第六章 控制電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路

1、第六章第六章 控制電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路電路本章的學(xué)習(xí)內(nèi)容：6.1 常用控制電機(jī)的分類和特點(diǎn)6.2 直流電動(dòng)機(jī)6.3 直流伺服電動(dòng)機(jī)6.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)6.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)6.1 常用控制電機(jī)的分類和特點(diǎn)一、分類常用電動(dòng)機(jī)固定磁阻電動(dòng)機(jī) 變磁阻電動(dòng)機(jī)無磁電動(dòng)機(jī) 直流伺服電機(jī) 交流伺服電機(jī) 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 超聲波電機(jī)二、特點(diǎn)名稱特點(diǎn)直流伺服電動(dòng)機(jī)可控性好、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、有電刷接觸交流伺服電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流小、體積較小、機(jī)械強(qiáng)度高、無電刷反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行頻率高、斷電時(shí)無定位轉(zhuǎn)矩、消耗功率較大。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)消耗功率較反

2、應(yīng)電機(jī)小、需正負(fù)脈沖供電、啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較小、有定位轉(zhuǎn)矩混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較高、需正負(fù)脈沖供電、消耗功率較小、有定位轉(zhuǎn)矩直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)提供直線運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、慣量小超聲波電動(dòng)機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩、無電磁干擾、動(dòng)作響應(yīng)快、無輸入自鎖6.2 直流電動(dòng)機(jī)一、工作原理NSUNSUNSNSUU電刷電刷換向片換向片直流直流電流電流交流交流電流電流電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩(拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩)換向換向機(jī)械機(jī)械負(fù)載負(fù)載旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)克克 服服反電反電動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì)做功做功 電磁關(guān)系電磁關(guān)系二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)的定子直流電機(jī)的定子 (a) 主磁極主磁極 (b) 機(jī)座機(jī)座 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子 (a) 轉(zhuǎn)子主體

3、轉(zhuǎn)子主體 (b) 電樞鋼片電樞鋼片 直流單機(jī)的機(jī)構(gòu)三、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式MIf+UaIa+Uf他他勵(lì)勵(lì)并并勵(lì)勵(lì)串串勵(lì)勵(lì)復(fù)復(fù)勵(lì)勵(lì)M+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UI四、直流電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程式M勵(lì)磁電壓勵(lì)磁電壓 Uf If 電樞電壓電樞電壓 Ua Ia T n E E勵(lì)磁電路：勵(lì)磁電路： Uf = Rf If電樞電路：電樞電路： Ua = E + Ra Ia+UaIaIf+Uf五、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及電動(dòng)勢(shì) T = CT Ia CT 轉(zhuǎn)矩常數(shù)：轉(zhuǎn)矩常數(shù)：CT =2pN 單位：?jiǎn)挝唬篧b單位：?jiǎn)挝唬篈(Nm) CTCE=602 = 9.55 CT = 9.55 CECT =2pN CE

4、=4pN60 E = CE n CE 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)：電動(dòng)勢(shì)常數(shù)：CE =4 pN60單位：?jiǎn)挝唬簉/min(V) 六、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向機(jī)械特性機(jī)械特性E CE n = UaRa IaCE=UaCE=RaCECT2T O nTn0調(diào)解特性調(diào)解特性O(shè) nUTb轉(zhuǎn)向取決于電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)向取決于電磁轉(zhuǎn)矩 T 的方向，而的方向，而 T 的方向的方向取決于取決于 和和 Ia 的方向。的方向。M+UaIaIf+UfM+UaIaIfUf+MUa+IaIf+Uf磁磁場(chǎng)場(chǎng)反反向向電電樞樞反反向向七、直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路雙極型功率放大器a)T形b)H橋型H形PWM功率放大器控制原理圖6.3 直流伺服電動(dòng)機(jī)一、基本結(jié)構(gòu)與

5、普通小型直流電動(dòng)機(jī)相同；與普通小型直流電動(dòng)機(jī)相同；SM+Ua IaE電磁式電磁式If+Uf SM+Ua IaE永磁式永磁式二、工作原理施加施加 Ua主磁通：主磁通： TnE電磁轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩： T = CT Ia 電動(dòng)勢(shì)：電動(dòng)勢(shì)： E = CE n電樞電路電壓方程：電樞電路電壓方程： Ua = E + Ra Ia三、控制方式及其特性 電樞控制式電樞控制式 Uf = UfN ， Ua = Uc（控制電壓）（控制電壓） n =UcCENRaCECTN2TOTn Uc3 Uc2Uc1Uc3Uc2Uc1 機(jī)械特性機(jī)械特性T1 T2 T3 T3T2T1 控制特性控制特性O(shè)Ucn 磁場(chǎng)控制式磁場(chǎng)控制式 U

6、a = UaN ， Uf = Uc（控制電壓）（控制電壓）忽略磁路飽和、不計(jì)電樞反應(yīng)，則忽略磁路飽和、不計(jì)電樞反應(yīng)，則 = CUf = C Ucn =UaNCECUc Ra CECT C2Uc2 T Uc3Uc2 Uc1UC3Uc2Uc1 機(jī)械特性機(jī)械特性 控制特性是非線性。控制特性是非線性。 直流伺服電動(dòng)機(jī)的功率直流伺服電動(dòng)機(jī)的功率 1 600 W。OTn6.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)一、基本結(jié)構(gòu)空心杯形轉(zhuǎn)子交空心杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電動(dòng)機(jī)的流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 內(nèi)定子內(nèi)定子 外定子外定子 繞組繞組 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 二、工作原理當(dāng)兩相繞組分別加上相位相差當(dāng)兩相繞組分別加上相位相差 90o

7、 的額定電壓時(shí)：的額定電壓時(shí)： 對(duì)稱兩相運(yùn)行對(duì)稱兩相運(yùn)行 ic 和和 if 產(chǎn)生產(chǎn)生 圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生產(chǎn)生 T 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 如果如果 uc 反相，即改變反相，即改變 ic 和和 if 的相序的相序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)改變方向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)改變方向 n 的方向改變。的方向改變。 同時(shí)減小同時(shí)減小 uc 和和 uf 而保持其而保持其 90o 的相位差的相位差圓形磁通勢(shì)圓形磁通勢(shì) 的幅值的幅值 T n 。SM 控制繞組控制繞組 勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組 Uc Uf cfIcIf6.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一、功能、用途和分類 功能功能 將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速信號(hào)。將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速信號(hào)。 轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角

8、 脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)；脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)； 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n 脈沖信號(hào)的頻率。脈沖信號(hào)的頻率。 用途用途 高精度的角度控制。高精度的角度控制。 分類分類 按定子相數(shù)不同：三相、四相、五相、六相等；按定子相數(shù)不同：三相、四相、五相、六相等； 按轉(zhuǎn)子材料不同：永磁式、磁阻式（反應(yīng)式）按轉(zhuǎn)子材料不同：永磁式、磁阻式（反應(yīng)式） 和混合式。和混合式。二、基本結(jié)構(gòu)14 23(1) 定子定子 (2) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子U1U2V1V2W2W1三相磁阻式步進(jìn)三相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理圖電動(dòng)機(jī)原理圖 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的典型結(jié)構(gòu)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的典型結(jié)構(gòu) U2U1W2W1V1V2三、工作原理 一拍一拍 從一次通電到另一次通電。從一次通電到另一次通電

9、。 步距角步距角 每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。(1) m 相單相單 m 拍運(yùn)行（三相單三拍運(yùn)行）拍運(yùn)行（三相單三拍運(yùn)行） (2) m 相雙相雙 m 拍運(yùn)行（三相雙三拍運(yùn)行）拍運(yùn)行（三相雙三拍運(yùn)行） (3) m 相單雙相單雙 2m 拍運(yùn)行（三相單雙六拍運(yùn)行）拍運(yùn)行（三相單雙六拍運(yùn)行） 14 2314 2314 2314 23U1U2V1V2W2W1(1) m 相單相單 m 拍運(yùn)行（三相單三拍運(yùn)行）拍運(yùn)行（三相單三拍運(yùn)行） 通電順序：通電順序： 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 U1U2V1V2W

10、2W1 W 相通電相通電 14 2314 23一步一步兩步兩步三步三步 步距角：步距角： = 30(2) m 相雙相雙 m 拍運(yùn)行（三相雙三拍運(yùn)行）拍運(yùn)行（三相雙三拍運(yùn)行） 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 23U1U2V1V2W2W1 WU 相通電相通電 14 23 步距角：步距角： = 3014 2314 23(3) m 相單雙相單雙 2m 拍運(yùn)行拍運(yùn)行 (三相單雙六拍運(yùn)行）三相單雙六拍運(yùn)行）通電順序：通電順序：UUV VVW W WU U。14 23U1U2V1V2W2W1114 23U1U2V1V2W2W1214 23U1U2V1V2W2W1314 23U1U2V1V2W2W1414 23U1U2V1V2W2W1514 23U1U2V1V2W2W1614 23步距角：步距角： = 15 步距角步距角 =360z Nz ：轉(zhuǎn)子齒數(shù)：轉(zhuǎn)子齒數(shù)N ：拍數(shù)：拍數(shù) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 一個(gè)一個(gè) 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) (1 / zN ) 圈，圈， 脈沖頻率為脈沖頻率為 f 每秒轉(zhuǎn)每秒轉(zhuǎn) ( f / zN ) 圈。圈。n =60 fz N例如：例如：三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī) z = 40，則，則采用單采用單/雙三拍雙三拍時(shí)：時(shí)：采用三相六拍