第5章_控制電機(jī)與特種電機(jī)(新)

1、n5.1 伺服電動(dòng)機(jī)n5.2 力矩電動(dòng)機(jī)n5.3 小功率同步電動(dòng)機(jī)n5.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)n5.5 測(cè)速發(fā)電機(jī)n5.6 自整角機(jī)n5.7 直線電動(dòng)機(jī)第第 5 5 章章 控制電機(jī)與特種電機(jī)控制電機(jī)與特種電機(jī)第第 5 5 章章 控制電機(jī)與特種電機(jī)控制電機(jī)與特種電機(jī)n定義：定義：用于自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)距用于自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)距離測(cè)量的特微（小功率）電機(jī)。離測(cè)量的特微（小功率）電機(jī)。n分類：分類：測(cè)量元件、放大元件、執(zhí)行元件、測(cè)量元件、放大元件、執(zhí)行元件、校正元件。校正元件。n作用：作用：完成控制信號(hào)的傳遞和變換。完成控制信號(hào)的傳遞和變換。n特點(diǎn)：特點(diǎn)：性能穩(wěn)定可靠，動(dòng)作靈敏，精度性能穩(wěn)定可靠，動(dòng)

2、作靈敏，精度高，體積小。高，體積小。5.1 伺服電動(dòng)機(jī)5.1.1 5.1.1 直流伺服電動(dòng)機(jī)（直流伺服電動(dòng)機(jī)（1 1600W600W） 它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流他勵(lì)它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同，不同點(diǎn)只是他做得比較細(xì)長(zhǎng)一些，電動(dòng)機(jī)相同，不同點(diǎn)只是他做得比較細(xì)長(zhǎng)一些，以滿足快速響應(yīng)的要求以滿足快速響應(yīng)的要求。 5.1.1 5.1.1 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)n直流伺服電動(dòng)機(jī)電原理圖0023.13caeetURnTnKTnnKK K5.1.1 5.1.1 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)1. 控制方式控制方式l電樞控制電樞控制（改變控（改變控制電壓）制電壓）響應(yīng)迅響應(yīng)迅速

3、、機(jī)械特性硬，調(diào)速、機(jī)械特性硬，調(diào)速線性度好，應(yīng)用較速線性度好，應(yīng)用較多。多。 l磁場(chǎng)控制磁場(chǎng)控制（改變磁（改變磁通通 ）不適合永不適合永磁伺服電機(jī)。磁伺服電機(jī)。5.1.1 5.1.1 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 2. 運(yùn)行特性運(yùn)行特性 1）機(jī)械特性機(jī)械特性 當(dāng)控制電壓當(dāng)控制電壓Ua0時(shí)，電動(dòng)機(jī)立即停時(shí)，電動(dòng)機(jī)立即停止，因此，無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。止，因此，無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 2）調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性 調(diào)節(jié)特性為一上翹的直線。調(diào)節(jié)特性為一上翹的直線。 n =k1Ua A Ua0是電動(dòng)機(jī)處在待動(dòng)而又未動(dòng)臨界是電動(dòng)機(jī)處在待動(dòng)而又未動(dòng)臨界狀態(tài)時(shí)的控制電壓，稱為始動(dòng)電壓，負(fù)狀態(tài)時(shí)的控制電壓，稱為始動(dòng)電壓，負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，

4、始動(dòng)電壓越高。而且控制載轉(zhuǎn)矩越大，始動(dòng)電壓越高。而且控制電壓從電壓從 0 到到Ua0 一段范圍內(nèi)，電機(jī)不轉(zhuǎn)一段范圍內(nèi)，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為電動(dòng)機(jī)的死區(qū)。動(dòng)，稱為電動(dòng)機(jī)的死區(qū)。 5.1.1 5.1.1 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)n直流伺服電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍種類勵(lì)磁方式產(chǎn)品型號(hào)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)性能特點(diǎn)適用范圍一般直流伺服電動(dòng)機(jī)電磁或永磁SZ或SY與普通直流電動(dòng)機(jī)相同，但電樞鐵心長(zhǎng)度與直徑之比大一些，氣隙較小。具有下垂的機(jī)械和線性的調(diào)節(jié)特性，對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)快速。一般直流伺服系統(tǒng)無槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)電磁或永磁SWC電樞鐵心為光滑圓柱體，電樞繞組用環(huán)氧樹脂粘在電樞鐵心表面，氣隙較大。具有一般直流伺服電動(dòng)機(jī)的

5、特點(diǎn)，而且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)電時(shí)間常數(shù)小，換向良好。需要快速動(dòng)作、功率較大的直流伺服系統(tǒng)?？招谋坞姌兄绷魉欧妱?dòng)機(jī)永磁SYK電樞繞組用環(huán)氧樹脂澆注成杯型，置于內(nèi)、外定子之間，內(nèi)、外定子分別用軟磁材料和永磁材料做成。具有一般直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)電時(shí)間常數(shù)小，低速運(yùn)轉(zhuǎn)平滑，換向好。需要快速動(dòng)作的直流伺服系統(tǒng)。印刷繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)永磁SN在圓盤形絕緣薄板上印制裸露的繞組構(gòu)成電樞，磁極軸向安裝。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，機(jī)電時(shí)間常數(shù)小，低速運(yùn)行性能好。低速和啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)頻繁的控制系統(tǒng)。無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)永磁SW由晶體管開關(guān)電路和位置傳感器代替電刷和換向器，轉(zhuǎn)子用永久磁鐵做成，電樞繞組在定子上，且做成多相

6、式。既保持了一般直流伺服電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又克服了換向器和電刷帶來的缺點(diǎn)。壽命長(zhǎng)，噪音低。要求噪音低、對(duì)無線電不產(chǎn)生干擾的控制系統(tǒng)。5.1.2 低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)1.空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī) 空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是慣量低；靈敏度高，時(shí)間常數(shù)很??；是慣量低；靈敏度高，時(shí)間常數(shù)很小； 損耗小，效率高；力矩波動(dòng)小，低速轉(zhuǎn)損耗小，效率高；力矩波動(dòng)小，低速轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，噪音很?。粨Q向性能好，壽命動(dòng)平穩(wěn)，噪音很小；換向性能好，壽命長(zhǎng)。多用于高精度自動(dòng)控制系統(tǒng)及測(cè)量長(zhǎng)。多用于高精度自動(dòng)控制系統(tǒng)及測(cè)量裝置等設(shè)備中。裝置等設(shè)備中。5.1.2 低慣量直流伺

7、服電動(dòng)機(jī)2.印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī) 印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子呈印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子呈薄片圓盤狀，用印刷電路制成雙面電樞薄片圓盤狀，用印刷電路制成雙面電樞繞組，磁極軸向安裝。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)繞組，磁極軸向安裝。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；力矩波單，制造成本低；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；力矩波動(dòng)很小，低速運(yùn)行穩(wěn)定；換向性能好；動(dòng)很小，低速運(yùn)行穩(wěn)定；換向性能好；電樞轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)快。電樞轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)快。5.1.2 低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)3.無槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)無槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī) 無槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞鐵無槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞鐵心是光滑、無槽的圓柱

8、體。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)心是光滑、無槽的圓柱體。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；反應(yīng)快；低速動(dòng)慣量低；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；反應(yīng)快；低速運(yùn)行均勻；換向性能良好。運(yùn)行均勻；換向性能良好。 5.1.3 5.1.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) 改變控制電壓的改變控制電壓的大小大小和和相位（或極性）相位（或極性）就可以改變伺服電動(dòng)機(jī)的就可以改變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速和和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：調(diào)速范圍廣；狀態(tài)（啟動(dòng)、停調(diào)速范圍廣；狀態(tài)（啟動(dòng)、停止）變換快；控制功率小，過載能力強(qiáng)，止）變換快；控制功率小，過載能力強(qiáng)，可靠性好。（可靠性好。（0.1100W） 5.1.3 5.1.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)n 1. 兩相

9、交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)控制繞組勵(lì)磁繞組 交流伺服電機(jī)實(shí)物圖5.1.3 5.1.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)n 2. 基本工作原理fici060fnp5.1.3 5.1.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)n自轉(zhuǎn)現(xiàn)象0,CU當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)脈動(dòng)磁場(chǎng)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象 5.1.3 5.1.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)n消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條具有較大的電阻使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條具有較大的電阻 5.1.3 5.1.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)n消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施脈動(dòng)磁場(chǎng)脈動(dòng)磁場(chǎng)合成曲線5.1.3 5.1.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)n消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施5.1.3 5.1.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)3. 控制

10、方式1）幅值控制；2）相位控制；3）幅值-相位控制。 5.1.3 5.1.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)n兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)性能特點(diǎn)性能特點(diǎn), ,應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍種類種類型號(hào)型號(hào)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子SLSL 類似于普通鼠籠轉(zhuǎn)子但細(xì)長(zhǎng)，電阻率高 勵(lì)磁電流小 體積小 機(jī)械強(qiáng)度高 低速不穩(wěn)定 速度有抖動(dòng)小功率的自動(dòng)控制系統(tǒng)空心杯轉(zhuǎn)子空心杯轉(zhuǎn)子SKSK 薄壁圓筒形，放于內(nèi)外定子之間 勵(lì)磁電流大 體積大 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 運(yùn)行平滑 無抖動(dòng)現(xiàn)象要求運(yùn)行平滑的系統(tǒng)5.1.3 5.1.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) 應(yīng)用舉例 雷達(dá)天線中掃描天線的

11、旋轉(zhuǎn)雷達(dá)天線中掃描天線的旋轉(zhuǎn)5.1.4 交/直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較 1. 機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性n直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性都直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性都是線性的，且在不同控制電壓下機(jī)械特性是線性的，且在不同控制電壓下機(jī)械特性是平行的，斜率不變。是平行的，斜率不變。n兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性都是非線性的，且其線性化機(jī)械特性的性都是非線性的，且其線性化機(jī)械特性的斜率隨控制電壓的變化而變化，這會(huì)在一斜率隨控制電壓的變化而變化，這會(huì)在一定程度上影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度。定程度上影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度。n直流伺服電機(jī)的特性較交流伺

12、服電機(jī)硬，直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬，通常應(yīng)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動(dòng)系通常應(yīng)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置控制等。統(tǒng)中的位置控制等。 5.1.4 交/直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較 2. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)響應(yīng) 由于直流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上有電樞繞組和由于直流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上有電樞繞組和換向器等，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要比兩相感應(yīng)伺服電換向器等，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要比兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)大得多。但由于直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)動(dòng)機(jī)大得多。但由于直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性比兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)硬得多，若械特性比兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)硬得多，若空載轉(zhuǎn)速相同，直流伺服電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)空載轉(zhuǎn)速相同，直流伺服電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩要大得多。因此，

13、它們的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間矩要大得多。因此，它們的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間常數(shù)相差不多。常數(shù)相差不多。5.1.4 交/直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較3. “自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象現(xiàn)象 對(duì)于兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，若參數(shù)選擇不對(duì)于兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，若參數(shù)選擇不當(dāng)或制造工藝不良，可能會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生當(dāng)或制造工藝不良，可能會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，而直流伺服電動(dòng)機(jī)卻不存現(xiàn)象，而直流伺服電動(dòng)機(jī)卻不存在該問題。在該問題。 5.1.4 交/直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較4. 體積、重量和效率體積、重量和效率 為了滿足控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)性能的要求，兩相感為了滿足控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)性能的要求，兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻很大，因此其損耗大、應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的

14、轉(zhuǎn)子電阻很大，因此其損耗大、效率低。而且常運(yùn)行在橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下，負(fù)效率低。而且常運(yùn)行在橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下，負(fù)序電流和反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的存在，一方面產(chǎn)生制序電流和反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的存在，一方面產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電磁轉(zhuǎn)矩減小，另一方面也進(jìn)一步動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電磁轉(zhuǎn)矩減小，另一方面也進(jìn)一步增加了電機(jī)的損耗，降低了電機(jī)的利用率。因增加了電機(jī)的損耗，降低了電機(jī)的利用率。因此此當(dāng)輸出功率相同當(dāng)輸出功率相同時(shí)，兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)要時(shí)，兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)要比直流伺服電動(dòng)機(jī)體積大、重量重、效率低，比直流伺服電動(dòng)機(jī)體積大、重量重、效率低，所以它只適用于較小功率的場(chǎng)合，對(duì)于功率較所以它只適用于較小功率的場(chǎng)合，對(duì)于功率較大的控制系統(tǒng)

15、，則較多地采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。大的控制系統(tǒng)，則較多地采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。5.1.4 交/直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較5. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、運(yùn)行可靠性及對(duì)系統(tǒng)的干擾結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、運(yùn)行可靠性及對(duì)系統(tǒng)的干擾 直流伺服電動(dòng)機(jī)由于存在電刷和換向器，直流伺服電動(dòng)機(jī)由于存在電刷和換向器，使電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)比較麻煩；由于電使電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)比較麻煩；由于電刷和換向器的滑動(dòng)接觸，增加了電動(dòng)機(jī)的刷和換向器的滑動(dòng)接觸，增加了電動(dòng)機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩，并且會(huì)影響電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性；阻轉(zhuǎn)矩，并且會(huì)影響電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性；存在換向火花問題，會(huì)對(duì)其它儀器和無線存在換向火花問題，會(huì)對(duì)其它儀器和無線電通訊等產(chǎn)生干擾。電通訊等產(chǎn)生干擾。 兩相感應(yīng)伺

16、服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，特別適宜于在不維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，特別適宜于在不易檢修的場(chǎng)合使用。易檢修的場(chǎng)合使用。5.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)n步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。執(zhí)行元件。n它每接受一個(gè)電脈沖，其轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的步距它每接受一個(gè)電脈沖，其轉(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)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)及其頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要及其頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要控制輸

17、入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電機(jī)繞組通電相序，控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電機(jī)繞組通電相序，即獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。即獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。n基本要求基本要求：在電脈沖的控制下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能迅速起：在電脈沖的控制下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能迅速起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和停車；調(diào)速范圍寬廣；步進(jìn)電動(dòng)動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和停車；調(diào)速范圍寬廣；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角要小，步距精度要高，不丟步不越步；工機(jī)的步距角要小，步距精度要高，不丟步不越步；工作頻率高、響應(yīng)速度快。作頻率高、響應(yīng)速度快。5.4.1 基本工作原理n反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)n永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)n混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)5

18、.4.1 基本工作原理 1反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（可變磁阻式）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（可變磁阻式） 利用磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)形式通常分為單段利用磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)形式通常分為單段式和多段式兩種。可以做成二相、三相、四相、五相或更式和多段式兩種?？梢宰龀啥唷⑷?、四相、五相或更多的相數(shù)。多的相數(shù)。 三相反應(yīng)式：三相反應(yīng)式：定子上有六個(gè)極，每個(gè)極上裝有控制繞定子上有六個(gè)極，每個(gè)極上裝有控制繞組，每相對(duì)的兩極組成一相。轉(zhuǎn)子上有四個(gè)均勻分布的齒，組，每相對(duì)的兩極組成一相。轉(zhuǎn)子上有四個(gè)均勻分布的齒，其上設(shè)有繞組其上設(shè)有繞組。l當(dāng)當(dāng)A相控制繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)力的作用下與定子齒對(duì)齊，相控制繞組通電時(shí)

19、，轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)力的作用下與定子齒對(duì)齊，即轉(zhuǎn)子齒即轉(zhuǎn)子齒l、3和定子齒和定子齒A、A對(duì)齊，如圖（對(duì)齊，如圖（a）所示。）所示。l若切斷若切斷A相，同時(shí)接通相，同時(shí)接通B相，在磁場(chǎng)力作用下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過相，在磁場(chǎng)力作用下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子齒子齒2、4與定于齒與定于齒B、B對(duì)齊，如圖（對(duì)齊，如圖（b）所示。）所示。l如再使如再使B相斷電，同時(shí)相斷電，同時(shí)C相控制繞組通電，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過相控制繞組通電，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過30，使，使轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)子齒1、3與定子齒與定子齒C、C對(duì)齊，如圖對(duì)齊，如圖(c)所示。所示。l如此循環(huán)往復(fù)，并按如此循環(huán)往復(fù)，并按ABCA順序通電，步進(jìn)電機(jī)便按一定順序通電，步進(jìn)電機(jī)便按一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)。電

20、機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于控制統(tǒng)組接通和斷開的變化頻率。方向轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于控制統(tǒng)組接通和斷開的變化頻率。若改變通電順序，即若改變通電順序，即ACBA，則電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。上述通電，則電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。上述通電方式稱為三相單三拍，這里方式稱為三相單三拍，這里“拍拍”指定子控制繞組每改變一次通指定子控制繞組每改變一次通電方式，為一拍；電方式，為一拍；“單單”指每次只有一相控制繞組通電；指每次只有一相控制繞組通電；“三拍三拍”指經(jīng)過三次切換控制繞組的通電狀態(tài)為一個(gè)循環(huán)指經(jīng)過三次切換控制繞組的通電狀態(tài)為一個(gè)循環(huán)。 n三相步進(jìn)電機(jī)除上述通電方式外，還有三相單雙六拍三相步進(jìn)電機(jī)除上述通電方式外，還有三相單雙六拍通電方

21、式，通電順序?yàn)橥姺绞?，通電順序?yàn)锳ABBBCCCAA或或 AACCCBBBAA，這里，這里“AB” 表示表示 A、B兩相同時(shí)通電，依此類推。兩相同時(shí)通電，依此類推。n采用這種通電方式時(shí)，當(dāng)采用這種通電方式時(shí)，當(dāng)A相控制繞組單獨(dú)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒相控制繞組單獨(dú)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒l、3和定子齒和定子齒A、A對(duì)齊，如圖對(duì)齊，如圖(a)所示。所示。n當(dāng)當(dāng)A、B相控制繞組同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒相控制繞組同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒2、4在定子極在定子極B、B的吸引下使轉(zhuǎn)的吸引下使轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直至轉(zhuǎn)子齒子沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直至轉(zhuǎn)子齒l、3和定子極和定子極A、A之間的作用力與轉(zhuǎn)子之間的作用力與轉(zhuǎn)子齒齒2、4和定子極和

22、定子極B、B之間的作用力相平衡為止，如圖之間的作用力相平衡為止，如圖(b)所示。所示。n當(dāng)斷開當(dāng)斷開A相控制繞組而由相相控制繞組而由相B控制繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)控制繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，轉(zhuǎn)子齒過一個(gè)角度，轉(zhuǎn)子齒2、4和定子極和定子極B、B對(duì)齊，如圖對(duì)齊，如圖(c)所示，依此類推所示，依此類推。5.4.1 基本工作原理 由上所述，同一臺(tái)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于通電方式不由上所述，同一臺(tái)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于通電方式不同，運(yùn)行的步距角也不同。單三拍通電方式時(shí)，步距同，運(yùn)行的步距角也不同。單三拍通電方式時(shí)，步距角為角為30，而采用六拍通電方式時(shí)，步距角為，而采用六拍通

23、電方式時(shí)，步距角為15，因?yàn)樵摲绞较罗D(zhuǎn)子在兩相定極同時(shí)通電時(shí)存在一個(gè)中因?yàn)樵摲绞较罗D(zhuǎn)子在兩相定極同時(shí)通電時(shí)存在一個(gè)中間狀態(tài)?？梢姴捎脝坞p拍通電方式時(shí)，步距角要比單間狀態(tài)?？梢姴捎脝坞p拍通電方式時(shí)，步距角要比單拍電方式時(shí)減小一半。拍電方式時(shí)減小一半。 電機(jī)在脈沖頻率一定時(shí)，電機(jī)的相數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)電機(jī)在脈沖頻率一定時(shí)，電機(jī)的相數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)越多，則步距角越多，則步距角s就越小，轉(zhuǎn)速也越低。就越小，轉(zhuǎn)速也越低。 5.4.1 基本工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 C為通電狀態(tài)系數(shù)，當(dāng)采用單拍方式時(shí)，為通電狀態(tài)系數(shù)，當(dāng)采用單拍方式時(shí)，Cl；而采用單雙；而采用單雙拍方式時(shí)，拍方式時(shí)，C2。m為

24、步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)；為步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)；Zr為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)。齒數(shù)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速若步進(jìn)電機(jī)通電的脈沖頻率為若步進(jìn)電機(jī)通電的脈沖頻率為f（每秒的拍數(shù)），則步進(jìn)電（每秒的拍數(shù)），則步進(jìn)電機(jī)的速度為機(jī)的速度為 式中式中 f 為頻率，為頻率， n為轉(zhuǎn)速。為轉(zhuǎn)速。360srmZ CmZrCfn605.4.1 基本工作原理2永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)n一般將轉(zhuǎn)子使用永磁材料的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)稱作永磁一般將轉(zhuǎn)子使用永磁材料的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)稱作永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。通常轉(zhuǎn)子為一對(duì)極或幾對(duì)極的星式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。通常轉(zhuǎn)子為一對(duì)極或幾對(duì)極的星形磁鋼，定子上繞有二相或多相繞組，定子每相形磁鋼，定子

25、上繞有二相或多相繞組，定子每相的軸線對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子的軸線。的軸線對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子的軸線。n增加轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)及定子的齒數(shù)可以減小步距角，增加轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)及定子的齒數(shù)可以減小步距角，但轉(zhuǎn)子要制成但轉(zhuǎn)子要制成NS相間的多對(duì)磁極是較困難的，相間的多對(duì)磁極是較困難的，同時(shí)定子極數(shù)及繞組線圈數(shù)也必須相應(yīng)增加，這同時(shí)定子極數(shù)及繞組線圈數(shù)也必須相應(yīng)增加，這將受到定子空間的限制，因此永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將受到定子空間的限制，因此永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角都較大。的步距角都較大。5.4.1 基本工作原理3混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)n混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是在永磁和變磁阻原理共同混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是在永磁和變磁阻原理共同作用下運(yùn)轉(zhuǎn)的

26、，故稱為混合式或永磁感應(yīng)式步作用下運(yùn)轉(zhuǎn)的，故稱為混合式或永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。進(jìn)電動(dòng)機(jī)。n通常轉(zhuǎn)子裝有一個(gè)軸向磁化永磁體用以產(chǎn)生一通常轉(zhuǎn)子裝有一個(gè)軸向磁化永磁體用以產(chǎn)生一個(gè)單向磁場(chǎng)，其中一段經(jīng)永磁體磁化為個(gè)單向磁場(chǎng)，其中一段經(jīng)永磁體磁化為S極，極，另一段磁化成另一段磁化成N極。定子的齒距和轉(zhuǎn)子的齒距極。定子的齒距和轉(zhuǎn)子的齒距相同。它與反應(yīng)式的主要區(qū)別是轉(zhuǎn)子上置有磁相同。它與反應(yīng)式的主要區(qū)別是轉(zhuǎn)子上置有磁鋼。反應(yīng)式電機(jī)轉(zhuǎn)子無磁鋼，輸入能量全靠定鋼。反應(yīng)式電機(jī)轉(zhuǎn)子無磁鋼，輸入能量全靠定子勵(lì)磁電流供給，靜態(tài)電流比永磁式大許多。子勵(lì)磁電流供給，靜態(tài)電流比永磁式大許多。n永磁感應(yīng)子式電機(jī)具有驅(qū)動(dòng)電流小、

27、效率高、永磁感應(yīng)子式電機(jī)具有驅(qū)動(dòng)電流小、效率高、過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的步過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。進(jìn)電動(dòng)機(jī)。5.4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)受數(shù)字脈沖信號(hào)控制，輸出角步進(jìn)電動(dòng)機(jī)受數(shù)字脈沖信號(hào)控制，輸出角位移與輸入脈沖數(shù)成正比。位移與輸入脈沖數(shù)成正比。2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比。比。3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過改變通電順序步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過改變通電順序來改變。來改變。4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有自鎖能力，一旦停止輸入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有自鎖能力，一旦停止輸入脈沖，只要維持繞組通電，電動(dòng)機(jī)就可以脈沖，只要維持繞組通

28、電，電動(dòng)機(jī)就可以保持在該固定位置。保持在該固定位置。5易于直接與微機(jī)的易于直接與微機(jī)的I/O接口，構(gòu)成開環(huán)位接口，構(gòu)成開環(huán)位置伺服系統(tǒng)。置伺服系統(tǒng)。5.4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)不易受各種干擾因步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)不易受各種干擾因素（如電源電壓的波動(dòng)、電流的大小與波素（如電源電壓的波動(dòng)、電流的大小與波形的變化、溫度等）影響，只要干擾未引形的變化、溫度等）影響，只要干擾未引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生起步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生“丟步丟步”，就不會(huì)影響，就不會(huì)影響其正常工作。其正常工作。7步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會(huì)出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子一定步數(shù)以后

29、也會(huì)出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差為轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差為“零零”，不，不會(huì)長(zhǎng)期積累。會(huì)長(zhǎng)期積累。n步進(jìn)電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)的機(jī)電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，并可靠地機(jī)電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，并可靠地獲得較高的位置精度。獲得較高的位置精度。 5.4.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)和應(yīng)用1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)（1）矩角特性及最大靜轉(zhuǎn)矩）矩角特性及最大靜轉(zhuǎn)矩 矩角特性矩角特性是控制繞組通電狀態(tài)不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)是控制繞組通電狀態(tài)不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系，即靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系子偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系，即靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系 。

30、最大靜轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩是指在規(guī)定的通電相數(shù)下矩角特性上的轉(zhuǎn)是指在規(guī)定的通電相數(shù)下矩角特性上的轉(zhuǎn)矩最大值。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須小于最大靜轉(zhuǎn)矩，矩最大值。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須小于最大靜轉(zhuǎn)矩，一般只能是最大靜轉(zhuǎn)矩的一般只能是最大靜轉(zhuǎn)矩的30%50%。 按最大靜轉(zhuǎn)矩的大小可把步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為按最大靜轉(zhuǎn)矩的大小可把步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為伺服步進(jìn)電動(dòng)伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)機(jī)和和功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩較小，。伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩較小，有時(shí)需要經(jīng)過液壓力矩放大器或伺服功率放大系統(tǒng)放大有時(shí)需要經(jīng)過液壓力矩放大器或伺服功率放大系統(tǒng)放大后再去帶動(dòng)負(fù)載。而功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可直接帶動(dòng)負(fù)載，后再去帶

31、動(dòng)負(fù)載。而功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可直接帶動(dòng)負(fù)載，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)精度提高。使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)精度提高。5.4.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)和應(yīng)用1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)（2）步距角及步距角精度）步距角及步距角精度 步距角步距角是指輸入一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。步距角是指輸入一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。步距角的大小直接影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率。相的大小直接影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率。相同尺寸的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，同尺寸的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步距角小的起動(dòng)、運(yùn)行頻率較高步距角小的起動(dòng)、運(yùn)行頻率較高。 步距角精度步距角精度是指步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與是指步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差，用百分比表示：誤差理論值的誤差，用百分比表示：誤差/步距角步距角100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同。（3）起動(dòng)頻率和起動(dòng)的矩頻特性）起動(dòng)頻率和起動(dòng)的矩頻特性 起動(dòng)頻率起動(dòng)頻率是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠不失步起動(dòng)的最高脈沖是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠不失步起動(dòng)的最高脈沖頻率。技術(shù)數(shù)據(jù)中給出空載和負(fù)載起動(dòng)頻率。實(shí)際使用頻率。技術(shù)數(shù)據(jù)中給出空載和負(fù)載起動(dòng)頻率。實(shí)際使用時(shí)，大多是在負(fù)載情況下起動(dòng)，所以又給出時(shí)，大多是在負(fù)載情況下起動(dòng)，所以又給出起動(dòng)的矩頻起動(dòng)的矩頻特性特性，以便確定負(fù)載起動(dòng)頻率。，以便確定負(fù)載起動(dòng)頻率。5.4