第六章控制電動機及其驅動電路本章的學習內容：6.1常用控制電機的分類和特點6.2直流電動機6.3直流伺服電動機6.4交流伺服電動機6.5步進電動機6.1常用控制電機的分類和特點一、分類常用電動機固定磁阻電動機

變磁阻電動機無磁電動機

直流伺服電機

交流伺服電機

反應式步進電動機

永磁式步進電動機

混合式步進電動機

直線步進電動機

——超聲波電機二、特點名稱特點直流伺服電動機可控性好、穩定性好、響應快、有電刷接觸交流伺服電動機勵磁電流小、體積較小、機械強度高、無電刷反應式步進電動機啟動和運行頻率高、斷電時無定位轉矩、消耗功率較大。永磁式步進電動機消耗功率較反應電機小、需正負脈沖供電、啟動和運行頻率較小、有定位轉矩混合式步進電動機啟動和運行頻率較高、需正負脈沖供電、消耗功率較小、有定位轉矩直線步進電動機提供直線運動、結構簡單、慣量小超聲波電動機低速大轉矩、無電磁干擾、動作響應快、無輸入自鎖6.2直流電動機一、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矩(拖動轉矩)換向機械負載Φ旋轉克服反電動勢做功電磁關系二、直流電機的基本結構

直流電機的定子

(a)主磁極

(b)機座

直流電機的轉子

(a)轉子主體

(b)電樞鋼片

直流單機的機構三、直流電機的勵磁方式MIf+Ua－Ia+Uf－他勵并勵串勵復勵M+U－IIfIaM+U－IIaMIaIf+U－I四、直流電動機的電壓平衡方程式M勵磁電壓Uf→If→Φ電樞電壓Ua→Ia↓→T→n→EE勵磁電路：Uf=Rf

If電樞電路：Ua

=E+Ra

Ia+Ua－IaIf+Uf－五、直流電機的電磁轉矩及電動勢T=CTΦIaCT轉矩常數：CT=2pN單位：Wb單位：A(N·m)CTCE=602=9.55CT

=

9.55CECT

=2pNCE

=4pN60

E=CEΦn

CE電動勢常數：CE=4pN60單位：r/min(V)六、電動機的轉速和轉向機械特性ECEΦn=Ua－Ra

IaCEΦ=UaCEΦ=－RaCECTΦ2TOnTn0調解特性OnUTb轉向取決于電磁轉矩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－磁場反向電樞反向七、直流電動機的驅動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直流伺服電動機一、基本結構與普通小型直流電動機相同；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電磁轉矩：T

=CTΦ

Ia

電動勢：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機械特性T1

T2

T3T3＞T2＞T1控制特性OUcn②磁場控制式Ua

=UaN，Uf

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

－RaCECTCφ2Uc2T

Uc3Uc2Uc1UC3＞Uc2＞Uc1機械特性

控制特性是非線性。直流伺服電動機的功率

1~600W。OTn6.4交流伺服電動機一、基本結構空心杯形轉子交流伺服電動機的結構示意圖轉子內定子外定子繞組轉軸二、工作原理當兩相繞組分別加上相位相差90o的額定電壓時：

對稱兩相運行→ic和if產生圓形旋轉磁場→產生T→轉子旋轉。如果uc反相，即改變ic和if

的相序→旋轉磁場改變方向

→n的方向改變。同時減小uc和uf

而保持其

90o的相位差→圓形磁通勢的幅值→T→n

。SM~控制繞組勵磁繞組＋Uc－＋Uf－cfIcIf6.4步進電動機一、功能、用途和分類

功能將電脈沖信號轉換成轉角或轉速信號。轉角θ∝脈沖信號的個數；轉速n∝脈沖信號的頻率。用途高精度的角度控制。分類按定子相數不同：三相、四相、五相、六相等；按轉子材料不同：永磁式、磁阻式（反應式）和混合式。二、基本結構1423(1)定子(2)轉子U1U2V1V2W2W1三相磁阻式步進電動機原理圖步進電動機的典型結構

U2U1W2W1V1V2三、工作原理

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

(2)m相雙m拍運行（三相雙三拍運行）

(3)m相單－雙2m拍運行（三相單－雙六拍運行）

1423142314231423U1U2V1V2W2W1(1)m相單m拍運行（三相單三拍運行）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拍運行（三相雙三拍運行）

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拍運行(三相單－雙六拍運行）通電順序：U→UV→V→VW→W→WU→U。1423U1U2V1V2W2W111423U1U2V1V2W2W121423U1U2V1V2W2W131423U1U2V1V2W2W141423U1U2V1V2W2W151423U1U2V1V2W2W161423※步距角：

θ=15°

步距角

θ=360°zNz：轉子齒數N：拍數

轉速一個θ

→轉(1/

zN)圈，

脈沖頻率為f

→每秒轉(f

/

zN)圈。n=60fzN