5 控制电动机

第五章控制电动机5.1步进电动机5.2直流伺服电动机5.3交流伺服电动机5.4力矩电动机5.4直线电动机5.1步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。步进电动机的分类：工作原理反应式永磁式混合式输出转矩大小快速功率励磁相数二、三、四、五、六、八相等角位移输入脉冲个数运行速度输入脉冲频率转子：由转子铁心、转轴等组成。转子铁心是由硅钢片或软磁材料叠压而成的齿形铁心。转子齿的个数称为齿数，用Z表示。二、步进电动机的工作原理给某相绕组通电前，转子在转子齿偏离定子齿一个角度的位置。绕组通电后，由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。错齿是促使步进电机旋转的根本原因。工作原理结论：通电顺序为A—B--Ｃ--Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动。LIN\T11-2.SWF工作原理结论：通电顺序改为A－Ｃ－Ｂ－Ａ，时，转子按逆时针方向一步一步转动。改变通电顺序即改变转子旋转方向。三、步进电动机的通电方式1.单相通电方式（单3拍）正转：A－B－Ｃ－Ａ反转：A－Ｃ－Ｂ－Ａ2.单、双相工作方式（6拍）正转：A-AB-B-BC-C-CA-A反转：A-CA-C-BC-B-AB-A3.双相工作方式（双3拍）正转：AB-BC-CA-AB反转：AC-CA-BC-AC所有步进电动机都有三种基本通电方式。以三相电动机为例四、步进电动机的步距角与转速步距角：由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所转过的角度。＝360/ZKm其中：Z－转子齿数m－定子绕组相数K－通电系数K=1、21.步距角由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数m愈多，步距角愈小，控制越精确。如：二相步进电动机的Z=100，单拍运行时，其步距角8.110023609.010022360若按单、双通电方式运行时，步距角当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机就持续不断地旋转，转速n（r/min）与输入脉冲的频率f(Hz)的关系。fKmZfKmZfn6060226022.转速五、步距角的细分单相或双相通电时，称为整步运行；整步又称自然步。单、双相通电时，称为半步运行。整步或半步运行时，因单步增量都比较大，而运行振动直接与步增量有关。细分的目的就是将自然步进行细分，得到微步距，以得到较好的运行性能。不细分时A相绕组通电：转子停在A-A位置A、B相绕组通电：转子停在位置Ⅰ，转角300B相绕组通电：转子停在B-B位置，转角300细分时：A相绕组额定电流：转子停在A-A位置A相绕组额定电流、B相绕组1/2额定电流：转子停在位置Ⅱ，转角150A相绕组额定电流、B相绕组额定电流时：转子停在位置Ⅰ，转角150A相绕组1/2额定电流、B相绕组额定电流：转子停在位置Ⅲ，转角150B相绕组额定电流：转子停在位置B-B，转角150这就是4细分，即一步分成4步。目前常用细分系数有2、4、8、16、32、64六、步进电动机的主要特性1.矩角特性矩角特性指电磁转矩与偏转角的关系转子一个齿距——电角度360度2.启动惯频特性启动频率和轴上负载转动惯量之间的关系六、步进电动机的主要特性3.矩频特性定子绕组电流变化和频率的关系负载转矩与连续运行时频率的关系六、步进电动机的主要特性4.精度精度最大步距误差：电动机旋转一周相邻两步之间的实际步距与理想步距的最大差值最大累计误差：旋转一周范围内，从任何位置开始经过任意步后角位移的最大误差值步进电动机在一周内存在最大步距误差或最大累计误差。但没有累计误差。即：旋转一周后误差被清除。5.2直流伺服电动机伺服系统：是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标值（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服的主要任务是按控制命令的要求，对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制得非常灵活方便。5.2直流伺服电动机直流伺服电动机和工作原理与直流他励电动机相同，不同的是做的细长一些，以满足快速响应的要求。他励式、永磁式（优点？）电枢控制、磁场控制5.3交流伺服电动机交流伺服电动机减去了直流伺服电动机中的换向器，提高了运行的可靠性。种类：两相、三相同步、异步（运动控制中一般都用同步电机）交流永磁同步电动机是AC伺服系统中关键环节。主要有二大类：无刷直流电动机（BLDCM）三相永磁同步电动机（PMSM）5.3交流伺服电动机一、结构1.定子三相绕组和铁芯组成。三相绕组由电子换向器轮流供电，以产生旋转磁场。2.转子永磁铁芯。二、无刷直流电动机1.结构相当于一台反装式直流电动机。定子为三相绕组和铁芯组成。三相绕组由电子换向器轮流供电，以产生旋转磁场。2.工作原理同步电动机——永磁转子随着定子旋转磁场转动三相绕组直流供电？，由电子换向器轮流供电，以产生旋转磁场。转子为永磁体，转子轴上装有转子位置检测器、测速发电机和光电脉冲编码器。转子位置检测器：输出信号控制电子换向器，实现对电动机的换向，即电子换向器中的晶体管的导通和截止由转子位置检测器的输出信号控制。转子位置检测器的种类：光电式、电磁式、接近开关式。测速发电机：检测转子的运行速度，用于速度反馈。光电编码器：检测转子的旋转角度，输出信号反馈给CNC实现位置控制。5.3交流伺服电动机用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极，将原直流电动机的电枢变为定子。有刷直流电动机是依靠机械换向器将直流电流转换为近似梯形波的交流电流供给电枢绕组，无刷直流电动机是将方波电流（实际上也是梯形波）直接输入定子。将有刷直流电动机的定子和转子颠倒一下，并采用永磁转子，就可以省去机械换向器和电刷，特性相似于直流电动机。由此得名无刷直流电动机。5.3交流伺服电动机无刷直流电动机：定子每相感应电动势为梯形波，为了产生恒定的电磁转矩，要求功率逆变器向定子输入三相对称方波电流。（PWM）。调压调频三相永磁式同步电动机：定子每相感应电动势为近似正弦波，需要向定子输入三相对称正弦波电流。（SPWM）矢量变频5.3交流伺服电动机无刷直流电动机可以用作AC伺服系统，但不是它唯一的应用，主要用作大型设备起动和调速装置。三相永磁式同步电动机伺服系统要求定子输入三相正弦波电流，可以获得更好的平稳性，具有更优越的低速伺服性能。因而广泛用于数控机床，工业机器人等高性能伺服驱动系统中。5.4力矩电动机（自学）低速、大转矩，可直接带负载5.4直线电动机直线电动机是一种直接将电能转换为直线运动的伺服驱动元件。直线电动机由旋转电动机演变而来。旋转电动机：1—定子2—转子直线电动机：3—初级4—次级结构直线电动机初级、次级应为长短不同。短初级1—初级2—次级长初级3—初级4—次级工作原理电源频率极距运动速度同步线速fτvfv2s)1(2)1(sfvSvs运动速度特点1.使用直线电动机驱动直线运动机构不需要中间传动机构2.响应快速3.散热性好4.装配灵活性大