第六章控制电动机及其驱动电路

第六章控制电动机及其驱动电路本章的学习内容：6.1常用控制电机的分类和特点6.2直流电动机6.3直流伺服电动机6.4交流伺服电动机6.5步进电动机6.1常用控制电机的分类和特点一、分类常用电动机固定磁阻电动机

变磁阻电动机无磁电动机

直流伺服电机

交流伺服电机

反应式步进电动机

永磁式步进电动机

混合式步进电动机

直线步进电动机

——超声波电机二、特点名称特点直流伺服电动机可控性好、稳定性好、响应快、有电刷接触交流伺服电动机励磁电流小、体积较小、机械强度高、无电刷反应式步进电动机启动和运行频率高、断电时无定位转矩、消耗功率较大。永磁式步进电动机消耗功率较反应电机小、需正负脉冲供电、启动和运行频率较小、有定位转矩混合式步进电动机启动和运行频率较高、需正负脉冲供电、消耗功率较小、有定位转矩直线步进电动机提供直线运动、结构简单、惯量小超声波电动机低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、无输入自锁6.2直流电动机一、工作原理NS－U＋NS＋U－NSNS＋U－＋U－电刷换向片直流电流交流电流电磁转矩(拖动转矩)换向机械负载Φ旋转克服反电动势做功电磁关系二、直流电机的基本结构

直流电机的定子

(a)主磁极

(b)机座

直流电机的转子

(a)转子主体

(b)电枢钢片

直流单机的机构三、直流电机的励磁方式MIf+Ua－Ia+Uf－他励并励串励复励M+U－IIfIaM+U－IIaMIaIf+U－I四、直流电动机的电压平衡方程式M励磁电压Uf→If→Φ电枢电压Ua→Ia↓→T→n→EE励磁电路：Uf=Rf

If电枢电路：Ua

=E+Ra

Ia+Ua－IaIf+Uf－五、直流电机的电磁转矩及电动势T=CTΦIaCT转矩常数：CT=2pN单位：Wb单位：A(N·m)CTCE=602=9.55CT

=

9.55CECT

=2pNCE

=4pN60

E=CEΦn

CE电动势常数：CE=4pN60单位：r/min(V)六、电动机的转速和转向机械特性ECEΦn=Ua－Ra

IaCEΦ=UaCEΦ=－RaCECTΦ2TOnTn0调解特性OnUTb转向取决于电磁转矩T的方向，而T的方向取决于Φ和Ia的方向。M+Ua－IaIf+Uf－M+Ua－IaIf－Uf+M－Ua+IaIf+Uf－磁场反向电枢反向七、直流电动机的驱动电路双极型功率放大器a)T形b)H桥型H形PWM功率放大器控制原理图6.3直流伺服电动机一、基本结构与普通小型直流电动机相同；SM+Ua－IaE电磁式If+Uf－

SM+Ua－IaE永磁式二、工作原理施加

Ua主磁通：

ΦT→n→E电磁转矩：T

=CTΦ

Ia

电动势：E

=CEΦ

n电枢电路电压方程：Ua

=E+Ra

Ia三、控制方式及其特性①电枢控制式

Uf

=UfN，Ua

=Uc（控制电压）n=UcCEΦN－RaCECTΦN2TOTn

Uc3

Uc2Uc1Uc3＞Uc2＞Uc1机械特性T1

T2

T3T3＞T2＞T1控制特性OUcn②磁场控制式Ua

=UaN，Uf

=Uc（控制电压）忽略磁路饱和、不计电枢反应，则Φ=CφUf=CφUcn=UaNCECφUc

－RaCECTCφ2Uc2T

Uc3Uc2Uc1UC3＞Uc2＞Uc1机械特性

控制特性是非线性。直流伺服电动机的功率

1~600W。OTn6.4交流伺服电动机一、基本结构空心杯形转子交流伺服电动机的结构示意图转子内定子外定子绕组转轴二、工作原理当两相绕组分别加上相位相差90o的额定电压时：

对称两相运行→ic和if产生圆形旋转磁场→产生T→转子旋转。如果uc反相，即改变ic和if

的相序→旋转磁场改变方向

→n的方向改变。同时减小uc和uf

而保持其

90o的相位差→圆形磁通势的幅值→T→n

。SM~控制绕组励磁绕组＋Uc－＋Uf－cfIcIf6.4步进电动机一、功能、用途和分类

功能将电脉冲信号转换成转角或转速信号。转角θ∝脉冲信号的个数；转速n∝脉冲信号的频率。用途高精度的角度控制。分类按定子相数不同：三相、四相、五相、六相等；按转子材料不同：永磁式、磁阻式（反应式）和混合式。二、基本结构1423(1)定子(2)转子U1U2V1V2W2W1三相磁阻式步进电动机原理图步进电动机的典型结构

U2U1W2W1V1V2三、工作原理

一拍从一次通电到另一次通电。步距角每一拍转子转过的角度。(1)m相单m拍运行（三相单三拍运行）

(2)m相双m拍运行（三相双三拍运行）

(3)m相单－双2m拍运行（三相单－双六拍运行）

1423142314231423U1U2V1V2W2W1(1)m相单m拍运行（三相单三拍运行）通电顺序：U相→V相→W相→U相。

①U相通电1423U1U2V1V2W2W11423②V相通电U1U2V1V2W2W1③W相通电14231423一步两步三步※

步距角：θ=30°(2)m相双m拍运行（三相双三拍运行）

通电顺序：UV相→VW相→WU相。1423U1U2V1V2W2W1①UV相通电14231423U1U2V1V2W2W1②VW相通电14231423U1U2V1V2W2W1③WU相通电1423※

步距角：θ=30°14231423(3)m相单－双2m拍运行(三相单－双六拍运行）通电顺序：U→UV→V→VW→W→WU→U。1423U1U2V1V2W2W111423U1U2V1V2W2W121423U1U2V1V2W2W131423U1U2V1V2W2W141423U1U2V1V2W2W151423U1U2V1V2W2W161423※步距角：

θ=15°

步距角

θ=360°zNz：转子齿数N：拍数

转速一个θ

→转(1/

zN)圈，

脉冲频率为f

→每秒转(f

/

zN)圈。n=60fzN