第六章控制電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路

第六章控制電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)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NS－U＋NS＋U－NSNS＋U－＋U－電刷換向片直流電流交流電流電磁轉(zhuǎn)矩(拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩)換向機(jī)械負(fù)載Φ旋轉(zhuǎn)克服反電動(dòng)勢(shì)做功電磁關(guān)系二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

直流電機(jī)的定子

(a)主磁極

(b)機(jī)座

直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子

(a)轉(zhuǎn)子主體

(b)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+Ua－Ia+Uf－他勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)M+U－IIfIaM+U－IIaMIaIf+U－I四、直流電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程式M勵(lì)磁電壓Uf→If→Φ電樞電壓Ua→Ia↓→T→n→EE勵(lì)磁電路：Uf=Rf

If電樞電路：Ua

=E+Ra

Ia+Ua－IaIf+Uf－五、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及電動(dòng)勢(shì)T=CTΦIaCT轉(zhuǎn)矩常數(shù)：CT=2pN單位：Wb單位：A(N·m)CTCE=602=9.55CT

=

9.55CECT

=2pNCE

=4pN60

E=CEΦn

CE電動(dòng)勢(shì)常數(shù)：CE=4pN60單位：r/min(V)六、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向機(jī)械特性ECEΦn=Ua－Ra

IaCEΦ=UaCEΦ=－RaCECTΦ2TOnTn0調(diào)解特性O(shè)nUTb轉(zhuǎn)向取決于電磁轉(zhuǎn)矩T的方向，而T的方向取決于Φ和Ia的方向。M+Ua－IaIf+Uf－M+Ua－IaIf－Uf+M－Ua+IaIf+Uf－磁場(chǎng)反向電樞反向七、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)與普通小型直流電動(dòng)機(jī)相同；SM+Ua－IaE電磁式If+Uf－

SM+Ua－IaE永磁式二、工作原理施加

Ua主磁通：

ΦT→n→E電磁轉(zhuǎn)矩：T

=CTΦ

Ia

電動(dòng)勢(shì)：E

=CEΦ

n電樞電路電壓方程：Ua

=E+Ra

Ia三、控制方式及其特性①電樞控制式

Uf

=UfN，Ua

=Uc（控制電壓）n=UcCEΦN－RaCECTΦN2TOTn

Uc3

Uc2Uc1Uc3＞Uc2＞Uc1機(jī)械特性T1

T2

T3T3＞T2＞T1控制特性O(shè)Ucn②磁場(chǎng)控制式Ua

=UaN，Uf

=Uc（控制電壓）忽略磁路飽和、不計(jì)電樞反應(yīng)，則Φ=CφUf=CφUcn=UaNCECφUc

－RaCECTCφ2Uc2T

Uc3Uc2Uc1UC3＞Uc2＞Uc1機(jī)械特性

控制特性是非線性。直流伺服電動(dòng)機(jī)的功率

1~600W。OTn6.4交流伺服電動(dòng)機(jī)一、基本結(jié)構(gòu)空心杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖轉(zhuǎn)子內(nèi)定子外定子繞組轉(zhuǎn)軸二、工作原理當(dāng)兩相繞組分別加上相位相差90o的額定電壓時(shí)：

對(duì)稱兩相運(yùn)行→ic和if產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)→產(chǎn)生T→轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。如果uc反相，即改變ic和if

的相序→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)改變方向

→n的方向改變。同時(shí)減小uc和uf

而保持其

90o的相位差→圓形磁通勢(shì)的幅值→T→n

。SM~控制繞組勵(lì)磁繞組＋Uc－＋Uf－cfIcIf6.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一、功能、用途和分類

功能將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速信號(hào)。轉(zhuǎn)角θ∝脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)；轉(zhuǎn)速n∝脈沖信號(hào)的頻率。用途高精度的角度控制。分類按定子相數(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）和混合式。二、基本結(jié)構(gòu)1423(1)定子(2)轉(zhuǎn)子U1U2V1V2W2W1三相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的典型結(jié)構(gòu)

U2U1W2W1V1V2三、工作原理

一拍從一次通電到另一次通電。步距角每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。(1)m相單m拍運(yùn)行（三相單三拍運(yùn)行）

(2)m相雙m拍運(yùn)行（三相雙三拍運(yùn)行）

(3)m相單－雙2m拍運(yùn)行（三相單－雙六拍運(yùn)行）

1423142314231423U1U2V1V2W2W1(1)m相單m拍運(yùn)行（三相單三拍運(yùn)行）通電順序：U相→V相→W相→U相。

①U相通電1423U1U2V1V2W2W11423②V相通電U1U2V1V2W2W1③W相通電14231423一步兩步三步※

步距角：θ=30°(2)m相雙m拍運(yùn)行（三相雙三拍運(yùn)行）

通電順序：UV相→VW相→WU相。1423U1U2V1V2W2W1①UV相通電14231423U1U2V1V2W2W1②VW相通電14231423U1U2V1V2W2W1③WU相通電1423※

步距角：θ=30°14231423(3)m相單－雙2m拍運(yùn)行(三相單－雙六拍運(yùn)行）通電順序：U→UV→V→VW→W→WU→U。1423U1U2V1V2W2W111423U1U2V1V2W2W121423U1U2V1V2W2W131423U1U2V1V2W2W141423U1U2V1V2W2W151423U1U2V1V2W2W161423※步距角：

θ=15°

步距角

θ=360°zNz：轉(zhuǎn)子齒數(shù)N：拍數(shù)

轉(zhuǎn)速一個(gè)θ

→轉(zhuǎn)(1/

zN)圈，

脈沖頻率為f

→每秒轉(zhuǎn)(f

/

zN)圈。n=60fzN