第五章 控制電動機(jī)_第1頁
第五章 控制電動機(jī)_第2頁
第五章 控制電動機(jī)_第3頁
第五章 控制電動機(jī)_第4頁
第五章 控制電動機(jī)_第5頁
已閱讀5頁,還剩31頁未讀 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

第五章控制電動機(jī)

5.1步進(jìn)電動機(jī)5.2直流伺服電動機(jī)

5.3交流伺服電動機(jī)

5.4力矩電動機(jī)

5.5直線電動機(jī)1、步進(jìn)電動機(jī)定義:將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)角位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件。輸入一個電脈沖信號,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個固定的角度,脈沖一個接一個輸入,轉(zhuǎn)子就一步一步轉(zhuǎn)動。角位移量:與輸入電脈沖的個數(shù)成正比。旋轉(zhuǎn)速度:與輸入電脈沖的頻率成正比。旋轉(zhuǎn)方向:由定子繞組的通電方式?jīng)Q定。2、步進(jìn)電動機(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繞組組成,定子繞組的個數(shù)稱為相數(shù)。轉(zhuǎn)子:由硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸級結(jié)構(gòu),凸級個數(shù)稱為齒數(shù)。反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī):轉(zhuǎn)子沒有勵磁繞組。永磁式步進(jìn)電動機(jī):用永久磁鐵做轉(zhuǎn)子。3、步進(jìn)電動機(jī)的工作原理

給某相繞組通電前,轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子齒偏離定子齒一個角度的位置。

繞組通電后,由于勵磁磁通總是沿磁阻最小路徑通過,因此對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁吸力,迫使轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)動,當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到與定子齒對齊位置時,因轉(zhuǎn)子只受徑向力而無切向力,故轉(zhuǎn)矩為零,轉(zhuǎn)子被鎖定在這個位置上。

錯齒是促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。A相通電,B、C相不通電,轉(zhuǎn)子齒1、3的軸線向定子A極軸線對齊,轉(zhuǎn)子只受徑向力,無切向力,轉(zhuǎn)矩為0,被鎖定在這個位置。B相通電時,定子B極軸線使最靠近的轉(zhuǎn)子齒2、4的軸線向其對齊,轉(zhuǎn)子在空間順時針旋轉(zhuǎn)了30度。C相通電時,定子C極軸線使最靠近的轉(zhuǎn)子齒1、3的軸線向其對齊,轉(zhuǎn)子在空間順時針旋轉(zhuǎn)了30度。通電順序為A—B--C--A,轉(zhuǎn)子齒與齒的角度稱齒距角,4個齒,一個齒距角為90度轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角,一個步距角為30度結(jié)論:通電順序改為A-C-B-A,時,轉(zhuǎn)子按逆時針方向一步一步轉(zhuǎn)動。

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(三相單三拍):指對每相繞組單獨(dú)輪流通電。正轉(zhuǎn):A-B-C-A反轉(zhuǎn):A-C-B-A

b.單雙相輪流通電方式(三相單雙六拍):正轉(zhuǎn):A-AB-B-BC-C-CA-A反轉(zhuǎn):A-CA-C-BC-B-AB-Ac.雙相輪流通電方式(三相雙三拍):正轉(zhuǎn):AB-BC-CA-AB反轉(zhuǎn):AC-CA-BC-AC單:每次只有一相繞組通電。雙:每次有兩相繞組通電。一拍:繞組每改變一次通電狀態(tài)。相:定子繞組的個數(shù)。4.步進(jìn)電動機(jī)的通電方式CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412A相通電,轉(zhuǎn)子1、3齒與A、A'對齊。

A、B相同時通電,A、A'磁極拉住1、3齒,B、B'磁極拉住2、4齒,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15,到達(dá)左圖所示位置。按三相單雙六拍AABBBCC

CA的順序給三相繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控制特性。CA'BB'C'A3412

B相通電,轉(zhuǎn)子2、4齒與B、B′對齊,又轉(zhuǎn)過15。3412CA'BB'C'AB、C相同時通電,C'、C

磁極拉住1、3齒,B、B'磁極拉住2、4齒,轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過15。AABBBCC

CA,每個循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15(步距角),一個通電循環(huán)周期(6拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90(齒距角)。AB通電CA'BB'C'A3412BC通電3412CA'BB'C'ACA通電CA'BB'C'A3412與單三拍方式相似,雙三拍驅(qū)動時每個通電循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30(步距角),一個通電循環(huán)周期(3拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90(齒距角)。稱三相雙三拍方式若按ABBCCA的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時通電。實用步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3和1.5

。為了獲得小步距角,電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的。由一個通電狀態(tài)改變到下一個通電狀態(tài)時,轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。步距角計算公式:Z—轉(zhuǎn)子齒數(shù)K

—通電系數(shù),當(dāng)拍數(shù)等于相數(shù)時取1,否則取2m—定子相數(shù)繞組按一定順序不斷地輪流通電時,步進(jìn)電動機(jī)就持續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。如果電脈沖的頻率為f(HZ),步距角用弧度表示,則步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為:5、步距角細(xì)分繞組電流不是方波,而是階梯波,電流分成多少個臺階,一個步距角細(xì)分成若干個步,得到“微步距”。

當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)A相通電時,轉(zhuǎn)子停在位置A,當(dāng)由A相通電轉(zhuǎn)為AB兩相通電時,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30度,停在A與B之間的位置I。若由A相通電轉(zhuǎn)為AB兩相通電,B相繞組中的電流不是由零一次上升到額定值,而是先達(dá)到額定值的1/2。由于轉(zhuǎn)矩T與流過繞組的電流成線性關(guān)系,轉(zhuǎn)子將不是順時針轉(zhuǎn)過30度,而是轉(zhuǎn)過15度停在位置II。當(dāng)由AB兩相通電變?yōu)橹挥蠦相通電時,A相電流也不是突然一次下降為零,而是先降到額定值的1/2,轉(zhuǎn)子將不是停在位置B而是停在位置III,將精度提高了一倍。分級越多,精度越高。

轉(zhuǎn)子2齒1)矩角特性初始平衡位置:某相繞組通電后,轉(zhuǎn)子上沒有負(fù)載轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子齒與定子齒對齊的位置。轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角θ: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360度電角度,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距角。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角度θ,定子將轉(zhuǎn)過電角度Zθ,Z為齒數(shù),電角度θe=Zθ。矩角特性曲線T=f(θe)可近似地用一條正弦曲線表示,θe=±π

/2

在定子齒與轉(zhuǎn)子齒順時針或反時針錯開1/4個齒距時,轉(zhuǎn)矩T沿對應(yīng)方向達(dá)到最大值,稱為最大靜轉(zhuǎn)矩,負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須小于最大靜轉(zhuǎn)矩,否則,根本帶不動負(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30%~50%左右。這一特性反映了步進(jìn)電動機(jī)帶負(fù)載的能力。6、步進(jìn)電動機(jī)的主要特性CA'BB'C'A34123).運(yùn)行頻率特性

步進(jìn)電動機(jī)啟動后,脈沖頻率連續(xù)上升時,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。在實際應(yīng)用中,啟動頻率比運(yùn)行頻率低得多。所以步進(jìn)電動機(jī)在低頻下啟動,然后逐漸升至運(yùn)行頻率。停轉(zhuǎn)時,先將脈沖信號的頻率降到啟動頻率以下,再停止輸入脈沖,步進(jìn)電動機(jī)不失步的淮確停止。2)啟動慣頻特性空載時步進(jìn)電動機(jī)由靜止突然啟動,保證不失步地進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)所允許的最高脈沖頻率稱為啟動頻率。啟動頻率與機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量越小,在相同電磁力矩作用下加速度越大,極限啟動頻率越高。4)矩頻特性

步進(jìn)電動機(jī)在負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量一定且穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的最大輸出轉(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)頻率的升高而下降。

頻率升高,電流波形的前后沿占通電時間的比例越來越大。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候,步進(jìn)電動機(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)子就會在原位置振蕩而不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,即步進(jìn)電動機(jī)的失步。繞組低電感、電源高電壓將獲得下降緩慢的矩頻特性。5)精度:

即步距誤差最大值,步距累積誤差最大值。最大步距誤差是指電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)相鄰兩步之間實際最大步距和理想步距的差值。連續(xù)走若干步后步距誤差會形成累積值,但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一周后,會回到上一周的穩(wěn)定位置,所以步距的誤差不會無限累積,只會在旋轉(zhuǎn)一周的范圍內(nèi)存在一個最大累積誤差。最大累積誤差是指在一周范圍內(nèi)從任意位置開始經(jīng)過任意步之后,角位移誤差的最大值。直流伺服電動機(jī),通常用于功率稍大的系統(tǒng)中,其輸出功率一般為1W~600W。7、直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理與直流他勵電動機(jī)基本相同。只是為減小轉(zhuǎn)動慣量,電機(jī)做得細(xì)長一些,以實現(xiàn)快速響應(yīng)。直流伺服電動機(jī)的電路原理圖供電方式:他勵供電。勵磁繞組和電樞分別由兩個獨(dú)立的電源供電。Uf為勵磁電壓,Uc為電樞電壓MUfIfIcUc放大器U++––直流伺服電動機(jī)的接線圖直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性與他勵直流電機(jī)相同一樣,也可用下式表示改變控制電壓Uc或改變磁通Φ都可以控制直流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向,即:電樞控制;磁場控制。由機(jī)械特性可知:(1)一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下,當(dāng)磁通Φ不變時,Ucn。(2)Uc=0時,電機(jī)立即停轉(zhuǎn)。電動機(jī)反轉(zhuǎn):改變電樞電壓的極性,電動機(jī)反轉(zhuǎn)。直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性曲線n=f(T)曲線(Uf=常數(shù))Uc0.8Uc0.6Uc0.4UcnTO電樞控制具有響應(yīng)迅速、機(jī)械特性硬、調(diào)速特性線性度好的優(yōu)點(diǎn),在實際生產(chǎn)中大都采用電樞控制方式。永磁式伺服電動機(jī),只能采取電樞控制。直流伺服電動機(jī)缺點(diǎn)是有換向器,因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜,產(chǎn)生無線電干擾。8、交流伺服電動機(jī)交流伺服電動機(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。交流伺服電動機(jī)按氣隙磁場分為兩種:無刷直流電動機(jī):氣隙磁場按方波分布。永磁同步電動機(jī):氣隙磁場按正弦波分布。一、無刷直流電動機(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,接成星形。各相繞組與電子換向器電路中的晶體管開關(guān)連接。換向器是幾個接觸片圍成圓型,換向器同時只接通兩相繞組的觸頭。轉(zhuǎn)子軸上裝有位置檢測裝置,位置檢測裝置的輸出信號,控制電子換向器中的晶體管的導(dǎo)通與截止。位置檢測裝置輸出信號的波形為三路方波。二、無刷直流電動機(jī)的工作原理三、光電式位置檢測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,從而檢測出定子繞組需要進(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。光屏蔽罩力矩電動機(jī)就是一種能和負(fù)載直接連接產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩,能帶動負(fù)載在堵轉(zhuǎn)或大大低于空載轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)。省去了減速器。異步型交流力矩電動機(jī)的工作原理與交流伺服電動機(jī)相同,但為了產(chǎn)生低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩,電動機(jī)做成徑向尺寸大,軸向尺寸小的多磁極扁平形。直流力矩電動機(jī)具有良好的低速平穩(wěn)性和線性的機(jī)械特性及調(diào)節(jié)特性,在生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛。9、力矩電動機(jī)直流力矩電動機(jī)的工作原理與直流伺服電動機(jī)相。直流伺服電動機(jī)為了減小轉(zhuǎn)動慣量,大部分做成細(xì)長圓柱形,而直流力矩電動機(jī)為了能在相同體積和電樞電壓的前提下,產(chǎn)生比較大的轉(zhuǎn)矩及較低的轉(zhuǎn)速,一般都做成扁平狀。1、直流力矩電動機(jī)結(jié)構(gòu)1、轉(zhuǎn)矩大2、直流力矩電動特機(jī)性從直流電動機(jī)基本工作原理可知,直流電動機(jī)每個磁極下磁感應(yīng)強(qiáng)度平均值B、電樞繞組導(dǎo)體上的電流Ia和導(dǎo)體的有效長度l,得到每根導(dǎo)體所受的電磁力F=BIal,可得電磁轉(zhuǎn)矩為在相同的電樞體積πD2l、電流Ia、相同用銅量,繞組導(dǎo)線粗細(xì)不變的條件下,電樞鐵芯直徑D增大,電樞鐵芯厚度l減小,電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)N隨l減小而增加,使Nl不變。扁平形狀的直流力矩電動機(jī)轉(zhuǎn)矩T與直徑D近似成正比例關(guān)系。2、轉(zhuǎn)速低在理想空載條件下,外加電壓與導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動切割磁力線所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢平衡:

仍在相同的電樞體積和相同用銅量的條件下,Nl不變,扁平形狀的直流力矩電動機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速n0與直徑D近似成反比例關(guān)系。調(diào)速范圍可達(dá)0.00017r/min~25r/min在電樞體積、電流以及用銅量相同的情況下,增大電動機(jī)直徑,減小軸向長度,有利于增加電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和降低空載轉(zhuǎn)速,所以力矩電動機(jī)都做成扁平圓盤狀結(jié)構(gòu)。結(jié)論三、應(yīng)用由于在設(shè)計、制造上保證了電動機(jī)能在低速或堵轉(zhuǎn)下運(yùn)行,在堵轉(zhuǎn)情況下能產(chǎn)生足夠大的力矩而不損壞電動機(jī),加上它有精度高、反應(yīng)速度快、線性度好等優(yōu)點(diǎn),因此,它常用在低速、需要轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和需要一定張力的隨動系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。

直線電動機(jī)是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的伺服驅(qū)動元件。在交通運(yùn)輸、機(jī)械工業(yè)和儀器工業(yè)中,直線電動機(jī)已得到推廣和應(yīng)用。它為實現(xiàn)高精度、快響應(yīng)和高穩(wěn)定的機(jī)電傳動和控制開辟了新的領(lǐng)域。直線電動機(jī)與旋轉(zhuǎn)電動機(jī)在原理上基本相同,原則上,對于每一種旋轉(zhuǎn)電動機(jī)都有其相應(yīng)的直線電動機(jī),按工作原理來可分為直線直流電動機(jī)、直線異步電動機(jī)、直線同步電動機(jī)

10、直線電動機(jī)直線異步電動機(jī)與鼠籠式異步電動機(jī)工作原理完全相同,兩者只是在結(jié)構(gòu)上有所差別。直線異步電動機(jī)相當(dāng)于把旋轉(zhuǎn)異步電動機(jī)沿徑向剖開,并將定、轉(zhuǎn)子圓周展開成平面。一、直線異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)直線異步電動機(jī)的定子又叫初級,而它的轉(zhuǎn)子叫次級。在實際應(yīng)用中初級和次級不能做成完全相等長度,而應(yīng)該做成初、次級長短不等的結(jié)構(gòu),如:平板型直線電動機(jī)由于短初級結(jié)構(gòu)比較簡單,一般常采用短初級。二、直線異步電動機(jī)的工作原理直線電動機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電動機(jī)演變而來的,當(dāng)初級的多相繞組通入多相電流后,會產(chǎn)生一個氣隙磁場,這個磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B按通電的相序順序作直線移動,該

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論