第4章_43_电机

1、电动机电动机分类按照电源类型分类直流电机交流电机 单相电机 三相电机按照结构和工作原理分直流电动机异步异步电动机 永磁式电动机 磁阻式电动机同步同步电动机 磁滞式电动机感应电动机 交流换向电动机有刷直流电动机无刷直流电动机同步与异步的最大区别就在于看他门的转子速度是不是与定子旋转的磁场速度一致，如果转子的旋转速度与定子是一样的，那就叫同步电动机，如果不一致，就叫异步电动机。 按用途分类 驱动用电动机 控制用电动机 电动工具用家电用通用小型设备步进电机伺服电机按转子的结构分类笼形笼形感应电动机饶线饶线转子感应电动机 按转速分类高速电动机恒速电动机低速电动机调速电动机 笼形(鼠笼)电动机鼠笼式电动

2、机的转子绕组不是由绝缘导线绕制而成，而是铝条或铜条与短路环焊接而成或铸造而成。鼠笼式电动机的转子绕组因其形状象鼠笼而得名，它的结构是嵌入线槽中铜条为导体，铜条的两端用短路环焊接起来。中小型鼠笼式电动机采用较便宜的铝替代铜，将转子导体、短路环和风扇等铸成一体，成为铸铝鼠笼式转子。减速电机减速电机是指减速机和电机(马达)的集成体。通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。通常由专业的减速机生产厂进行集成组装好后成套供货。广泛应用于钢铁、机械行业等。使用减速电机的优点是简化设计、节省空间。注意点：a.电机无法自起动，要有起动电容。b.不可逆，靠电容反接才能可逆。c.调速要配电容调速器。d.起动力矩小。是将电脉

3、冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。1一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 2步进电机外表允许的最高温度。温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进

4、电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。步进电机3步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。4步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。 步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机

5、转速从低速升到高速）。原理原理：步进电机是利用电磁铁原理：步进电机是利用电磁铁原理, ,将脉冲信号转换成线位将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，电机转动一个角度，移或角位移的电机。每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离。带动机械移动一小段距离。 特点特点：(1)(1)来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。 (2)(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)(3)改变脉冲顺序，改变转动方向。改变脉冲顺序，改变转动方向。 (4)(4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比角位移量或线位移量与电脉冲数成正比. .步进电动机结

6、构步进电动机结构步进步进电机通的是电机通的是直流电脉冲直流电脉冲 步进电机主要由两部分构成：定子步进电机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成。和转子。它们均由磁性材料构成。 定、转子铁心由软磁材料或硅钢片定、转子铁心由软磁材料或硅钢片叠成凸极结构，定、转子磁极上均有叠成凸极结构，定、转子磁极上均有小齿，定、转子的齿数相等。其中定小齿，定、转子的齿数相等。其中定子有六个磁极子有六个磁极, ,定子定子磁极上套有星定子定子磁极上套有星形连接的三相控制绕组，每两个相对形连接的三相控制绕组，每两个相对的磁极为一相，组成一相控制绕组的磁极为一相，组成一相控制绕组, ,转转子上没有绕组。转子上

7、相邻两齿间的子上没有绕组。转子上相邻两齿间的夹角称为齿距角夹角称为齿距角rtZ360工作方式工作方式 步进电机的工作方式可分为：步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍三相双三拍等等。（1 1）三相绕组联接方式：）三相绕组联接方式：Y Y 型型（2 2）三相绕组中的通电顺序为：）三相绕组中的通电顺序为：A A 相相 B B 相相 C C 相相通电顺序也可以为：通电顺序也可以为： A A 相相 C C 相相 B B 相相 （3 3）工作过程）工作过程引引转子，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，转子，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此

8、会在磁力线扭曲时产生切向力而形成磁阻转矩，因此会在磁力线扭曲时产生切向力而形成磁阻转矩， 使转子转动，使转、定子的齿对齐停止转动。使转子转动，使转、定子的齿对齐停止转动。 A A 相通电，相通电，A A 方向的方向的磁通经转子形成闭合回路。磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的有一定角度，则在磁场的作用下，转作用下，转子被磁化，吸子被磁化，吸A A 相通电使转子相通电使转子1 1、3 3齿和齿和 AA AA 对齐。对齐。CABBCA3412CABBCA3412B B相通电，转子相通电，转子2 2、4 4齿和齿和B B相轴线对齐，相对相轴线对齐

9、，相对A A相通电相通电位置转位置转3030 ；1C342CABBAC C相通电再转相通电再转3030 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。三相单三拍的特点：三相单三拍的特点：（1 1）每来一个电脉冲，转子转过）每来一个电脉冲，转子转过 3030 。此角称为步距角，。此角称为步距角，用用 S S表示。表示。（2 2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。电顺序即可改

10、变转向。二、三相单双六拍二、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为： A AABABB BBCBCC CCACAA A 共六拍。共六拍。工作过程：工作过程：A A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿和齿和A A相对齐。相对齐。C CAAB BBBCCA A3 34 41 12 2所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA AA 通电，通电，转子转了转子转了1515。（1 1）BB BB 磁场对磁场对 2 2、4 4 齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针 方向转动。方向转动。A A、B B相同时通电相同时通电（2

11、2）AA AA 磁场继续对磁场继续对1 1、3 3齿有拉力。齿有拉力。C CAAB BBBCCA A3 34 41 12 2总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为拍，步距角为1515 。CABBCA3412B B相通电，相通电，转子转子2 2、4 4齿和齿和B B相对齐，又转了相对齐，又转了1515 。三、三相双三拍三、三相双三拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为： ABAB BCBC CACA ABAB 共三拍。共三拍。AB通电通电CABBCA3412CABBCA3412BC通电通电以上三种工作方式，三相双三拍

12、和三相单双六拍较三以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。相单三拍稳定，因此较常采用。工作方式为三相双三拍工作方式为三相双三拍时，每通入一个电脉冲，时，每通入一个电脉冲，转子也是转转子也是转3030 ，即，即 S S = = 3030 。CACA通电通电C CAAB BBBCCA A3 34 41 12 21. 在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。2. 伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。3. 直流伺服电机和交流伺服电机。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动

13、转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 伺服电机交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。注意点：l恒力矩，在从低速到额定转速下力矩恒定。l调速性能最好。从0到额定转速下速度可调，并且调速准确。l负载的惯性矩最好在电机的惯性矩三倍一下。要高运行可选择低惯量电机。l负荷较大，起停频繁要加刹车电阻，必要时选择带刹车伺服电机。u通常动力设备使用的都是有刷

14、电机，如吹风机，工厂的电动机，家用的抽油烟机等等，另外串激电机的转速也能达到很高，但是由于碳刷的磨损，使用寿命不如无刷电机。有刷（碳刷）电机n直流有刷电机和直流无刷电机的区别是：是否配置有常用的电刷-换向器。n有刷直流电机的换向一直是通过石墨电刷与安装在转子上的环形换向器相接触来实现的。直流无刷电机则通过霍尔传感器把转子位置反馈回控制电路，使其能够获知电机相位换向的准确时间。大多数无刷电机生产商生产的电机都具有三个霍尔效应定位传感器。通常被使用在控制要求比较高，转速比较高的设备上，如航模，精密仪器仪表等对电机转速控制严格，转速达到很高的设备商。 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，

15、惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。无刷电机有刷系统和无刷系统的性能对比有刷系统和无刷系统的性能对比1有刷电机模型直流无刷电机模型 在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。 舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵

16、机是一种俗称，其实是一种角位移伺服电机。舵机如图所示为机器人常用的一种舵机，可以调节机器人手臂的角度舵机技术指标表一舵机S3010主要技术规格飞思车赛指定用舵机整体介绍：主用途通用伺服器特征低成本、高扭矩基板S256马达Tricore GM1510VRTR133-15其它MATAL 轴承，引线长300mm,HORND 体积：（LWH)40.02038.1mm重量：41g输出扭矩： *6.0V时6.51.3Kg.cm动作速度： *6.0V时0.160.02Sec/60度表一续动作方向：(顺时针） *CW 脉宽 1520-920 us （逆时针） *CCW 脉宽 1520-2120 us动作角度：

17、 *CW 60 10度CCW 60 10度左右差 最大10度工作电压范围： *4.0-6.0 V工作电流： *停止时最大15mA （无负载）（4.8V时）动作时13025mA （无负载） 工作电流：停止时最大15mA （无负载）（6.0V时）动作时14530mA （无负载） 晃动量最大0.3mm使用温度范围-10-+45度 舵机本身是一个位置随动系统，构成如上图所示。通过内部位置反馈，它的舵盘输出转角正比于给定的控制信号，因此对它的控制可以使用开环方式。在负载力矩小于其最大输出力矩（6.5Kg.cm)的情况下，它的输出转角正比于给定脉冲宽度。舵机转角与脉宽的关系：舵机位置调中脉冲舵机位置调中脉

18、冲：脉冲周期一般选在脉冲周期一般选在20毫秒左右毫秒左右工作工作原理原理是：是： 控制信号由接收机的通道进入信号处理芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。舵机的接线：n下线-地线n上线-正电源（如+5V)n中线-控制信号线（脉宽信号）单片机控制舵机的方法单片机控制舵机的方法： 在51单片机中，可由定时器中断的方式来实现。控制方式为：改变定时器中断的定时系数，执行所需中断时间。 舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的： 0.5ms-0度； 1.0ms-45度； 1.5ms-90度； 2.0ms-135度； 2.