第五章控制電動(dòng)機(jī)

1、第五章第五章 控制電動(dòng)機(jī)控制電動(dòng)機(jī) 5.1 5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 5.2 5.2 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 5.3 5.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) 5.4 5.4 力矩電動(dòng)機(jī)力矩電動(dòng)機(jī) 5.5 5.5 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定義：將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)角位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件。定義：將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)角位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件。輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，脈沖一個(gè)接一個(gè)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，脈沖一個(gè)接一個(gè)輸入，轉(zhuǎn)子就一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)。輸入，轉(zhuǎn)子就一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)。角位移量：與輸入電脈沖的個(gè)數(shù)成正比。角位移量：

2、與輸入電脈沖的個(gè)數(shù)成正比。旋轉(zhuǎn)速度：與輸入電脈沖的頻率成正比。旋轉(zhuǎn)速度：與輸入電脈沖的頻率成正比。旋轉(zhuǎn)方向：由定子繞組的通電方式?jīng)Q定。旋轉(zhuǎn)方向：由定子繞組的通電方式?jīng)Q定。2、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)定子：由硅鋼片疊成的定子鐵芯和裝在其上的多個(gè)繞組組成，定子：由硅鋼片疊成的定子鐵芯和裝在其上的多個(gè)繞組組成， 定子繞組的個(gè)數(shù)稱為定子繞組的個(gè)數(shù)稱為相數(shù)相數(shù)。轉(zhuǎn)子：由硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸級(jí)結(jié)構(gòu)，凸級(jí)個(gè)數(shù)稱為轉(zhuǎn)子：由硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸級(jí)結(jié)構(gòu)，凸級(jí)個(gè)數(shù)稱為齒數(shù)齒數(shù)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：轉(zhuǎn)子沒(méi)有勵(lì)磁繞組。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：轉(zhuǎn)子沒(méi)有勵(lì)磁繞組。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：用永久磁鐵做轉(zhuǎn)子。永磁式

3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：用永久磁鐵做轉(zhuǎn)子。3 3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 給某相繞組通電前，轉(zhuǎn)子在給某相繞組通電前，轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子齒偏離定子齒一個(gè)角度的位轉(zhuǎn)子齒偏離定子齒一個(gè)角度的位置。置。 繞組通電后，由于勵(lì)磁磁通總是沿磁阻最繞組通電后，由于勵(lì)磁磁通總是沿磁阻最小路徑通過(guò)，因此對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁吸力，迫使小路徑通過(guò)，因此對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁吸力，迫使轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到與定子齒對(duì)齊位置時(shí)，轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到與定子齒對(duì)齊位置時(shí)，因轉(zhuǎn)子只受徑向力而無(wú)切向力，故轉(zhuǎn)矩為零，因轉(zhuǎn)子只受徑向力而無(wú)切向力，故轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子被鎖定在這個(gè)位置上。轉(zhuǎn)子被鎖定在這個(gè)位置上。 錯(cuò)齒錯(cuò)齒是促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。

4、是促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。A相通電，相通電，B、C相不通電，轉(zhuǎn)子齒相不通電，轉(zhuǎn)子齒1、3的軸線向定子的軸線向定子A極軸線對(duì)齊，極軸線對(duì)齊，轉(zhuǎn)子只受徑向力，無(wú)切向力，轉(zhuǎn)矩為轉(zhuǎn)子只受徑向力，無(wú)切向力，轉(zhuǎn)矩為0，被鎖定在這個(gè)位置。，被鎖定在這個(gè)位置。B相通電時(shí)，定子相通電時(shí)，定子B極軸線使最靠近的轉(zhuǎn)子齒極軸線使最靠近的轉(zhuǎn)子齒2、4的軸線向其對(duì)齊，的軸線向其對(duì)齊，轉(zhuǎn)子在空間順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)子在空間順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了30度。度。C相通電時(shí)，定子相通電時(shí)，定子C極軸線使最靠近的轉(zhuǎn)子齒極軸線使最靠近的轉(zhuǎn)子齒1、3的軸線向其對(duì)齊，的軸線向其對(duì)齊，轉(zhuǎn)子在空間順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)子在空間順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了30度。度。通電順序?yàn)橥?/p>

5、電順序?yàn)锳B-，轉(zhuǎn)子齒與齒的角度稱齒距角，轉(zhuǎn)子齒與齒的角度稱齒距角，4個(gè)齒，一個(gè)齒距角為個(gè)齒，一個(gè)齒距角為90度度轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角，一個(gè)步距角為轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角，一個(gè)步距角為30度度結(jié)論：結(jié)論： 通電順序改為通電順序改為A A，時(shí)，轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針?lè)较蛞徊?，時(shí)，轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊睫D(zhuǎn)動(dòng)。一步轉(zhuǎn)動(dòng)。 改變通電順序即改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向。改變通電順序即改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向。 a.單相輪流通電方式單相輪流通電方式(三相三相單單三拍三拍)：指對(duì)每相繞組單獨(dú)輪流通電。：指對(duì)每相繞組單獨(dú)輪流通電。 正轉(zhuǎn)：正轉(zhuǎn)：AB 反轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)：A b.單雙相輪流通電方式單雙相輪流通電方式(三相三相單雙單雙

6、六拍六拍)： 正轉(zhuǎn)：正轉(zhuǎn)：A-AB-B-BC-C-CA-A 反轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)：A-CA-C-BC-B-AB-A c.雙相輪流通電方式雙相輪流通電方式(三相三相雙雙三拍三拍)： 正轉(zhuǎn)：正轉(zhuǎn)：AB-BC-CA-AB 反轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)：AC-CA-BC-AC 每次只有一相繞組通電。雙：每次有兩相繞組通電。每次只有一相繞組通電。雙：每次有兩相繞組通電。繞組每改變一次通電狀態(tài)。繞組每改變一次通電狀態(tài)。 定子繞組的個(gè)數(shù)。定子繞組的個(gè)數(shù)。CABBCA3412CABBCA3412A相通電相通電，轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子1 1、3 3齒與齒與A、A 對(duì)齊。對(duì)齊。 A、B相同時(shí)通電，相同時(shí)通電，A、A 磁極拉磁極拉住住1、3齒，齒，B、B

7、 磁極拉住磁極拉住2、4齒，齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)15 ，到達(dá)左圖所示位置。到達(dá)左圖所示位置。 按按三相單雙六拍三相單雙六拍AAB B BC C CA的順序給三的順序給三相繞組輪流通電。相繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控制特性。這種方式可以獲得更精確的控制特性。CABBCA3412 B B 相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2、4齒與齒與B、B 對(duì)齊對(duì)齊, ,又轉(zhuǎn)過(guò)又轉(zhuǎn)過(guò)15 。3412CABBCA B、C相同時(shí)通電，相同時(shí)通電，C 、C 磁磁極拉住極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)15 。AAB B BC C CA，每個(gè)循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)每個(gè)循環(huán)

8、周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)子轉(zhuǎn)過(guò)15 （步距角），（步距角），一一個(gè)通電循環(huán)周期個(gè)通電循環(huán)周期( (6拍拍) )轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90 ( (齒距角齒距角) )。AB通電通電CABBCA3412BC通電通電3412CABBCACA通電通電CABBCA3412 與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)通電與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)通電循環(huán)周期也分循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)30 ( (步距角步距角) )，一一個(gè)通電循環(huán)周期個(gè)通電循環(huán)周期( (3拍拍) )轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90 ( (齒距角齒距角) )。稱。稱 若按若按AB BC CA的順序給三相繞組輪流通電。每拍有的順序給

9、三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時(shí)通電兩相繞組同時(shí)通電。360360ZKmZ齒距拍數(shù)拍數(shù) 實(shí)用步進(jìn)電機(jī)的步距角多為實(shí)用步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3 和和1.5 。為了獲得小步距角，。為了獲得小步距角，電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的。電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的。 由一個(gè)通電狀態(tài)改變到下一個(gè)通電狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)由一個(gè)通電狀態(tài)改變到下一個(gè)通電狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為的角度稱為步距角步距角。步距角計(jì)算公式：。步距角計(jì)算公式：Z轉(zhuǎn)子齒數(shù)轉(zhuǎn)子齒數(shù) K 通電系數(shù)，當(dāng)拍數(shù)等于相數(shù)時(shí)取通電系數(shù)，當(dāng)拍數(shù)等于相數(shù)時(shí)取1，否則取，否則取2m定子相定子相數(shù)數(shù)繞組按一定順序不斷地輪流通電時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就持續(xù)不斷地繞組按

10、一定順序不斷地輪流通電時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就持續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。如果電脈沖的頻率為旋轉(zhuǎn)。如果電脈沖的頻率為f(HZ)，步距角用弧度表示，則步進(jìn)，步距角用弧度表示，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為：fKmZfKmZfn6060226025、 步距角細(xì)分步距角細(xì)分 繞組電流不是方波，而是階梯波，電流分成多少個(gè)臺(tái)階，一個(gè)繞組電流不是方波，而是階梯波，電流分成多少個(gè)臺(tái)階，一個(gè)步距角細(xì)分成若干個(gè)步，得到步距角細(xì)分成若干個(gè)步，得到“微步距微步距”。 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)A相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子停在位置相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子停在位置A，當(dāng)由，當(dāng)由A相通電轉(zhuǎn)為相通電轉(zhuǎn)為AB兩相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)兩相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)30度，停在度

11、，停在A與與B之間的位置之間的位置I。 若由若由A相通電轉(zhuǎn)為相通電轉(zhuǎn)為AB兩相通電，兩相通電，B相繞組中的電流不是由零一次上相繞組中的電流不是由零一次上升到額定值，而是升到額定值，而是先達(dá)到額定值的先達(dá)到額定值的1/2。由于轉(zhuǎn)矩。由于轉(zhuǎn)矩T與流過(guò)繞組的與流過(guò)繞組的電流成線性關(guān)系，轉(zhuǎn)子將不是順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)電流成線性關(guān)系，轉(zhuǎn)子將不是順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30度，而是轉(zhuǎn)過(guò)度，而是轉(zhuǎn)過(guò)15度停度停在位置在位置II。當(dāng)由當(dāng)由AB兩相通電變?yōu)橹挥袃上嗤娮優(yōu)橹挥蠦相通電時(shí)，相通電時(shí)，A相電流也不是相電流也不是突然一次下降為零，而是先降到額定值的突然一次下降為零，而是先降到額定值的1/2，轉(zhuǎn)子將不是停在位，轉(zhuǎn)子將不是停在位

12、置置B而是停在位置而是停在位置III，將精度提高了一倍。分級(jí)越多，精度越高。，將精度提高了一倍。分級(jí)越多，精度越高。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2齒齒1）矩角特性）矩角特性初始平衡位置：初始平衡位置：某相繞組通電后，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子齒與某相繞組通電后，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子齒與定子齒對(duì)齊的位置。定子齒對(duì)齊的位置。 轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角：轉(zhuǎn)子齒偏離初始平衡位置的角度。轉(zhuǎn)子齒偏離初始平衡位置的角度。定子每相繞組通電循環(huán)一周轉(zhuǎn)過(guò)定子每相繞組通電循環(huán)一周轉(zhuǎn)過(guò)360度電角度，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角。度電角度，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)角度轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)角度，定子將轉(zhuǎn)過(guò)電角度，定子將轉(zhuǎn)過(guò)電角度Z ,Z , Z為齒數(shù)，電角

13、度為齒數(shù)，電角度e e= Z= Z。 矩角特性曲線矩角特性曲線T=f(e e)可近似地用一條正弦曲線表示，可近似地用一條正弦曲線表示， e e= = /2/2 在定子齒與轉(zhuǎn)子齒順時(shí)針或反時(shí)針錯(cuò)開(kāi)在定子齒與轉(zhuǎn)子齒順時(shí)針或反時(shí)針錯(cuò)開(kāi)1/4個(gè)齒距時(shí)，轉(zhuǎn)矩個(gè)齒距時(shí)，轉(zhuǎn)矩T沿對(duì)應(yīng)方向沿對(duì)應(yīng)方向達(dá)到最大值，稱為達(dá)到最大值，稱為最大靜轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須小于最大靜轉(zhuǎn)矩，否則，負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須小于最大靜轉(zhuǎn)矩，否則，根本帶不動(dòng)負(fù)載。根本帶不動(dòng)負(fù)載。 為了能穩(wěn)定運(yùn)行，負(fù)載轉(zhuǎn)矩一般只能是最大靜轉(zhuǎn)矩的為了能穩(wěn)定運(yùn)行，負(fù)載轉(zhuǎn)矩一般只能是最大靜轉(zhuǎn)矩的30%50%左右。這一特性反映了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)左右。這一特性反映了步進(jìn)電

14、動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的能力帶負(fù)載的能力。6 6、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要特性要特性CABBCA34123)運(yùn)行頻率特性運(yùn)行頻率特性 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，脈沖頻率連續(xù)上升時(shí)，能不失步運(yùn)行的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，脈沖頻率連續(xù)上升時(shí)，能不失步運(yùn)行的最高脈沖重復(fù)頻率稱為連續(xù)運(yùn)行頻率。最高脈沖重復(fù)頻率稱為連續(xù)運(yùn)行頻率。 在實(shí)際應(yīng)用中，啟動(dòng)頻率比運(yùn)行頻率低得多。所以步進(jìn)電動(dòng)在實(shí)際應(yīng)用中，啟動(dòng)頻率比運(yùn)行頻率低得多。所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在低頻下啟動(dòng)，然后逐漸升至運(yùn)行頻率。停轉(zhuǎn)時(shí)，先將脈沖信機(jī)在低頻下啟動(dòng)，然后逐漸升至運(yùn)行頻率。停轉(zhuǎn)時(shí)，先將脈沖信號(hào)的頻率降到啟動(dòng)頻率以下，再停止輸入脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不失號(hào)的頻率降到啟動(dòng)頻率以下

15、，再停止輸入脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不失步的淮確停止。步的淮確停止。2）啟動(dòng)慣頻特性）啟動(dòng)慣頻特性 空載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，保證空載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，保證不失步地進(jìn)入正常不失步地進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)所允許的最高脈沖頻率稱為啟動(dòng)頻率。啟動(dòng)頻率與機(jī)械所允許的最高脈沖頻率稱為啟動(dòng)頻率。啟動(dòng)頻率與機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)。系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，在相同電磁力矩作轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，在相同電磁力矩作用下加速度越大，極限啟動(dòng)頻率越高。用下加速度越大，極限啟動(dòng)頻率越高。4）矩頻特性）矩頻特性 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一定負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一定且穩(wěn)且穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的最大輸出轉(zhuǎn)矩與

16、脈沖重復(fù)頻率態(tài)運(yùn)行時(shí)的最大輸出轉(zhuǎn)矩與脈沖重復(fù)頻率的關(guān)系。最大輸出轉(zhuǎn)矩隨脈沖重復(fù)頻率的的關(guān)系。最大輸出轉(zhuǎn)矩隨脈沖重復(fù)頻率的升高而下降升高而下降。 頻率升高，電流波形的前后沿占通電時(shí)間的頻率升高，電流波形的前后沿占通電時(shí)間的比例越來(lái)越大。頻率越高，平均電流越小，比例越來(lái)越大。頻率越高，平均電流越小，輸出轉(zhuǎn)矩也越小。頻率高到一定程度的時(shí)候，輸出轉(zhuǎn)矩也越小。頻率高到一定程度的時(shí)候，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不足以克服自身摩擦步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不足以克服自身摩擦轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩，其轉(zhuǎn)子就會(huì)在原位置振蕩轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩，其轉(zhuǎn)子就會(huì)在原位置振蕩而不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即而不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步。繞

17、組低電感、電源高電壓將獲得下降緩慢的繞組低電感、電源高電壓將獲得下降緩慢的矩頻特性。矩頻特性。5）精度：）精度： 即步距誤差最大值，步距累積誤差最大值。即步距誤差最大值，步距累積誤差最大值。 最大步距誤差最大步距誤差是指電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)是指電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)相鄰兩步之間相鄰兩步之間實(shí)際最實(shí)際最大步距和理想步距的差值。大步距和理想步距的差值。 連續(xù)走若干步后步距誤差會(huì)形成累積值，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一連續(xù)走若干步后步距誤差會(huì)形成累積值，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一周后，會(huì)回到上一周的穩(wěn)定位置，所以步距的誤差不會(huì)無(wú)限周后，會(huì)回到上一周的穩(wěn)定位置，所以步距的誤差不會(huì)無(wú)限累積，只會(huì)在旋轉(zhuǎn)一周的范圍內(nèi)存在一個(gè)最大累積誤差。累積，只會(huì)在

18、旋轉(zhuǎn)一周的范圍內(nèi)存在一個(gè)最大累積誤差。 最大累積誤差最大累積誤差是指在一周范圍內(nèi)從任意位置開(kāi)始經(jīng)過(guò)任是指在一周范圍內(nèi)從任意位置開(kāi)始經(jīng)過(guò)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。 直流伺服電動(dòng)機(jī)，通常用于功率稍大的系統(tǒng)中，直流伺服電動(dòng)機(jī)，通常用于功率稍大的系統(tǒng)中，其輸出功率一般為其輸出功率一般為1W600W。直流伺服電動(dòng)機(jī)的電路原理圖直流伺服電動(dòng)機(jī)的電路原理圖供電方式：供電方式：他勵(lì)供電。勵(lì)磁繞組和電樞分別由兩他勵(lì)供電。勵(lì)磁繞組和電樞分別由兩個(gè)獨(dú)立的電源供電。個(gè)獨(dú)立的電源供電。Uf為勵(lì)磁電壓，為勵(lì)磁電壓，Uc為電樞電壓為電樞電壓MUfIfIcUcU+直流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖直流

19、伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖 直流伺服電機(jī)的機(jī)械直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性與他勵(lì)直流電機(jī)相同特性與他勵(lì)直流電機(jī)相同一樣，也可用下式表示一樣，也可用下式表示TKKRKUnteec2a 改改變控制電壓變控制電壓Uc 或改變磁或改變磁通通都可以控制直流伺服電動(dòng)機(jī)都可以控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，即：轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，即：電樞電樞控制；控制；磁場(chǎng)磁場(chǎng)控制?？刂啤Ｖ绷魉欧妱?dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線 n=f(T)曲線曲線(Uf=常數(shù)常數(shù))Uc0.8Uc0.6Uc0.4UcnTO電樞控制電樞控制具有響應(yīng)迅速、機(jī)械特性硬、調(diào)速特性線性具有響應(yīng)迅速、機(jī)械特性硬、調(diào)速特性線性度好的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中大都采

20、用電樞控制方式。度好的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中大都采用電樞控制方式。永磁式伺服電動(dòng)機(jī)，只能采取電樞控制。永磁式伺服電動(dòng)機(jī)，只能采取電樞控制。 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)缺點(diǎn)缺點(diǎn)是有是有換向器換向器，因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)生無(wú)線電干擾。產(chǎn)生無(wú)線電干擾。TKKRKUnteec2a8、 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁轉(zhuǎn)子，定子上面放置了三相繞組。交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁轉(zhuǎn)子，定子上面放置了三相繞組。由電子換向器輪流供電，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由電子換向器輪流供電，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。交流伺服電動(dòng)機(jī)按氣隙磁場(chǎng)分為兩種：交流伺服電動(dòng)機(jī)按氣隙磁場(chǎng)分為兩種：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)：氣隙磁場(chǎng)按方

21、波分布。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)：氣隙磁場(chǎng)按方波分布。永磁同步電動(dòng)機(jī)：氣隙磁場(chǎng)按正弦波分布。永磁同步電動(dòng)機(jī)：氣隙磁場(chǎng)按正弦波分布。一、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)一、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子為永磁轉(zhuǎn)子，電樞繞組放置在定子上，為多相繞組，接成轉(zhuǎn)子為永磁轉(zhuǎn)子，電樞繞組放置在定子上，為多相繞組，接成星形。各相繞組與電子換向器電路中的晶體管開(kāi)關(guān)連接。換向器是星形。各相繞組與電子換向器電路中的晶體管開(kāi)關(guān)連接。換向器是幾個(gè)接觸片圍成圓型，換向器同時(shí)只接通兩相繞組的觸頭。幾個(gè)接觸片圍成圓型，換向器同時(shí)只接通兩相繞組的觸頭。 轉(zhuǎn)子軸上裝有位置檢測(cè)裝置，位置檢測(cè)裝置的輸出信號(hào)，控制轉(zhuǎn)子軸上裝有位置檢測(cè)裝置，位置檢測(cè)裝置的輸出信

22、號(hào)，控制電子換向器中的晶體管的導(dǎo)通與截止。電子換向器中的晶體管的導(dǎo)通與截止。 位置檢測(cè)裝置輸出信號(hào)的波形為三路方波。位置檢測(cè)裝置輸出信號(hào)的波形為三路方波。1122120arrrarraC晶體管按6、11、22、33、44、55、66、1順序?qū)?，晶體管6、1導(dǎo)通時(shí)，電流轉(zhuǎn)換為：電源正極晶體管1A相繞組B相繞組晶體管6電源負(fù)極，形成回路，定子磁勢(shì)F 垂直 相繞組軸線。轉(zhuǎn)子磁極的磁勢(shì)為F，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)方向的夾角為，轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到F 時(shí)，F(xiàn) 與F的夾角為90，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩最大，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到F 位置時(shí)，F(xiàn) 與Farara的夾角為60，控制電路使晶體管2導(dǎo)通，晶體管6截止

23、，電樞電流轉(zhuǎn)換為電源正極晶體管1A相繞組B相繞組晶體管6電源負(fù)極，形成回路，此時(shí)F 轉(zhuǎn)過(guò)60，F(xiàn)的與F的夾角又變成了120 .如此重復(fù)。F與F的夾角始終在60 到120 范圍內(nèi)變化，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。二、無(wú)刷直流電動(dòng)二、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理機(jī)的工作原理三、光電式位置檢測(cè)裝置三、光電式位置檢測(cè)裝置 帶有小孔的光屏蔽罩和轉(zhuǎn)軸連接在一起，并隨轉(zhuǎn)子繞固定光源旋轉(zhuǎn)，光電池受到光束的照射，發(fā)出信號(hào)，從而檢測(cè)出定子繞組需要進(jìn)行換流的確切位置，使電子換向器中相應(yīng)的晶體管導(dǎo)通，控制定子繞組依次換流。 上例中，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)60度，就有一只晶體管換流。光屏蔽罩n 力矩電動(dòng)機(jī)就是一種能和負(fù)載直接連接產(chǎn)生較大力矩電動(dòng)

24、機(jī)就是一種能和負(fù)載直接連接產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，能帶動(dòng)負(fù)載在轉(zhuǎn)矩，能帶動(dòng)負(fù)載在堵轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn)或或大大低于空載轉(zhuǎn)速大大低于空載轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)下運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。省去了減速器。的電動(dòng)機(jī)。省去了減速器。 異步型交流力矩電動(dòng)機(jī)的工作原理與交流伺服電動(dòng)機(jī)相異步型交流力矩電動(dòng)機(jī)的工作原理與交流伺服電動(dòng)機(jī)相同，但為了產(chǎn)生低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)做成同，但為了產(chǎn)生低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)做成徑向尺寸大，軸徑向尺寸大，軸向尺寸小向尺寸小的多磁極扁平形。的多磁極扁平形。 直流力矩電動(dòng)機(jī)具有良好的直流力矩電動(dòng)機(jī)具有良好的低速平穩(wěn)性低速平穩(wěn)性和和線性線性的機(jī)械特的機(jī)械特性及調(diào)節(jié)特性，在生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛。性及調(diào)節(jié)特性，在生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛。n直流力矩

25、電動(dòng)機(jī)的工作原理與直直流力矩電動(dòng)機(jī)的工作原理與直流伺服電動(dòng)機(jī)相。流伺服電動(dòng)機(jī)相。 n直流伺服電動(dòng)機(jī)為了減小直流伺服電動(dòng)機(jī)為了減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量，大部分做成細(xì)長(zhǎng)圓柱形，大部分做成細(xì)長(zhǎng)圓柱形，而而直流力矩電動(dòng)機(jī)為了能在相同體直流力矩電動(dòng)機(jī)為了能在相同體積和電樞電壓的前提下，產(chǎn)生積和電樞電壓的前提下，產(chǎn)生比比較大的轉(zhuǎn)矩較大的轉(zhuǎn)矩及較低的轉(zhuǎn)速，一般及較低的轉(zhuǎn)速，一般都做成都做成扁平狀扁平狀。1、直流力矩電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、直流力矩電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)n1、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)矩大2、直流力矩電動(dòng)特機(jī)性、直流力矩電動(dòng)特機(jī)性DlNBIDlNBIDNFT222aa 從直流電動(dòng)機(jī)基本工作原理可知，直流電動(dòng)機(jī)從直流電動(dòng)機(jī)基本工作原理可知

26、，直流電動(dòng)機(jī)每個(gè)磁極下每個(gè)磁極下磁感應(yīng)強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度平均值度平均值B、電樞繞組導(dǎo)體、電樞繞組導(dǎo)體上的上的電流電流Ia和導(dǎo)體的有效和導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度長(zhǎng)度l，得到每根導(dǎo)體所，得到每根導(dǎo)體所受的電磁力受的電磁力F=BIal，可得電磁轉(zhuǎn)矩為，可得電磁轉(zhuǎn)矩為 在相同的在相同的電樞體積電樞體積D2l、電流電流Ia、相同、相同用銅量，繞組用銅量，繞組導(dǎo)線粗細(xì)不變導(dǎo)線粗細(xì)不變的條件下，電樞鐵芯直徑的條件下，電樞鐵芯直徑D增大，電樞鐵芯增大，電樞鐵芯厚度厚度l減小，電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)減小，電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)N隨隨l減小而增加，使減小而增加，使Nl不變。不變。 扁平形狀的直流力矩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩扁平形狀的直流力矩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩

27、T與直徑與直徑D近似成近似成正比正比例關(guān)系。例關(guān)系。n2、轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)速低 在理想空載條件下，外加電壓與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中在理想空載條件下，外加電壓與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)平衡：運(yùn)動(dòng)切割磁力線所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)平衡： 00aa0a0606060120DnvvDnUENBlvNBlNBlDnUnNBlD導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的線速度， 仍在相同的仍在相同的電樞體積電樞體積和相同和相同用銅量用銅量的條件下，的條件下，Nl不變，扁平形狀的直流力矩電動(dòng)機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速不變，扁平形狀的直流力矩電動(dòng)機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速n0與直徑與直徑D近似成近似成反比反比例關(guān)系。例關(guān)系。調(diào)速范圍可達(dá)調(diào)速范圍可達(dá)0.00017r/mi

28、n25r/minn 在在電樞體積電樞體積、電流電流以及以及用銅量用銅量相同的情況下，相同的情況下，增大電動(dòng)機(jī)直徑，減小軸向長(zhǎng)度，有利于增加電動(dòng)增大電動(dòng)機(jī)直徑，減小軸向長(zhǎng)度，有利于增加電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和降低空載轉(zhuǎn)速，所以力矩電動(dòng)機(jī)都做成機(jī)的轉(zhuǎn)矩和降低空載轉(zhuǎn)速，所以力矩電動(dòng)機(jī)都做成扁平圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)。扁平圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)。結(jié)論結(jié)論三、應(yīng)用三、應(yīng)用 由于在設(shè)計(jì)、制造上保證了電動(dòng)機(jī)能在由于在設(shè)計(jì)、制造上保證了電動(dòng)機(jī)能在低速或低速或堵轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn)下運(yùn)行，在堵轉(zhuǎn)情況下能產(chǎn)生下運(yùn)行，在堵轉(zhuǎn)情況下能產(chǎn)生足夠大的力矩足夠大的力矩而不而不損壞電動(dòng)機(jī)，加上它有精度高、反應(yīng)速度快、線性度損壞電動(dòng)機(jī)，加上它有精度高、反應(yīng)速度快、線性度好等

29、優(yōu)點(diǎn)，因此，它常用在好等優(yōu)點(diǎn)，因此，它常用在低速、需要轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)低速、需要轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和需和需要一定張力的要一定張力的隨動(dòng)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。中作為執(zhí)行元件。n 直線電動(dòng)機(jī)是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換為直線直線電動(dòng)機(jī)是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)元件。運(yùn)動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)元件。在交通運(yùn)輸、機(jī)械工業(yè)和儀在交通運(yùn)輸、機(jī)械工業(yè)和儀器工業(yè)中，直線電動(dòng)機(jī)已得到推廣和應(yīng)用。它為實(shí)器工業(yè)中，直線電動(dòng)機(jī)已得到推廣和應(yīng)用。它為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)高精度、快響應(yīng)和高穩(wěn)定高精度、快響應(yīng)和高穩(wěn)定的機(jī)電傳動(dòng)和控制開(kāi)辟的機(jī)電傳動(dòng)和控制開(kāi)辟了新的領(lǐng)域。了新的領(lǐng)域。n 直線電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在原理上基本相同，直線電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在原理

30、上基本相同，原則上，對(duì)于每一種旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)都有其相應(yīng)的直線原則上，對(duì)于每一種旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)都有其相應(yīng)的直線電動(dòng)機(jī)，按工作原理來(lái)可分為電動(dòng)機(jī)，按工作原理來(lái)可分為直線直流電動(dòng)機(jī)、直直線直流電動(dòng)機(jī)、直線異步電動(dòng)機(jī)線異步電動(dòng)機(jī) 、直線同步電動(dòng)機(jī)、直線同步電動(dòng)機(jī)n n 直線異步電動(dòng)機(jī)與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)工作原理完直線異步電動(dòng)機(jī)與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)工作原理完全相同，兩者只是在結(jié)構(gòu)上有所差別。直線異步電動(dòng)全相同，兩者只是在結(jié)構(gòu)上有所差別。直線異步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于把旋轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)沿徑向剖開(kāi)，并將定、轉(zhuǎn)機(jī)相當(dāng)于把旋轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)沿徑向剖開(kāi)，并將定、轉(zhuǎn)子圓周展開(kāi)成平面。子圓周展開(kāi)成平面。一、直線異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)一、直線異步電動(dòng)機(jī)

31、的結(jié)構(gòu)n 直線異步電動(dòng)機(jī)的直線異步電動(dòng)機(jī)的定子又叫初級(jí)定子又叫初級(jí)，而它的轉(zhuǎn)子，而它的轉(zhuǎn)子叫次級(jí)。在實(shí)際應(yīng)用中初級(jí)和次級(jí)不能做成完全相叫次級(jí)。在實(shí)際應(yīng)用中初級(jí)和次級(jí)不能做成完全相等長(zhǎng)度，而應(yīng)該做成等長(zhǎng)度，而應(yīng)該做成初、次級(jí)長(zhǎng)短不等初、次級(jí)長(zhǎng)短不等的結(jié)構(gòu)，如：的結(jié)構(gòu)，如：平板型直線電動(dòng)機(jī)平板型直線電動(dòng)機(jī)由于短初級(jí)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般常采用短初級(jí)。由于短初級(jí)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般常采用短初級(jí)。二、直線異步電動(dòng)機(jī)的工作原理二、直線異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 直線電動(dòng)機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來(lái)的，當(dāng)初級(jí)的多相繞組通入多相電直線電動(dòng)機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來(lái)的，當(dāng)初級(jí)的多相繞組通入多相電流后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度流后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B按通電的相序順序作直按通電的相序順序作直線移動(dòng)，該磁場(chǎng)稱為線移動(dòng)，該磁場(chǎng)稱為行波磁場(chǎng)行波磁場(chǎng)。 行波的移動(dòng)速度與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定子內(nèi)圓表面的行波的移動(dòng)速度與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定子內(nèi)圓表面的線速度線速度一樣，這個(gè)速度稱之一樣，這個(gè)速度稱之為為同步線速同步線速，在行波磁場(chǎng)切割下，次級(jí)導(dǎo)條將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流，所有導(dǎo)條，在行波磁場(chǎng)切割下，次級(jí)導(dǎo)條將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流，所有導(dǎo)條的電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生的電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生切向電磁力切向電磁力F。初級(jí)不動(dòng)，次級(jí)就順著行波磁。初級(jí)不動(dòng)，次級(jí)就順著行