(zhuǎn)而不會損壞,相當堅固耐用。 步進電機的步進電機的優(yōu)點優(yōu)點: 一、概述一、概述 控制電機控制電機基礎(chǔ)基
28、礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機運動增量或角步距是固定的,在步進分辨率上缺運動增量或角步距是固定的,在步進分辨率上缺乏靈活性;乏靈活性;采用普通驅(qū)動器時效率低;采用普通驅(qū)動器時效率低;在單步響應(yīng)中有過沖量和振蕩;在單步響應(yīng)中有過沖量和振蕩;承受大慣性負載的能力有限;承受大慣性負載的能力有限;開環(huán)控制時摩擦負載增加了定位誤差;開環(huán)控制時摩擦負載增加了定位誤差;可供使用的電機尺寸和輸出功率是有限的??晒┦褂玫碾姍C尺寸和輸出功率是有限的。 步進電機的步進電機的缺點缺點: 一、概述一、概述 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2步進電機的分類步進電機的分類 2.3 步進電機步進電機(1)按步進電機的工作原理可分為:)按
29、步進電機的工作原理可分為:反應(yīng)式(反應(yīng)式(VR),永磁式(),永磁式(PM)和混合式()和混合式(HB)等三種類型。等三種類型。 反應(yīng)式(反應(yīng)式(VR)步進電機的轉(zhuǎn)子和定子是由硅鋼片步進電機的轉(zhuǎn)子和定子是由硅鋼片及其它軟磁材料制成凸極結(jié)構(gòu),定子磁極上繞有及其它軟磁材料制成凸極結(jié)構(gòu),定子磁極上繞有線圈,轉(zhuǎn)子上無繞組。定子繞組勵磁后產(chǎn)生反應(yīng)線圈,轉(zhuǎn)子上無繞組。定子繞組勵磁后產(chǎn)生反應(yīng)力矩,轉(zhuǎn)子的齒依次被電磁鐵吸引而實現(xiàn)回轉(zhuǎn)控力矩,轉(zhuǎn)子的齒依次被電磁鐵吸引而實現(xiàn)回轉(zhuǎn)控制,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。制,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 一、概述一、概述 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機一、概述一、概述 永磁式(永磁式(P
30、M)的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式(的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式(VR)相似,只是)相似,只是轉(zhuǎn)子或定子的某一方裝的是永磁材料,另一方是由轉(zhuǎn)子或定子的某一方裝的是永磁材料,另一方是由軟磁材料制成。繞組輪流通電,建立的磁場與永久軟磁材料制成。繞組輪流通電,建立的磁場與永久磁鋼的恒定磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。磁鋼的恒定磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機一、概述一、概述 混合式(混合式(HB)又稱為永磁感應(yīng)子式步進電機,它又稱為永磁感應(yīng)子式步進電機,它的結(jié)構(gòu)兼有反應(yīng)式和永磁式的某些特點,在轉(zhuǎn)子的的結(jié)構(gòu)兼有反應(yīng)式和永磁式的某些特點,在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部裝有永久磁鐵,而齒槽部分仍由軟磁材料組成。內(nèi)部裝有永久
31、磁鐵,而齒槽部分仍由軟磁材料組成。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機一、概述一、概述 (2)按輸出轉(zhuǎn)矩分為:)按輸出轉(zhuǎn)矩分為:快速型和功率型??焖傩秃凸β市?。快速型快速型步進電機輸出轉(zhuǎn)矩一般為步進電機輸出轉(zhuǎn)矩一般為 0.074 Nm???。可控制小型精密機床的工作臺,如線切割機床??刂菩⌒途軝C床的工作臺,如線切割機床。功率型功率型步進電機輸出轉(zhuǎn)矩一般為步進電機輸出轉(zhuǎn)矩一般為540Nm??芍???芍苯域?qū)動機床移動部件。接驅(qū)動機床移動部件。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機一、概述一、概述 (3)按相數(shù)分為:)按相數(shù)分為:二、三、四、五、六、二、三、四、五、六、m 相
32、等。相等。相數(shù)越多,步距角越小,結(jié)構(gòu)越復雜。相數(shù)越多,步距角越小,結(jié)構(gòu)越復雜。(4)按運動方式分為:)按運動方式分為:旋轉(zhuǎn)運動、直線運動、平面運動、滾動運動。旋轉(zhuǎn)運動、直線運動、平面運動、滾動運動。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機一、概述一、概述 (5)按結(jié)構(gòu)分為:)按結(jié)構(gòu)分為:單段式、多段式、印刷繞組式。單段式、多段式、印刷繞組式。單段式也稱垂軸式或徑向間隙式。單段式也稱垂軸式或徑向間隙式。多段式也稱順軸式或軸向間隙式。轉(zhuǎn)動慣量小,多段式也稱順軸式或軸向間隙式。轉(zhuǎn)動慣量小,快速性和穩(wěn)定性好,功率型步進電機多為軸向式??焖傩院头€(wěn)定性好,功率型步進電機多為軸向式。 控制電機控制
33、電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)二、反應(yīng)式步進電機二、反應(yīng)式步進電機2.3 步進電機步進電機反應(yīng)式步進電機是利用磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的,反應(yīng)式步進電機是利用磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的,是我國目前使用最廣泛的步進電動機型式。是我國目前使用最廣泛的步進電動機型式。 反應(yīng)式步進電機的主要特點是:氣隙小,定位精反應(yīng)式步進電機的主要特點是:氣隙小,定位精度高;步距角小,控制準確;勵磁電流較大,要度高;步距角小,控制準確;勵磁電流較大,要求驅(qū)動電源功率大;電機內(nèi)部阻尼較長,當相數(shù)求驅(qū)動電源功率大;電機內(nèi)部阻尼較長,當相數(shù)較少時,單步運行振蕩時間較長;斷電后無定位較少時,單步運行振蕩時間較長;斷電后無定位轉(zhuǎn)矩,需使用自鎖定位。轉(zhuǎn)矩,需
34、使用自鎖定位。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機三拍運行時的三相反應(yīng)式步進電動機的工作原理圖三拍運行時的三相反應(yīng)式步進電動機的工作原理圖1AABBCC2341AABBCC2341AABBCC234(一)工作原理(一)工作原理 定子上有六個極,每個極上都裝有控制繞組,每相定子上有六個極,每個極上都裝有控制繞組,每相對的兩極組成一相。轉(zhuǎn)子是四個均勻分布的齒,上對的兩極組成一相。轉(zhuǎn)子是四個均勻分布的齒,上面沒有繞組。面沒有繞組。 二、反應(yīng)式步進電機二、反應(yīng)式步進電機 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機二、反應(yīng)式步進電機二、反應(yīng)式步進電機 當當A相控制繞組通電時,因磁通要
35、沿著磁阻最小相控制繞組通電時,因磁通要沿著磁阻最小的路徑閉合,將使轉(zhuǎn)子齒的路徑閉合,將使轉(zhuǎn)子齒1、3和定子極和定子極A、A對齊。對齊。 A相斷電,相斷電,B相控制繞組通電時,轉(zhuǎn)子將在空間相控制繞組通電時,轉(zhuǎn)子將在空間轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過30,即步距角,即步距角s=30,轉(zhuǎn)子齒,轉(zhuǎn)子齒2、4和定子和定子極極B、B對齊。對齊。 如再使如再使B相斷電,相斷電,C相控制繞組通電,轉(zhuǎn)子又在相控制繞組通電,轉(zhuǎn)子又在空間轉(zhuǎn)過空間轉(zhuǎn)過s=30,使轉(zhuǎn)子齒,使轉(zhuǎn)子齒1、3和定子極和定子極C、C對齊。如此循環(huán)往復。對齊。如此循環(huán)往復??刂齐姍C控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機二、反應(yīng)式步進電機二、反應(yīng)式步進電機 電動機的
36、轉(zhuǎn)速取決于控制繞組與電源接通或斷開電動機的轉(zhuǎn)速取決于控制繞組與電源接通或斷開的變化頻率。的變化頻率。采用采用“單、雙拍單、雙拍”通電方式時,步距角要比通電方式時,步距角要比“單單拍拍”或或“雙拍雙拍”通電方式時減小一半。通電方式時減小一半。 定子控制繞組每定子控制繞組每改變一次通電方式改變一次通電方式,稱為,稱為一拍一拍。 每次只有每次只有一相控制繞組通電一相控制繞組通電,稱為,稱為單單;每次有;每次有兩兩相控制繞組通電相控制繞組通電,稱為,稱為雙雙。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機二、反應(yīng)式步進電機二、反應(yīng)式步進電機 “三相雙三拍三相雙三拍”的通電方式:的通電方式:按按AB
37、BCCAAB,或,或ACCBBAAC的的通電順序運行。通電順序運行。 “三相單三拍三相單三拍”的通電方式:的通電方式:按按ABCA,或,或ACBA的通電順序運行。的通電順序運行。 “三相單、雙六拍三相單、雙六拍”的通電方式:的通電方式:按按AABBBCCCAA,或,或AACCCBBBAA的通電順序運行。的通電順序運行。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機二、反應(yīng)式步進電機二、反應(yīng)式步進電機 六拍運行時的三相反應(yīng)式步進電動機的工作原理圖六拍運行時的三相反應(yīng)式步進電動機的工作原理圖1AABBCC2341AABBCC2341AABBCC234控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進
38、電機二、反應(yīng)式步進電機二、反應(yīng)式步進電機 步進電機的步進電機的步距角步距角s的大小是由轉(zhuǎn)子的齒數(shù)的大小是由轉(zhuǎn)子的齒數(shù)Zr、控制繞組的相數(shù)控制繞組的相數(shù)m和通電方式所決定。和通電方式所決定。 CmZrs360C 通電狀態(tài)系數(shù),通電狀態(tài)系數(shù),“單拍單拍”或或“雙拍雙拍”通電通電方式時方式時C=1;采用;采用“單、雙拍單、雙拍”通電方式時通電方式時C=2。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機二、反應(yīng)式步進電機二、反應(yīng)式步進電機 若步進電機的脈沖頻率為若步進電機的脈沖頻率為f,則步進電機的轉(zhuǎn)速為,則步進電機的轉(zhuǎn)速為 CmZfnr60步進電機除了做成三相外,也可以做成二相、步進電機除了做成
39、三相外,也可以做成二相、四相、五相、六相或更多的相數(shù)。步進電機的四相、五相、六相或更多的相數(shù)。步進電機的相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多,則步距角相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多,則步距角s就越小。就越小。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機二、反應(yīng)式步進電機二、反應(yīng)式步進電機 (二)結(jié)構(gòu)形式(二)結(jié)構(gòu)形式 1單段式單段式單段式又稱為徑向分相式。它是目前步進電機中單段式又稱為徑向分相式。它是目前步進電機中使用最多的一種形式。定子的磁極的極面上開有使用最多的一種形式。定子的磁極的極面上開有小齒;轉(zhuǎn)子沿圓周也有均布的小齒,它們的齒形小齒;轉(zhuǎn)子沿圓周也有均布的小齒,它們的齒形和齒距完全相同。這種結(jié)構(gòu)形式使電機制造
40、簡便,和齒距完全相同。這種結(jié)構(gòu)形式使電機制造簡便,精度易于保證;步距角又可以做得較小,容易得精度易于保證;步距角又可以做得較小,容易得到較高的啟動和運行頻率。此外,這種電機消耗到較高的啟動和運行頻率。此外,這種電機消耗的功率較大,斷電時無定位轉(zhuǎn)矩。的功率較大,斷電時無定位轉(zhuǎn)矩。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機二、反應(yīng)式步進電機二、反應(yīng)式步進電機 2多段式多段式多段式又稱為軸向分相式。按其磁路的特點不多段式又稱為軸向分相式。按其磁路的特點不同,又可分為軸向磁路多段式和徑向磁路多段同,又可分為軸向磁路多段式和徑向磁路多段式兩種。式兩種。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步
41、進電機三、永磁式步進電機三、永磁式步進電機 電機轉(zhuǎn)子或定子在結(jié)構(gòu)上采用永久磁鋼的步進電機轉(zhuǎn)子或定子在結(jié)構(gòu)上采用永久磁鋼的步進電動機,稱為永磁式步進電動機。電動機,稱為永磁式步進電動機。 優(yōu)點:繞組不通電時具有一定的定位轉(zhuǎn)矩;靜轉(zhuǎn)優(yōu)點:繞組不通電時具有一定的定位轉(zhuǎn)矩;靜轉(zhuǎn)矩尺寸比高;采用永磁轉(zhuǎn)子,所需的運行功耗??;矩尺寸比高;采用永磁轉(zhuǎn)子,所需的運行功耗??;機械結(jié)構(gòu)簡單;采用永磁轉(zhuǎn)子,阻尼特性好;能雙機械結(jié)構(gòu)簡單;采用永磁轉(zhuǎn)子,阻尼特性好;能雙向工作;由于許多部件是沖壓件,所以價格低廉。向工作;由于許多部件是沖壓件,所以價格低廉。 缺點:轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子慣量比低;永磁體的磁化強度缺點:轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子慣量比
42、低;永磁體的磁化強度可能有變化;反電勢高,而最高轉(zhuǎn)速低;由于本身可能有變化;反電勢高,而最高轉(zhuǎn)速低;由于本身結(jié)構(gòu)所限,不適于小步距角用途;起動頻率低。結(jié)構(gòu)所限,不適于小步距角用途;起動頻率低。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機三、永磁式步進電機三、永磁式步進電機 (一)工作原理(一)工作原理 永磁式步進電機的典型結(jié)構(gòu)如圖所示,轉(zhuǎn)子為一永磁式步進電機的典型結(jié)構(gòu)如圖所示,轉(zhuǎn)子為一對極或幾對極的星形磁鋼,定子上繞有二相或多相對極或幾對極的星形磁鋼,定子上繞有二相或多相繞組,定子每相極對數(shù)與轉(zhuǎn)子磁極軸線位置對齊。繞組,定子每相極對數(shù)與轉(zhuǎn)子磁極軸線位置對齊。 當定子繞組按當定子繞組按AB
43、(-A)(-B)單四拍方)單四拍方式或式或ABB(-A)(-B)()(-A)(-B)A雙四雙四拍方式通電時,轉(zhuǎn)子便連續(xù)旋轉(zhuǎn),步距角拍方式通電時,轉(zhuǎn)子便連續(xù)旋轉(zhuǎn),步距角45。若。若定子繞組按定子繞組按AABBB(-A)八拍方式八拍方式通電,則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)步距角為通電,則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)步距角為22.5。 這類電機要求電源能輸出正負脈沖,電源較復雜。這類電機要求電源能輸出正負脈沖,電源較復雜。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機三、永磁式步進電機三、永磁式步進電機 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機三、永磁式步進電機三、永磁式步進電機 (二)結(jié)構(gòu)形式(二)結(jié)構(gòu)形式永磁式步進電機可根
44、據(jù)不同用途發(fā)展出各種不同的永磁式步進電機可根據(jù)不同用途發(fā)展出各種不同的結(jié)構(gòu)形式。包括轉(zhuǎn)子多段式步進電機,定子多段式結(jié)構(gòu)形式。包括轉(zhuǎn)子多段式步進電機,定子多段式步進電機,數(shù)碼顯示用步進電機,定子帶磁鋼的步步進電機,數(shù)碼顯示用步進電機,定子帶磁鋼的步進電機等。進電機等。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機四、混合式步進電機四、混合式步進電機 混合式步進電機是在永磁和變磁阻原理共同作混合式步進電機是在永磁和變磁阻原理共同作用下運轉(zhuǎn)的,也稱為永磁感應(yīng)子式步進電機。用下運轉(zhuǎn)的,也稱為永磁感應(yīng)子式步進電機。 混合式步進電機用得最多的步距角是混合式步進電機用得最多的步距角是1.8,或每轉(zhuǎn)或每轉(zhuǎn)
45、200步。步。當混合式步進電機通以兩相正弦交流電后,當混合式步進電機通以兩相正弦交流電后,就可作為同步電機使用。此時電動機的轉(zhuǎn)速就可作為同步電機使用。此時電動機的轉(zhuǎn)速可由下式求得:可由下式求得: 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機四、混合式步進電機四、混合式步進電機 rNfS60 S 同步轉(zhuǎn)速,r/min; f 電源頻率,Hz; Nr 轉(zhuǎn)子齒數(shù)。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機五、直線式步進電機五、直線式步進電機 (一)工作原理(一)工作原理直線步進電機的工作原理如圖所示。定子用鐵磁材直線步進電機的工作原理如圖所示。定子用鐵磁材料制成料制成“定尺定尺”,其上開有
46、間距為,其上開有間距為t的矩形齒槽,的矩形齒槽,槽中填滿非磁材料(如環(huán)氧樹脂),使整個定子表槽中填滿非磁材料(如環(huán)氧樹脂),使整個定子表面非常光滑。動子上裝有兩塊永久磁鋼面非常光滑。動子上裝有兩塊永久磁鋼A和和B,每,每一磁極端部裝有用鐵磁材料制成的一磁極端部裝有用鐵磁材料制成的 形極片,每塊形極片,每塊極片有兩個齒(如極片有兩個齒(如a和和c),齒距為),齒距為1.5t,這樣,當,這樣,當齒齒a與定子的齒對齊時,齒與定子的齒對齊時,齒c便對準槽。同一磁鋼的便對準槽。同一磁鋼的兩個極片間隔的距離剛好使齒兩個極片間隔的距離剛好使齒a和和c能同時對準定能同時對準定子的齒,即它們的間隔是子的齒,即它
47、們的間隔是kt,k代表任一整數(shù):代表任一整數(shù):1、2、2、4。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機五、直線式步進電機五、直線式步進電機 磁鋼磁鋼B與與A相同,但極性相反,它們之間的相同,但極性相反,它們之間的距離應(yīng)等于距離應(yīng)等于tk)41( 當其中一個磁鋼的齒完全與定子的齒和槽對當其中一個磁鋼的齒完全與定子的齒和槽對齊時,另一磁鋼的齒應(yīng)處于定子的齒和槽的齊時,另一磁鋼的齒應(yīng)處于定子的齒和槽的中間。中間。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機五、直線式步進電機五、直線式步進電機 在磁鋼在磁鋼A的兩個的兩個 形極片上裝有形極片上裝有A相控制繞組,磁相控制繞組,磁鋼鋼B上裝
48、有上裝有B相控制繞組。如果某一瞬間,相控制繞組。如果某一瞬間,A相控相控制繞組中通入直流電流制繞組中通入直流電流iA,并假定箭頭指向左邊,并假定箭頭指向左邊的電流方向為正方向,如圖(的電流方向為正方向,如圖(a)所示。這時)所示。這時A相相繞組所產(chǎn)生的磁通在齒繞組所產(chǎn)生的磁通在齒a、a中與永久磁鋼的磁通中與永久磁鋼的磁通相迭加,而在齒相迭加,而在齒c、c中卻抵消,這時齒中卻抵消,這時齒c、c全部全部去磁,不起任何作用。在這過程中去磁,不起任何作用。在這過程中B相繞組不通電相繞組不通電流,即流,即iB=0,磁鋼,磁鋼B的磁通量在齒的磁通量在齒d、d、b和和b中中大致相等,沿著動子移動方向各齒產(chǎn)生
49、的作用力大致相等,沿著動子移動方向各齒產(chǎn)生的作用力互相平衡?;ハ嗥胶?。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機五、直線式步進電機五、直線式步進電機 概括起來,這時只有概括起來,這時只有a、a在起作用,它使動子處在起作用,它使動子處在圖(在圖(a)所示的位置上。)所示的位置上。為了使動子向右移動,就是說從圖(為了使動子向右移動,就是說從圖(a)移到圖)移到圖(b)的位置,就要切斷)的位置,就要切斷A相繞組的電源,使相繞組的電源,使iA=0,同時給同時給B相繞組通入正向電流相繞組通入正向電流iB,這時在齒,這時在齒b和和b中中B相繞組產(chǎn)生的磁通與永久磁鋼的磁通相迭加,而相繞組產(chǎn)生的磁通與
50、永久磁鋼的磁通相迭加,而在齒在齒d、d中抵消。因而動子便向右移動半個齒寬,中抵消。因而動子便向右移動半個齒寬,既既t/4,使,使b、b 移到與定子的齒相對齊的位置。移到與定子的齒相對齊的位置。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機五、直線式步進電機五、直線式步進電機 如果切斷電流如果切斷電流iB,并給,并給A相繞組通上反向電流,這相繞組通上反向電流,這時時A相繞組及磁鋼相繞組及磁鋼A產(chǎn)生的磁通與永久磁鋼的磁通產(chǎn)生的磁通與永久磁鋼的磁通在齒在齒c、c中相迭加,而在齒中相迭加,而在齒a、a中相抵消,動子中相抵消,動子便向右又移動便向右又移動t/4,使,使c和和c與定子的齒相對齊,如與定
51、子的齒相對齊,如圖(圖(c)所示。)所示。同理,如果切斷電流同理,如果切斷電流iA,并給,并給B相繞組通上反向電相繞組通上反向電流,動子又向右移動流,動子又向右移動t/4,使,使d和和d與定子的齒相對與定子的齒相對齊,如圖(齊,如圖(d)所示。)所示。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機五、直線式步進電機五、直線式步進電機 經(jīng)過圖(經(jīng)過圖(a)、()、(b)、()、(c)、()、(d)所示的四個階)所示的四個階段后,動子便向右移動一個齒距段后,動子便向右移動一個齒距t。如果還要繼續(xù)移。如果還要繼續(xù)移動,只需重復前面次序通電。相反,如果想使動子動,只需重復前面次序通電。相反,如果想
52、使動子向左移動,只要把四個階段順序到過來,即按圖向左移動,只要把四個階段順序到過來,即按圖(d)、()、(c)、()、(b)、()、(a)的次序通電。)的次序通電。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機六、步進電機的性能指標六、步進電機的性能指標 (1)步距角)步距角s每輸入一個電脈沖信號轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。每輸入一個電脈沖信號轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。步距角的大小會直接影響步進電機的起動和運行頻步距角的大小會直接影響步進電機的起動和運行頻率,步距角小的往往起動、運行頻率較高。率,步距角小的往往起動、運行頻率較高。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機六、步進電機
53、的性能指標六、步進電機的性能指標最大步距誤差:是指步進電機旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)內(nèi)相鄰兩最大步距誤差:是指步進電機旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)內(nèi)相鄰兩步之間最大步距和理想步距角的差值,用理想步距步之間最大步距和理想步距角的差值,用理想步距的百分數(shù)表示。的百分數(shù)表示。最大步距累積誤差:是指任意位置開始,經(jīng)過任最大步距累積誤差:是指任意位置開始,經(jīng)過任意步之后,角位移誤差的最大值。意步之后,角位移誤差的最大值。 (2)精度)精度 靜態(tài)步距角誤差:是指實際的步距角與理論的步靜態(tài)步距角誤差:是指實際的步距角與理論的步距角之間的差值,通常用理論步距角的百分數(shù)或距角之間的差值,通常用理論步距角的百分數(shù)或絕對值大小來衡量。靜態(tài)步距角誤差小,
54、表示電絕對值大小來衡量。靜態(tài)步距角誤差小,表示電機精度高。機精度高。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機六、步進電機的性能指標六、步進電機的性能指標(3)轉(zhuǎn)矩)轉(zhuǎn)矩T保持轉(zhuǎn)矩(定位轉(zhuǎn)矩):是指步進電機繞組不通電時電磁保持轉(zhuǎn)矩(定位轉(zhuǎn)矩):是指步進電機繞組不通電時電磁轉(zhuǎn)矩的最大值,或轉(zhuǎn)角不超過一定值時的轉(zhuǎn)矩值。轉(zhuǎn)矩的最大值,或轉(zhuǎn)角不超過一定值時的轉(zhuǎn)矩值。靜轉(zhuǎn)矩:是指步進電機不改變控制繞組通電狀態(tài),即轉(zhuǎn)子靜轉(zhuǎn)矩:是指步進電機不改變控制繞組通電狀態(tài),即轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)情況下的電磁轉(zhuǎn)矩。不轉(zhuǎn)情況下的電磁轉(zhuǎn)矩。最大靜轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax:是指步進電機在規(guī)定的通電相數(shù)下矩:是指步進電機在規(guī)定的通
55、電相數(shù)下矩角特性的轉(zhuǎn)矩最大值。一般說來,最大靜轉(zhuǎn)矩較大的電機可角特性的轉(zhuǎn)矩最大值。一般說來,最大靜轉(zhuǎn)矩較大的電機可以帶動較大的負載轉(zhuǎn)矩。以帶動較大的負載轉(zhuǎn)矩。 負載轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩TL :負載轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的比值通常取為:負載轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的比值通常取為0.30.5左右左右 動轉(zhuǎn)矩:是指步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動情況下的最大輸出轉(zhuǎn)矩值。動轉(zhuǎn)矩:是指步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動情況下的最大輸出轉(zhuǎn)矩值。它與運行頻率有關(guān)。它與運行頻率有關(guān)。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機六、步進電機的性能指標六、步進電機的性能指標(4)響應(yīng)頻率)響應(yīng)頻率響應(yīng)頻率:是指在某一頻率范圍,步進電機可以任響應(yīng)頻率:是指在某一頻
56、率范圍,步進電機可以任意運行而不丟失一步的最大頻率。通常用起動頻率意運行而不丟失一步的最大頻率。通常用起動頻率來作為衡量指標。來作為衡量指標。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機六、步進電機的性能指標六、步進電機的性能指標(5)起動頻率)起動頻率fq和起動矩頻特性和起動矩頻特性起動頻率(突跳頻率):是指步進電機能夠不失起動頻率(突跳頻率):是指步進電機能夠不失步起動的最高脈沖頻率。產(chǎn)品目錄上一般都有空載步起動的最高脈沖頻率。產(chǎn)品目錄上一般都有空載起動頻率的數(shù)據(jù),但在實際使用時,步進電機大都起動頻率的數(shù)據(jù),但在實際使用時,步進電機大都要在帶負載的情況下起動,這時負載起動頻率是一要在
57、帶負載的情況下起動,這時負載起動頻率是一個重要指標。個重要指標。起動矩頻特性:是指步進電機在一定的負載慣量起動矩頻特性:是指步進電機在一定的負載慣量下,起動頻率隨負載轉(zhuǎn)矩變化的特性稱為起動矩頻下,起動頻率隨負載轉(zhuǎn)矩變化的特性稱為起動矩頻特性,通常以表格或曲線形式給出。特性,通常以表格或曲線形式給出。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機六、步進電機的性能指標六、步進電機的性能指標(6)運行頻率)運行頻率fq和運行矩頻特性和運行矩頻特性運行頻率:步進電機起動后,當控制脈沖頻率連運行頻率:步進電機起動后,當控制脈沖頻率連續(xù)上升時能不失步的最高頻率稱為運行頻率。通常續(xù)上升時能不失步的最高
58、頻率稱為運行頻率。通常給出的也是空載下的運行頻率。給出的也是空載下的運行頻率。運行矩頻特性:當電機帶著一定負載運行時,運運行矩頻特性:當電機帶著一定負載運行時,運行頻率與負載轉(zhuǎn)矩大小有關(guān),兩者的關(guān)系稱為運行行頻率與負載轉(zhuǎn)矩大小有關(guān),兩者的關(guān)系稱為運行矩頻特性。矩頻特性。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機六、步進電機的性能指標六、步進電機的性能指標必須注意:步進電機的起動頻率、運行頻率及其矩必須注意:步進電機的起動頻率、運行頻率及其矩頻特性都與電源型式有密切關(guān)系,使用者必須了解頻特性都與電源型式有密切關(guān)系,使用者必須了解技術(shù)數(shù)據(jù)給出的性能指標是在怎樣型式的電源下測技術(shù)數(shù)據(jù)給出的性
59、能指標是在怎樣型式的電源下測定的。一般來說,高低壓切換型電源其性能指標較定的。一般來說,高低壓切換型電源其性能指標較高,如使用時改為單一電壓型電源,則性能指標要高,如使用時改為單一電壓型電源,則性能指標要相應(yīng)降低。相應(yīng)降低。 控制電機控制電機基礎(chǔ)基礎(chǔ)2.3 步進電機步進電機六、步進電機的性能指標六、步進電機的性能指標(7)額定電流)額定電流電機不動時每一相繞組容許通過的電流定為額定電機不動時每一相繞組容許通過的電流定為額定電流。當電機運轉(zhuǎn)時,每相繞組通過的是脈沖電流,電流。當電機運轉(zhuǎn)時,每相繞組通過的是脈沖電流,電流表指示的讀數(shù)為脈沖電流平均值。繞組電流太電流表指示的讀數(shù)為脈沖電流平均值。繞組電流太大,電機溫升會超過容許值。大,電機溫升會超過容許值。(8)額定電壓)額定電壓步進電機額定電壓指的是驅(qū)動電源應(yīng)供給的電壓,步進電機額定電壓指的是驅(qū)動電源應(yīng)供給的電
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