第七講傳感器與計(jì)算機(jī)接口

第七講傳感器與計(jì)算機(jī)接口第1頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月控制器(IPC/PLC/MCU等)輸入接口輸出接口驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電機(jī)、電磁閥等)被控對(duì)象(各種機(jī)械參數(shù))傳感檢測(cè)裝置(各類傳感器等)反饋量被控量設(shè)定值＋—機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成第2頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第3頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述驅(qū)動(dòng)元件的作用驅(qū)動(dòng)元件的分類常見電機(jī)的分類步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第4頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月驅(qū)動(dòng)元件在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用在機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械裝置→控制對(duì)象計(jì)算機(jī)或其他智能單元→控制器受控物理量→機(jī)械位移、速度、加速度、力、力矩等參數(shù)控制器→控制命令(弱電)→變換和放大(驅(qū)動(dòng)元件)→改變機(jī)械參量→機(jī)械裝置(得到調(diào)整)(伺服)驅(qū)動(dòng)元件是介于控制器與機(jī)械裝置之間的一種能量與信息轉(zhuǎn)換裝置機(jī)電一體化中的驅(qū)動(dòng)元件一般都是伺服裝置，用于控制的驅(qū)動(dòng)元件，區(qū)別于單純用于動(dòng)力輸出的驅(qū)動(dòng)元件。所以，在選擇和使用驅(qū)動(dòng)元件時(shí)，除了保證帶動(dòng)負(fù)載之外，還應(yīng)考慮其伺服性（即控制性能）。第5頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月驅(qū)動(dòng)元件在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用主機(jī)(工控機(jī)或普通計(jì)算機(jī))顯示器打印機(jī)交互設(shè)備(鍵盤鼠標(biāo)等)報(bào)警存儲(chǔ)設(shè)備(硬盤光盤等)接口電路A/D多路開關(guān)接口電路接口電路接口電路D/A開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出多路開關(guān)…變送器傳感器變送器傳感器……驅(qū)動(dòng)執(zhí)行…驅(qū)動(dòng)執(zhí)行輸出通道被控對(duì)象(壓力、速度等機(jī)械參數(shù))第6頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述驅(qū)動(dòng)元件的作用

驅(qū)動(dòng)元件的分類常見電機(jī)的分類步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第7頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月類型特點(diǎn)舉例電動(dòng)式使用工業(yè)電源、動(dòng)力較大、控制性能好各種直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵等液壓式輸出功率大，速度快而平穩(wěn)、控制性能好、但易泄露液壓缸、液壓馬達(dá)氣動(dòng)式氣源方便、便宜，速度快，但功率小、噪音大且難以控制氣缸、氣馬達(dá)直線運(yùn)動(dòng)電液式驅(qū)動(dòng)元件的分類按運(yùn)動(dòng)方式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電動(dòng)式按使用能源液壓式氣動(dòng)式第8頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述驅(qū)動(dòng)元件的作用

驅(qū)動(dòng)元件的分類常見電機(jī)的分類步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第9頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月功率放大器功率驅(qū)動(dòng)接口常見電機(jī)的分類常用電機(jī)主要分兩類：驅(qū)動(dòng)電機(jī)：驅(qū)動(dòng)單元，主要是指普通的交、直流電機(jī)。(電力拖動(dòng))控制電機(jī)：特種電機(jī)，常見的有步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)等，主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換和傳遞控制信號(hào)，能量的傳遞是次要的。(機(jī)電控制)控制電機(jī)利用電壓、電流、頻率（包括指令脈沖）等控制方式，實(shí)現(xiàn)速度、力矩的調(diào)節(jié)、啟、停和其他復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)。控制器→控制命令(弱電)→變換和放大(驅(qū)動(dòng)元件)→機(jī)械運(yùn)動(dòng)第10頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)類型和工作原理通電方式和步距角主要性能指標(biāo)功率驅(qū)動(dòng)接口其他控制直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第11頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)的類型和工作原理

步進(jìn)電機(jī)（StepMotor）：OnePulseOneStep

步進(jìn)電機(jī)（電脈沖馬達(dá)），是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的控制電機(jī)，其實(shí)質(zhì)是一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)。

轉(zhuǎn)動(dòng)角度由脈沖數(shù)決定，

運(yùn)動(dòng)方向由脈沖相序決定，

轉(zhuǎn)動(dòng)速度由脈沖頻率決定。步進(jìn)電機(jī)與現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。不過步進(jìn)電機(jī)在控制的精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)的閉環(huán)控制的伺服電機(jī)。

特點(diǎn)：其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高和成本低

應(yīng)用：精度不是需要特別高的場(chǎng)合第12頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)的類型和工作原理根據(jù)結(jié)構(gòu)不同反應(yīng)式（VR，Variablereluctance）永磁式（PM，Permanentmagnet）混合式（HB，Hybrid）按相數(shù)（定子繞組數(shù)）不同單相兩相多相第13頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)的類型和工作原理1．結(jié)構(gòu)（三相反應(yīng)式）定子：定子鐵芯上嵌有繞組線圈，通電后產(chǎn)生電磁力轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)上無(wú)繞組線圈，僅當(dāng)作導(dǎo)磁體使用，在定子產(chǎn)生的電磁力的作用下，轉(zhuǎn)動(dòng)到定子和轉(zhuǎn)子之間磁阻最小的位置反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖定子轉(zhuǎn)子第14頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)的類型和工作原理2．工作原理利用定子繞組產(chǎn)生的反應(yīng)電磁力吸引轉(zhuǎn)子作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，故稱為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。⑴單三拍工作方式：A→B→C→A→B→C…轉(zhuǎn)子總是力圖轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，每一拍轉(zhuǎn)過30°（a）A相通電（b）B相通電（c）C相通電三相單三拍第15頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)的類型和工作原理⑵六拍工作方式：A→AB→B→BC→C→CA→A→AB→B→BC→C→CA…每一拍轉(zhuǎn)過了15°（a）A相通電（b）AB相通電（c）B相通電（d）BC相通電

⑶雙三拍工作方式：AB→BC→CA→AB→BC→CA…三相雙相拍第16頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)類型和工作原理通電方式和步距角主要性能指標(biāo)功率驅(qū)動(dòng)接口其他控制直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第17頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)通電方式和步距角1．通電方式： 如果每拍中只有一相繞組通電，其余斷電，稱單相通電方式 如果每拍中都有兩相繞組通電，另一相斷電，稱雙相通電方式如果每拍中交替出現(xiàn)單、雙相通電，稱單雙相輪流通電方式根據(jù)繞組數(shù)（相數(shù)）和每個(gè)通電循環(huán)需要的拍數(shù)：三相單三拍：A→B→C→A→B→C…

三相雙三拍：AB→BC→CA→AB→BC→CA…

三相六拍：A→AB→B→BC→C→CA→A→AB→B→BC→C→ CA…第18頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)通電方式和步距角2．齒距角α：轉(zhuǎn)子相鄰兩齒之間的角度式中：Z－是轉(zhuǎn)子齒數(shù)例如：Z=4時(shí)，。一般步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)有好幾十個(gè)，所以齒距角也只有幾度（例如：Z=40時(shí)，）。第19頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)通電方式和步距角3．步距角θ：轉(zhuǎn)子每拍轉(zhuǎn)過的角度。式中：Z－是轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m：定子繞組（相）數(shù)；K：通電方式系數(shù)（單相、雙相通電方式，K=1；單雙相輪流通電方式，K=2）第20頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)通電方式和步距角例如：Z=50三相單三拍：三相雙三拍：三相六拍：⑴單相、雙相的異同：①步距角相同；②單相方式在換相時(shí)容易失步，定位精度不高（一般不采用這種方式）；③雙相方式每次都有兩相通電，不容易失步且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩大、定位精度高。⑵齒距角與步驟距角的關(guān)系：⑶每一個(gè)通電循環(huán)完成一個(gè)齒距角：例如：三相六拍，在Z=40時(shí)，第21頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)類型和工作原理通電方式和步距角主要性能指標(biāo)功率驅(qū)動(dòng)接口其他控制直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第22頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)1．步距誤差：理論步距角和實(shí)際步距角之差，反映了步進(jìn)電機(jī)角位移精度，一般在10’左右，步距誤差不累積。

2．最大靜轉(zhuǎn)矩：是指步進(jìn)電機(jī)的某相通電不斷且處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，所能承受的最大外加轉(zhuǎn)矩，即步進(jìn)電機(jī)所能輸出的最大電磁轉(zhuǎn)矩。它反映了步進(jìn)電機(jī)的制動(dòng)能力的低速步進(jìn)運(yùn)行時(shí)的帶負(fù)載能力。

第23頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)

3．啟動(dòng)頻率、啟動(dòng)矩頻特性、啟動(dòng)慣頻特性啟動(dòng)頻率：是指步進(jìn)電機(jī)在有負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，不失步的正常啟動(dòng)所能接受的最大階躍輸入脈沖頻率。啟動(dòng)矩頻特性：?jiǎn)?dòng)頻率和負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。啟動(dòng)慣頻特性：是指步進(jìn)電機(jī)帶純慣性負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系。TffJ啟動(dòng)矩頻特性啟動(dòng)慣頻特性

從左圖可以看出：?jiǎn)?dòng)頻率隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增大而減小，在實(shí)際應(yīng)用中，工作點(diǎn)應(yīng)選在該曲線以下以保證不失步或先低頻啟動(dòng)再轉(zhuǎn)到高頻運(yùn)行；負(fù)載慣量越大，啟動(dòng)頻率就越低。

第24頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)4．連續(xù)運(yùn)行時(shí)最高工作頻率和運(yùn)行時(shí)矩頻特性運(yùn)行時(shí)矩頻特性：步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩和輸入脈沖頻率之間的關(guān)系。運(yùn)行時(shí)最高工作頻率：連續(xù)運(yùn)行時(shí)所能接受的最高輸入脈沖頻率，運(yùn)行時(shí)最高工作頻率要遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率。Tf

由左圖可知：在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩隨運(yùn)行頻率的增加而減小，即速度越高，帶負(fù)載能力越差。選用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)就保證實(shí)際工作點(diǎn)位于該曲線以下。運(yùn)行時(shí)矩頻特性第25頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)5．步進(jìn)運(yùn)行和低頻振蕩步進(jìn)運(yùn)行：當(dāng)輸入脈沖的頻率很低時(shí)，脈沖周期大于步進(jìn)電機(jī)的過渡過程時(shí)間，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)處于一步一停的運(yùn)行狀態(tài)，稱為步進(jìn)運(yùn)行。低頻振蕩：當(dāng)步進(jìn)運(yùn)行頻率或低速運(yùn)行頻率與步進(jìn)電機(jī)的固有頻率相等或相近時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，此時(shí)，電機(jī)只振蕩不前進(jìn)，這種現(xiàn)象稱為低頻振蕩。為避免低頻振蕩，工作頻率應(yīng)盡量避開固有頻率附近的共振區(qū)或調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)上的阻尼器來改變固有頻率。

第26頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)型號(hào)說明第27頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電機(jī)型號(hào)相數(shù)相電流步距角保持轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量A度N.mKPPSKPPSKg.cm^2Kg42BYG250FA21.330.9/1.80.222200.0350.2242BYG250FB21.680.9/1.80.362200.0540.2842BYG250FC21.680.9/1.80.442200.0680.35第28頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電機(jī)型號(hào)相數(shù)相電流電阻電感步距角保持轉(zhuǎn)矩定位轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量AΩmH度N.mN.mKg.cm^2Kg86BYG250A2/43.60.232.50.9/1.81.20.080.641.686BYG250B2/440.656.90.9/1.82.40.151.32.686BYG250C2/4417.40.9/1.83.60.251.93.8第29頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電機(jī)型號(hào)相數(shù)相電流電阻電感步距角保持轉(zhuǎn)矩定位轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量AΩmH度N.mN.mKg.cm^2Kg110BYG550A550.47120.36/0.7212.50.48.49.5110BYG550B550.73150.36/0.72180.512.612110BYG550C551.3200.36/0.72220.616.813.5第30頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)類型和工作原理通電方式和步距角主要性能指標(biāo)功率驅(qū)動(dòng)接口其他控制直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第31頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)接口脈沖發(fā)生器

脈沖分配器

脈沖放大器

步進(jìn)電機(jī)指令工作機(jī)構(gòu)

脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖序列信號(hào)（頻率由幾赫到幾十千赫可變）。通過控制輸入脈沖的數(shù)量和頻率，即可控制電機(jī)的角位移和轉(zhuǎn)速。脈沖分配器將序列脈沖按一定的邏輯關(guān)系加在脈沖放大器上，使步進(jìn)電機(jī)按確定的運(yùn)行方式工作。脈沖放大器（功率放大器）脈沖分配器輸出端的電流很小，如CH250脈沖分配器的輸出電流大約為200-400μA，而步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流較大，如75BF001型步進(jìn)電機(jī)每相靜態(tài)電流為3A，為了滿足驅(qū)動(dòng)要求，脈沖分配器輸出的脈沖需經(jīng)脈沖放大器（即功率放大器）后才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。決定轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角決定工作方式功率放大第32頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脈沖分配器之1—專用環(huán)形分配器三相六拍脈沖分配器

C1C2C3正轉(zhuǎn)控制位反轉(zhuǎn)控制位脈沖輸入復(fù)位A相B相C相C1、C2、C3為J、K雙穩(wěn)觸發(fā)器：與非門：全1為0正轉(zhuǎn)：正轉(zhuǎn)控制位=1，反轉(zhuǎn)控制位=0反轉(zhuǎn)：正轉(zhuǎn)控制位=0，反轉(zhuǎn)控制位=1起始狀態(tài)：C=1，A=0，B=0，正轉(zhuǎn)分配前：分配后：

通電順序：C→CA→A→AB→B→BCA相B相C相JKQn+100Qn01010111Qn+1第33頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脈沖分配器之2—專用集成芯片J3r、J3L：三相雙三拍正反轉(zhuǎn)控制；J6r、J6L：三相六拍正反轉(zhuǎn)控制；R1：雙三拍的復(fù)位端，工作時(shí)，先使R1接入高電平，處于六拍工作方式，再轉(zhuǎn)到R1=0；R2：六拍的復(fù)位端，工作時(shí)，先使R2接入高電平，處于雙三拍工作方式，再轉(zhuǎn)到R2=0；CL：是時(shí)鐘脈沖輸入端；EN：時(shí)鐘脈沖允許端。當(dāng)脈沖CP由CL端輸入，只有EN端為高電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖的上升沿才起作用。CH250也允許以EN端作脈沖CP的輸入端，此時(shí)，只有CL為低電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖的下降沿才起作用。A0、B0、C0：環(huán)形分配器的三個(gè)輸出端，經(jīng)過脈沖放大器（功率放大器）后分別接到步進(jìn)電機(jī)的三相線上。ABC復(fù)位正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)VDD運(yùn)行VDDVDDJ3r178109141512111213CH250J3LJ6rJ6LCLENR2R1CH250三相雙三拍接法復(fù)位運(yùn)行VDD正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)VDDJ3r178109141512111213ABCCH250J3LJ6rJ6LCLENR2R1CH250三相六拍接法第34頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脈沖分配器之2—專用集成芯片第35頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脈沖分配器之3—軟件分配器基本原理：脈沖分配數(shù)據(jù)表→查表獲取相應(yīng)控制數(shù)據(jù)→輸出到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。用途：用于步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算機(jī)控制例如：用8031單片機(jī)對(duì)數(shù)控X-Y工作臺(tái)的兩臺(tái)四相步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。

單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口電路

8031+5V+15VP1.0P1.7ABCDABCD

X向電機(jī)

Y向電機(jī)1.實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞2.電平轉(zhuǎn)換：+5V→+15V3.反相：P1.0=0→XA=1第36頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脈沖分配器3—軟件分配器序號(hào)Y向X向通電相控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0111101110A0XEE反正211001100AB0XCC311011101B0XDD410011001BC0X99510111011C0XBB600110011CD0X33701110111D0X77801100110DA0X66例如：從8031的P1口輸出數(shù)據(jù)：0xEE，X、Y的A相通電

0xEC，Y的A相通電，X的AB相通電脈沖分配數(shù)據(jù)表

第37頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脈沖放大器（功率放大器）

功率放大器電壓型電流型單電壓型雙電壓型恒流驅(qū)動(dòng)斬波驅(qū)動(dòng)第38頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單電壓型功率放大器

單電壓驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但繞組上的串聯(lián)電阻R始終要消耗能量，不經(jīng)濟(jì)，此外，由于繞組L電感較大，對(duì)脈沖電流的反應(yīng)較慢（），所以這種放大器只適合于對(duì)速度要求不高的小型步進(jìn)電機(jī)。+27V150Ω5.1kΩ1kΩRLD3DD153DK4

當(dāng)輸入端無(wú)脈沖電壓時(shí)，中功率管3DK4和大功率管3DD15均處于截止?fàn)顟B(tài)，步進(jìn)電機(jī)繞組L上不通電，電機(jī)停轉(zhuǎn)；當(dāng)輸入端有脈沖電壓時(shí)，中功率管3DK4和大功率管3DD15均處于導(dǎo)通狀態(tài)，步進(jìn)電機(jī)繞組L上得到27V電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，續(xù)流二極管D在繞組L斷電時(shí)，釋放反電動(dòng)勢(shì)，保護(hù)電機(jī)線圈；電阻R是限流電阻，限制通過繞組L的電流不超過額定值，以免電機(jī)過熱被破壞。第39頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙電壓型功率放大器100Ω1kΩT2T1200ΩT4D420ΩD3T3D1D5+12V+80VLR18Ω18ΩD20.01uFTI

高壓供電是用來加速電流的增長(zhǎng)速度，而低壓是用來維持穩(wěn)定的電流值。低壓電源中串聯(lián)一個(gè)數(shù)值較小的電阻，其目的是為了調(diào)節(jié)控制繞組的電流，使各相電流平衡。雙壓方式大大加快了電流的增長(zhǎng)速度，同時(shí)，串聯(lián)的電阻R很小，消耗能量也很小。

當(dāng)輸入端無(wú)脈沖電壓時(shí)，T1、T2、T3、T4均截止，電機(jī)繞組L中無(wú)電流，電機(jī)停轉(zhuǎn)；當(dāng)輸入端有脈沖電壓時(shí)，T1、T2、T4均飽和導(dǎo)通，在T2由截止到飽和期間，其集電極電流急劇增加，脈沖變壓器TI的另一邊感應(yīng)出一個(gè)電壓，使T3導(dǎo)通，80V的高壓加到繞組L上（此時(shí)，D1反向偏置，處于截止?fàn)顟B(tài)），繞組電流迅速增加，當(dāng)T2飽和后，電流變化率為0，在脈沖變壓器TI的另一邊無(wú)感應(yīng)電壓，T3截止，工作電流經(jīng)12V低壓電源、二極管D1、繞組L、串聯(lián)R、18Ω電阻、電容形成回路給繞組L供電，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。斷電時(shí)，繞組L經(jīng)續(xù)流二極管D2形成放電回路。第40頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器WZM-2H090MS驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)二相混合式步進(jìn)電機(jī)，該驅(qū)動(dòng)器采用高頻斬波，恒流驅(qū)動(dòng)，能帶動(dòng)5A以下的85BYG、86BYG電機(jī)二相混合式步進(jìn)電機(jī)。第41頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月技術(shù)特征驅(qū)動(dòng)電流可調(diào)：最大相電流為5A，16檔可調(diào)；無(wú)指令時(shí)可選擇電流半流；細(xì)分可調(diào)：400，800，1000，1600，2000，3000，3600，4000，5000，6000，6400，7200，8000，10000，20000，40000；16檔；驅(qū)動(dòng)方法：正弦波恒流斬波驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器第42頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相電流設(shè)定(OFF位有效)7位2.6AOFF2.6+0+0+0.4=3.0A8位1.3AON9位0.7AON10位0.4AOFF第43頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分設(shè)定1234位每轉(zhuǎn)步數(shù)步距角1234位每轉(zhuǎn)步數(shù)步距角00004000.9100050000.07200018000.45100160000.006001010000.36101064000.05625001116000.225101172000.005010020000045010130000.121101100000.036011036000.11110200000.018011140000.091111400000.009第44頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PLC+步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器+步進(jìn)電機(jī)第45頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)類型和工作原理通電方式和步距角主要性能指標(biāo)功率驅(qū)動(dòng)接口其他控制直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第46頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)分驅(qū)動(dòng)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)避免了低頻工作時(shí)的共振點(diǎn)。采用細(xì)分電路后，改善了電器特性，消除了共振點(diǎn)，電機(jī)在低頻段運(yùn)行平穩(wěn)。低頻、低轉(zhuǎn)速工作穩(wěn)定，轉(zhuǎn)矩增大，噪聲降低。采用細(xì)分電路，在低速工作時(shí)電機(jī)的加速力矩明顯減小，工作力矩=輸出最大力矩-加速力矩，由于加速力矩的減小，使工作力矩增加，細(xì)分后電機(jī)變得有勁，帶負(fù)載能力提高，尤其在啟動(dòng)和低速狀態(tài)。由于加速度的減小，步進(jìn)電機(jī)低速運(yùn)行噪聲也大大減小，改善了工作環(huán)境。減小步距角，提高了分辨率和步距精度。細(xì)分驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)采用多路開關(guān)功率元件用微機(jī)實(shí)現(xiàn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)第47頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月升降速控制運(yùn)行減速升速tf升降速控制的優(yōu)點(diǎn)啟動(dòng)與停止時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)。不會(huì)丟失脈沖，提高了定位精度。升降速控制的種類直線加/減速曲線加/減速第48頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月綜合舉例例：用四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠以帶動(dòng)滑臺(tái)作往運(yùn)動(dòng)。滾珠絲杠的螺距p=1cm，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)z=50，工作在雙四拍方式，問滾珠絲杠在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)移動(dòng)的距離為多少mm？如果通過細(xì)分使步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)達(dá)到2000，當(dāng)輸入脈沖的頻率f=1500Hz時(shí)，滑臺(tái)的移動(dòng)速度為多少mm/s？解：⑴⑵第49頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月杭州日恒科技有限公司/常州澤明自動(dòng)化設(shè)備有限公司/第50頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制普通直流電機(jī)直流伺服電機(jī)交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第51頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制普通直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理分類電磁特性調(diào)速方式直流伺服電機(jī)交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第52頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理由磁極（定子）、電樞（轉(zhuǎn)子）、換向器（整流子）三部分組成：直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理動(dòng)畫演示1動(dòng)畫演示2第53頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制普通直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理分類電磁特性調(diào)速方式直流伺服電機(jī)交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第54頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的分類永磁式根據(jù)磁場(chǎng)產(chǎn)生方式電磁式他勵(lì)式并勵(lì)式串勵(lì)式復(fù)勵(lì)式第55頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制普通直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理分類電磁特性調(diào)速方式直流伺服電機(jī)交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第56頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的電磁特性Ia、RaUMET、n電樞的等效電路直流電機(jī)的電樞繞組電流Ia與磁通Φ相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩T：在這個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩T作用下電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電樞因切割磁力線而產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)E：從電樞的等效電路中可以看出：式中：KT：與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，電勢(shì)常數(shù)；KE：與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Φ：磁極磁通量，單位是韋伯（Wb）；Ia：電樞電流，單位是安（A）；Ra：電樞電阻，單位是歐姆（Ω）；T：電磁轉(zhuǎn)矩；n：電樞轉(zhuǎn)速，單位是r/min；E：感生（反）電動(dòng)勢(shì)，單位是伏特（V）；U：電樞電壓。

第57頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的電磁特性聯(lián)解上面三個(gè)等式：上式反映了直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速－轉(zhuǎn)矩特性，又稱為直流電機(jī)的機(jī)械特性。在上式中：

，是T＝0時(shí)的轉(zhuǎn)速，實(shí)際上是不存在的，因?yàn)榧词闺姍C(jī)軸上沒有加機(jī)械負(fù)載，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也不可能為零，它還要平衡空載損耗轉(zhuǎn)矩。所以n0稱為理想空載轉(zhuǎn)速。，是轉(zhuǎn)速降。它表示：當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。轉(zhuǎn)速降是電樞電阻Ra引起的。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，Ia增大，IaRa增大，由于電源電壓U是一定的，這就使反電動(dòng)勢(shì)E減小，也就是轉(zhuǎn)速n降低了。TnTNn0nNΔn左圖是機(jī)械特性曲線。由于Ra很小，在負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速的變化不大。因此具有硬的機(jī)械特性。第58頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制普通直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理分類電磁特性調(diào)速方式直流伺服電機(jī)交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第59頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的調(diào)速方式直流電機(jī)的速度公式：第60頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的調(diào)速方式1—調(diào)磁方式實(shí)現(xiàn)方式即改變磁通量Φ。當(dāng)保持電源電壓U為額定值時(shí)，調(diào)節(jié)Rf，改變勵(lì)磁電流If以改變磁通量，如下圖所示。TnTCn0n01n02小減通磁Ia、RaUMEUfIf、Rf當(dāng)磁通Φ減少時(shí)，機(jī)械特性曲線的截距和斜率都增大，所以磁通減小，機(jī)械特性曲線上移，更加陡峭，但仍具有一定硬度，如下圖所示。在一定負(fù)載下，Φ愈小，則n愈高。由于電機(jī)在額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，它的磁路已接近飽和，所以通常都是減小磁通（Φ＜Φn，將轉(zhuǎn)速往上調(diào)（n＞nN））。第61頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的調(diào)速方式1—調(diào)磁方式調(diào)速過程當(dāng)電樞電壓U保持不變時(shí)，減小磁通Φ，由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速不會(huì)立即發(fā)生變化，于是反電動(dòng)勢(shì)減小，Ia隨之增大（），增大。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tc未變，則T＞Tc，轉(zhuǎn)速n上升。隨著n的升高，反電動(dòng)勢(shì)E增大，Ia和T也隨著減小，直到T＝Tc時(shí)為止。但這時(shí)轉(zhuǎn)速已比原來升高了。必須指出，若電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行，則電樞電流Ia為額定值，如果調(diào)速時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍舊保持不變（為額定值），由于，故減小磁通量Φ后Ia必然超過額定值，因此調(diào)速后負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須減小。這種調(diào)速方法適用于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比而輸出功率基本不變（恒功率調(diào)速）的場(chǎng)合。第62頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的調(diào)速方式1—調(diào)磁方式調(diào)速特點(diǎn)：調(diào)速平滑，可無(wú)級(jí)調(diào)速；調(diào)速經(jīng)濟(jì)，控制方便；機(jī)械特性較硬，穩(wěn)定性較好；這種調(diào)速方法的局限是轉(zhuǎn)速只能升高，即調(diào)速后的轉(zhuǎn)速要超過額定轉(zhuǎn)速。因?yàn)殡姍C(jī)不允許超速太多，因此限制了它的調(diào)速范圍。在實(shí)際工作中，這種方法常作為電壓調(diào)速的一種補(bǔ)充手段。第63頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的調(diào)速方式1—調(diào)磁方式解：令Φ減小10%，即Φ′＝0.9Φ，所以電流必須增大到Ia′，以維持轉(zhuǎn)矩不變，即：

磁通減小后的轉(zhuǎn)速n′對(duì)原來的轉(zhuǎn)速n之比為：

即轉(zhuǎn)速增加了8%。

舉例：例：有一并勵(lì)電機(jī)，已知U＝110V，E＝90V，Ra＝20Ω，Ia＝1A，n＝300r/min，為了提高轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電阻Rf增加，使磁通Φ減小10％，如負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，問轉(zhuǎn)速如何變化？

第64頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的調(diào)速方式2—調(diào)壓方式實(shí)現(xiàn)方式保持磁通Φ不變（勵(lì)磁電流If為額定值時(shí)），當(dāng)電樞電壓U減小時(shí)，轉(zhuǎn)速n也減小了。機(jī)械特性曲線的截距變小，但斜率未變，因此改變U可得出一組平行的機(jī)械特性曲線。在一定負(fù)載下，U愈低，則n愈低。由于改變電樞電壓只能向小于電機(jī)額定電壓的方向改變，所以轉(zhuǎn)速將下調(diào)。TnTNn02n01n0電樞電壓減小第65頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的調(diào)速方式2—調(diào)壓方式調(diào)速過程當(dāng)磁通Φ保持不變時(shí)，減小電壓U，由于轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，反電動(dòng)勢(shì)E便暫不變化，于是電流Ia減小（），轉(zhuǎn)矩T也減小（）。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tc未變，則T＜Tc，轉(zhuǎn)速n下降。隨著n的降低，反電動(dòng)勢(shì)E減小，Ia和T增大，直到T＝Tc時(shí)為止。但這時(shí)轉(zhuǎn)速已比原來降低了。由于調(diào)速時(shí)磁通不變，如在一定的額定電流下調(diào)速，則電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩便是一定的（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）。第66頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的調(diào)速方式2—調(diào)壓方式調(diào)速特點(diǎn)：機(jī)械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好；調(diào)速幅度大；可均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，得到平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。這種調(diào)速方法的缺點(diǎn)是調(diào)壓需用專門的設(shè)備，投資較高。近來由于采用了可控硅整流電源對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)速，使這種方法得到廣泛應(yīng)用。第67頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的調(diào)速方式2—調(diào)壓方式舉例：有一他勵(lì)電機(jī)，已知：U＝220V，Ia＝53.8A，n＝1500r/min，Ra＝0.7Ω，今將電樞電壓降低一半，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，問轉(zhuǎn)速降低多少？設(shè)勵(lì)磁電流保持不變。解：由可知，在保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁電流不變的條件下，電流也保持不變。電壓降低后的轉(zhuǎn)速n′對(duì)原來的轉(zhuǎn)速n之比為：即在保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的條件下，轉(zhuǎn)速降低到原來的40%。

第68頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)

蕪湖德力電機(jī)有限公司

/第69頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)調(diào)速控制器接線第70頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制普通直流電機(jī)直流伺服電機(jī)交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第71頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制普通直流電機(jī)直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理基本特性調(diào)速方式功率驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第72頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)及工作原理

與一般直流電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，為了減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量做得細(xì)長(zhǎng)一些。它的勵(lì)磁繞組和電樞分別由兩個(gè)獨(dú)立電源供電。也有永磁式的。通常采用電樞控制，就是勵(lì)磁電壓Uf一定，建立的磁通量Φ也是定值，而將控制電壓Uc加在電樞上。SMUCUf放大器UC是從控制器出來的控制信號(hào)（電壓或電流，弱電信號(hào)）功率驅(qū)動(dòng)接口第73頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制普通直流電機(jī)直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理基本特性調(diào)速方式功率驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第74頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本特性直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性同直流電機(jī)一樣：第75頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制普通直流電機(jī)直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理基本特性調(diào)速方式功率驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第76頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)速方式直流伺服電機(jī)的調(diào)速方式采用調(diào)壓方式。第77頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制普通直流電機(jī)直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理基本特性調(diào)速方式功率驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第78頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月功率驅(qū)動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)接口主要解決與輸入信號(hào)的信號(hào)匹配及功率匹配問題。直流伺服電機(jī)調(diào)壓式調(diào)速的常用的功率驅(qū)動(dòng)接口方式有：線性控制方式PWM控制方式第79頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流伺服電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)1--線性控制

線性控制方式本身的功率消耗很大，是一種不太經(jīng)濟(jì)的控制方式，常用于功率較小的（小于幾百瓦）系統(tǒng)中，不作詳細(xì)介紹?？刂菩盘?hào)（電壓或電流）線性放大器（例如：運(yùn)算放大器）功率輸出接口直流伺服電機(jī)第80頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流伺服電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)2--PWM控制脈沖寬度調(diào)制（PWM，PulseWidthModulation）：Ui加法器比較器功率放大器直流伺服電機(jī)三角波發(fā)生器UtUi+UtUsUpn電壓-脈沖變換器開關(guān)功率放大器PWM功率驅(qū)動(dòng)接口組成框圖第81頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電壓-脈沖變換器作用根據(jù)控制（指令）信號(hào)Ui對(duì)脈沖進(jìn)行寬度調(diào)制，以便用寬度隨指令變化的脈沖信號(hào)去控制大功率晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)電樞繞組兩端電壓的控制。組成：三角波發(fā)生器：產(chǎn)生一定頻率的三角波Ut。加法器：將三角波信號(hào)Ut與控制（指令）信號(hào)Ui相加。比較器：工作在開環(huán)狀態(tài)下的運(yùn)算放大器，具有極高的開環(huán)增益及限幅開關(guān)特性，當(dāng)Ui﹢Ut≥0時(shí)，輸出滿幅正電平，當(dāng)Ui﹢Ut≤0時(shí)，輸出滿幅負(fù)電平。經(jīng)比較器出來的信號(hào)Us是一個(gè)脈沖信號(hào)，并且脈沖寬度由Ui控制。第82頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電壓-脈沖變換器UiUtUi+UtUsUi＝0ttttUi>0UiUtUsttttUi+UtUi+UttttUi<0UiUtUst

從以上的分析中可以看出，Us的波形（占空比）受Ui的大小和方向控制?？刂菩盘?hào)三角波加法器比較器第83頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)功率放大器對(duì)電壓-脈寬變換器輸出信號(hào)Us進(jìn)行功率放大，輸出功率信號(hào)Up以驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)。第84頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)功率放大器其中：

T1-T4：大功率晶體管

D1-D4：續(xù)流二極管，保護(hù)大功率晶體管Ust-UstUst-UstT1T2T3T4D1D2D3D4MUCH型橋式（雙向）PWM晶體管功率放大器電路原理圖第85頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)功率放大器工作過程在Us>0時(shí)，T1、T4導(dǎo)通，T2、T3截止，電機(jī)是的電流方向是從左向右（沿藍(lán)線路徑導(dǎo)通），此時(shí)電機(jī)處于加速過程；T1T2T3T4D1D2D3D4MUCUst-UstUst-Ust第86頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)功率放大器工作過程在Us<0時(shí)，T1、T4截止，T2、T3并不立即導(dǎo)通，因?yàn)殡姍C(jī)電感儲(chǔ)存的能量使電流經(jīng)紫色線路徑導(dǎo)通，使T2、T3承受反壓，此時(shí)電能回潰到電源。續(xù)流完成后，T2、T3導(dǎo)通，電機(jī)是的電流方向是從右向左（沿紅線路徑導(dǎo)通），電機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)。無(wú)論是續(xù)流還是反向制動(dòng)，電機(jī)處于減速過程。UCT1T2T3T4D1D2D3D4MT1T2T3T4D1D2D3D4MUCT1T2T3T4D1D2D3D4MUC第87頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)功率放大器因?yàn)槭请姌须娏髟谝粋€(gè)周期內(nèi)可能有正反兩個(gè)方向，故稱為雙向式PWM調(diào)速。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向取決于正反向脈沖寬度比（占空比）：Ui＝0，Us的占空比＝50％，平均值＝0，正向?qū)〞r(shí)間＝反向?qū)〞r(shí)間，Up＝0，停止；Ui>0，Us的占空比>50％，平均值>0，正向?qū)〞r(shí)間＞反向?qū)〞r(shí)間，Up>0，正轉(zhuǎn)；Ui<0，Us的占空比<50％，平均值<0，正向?qū)〞r(shí)間＜反向?qū)〞r(shí)間，Up<0，反轉(zhuǎn)；第88頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月工作原理總結(jié)通過控制（指令）信號(hào)Ui對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，得到一個(gè)占空比受Ui控制的脈沖Us，用來控制電機(jī)的正、反向?qū)〞r(shí)間，從而得到不同的電樞平均電壓，實(shí)現(xiàn)直流伺服電機(jī)的電壓調(diào)速。第89頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流伺服電機(jī)機(jī)座號(hào)序號(hào)額定功率KW額定轉(zhuǎn)矩NM額定轉(zhuǎn)速RPM額定電壓V額定電流A峰值轉(zhuǎn)矩NM電樞電阻Ω電樞電感MH50SYX010.020.12000241.50.83.70.5020.040.22000243.21.62.10.4030.060.23000245.81.60.80.270SYX010.050.331500481.12.41.17.3020.10.333000482.22.40.66030.20.673000484.450.97.6176SYX012.416150016017.71280.72.5023.523.3150016025.81370.62.003533150016036.82640.52.7047.548.81500440223900.64.3第90頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月銘朗科技/上海瑞克科技發(fā)展有限公司/直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器第91頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1GND控制信號(hào)地輸入RS-2322TXRS-232發(fā)送端輸出3RXRS-232接收端輸入4AIN+模擬輸入信號(hào)正輸入模擬信號(hào)5AIN-模擬輸入信號(hào)負(fù)輸入6EN外部使能控制（高電平有效）輸入控制信號(hào)7CLK/PWM控制輸入（脈沖/脈寬）輸入8DIR方向控制(只在步進(jìn)模式有效)輸入9ORG位置清零（低電平有效）輸入10BRAKE急停（低電平有效）輸入11FAULT故障輸出（集電極開路）輸出12GND數(shù)字地COM端13+5Vout編碼器正電源輸出編碼器14A+編碼器信號(hào)A通道輸入15A-編碼器信號(hào)A通道輸入16B+編碼器信號(hào)B通道輸入17B-編碼器信號(hào)B通道輸入18GND編碼器電源地輸出直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制端接口(銘朗科技)第92頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1VDD驅(qū)動(dòng)器電源(＋12～38V)輸入電源2VSS驅(qū)動(dòng)器電源地輸入3MOT+電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)正輸出電機(jī)4MOT-電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)負(fù)輸出直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制端接口(銘朗科技)第93頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制交流伺服電機(jī)交流異步電機(jī)液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第94頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理調(diào)速方式交、直流伺服電機(jī)的比較交流異步電機(jī)液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第95頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二相感應(yīng)式交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

二相感應(yīng)式交流伺服電機(jī)定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組，它始終接在交流電壓Uf上；另一個(gè)是控制繞組，連接控制信號(hào)電壓Uc。兩相繞組在相位上相差90°，分別通上交流電之后，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂评@組勵(lì)磁繞組控制器UCUf第96頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理調(diào)速方式交、直流伺服電機(jī)的比較交流異步電機(jī)液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第97頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二相感應(yīng)式交流伺服電機(jī)的調(diào)速方式

在二相感應(yīng)式交流伺服電機(jī)控制繞組上有控制器，通過改變控制繞組上的控制電壓的幅值與相位，將圓形磁場(chǎng)變?yōu)闄E圓形磁場(chǎng)，從而進(jìn)行控制與調(diào)速：⑴幅值控制：通過改變控制電壓的幅值改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，與勵(lì)磁繞組相位差保持90°。⑵相位控制：通過改變控制繞組與勵(lì)磁繞組相位差來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。⑶幅值-相位控制：最常用的一種方式，利用串聯(lián)在勵(lì)磁繞組上的電容來分相（省去了專門的移相電路），加上控制器上的調(diào)壓，形成幅值-相位復(fù)合控制。簡(jiǎn)單實(shí)用，使用的較多。第98頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三菱交流伺服電機(jī)

第99頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月型號(hào)應(yīng)用連接位置模式速度模式力矩模式第100頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理調(diào)速方式交、直流伺服電機(jī)的比較交流異步電機(jī)液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第101頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交、直流伺服電機(jī)的比較結(jié)構(gòu)直流伺服電機(jī)因?yàn)橛袚Q相裝置，體積和重量比較大，并且電刷和換向器之間在滑動(dòng)接觸時(shí)還會(huì)產(chǎn)生火花，因此其運(yùn)行和維護(hù)都比較復(fù)雜；交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積和重量小，經(jīng)濟(jì)。性能直流伺服電機(jī)有好的調(diào)速性能（轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線是直線）和相對(duì)功率大，交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線是非線性的，但隨著微電子技術(shù)和控制技術(shù)的引入，其控制性能越來越好，在中小功率場(chǎng)合，逐步替代了直流伺服電機(jī)。應(yīng)用交流伺服電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。但控制特性是非線性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率低，所以只適用于0.5-100W的小功率控制系統(tǒng)（屬于微型電機(jī)），常用于速度、位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)速度、位置的精確控制。第102頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制交流伺服電機(jī)交流異步電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理調(diào)速方式變頻調(diào)速液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件及其控制第103頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相感應(yīng)式交流異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

結(jié)構(gòu)定子+轉(zhuǎn)子工作原理定子中通入三相交流電→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)→轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流→磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子電流的共同共用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n小于磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0，用轉(zhuǎn)差率s來表示其差別大小。特性交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線（機(jī)械特性曲線）如下圖：nTn0nN0baTNTstTmax其中：Tmax：最大轉(zhuǎn)矩Tst：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩TN：額定轉(zhuǎn)矩第104頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講驅(qū)動(dòng)元件及控制概述步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及其控制交流電機(jī)及其控制交流伺服電機(jī)交流異步電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理調(diào)