1、第五章第五章 控制電動機控制電動機 5.1 5.1 步進電動機步進電動機 5.2 5.2 直流伺服電動機直流伺服電動機 5.3 5.3 交流伺服電動機交流伺服電動機 5.4 5.4 力矩電動機力矩電動機 5.4 5.4 直線電動機直線電動機5.1 5.1 步進電動機步進電動機 是一種將電脈沖信號轉換成機械位移的機電執行元件。是一種將電脈沖信號轉換成機械位移的機電執行元件。 步進電動機的分類：步進電動機的分類：工作原理工作原理反應式反應式永磁式永磁式混合式混合式輸出轉輸出轉矩大小矩大小快速快速功率功率勵磁相數勵磁相數二、三、四、五、六、八相等二、三、四、五、六、八相等角位移角位移輸入脈沖個數輸入

2、脈沖個數運行速度運行速度輸入脈沖頻率輸入脈沖頻率 定子繞組電流變化和頻定子繞組電流變化和頻率的關系率的關系 轉子：轉子：由轉子鐵心、轉軸等由轉子鐵心、轉軸等組成。轉子鐵心是由硅鋼片或組成。轉子鐵心是由硅鋼片或軟磁材料疊壓而成的齒形鐵心軟磁材料疊壓而成的齒形鐵心。 轉子齒的個數稱為齒轉子齒的個數稱為齒數，用數，用Z表示。表示。二、步進電動機的工作原理二、步進電動機的工作原理 給某相繞組通電前，轉子在給某相繞組通電前，轉子在轉子齒偏離定子齒一個角度的位轉子齒偏離定子齒一個角度的位置。置。 繞組通電后，由于勵磁磁通力圖沿磁阻最繞組通電后，由于勵磁磁通力圖沿磁阻最小路徑通過，因此對轉子產生電磁吸力，迫

3、使小路徑通過，因此對轉子產生電磁吸力，迫使轉子齒轉動，當轉子轉到與定子齒對齊位置時，轉子齒轉動，當轉子轉到與定子齒對齊位置時，因轉子只受徑向力而無切線力，故轉矩為零，因轉子只受徑向力而無切線力，故轉矩為零，轉子被鎖定在這個位置上。轉子被鎖定在這個位置上。 錯齒錯齒是促使步進電機旋轉的根本原因。是促使步進電機旋轉的根本原因。工作原理工作原理結論：結論： 通電順序為通電順序為A AB-B-時時，轉子按順時針方向一步一步轉，轉子按順時針方向一步一步轉動。動。 LINT11-2.SWF LINT11-2.SWF工作原理工作原理結論：結論： 通電順序改為通電順序改為A A，時，轉子按逆時針方向一步，時，

4、轉子按逆時針方向一步一步轉動。一步轉動。 改變通電順序即改變轉子旋轉方向。改變通電順序即改變轉子旋轉方向。 三、步進電動機的通電方式三、步進電動機的通電方式 1. 1. 單相通電方式（單單相通電方式（單3 3拍）拍） 正轉：正轉：AB 反轉：反轉：A 2. 2. 單、雙相工作方式（單、雙相工作方式（6 6拍）拍） 正轉：正轉：A-AB-B-BC-C-CA-AA-AB-B-BC-C-CA-A 反轉：反轉：A-CA-C-BC-B-AB-AA-CA-C-BC-B-AB-A 3. 3. 雙相工作方式（雙雙相工作方式（雙3 3拍）拍） 正轉：正轉：AB-BC-CA-ABAB-BC-CA-AB 反轉：反轉

5、：AC-CA-BC-ACAC-CA-BC-AC 所有步進電動機都有三種通電方式。以三相電動所有步進電動機都有三種通電方式。以三相電動機為例機為例四、步進電動機的步距角與轉速四、步進電動機的步距角與轉速 步距角：步距角：由一個通電狀態改變到下一個通電狀態時，電動機由一個通電狀態改變到下一個通電狀態時，電動機轉子所轉過的角度。轉子所轉過的角度。 360360 / /ZKmZKm 其中：其中：Z轉子齒數轉子齒數 m定子繞組相數定子繞組相數 K通電系數通電系數 K K=1=1、2 21.1.步距角步距角 由此可見，步進電動由此可見，步進電動機的轉子齒數機的轉子齒數Z和定子相和定子相數數m愈多，步距角愈

6、小，愈多，步距角愈小，控制越精確。控制越精確。 如：二相步進電動機的如：二相步進電動機的Z=100，單拍運行時，其步距角，單拍運行時，其步距角8 . 110023609 . 010022360若按單、雙通電方式運行時，步距角若按單、雙通電方式運行時，步距角 當定子控制繞組按著一定順序不斷地輪流通電時，步進當定子控制繞組按著一定順序不斷地輪流通電時，步進電動機就持續不斷地旋轉，轉速電動機就持續不斷地旋轉，轉速n（r/min）與輸入脈沖的頻）與輸入脈沖的頻率率f (Hz) 的關系。的關系。fKmZfKmZfn606022602 2. 速度速度五、步距角的細分五、步距角的細分 單相或雙相通電時，稱為

7、整步運行；整步又稱自然步。單相或雙相通電時，稱為整步運行；整步又稱自然步。 單、雙相通電時，稱為半步運行。單、雙相通電時，稱為半步運行。 整步或半步運行時，因單步增量都比較大，而運行振動直接與整步或半步運行時，因單步增量都比較大，而運行振動直接與步增量有關。步增量有關。 細分的目的就是將自然步進行細分，得到微步距，以得到較好細分的目的就是將自然步進行細分，得到微步距，以得到較好的運行性能。的運行性能。不細分時 A相繞組通電：轉子停在A-A位置 A、B相繞組通電：轉子停在位置，轉角300 B相繞組通電：轉子停在B-B位置 ，轉角300細分時： A相繞組額定電流：轉子停在A-A位置 A相繞組額定電

8、流、B相繞組1/2額定電流：轉子停在位置，轉角150 A相繞組額定電流、B相繞組額定電流時：轉子停在位置 ，轉角150 A相繞組1/2額定電流、B相繞組額定電流：轉子停在位置 ，轉角150 B相繞組額定電流：轉子停在位置B-B，轉角150這就是4細分，即一步分成4步。目前常用細分系數有2、4、8、16、32、64六、步進電動機的主要特性六、步進電動機的主要特性 1. 矩角特性矩角特性 矩角特性指電磁轉矩與矩角特性指電磁轉矩與偏轉角的關系偏轉角的關系 2. 啟動慣頻特性啟動慣頻特性 啟動頻率和軸上負載轉啟動頻率和軸上負載轉動慣量之間的關系動慣量之間的關系六、步進電動機的主要特性六、步進電動機的主

9、要特性 3.矩頻特性矩頻特性 定子繞組電流變化和頻定子繞組電流變化和頻率的關系率的關系 負載轉矩與連續運行時負載轉矩與連續運行時頻率的關系頻率的關系六、步進電動機的主要特性六、步進電動機的主要特性 4. 精度精度 精度精度最大步距誤差：最大步距誤差：電動機旋轉一周相鄰兩步之間的電動機旋轉一周相鄰兩步之間的實際步距與理想步距的最大差值實際步距與理想步距的最大差值最大累計誤差：最大累計誤差：旋轉一周范圍內，從任何位置旋轉一周范圍內，從任何位置開始經過任意步后角位移的最大誤差值開始經過任意步后角位移的最大誤差值 步進電動機在一周內存在最大步距誤差或最大累計誤步進電動機在一周內存在最大步距誤差或最大累

10、計誤差。但沒有累計誤差。即：旋轉一周后誤差被清除。差。但沒有累計誤差。即：旋轉一周后誤差被清除。 5.2 5.2 直流伺服電動機直流伺服電動機 直流伺服電動機和工作原理與直流他勵電動機相同，不同的直流伺服電動機和工作原理與直流他勵電動機相同，不同的是做的細長一些，以滿足快速響應的要求。是做的細長一些，以滿足快速響應的要求。5.3 5.3 交流伺服電動機交流伺服電動機 交流伺服電動機減去了直流伺服電動機中的換向器，交流伺服電動機減去了直流伺服電動機中的換向器，提高了運行的可靠性。提高了運行的可靠性。 一、結構一、結構 1. 1.定子定子 三相繞組和鐵芯組三相繞組和鐵芯組成。三相繞組直流供電，成。

11、三相繞組直流供電，由電子換向器輪流供電，由電子換向器輪流供電，以產生旋轉磁場。以產生旋轉磁場。 2. 2.轉子轉子 永磁鐵芯。永磁鐵芯。 二、無刷直流電動機二、無刷直流電動機 1. 1.結構結構 相當于一臺反相當于一臺反裝式直流電動機。裝式直流電動機。定子為三相繞組和定子為三相繞組和鐵芯組成。三相繞鐵芯組成。三相繞組直流供電，由電組直流供電，由電子換向器輪流供電，子換向器輪流供電，以產生旋轉磁場。以產生旋轉磁場。 轉子為永磁體，轉子軸上裝有轉子位置檢測器、測速發轉子為永磁體，轉子軸上裝有轉子位置檢測器、測速發電機和光電脈沖編碼器。電機和光電脈沖編碼器。 轉子位置檢測器：轉子位置檢測器：輸出信號

12、控制電子換向器，實現對電輸出信號控制電子換向器，實現對電動機的換向，即電子換向器中的晶體管的導通和截止由轉子動機的換向，即電子換向器中的晶體管的導通和截止由轉子位置檢測器的輸出信號控制。位置檢測器的輸出信號控制。 轉子位置檢測器的種類：光電式、電磁式、接近開關式。轉子位置檢測器的種類：光電式、電磁式、接近開關式。 測速發電機：測速發電機：檢測轉子的運行速度，用于速度反饋。檢測轉子的運行速度，用于速度反饋。 光電編碼器：光電編碼器：檢測轉子的旋轉角度，輸出信號反饋給檢測轉子的旋轉角度，輸出信號反饋給CNCCNC實現位置控制。實現位置控制。 2. 2.工作原理工作原理 三相繞組直流供電，由電子換向器輪流供電，以產生旋轉三相繞組直流供電，由電子換向器輪流供電，以產生旋轉磁場。磁場。5.4 5.4 力矩電動機（自學）力矩電動機（自學）5.4 5.4 直線電動機直線電動機 直線電動機是一種直接將電能轉換為直線運動的伺服驅動元件。直線電動機是一種直接將電能轉換為直線運動的伺服驅動元件。 直線電動機由旋轉電動機演變而來。直線電動機由旋轉電動機演變而來。 旋轉電動機：旋轉電動機：11定子定子 2 2轉子轉子 直線電動機：直線電動機：33 初級初級 4 4次級次級 結構結構 直線電動機初級、次級應為長短不同。直線電動機初級、次級應為長短不同。 短初級短初級 11初級