沈職院電氣控制技術(shù)第四章課件

1、第 4 章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制 交流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制交流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制 ( (是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件。執(zhí)行元件。一一 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一一 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式反應(yīng)式-是依靠改變電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的是依靠改變電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的軟鋼齒之間的電磁力來(lái)改變定子和轉(zhuǎn)子的相軟鋼齒之間的電磁力來(lái)改變定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置。對(duì)位置。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、步距角小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、步距角小永磁式永磁式-轉(zhuǎn)子鐵芯上裝有多條永久磁鐵，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子鐵芯上裝有多條永久磁鐵，轉(zhuǎn)子的

2、轉(zhuǎn)動(dòng)與定位是由定、轉(zhuǎn)子之間的電磁引子的轉(zhuǎn)動(dòng)與定位是由定、轉(zhuǎn)子之間的電磁引力與磁鐵磁力共同作用的。力與磁鐵磁力共同作用的。轉(zhuǎn)矩大，步距角也轉(zhuǎn)矩大，步距角也大大混合式混合式-結(jié)合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，采用永久磁結(jié)合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，采用永久磁鐵提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用細(xì)密的極齒來(lái)減鐵提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用細(xì)密的極齒來(lái)減小步距角。小步距角。如下：如下：A 定子內(nèi)圓周均勻定子內(nèi)圓周均勻分布著六個(gè)磁極，磁分布著六個(gè)磁極，磁極上有勵(lì)磁繞組，每極上有勵(lì)磁繞組，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的繞組組成兩個(gè)相對(duì)的繞組組成一對(duì)。轉(zhuǎn)子有四個(gè)齒。一對(duì)。轉(zhuǎn)子有四個(gè)齒。當(dāng)定子繞組按順序輪當(dāng)定子繞組按順序輪流通電時(shí)，流通電時(shí)，A、B、C三對(duì)磁極就依次產(chǎn)

3、生三對(duì)磁極就依次產(chǎn)生磁場(chǎng)，對(duì)轉(zhuǎn)子上的齒磁場(chǎng)，對(duì)轉(zhuǎn)子上的齒產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并吸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并吸引它，使它一步一步引它，使它一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)。地轉(zhuǎn)動(dòng)。二二 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理BCIAIBIC定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 A A相繞組通電，相繞組通電，B B、C C 相相不通電。由于在磁場(chǎng)作下，不通電。由于在磁場(chǎng)作下，轉(zhuǎn)子總是力圖旋轉(zhuǎn)到磁阻最轉(zhuǎn)子總是力圖旋轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，故在這種情況下，小的位置，故在這種情況下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：1 1、3 3齒與齒與A A、A A極對(duì)齊。極對(duì)齊。二二 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理CABB

4、CA3412同理，同理，B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)30 角，角，2、4齒和齒和B、B 磁極軸線對(duì)齊；當(dāng)磁極軸線對(duì)齊；當(dāng)C相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)再轉(zhuǎn)過(guò)30 角，角，1、3齒和齒和C C 、C 磁極軸線對(duì)齊。磁極軸線對(duì)齊。二二 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理CABBCA34121C342CABBA 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理這種工作方式下，三個(gè)繞組依次通電一次為這種工作方式下，三個(gè)繞組依次通電一次為一個(gè)循環(huán)周期，一個(gè)循環(huán)周期包括三個(gè)切換狀態(tài)，一個(gè)循環(huán)周期，一個(gè)循環(huán)周期包括三個(gè)切換狀態(tài)，所以稱(chēng)為三相單三拍工作方式。所以稱(chēng)

5、為三相單三拍工作方式。二二 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理“拍拍”是指從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N通是指從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N通電狀態(tài)電狀態(tài); ;“單單”是指每次只有一相繞組通是指每次只有一相繞組通電電; ;“三拍三拍”是指一個(gè)循環(huán)中，通電狀態(tài)切換是指一個(gè)循環(huán)中，通電狀態(tài)切換的次數(shù)是三次。的次數(shù)是三次。 按按AB C A 的順序給三相的順序給三相繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。每一拍轉(zhuǎn)過(guò)每一拍轉(zhuǎn)過(guò)30(步距角步距角)，每個(gè)通電循環(huán)周，每個(gè)通電循環(huán)周期期(3拍拍)轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)過(guò)90(一個(gè)齒距角一個(gè)齒距角)。 對(duì)于一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行對(duì)于一

6、臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行k k拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距位置。通常，將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每一拍執(zhí)行一次步進(jìn)，其轉(zhuǎn)子位置。通常，將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每一拍執(zhí)行一次步進(jìn)，其轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為步距角步距角。如果轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為。如果轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為z z，則步距角，則步距角為為 = 360= 360/zk式中式中k k步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作拍數(shù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作拍數(shù); z z步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的齒數(shù)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的齒數(shù)。 對(duì)于上圖所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由于它采用了三拍方式對(duì)于上圖所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由于它采用了三拍方式工作，故其步距角工作，故其步距角=360=360/34=3014 2314 2314 2314 23

7、U1U2V1V2W2W1 m 相單相單 m 拍運(yùn)行（三相單三拍運(yùn)行）拍運(yùn)行（三相單三拍運(yùn)行） 通電順序：通電順序： U 相相V 相相W 相相U 相。相。 U 相通電相通電 14 23U1U2V1V2W2W114 23 V 相通電相通電 U1U2V1V2W2W1 W 相通電相通電 14 2314 23一步一步兩步兩步三步三步 步距角：步距角： = 30 按按AAB B BC C CA的順的順序給三相繞組輪流通電。序給三相繞組輪流通電。這種方式可以這種方式可以獲得更精確的控制特性。獲得更精確的控制特性。且根據(jù)步距角公式可知：且根據(jù)步距角公式可知：三相六拍運(yùn)行的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其步距角三相六拍運(yùn)行的步進(jìn)

8、電動(dòng)機(jī)，其步距角為為=360=360/6/64 =154 =15 A相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子1 1、3 3齒與齒與A、A 對(duì)齊。對(duì)齊。 A、B相同時(shí)通電，相同時(shí)通電，A、A 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)15 ，到達(dá)左圖到達(dá)左圖所示位置。所示位置。CABBCA3412CABBCA3412 B B 相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2、4齒與齒與B、B 對(duì)齊對(duì)齊, ,又轉(zhuǎn)又轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)15 。 B、C相同時(shí)通電，相同時(shí)通電，C 、C 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)15 。CABBCA34123412C

9、ABBCA 三相六拍反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循三相六拍反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循環(huán)周期如下：環(huán)周期如下：AAB B BC C CA，每每個(gè)循環(huán)周期分為六拍。個(gè)循環(huán)周期分為六拍。 每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)15 （步距角），（步距角），一一個(gè)通電循個(gè)通電循環(huán)周期環(huán)周期( (6拍拍) )轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90 ( (齒距角齒距角) )。 與單三拍相比，六拍驅(qū)動(dòng)方式的步與單三拍相比，六拍驅(qū)動(dòng)方式的步距距角更角更小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。 m 相相 2m 拍運(yùn)行拍運(yùn)行 (三相六拍運(yùn)行）三相六拍運(yùn)行）通電順序：通電順序：UUV VVW W WU U。14

10、 23U1U2V1V2W2W1114 23U1U2V1V2W2W1214 23U1U2V1V2W2W1314 23U1U2V1V2W2W1414 23U1U2V1V2W2W1514 23U1U2V1V2W2W1614 23步距角：步距角： = 15 按按ABAB BCBC CACA的順序給三相繞組輪流通的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時(shí)通電電。每拍有兩相繞組同時(shí)通電。 與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)通電與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)通電循循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)30 ( (步距角步距角) )，一一個(gè)通電循環(huán)周期個(gè)通電循環(huán)周期( (3拍拍)

11、 )轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90 ( (齒距角齒距角) )。BC通電通電3412CABBCACA通電通電CABBCA3412AB通電通電CABBCA3412 m 相雙相雙 m 拍運(yùn)行（三相雙三拍運(yùn)行）拍運(yùn)行（三相雙三拍運(yùn)行） 通電順序：通電順序： UV 相相VW 相相WU 相。相。 14 23U1U2V1V2W2W1 UV 相通電相通電 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 VW 相通電相通電 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 WU 相通電相通電 14 23 步距角：步距角： = 3014 2314 23 實(shí)用步進(jìn)電機(jī)的步距角多為實(shí)用步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3 和和1.5 。為了。為了

12、獲得小步距角，電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，獲得小步距角，電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，如圖所示。圖中轉(zhuǎn)子表面有如圖所示。圖中轉(zhuǎn)子表面有4040個(gè)齒，個(gè)齒，齒距角為齒距角為9 9。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在三拍狀步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在三拍狀態(tài)，它的步距角為態(tài)，它的步距角為 =360=360/ 3/ 340 =340 =3 如工作在六拍狀態(tài)，則步如工作在六拍狀態(tài)，則步距角為距角為 = 360= 360/6/640 =1.540 =1.5應(yīng)用：應(yīng)用：若步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電的脈沖頻率為若步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電的脈沖頻率為 f f，則步進(jìn)，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速為為 n =60 f /zkn =60 f /zk若有一臺(tái)三相

13、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（如下圖所示），其步距角為3/1.5。試問(wèn)： 電機(jī)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為多少？ 寫(xiě)出三相六拍運(yùn)行方式的通電順序。 測(cè)得運(yùn)行頻率為1200Hz時(shí)，通電方式三拍、六拍 時(shí)其轉(zhuǎn)速分別為多少？一臺(tái)三相六拍運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z48，測(cè)得脈沖頻率為600Hz，求： 通電順序； 步距角和轉(zhuǎn)速。 三三 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) ( (功率功率放大器放大器步進(jìn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)環(huán)形環(huán)形分配器分配器脈沖輸入脈沖輸入負(fù)載負(fù)載驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)電源四四 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制 環(huán)形分配器是將數(shù)控系統(tǒng)送來(lái)的一串指令環(huán)形分配器是將數(shù)控系統(tǒng)送來(lái)的一串指令脈沖按一定規(guī)律加到功率放大器上，按步進(jìn)電脈

14、沖按一定規(guī)律加到功率放大器上，按步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所要求的通電順序分配給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)所要求的通電順序分配給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源的各相繞組輸入端，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)電源的各相繞組輸入端，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行及換向。運(yùn)行及換向。 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在一個(gè)方向上連續(xù)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在一個(gè)方向上連續(xù)運(yùn)行時(shí)，其各相通、斷的脈沖分配是一個(gè)循環(huán)，所以稱(chēng)其各相通、斷的脈沖分配是一個(gè)循環(huán)，所以稱(chēng)為環(huán)形分配器。為環(huán)形分配器。 特點(diǎn)：輸出周期性，可逆的。特點(diǎn)：輸出周期性，可逆的。1 1 環(huán)形分配器環(huán)形分配器 分類(lèi)：分類(lèi)： 環(huán)形分配器可由硬件或軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器可由硬件或軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 a a 硬件環(huán)形分配器：由

15、計(jì)數(shù)器等數(shù)字電路組硬件環(huán)形分配器：由計(jì)數(shù)器等數(shù)字電路組成的。有較好的響應(yīng)速度，且具有直觀、維護(hù)方成的。有較好的響應(yīng)速度，且具有直觀、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。便等優(yōu)點(diǎn)。 b b 軟件環(huán)形分配器：由計(jì)算機(jī)接口電路和相應(yīng)的軟軟件環(huán)形分配器：由計(jì)算機(jī)接口電路和相應(yīng)的軟件組成的。受到微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的限制，有時(shí)難件組成的。受到微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的限制，有時(shí)難以滿足高速實(shí)時(shí)控制的要求。以滿足高速實(shí)時(shí)控制的要求。 當(dāng)方向電平為低時(shí)，環(huán)分當(dāng)方向電平為低時(shí)，環(huán)分器的輸出按器的輸出按A-B-CA-B-C的順序循環(huán)的順序循環(huán)產(chǎn)生脈沖。產(chǎn)生脈沖。fABC 當(dāng)方向電平為高時(shí)，環(huán)當(dāng)方向電平為高時(shí)，環(huán)分器的輸出按分器的輸出按A-

16、C-BA-C-B的順序循的順序循環(huán)產(chǎn)生脈沖。環(huán)產(chǎn)生脈沖。 ABCf a a 硬件環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器（門(mén)電路及邏輯電路組成）（門(mén)電路及邏輯電路組成）控制脈沖信號(hào)控制脈沖信號(hào)上升或下降上升或下降輸出改變一次繞組通電狀態(tài)；輸出改變一次繞組通電狀態(tài)；控制方向信號(hào)控制方向信號(hào)順時(shí)針、逆時(shí)針；順時(shí)針、逆時(shí)針；控制運(yùn)行方式控制運(yùn)行方式整部或半步（三拍或六拍）整部或半步（三拍或六拍）2 2 功率放大器功率放大器 前置放大器：前置放大器：放大環(huán)形脈沖分配器送來(lái)的進(jìn)給控制放大環(huán)形脈沖分配器送來(lái)的進(jìn)給控制信號(hào)并推動(dòng)大功率驅(qū)動(dòng)部分信號(hào)并推動(dòng)大功率驅(qū)動(dòng)部分 大功率放大器：大功率放大器：進(jìn)一步將前置放大器送來(lái)的電平

17、信進(jìn)一步將前置放大器送來(lái)的電平信號(hào)放大，得到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相繞組所需要的電流。號(hào)放大，得到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相繞組所需要的電流。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率放大器又稱(chēng)功率驅(qū)動(dòng)器，其作步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率放大器又稱(chēng)功率驅(qū)動(dòng)器，其作用是將來(lái)自環(huán)形分配器的脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大。用是將來(lái)自環(huán)形分配器的脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大。組成：組成：分類(lèi)：?jiǎn)坞妷候?qū)動(dòng)、高低壓切換驅(qū)動(dòng)、恒流斬波驅(qū)分類(lèi)：?jiǎn)坞妷候?qū)動(dòng)、高低壓切換驅(qū)動(dòng)、恒流斬波驅(qū) 動(dòng)、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)等動(dòng)、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)等 1. 1.單電壓驅(qū)動(dòng)電路單電壓驅(qū)動(dòng)電路 L是電動(dòng)機(jī)繞組是電動(dòng)機(jī)繞組VT開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)關(guān)晶體管 電阻電阻R兩端并聯(lián)電容兩端并聯(lián)電容C，使電流上升更快，使電流上升更快，所以

18、，電容所以，電容C又稱(chēng)為加速電容。又稱(chēng)為加速電容。 二極管二極管V在晶體管在晶體管VT截止時(shí)起續(xù)流和保護(hù)截止時(shí)起續(xù)流和保護(hù)作用，串聯(lián)電阻使電流下降更快，從而使繞作用，串聯(lián)電阻使電流下降更快，從而使繞組電流波形后沿變陡。組電流波形后沿變陡。 R C RD V L +U VT 2. 2.高低壓驅(qū)動(dòng)電路高低壓驅(qū)動(dòng)電路 高低壓驅(qū)動(dòng)線路的優(yōu)點(diǎn)是：功耗小，啟動(dòng)力矩大，突跳頻率和高低壓驅(qū)動(dòng)線路的優(yōu)點(diǎn)是：功耗小，啟動(dòng)力矩大，突跳頻率和工作頻率高。缺點(diǎn)是：大功率管的數(shù)量要多用一倍，增加了驅(qū)動(dòng)電工作頻率高。缺點(diǎn)是：大功率管的數(shù)量要多用一倍，增加了驅(qū)動(dòng)電源。源。 隨時(shí)檢測(cè)繞組的電流值，當(dāng)繞組電流值降到下限設(shè)定值時(shí)，

19、隨時(shí)檢測(cè)繞組的電流值，當(dāng)繞組電流值降到下限設(shè)定值時(shí)，使功率管導(dǎo)通，使繞組電流上升，上升到上限設(shè)定值時(shí)，便關(guān)使功率管導(dǎo)通，使繞組電流上升，上升到上限設(shè)定值時(shí)，便關(guān)斷功率管。斷功率管。這種驅(qū)動(dòng)方式，繞組的脈沖電流前、后沿陡，快速這種驅(qū)動(dòng)方式，繞組的脈沖電流前、后沿陡，快速響應(yīng)好，功耗小，繞組電流大小與外加電壓響應(yīng)好，功耗小，繞組電流大小與外加電壓U大小無(wú)關(guān)，是一大小無(wú)關(guān)，是一種恒流驅(qū)動(dòng)方案，所以對(duì)電源要求比較低。種恒流驅(qū)動(dòng)方案，所以對(duì)電源要求比較低。 3. 3.恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路 在伺服系統(tǒng)中常用大功率直流伺服電動(dòng)機(jī)，如小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī) 和寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)等.寬調(diào)速直流伺服電

20、動(dòng)機(jī)是用提高轉(zhuǎn)矩的方法來(lái)改善其動(dòng)態(tài)性 能的，因而在閉環(huán)伺服系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。 寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式分為電磁式和永磁式兩種。 永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)也可分為小慣量與大慣量?jī)深?lèi)。 直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是需要電刷，因此限制了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，且維護(hù)工作量大。永磁式寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖永磁式寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖一、工作原理NSUNSUNSNSUU電刷電刷換向片換向片二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)的定子直流電機(jī)的定子 (a) 主磁極主磁極 (b) 機(jī)座機(jī)座 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子 (a) 轉(zhuǎn)子主體轉(zhuǎn)子主體 (b) 電樞鋼片電樞鋼片 直流單機(jī)的機(jī)構(gòu) v三、直流伺服電動(dòng)機(jī)的

21、速度控制三、直流伺服電動(dòng)機(jī)的速度控制v例如：他勵(lì)直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞回路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程為：例如：他勵(lì)直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞回路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程為：v感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：v 由以上兩個(gè)方程可得由以上兩個(gè)方程可得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為：v式中 n 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min; Ua 電動(dòng)機(jī)電樞回路外加電壓，V; Ra 電樞回路電阻，; Ia 電樞回路電流，A; Ce 反電動(dòng)勢(shì)系數(shù); 氣隙磁通量，Wb; v Ke 反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，Vs/rad。 aaaaRIEUnCEeaaeeeaeaaaIKRKUCRIUneeCK根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性可以知道，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性可以知道

22、，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種有三種: （1）改變電動(dòng)機(jī)控制電壓，即改變電樞電壓。）改變電動(dòng)機(jī)控制電壓，即改變電樞電壓。此方法可此方法可得到調(diào)速范圍較寬的恒轉(zhuǎn)矩特得到調(diào)速范圍較寬的恒轉(zhuǎn)矩特 性，適用于主軸驅(qū)動(dòng)的低性，適用于主軸驅(qū)動(dòng)的低速段和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。速段和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。 （2）改變磁通，即改變勵(lì)磁回路電流。）改變磁通，即改變勵(lì)磁回路電流。此方法可得到恒此方法可得到恒功率特性，它不適用進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，且永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)功率特性，它不適用進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，且永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的的是不可變的。是不可變的。 （3）改變電動(dòng)機(jī)電樞的串聯(lián)電阻阻值。）改變電動(dòng)機(jī)電樞的串聯(lián)電阻阻值。此方法得到的機(jī)此方法得到的機(jī)械特性較軟，且不

23、能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，也不適用于數(shù)控機(jī)床。械特性較軟，且不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，也不適用于數(shù)控機(jī)床。 因此，對(duì)于直流進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)，只能采用改變電樞電壓因此，對(duì)于直流進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)，只能采用改變電樞電壓的方式來(lái)調(diào)速。在這種調(diào)速方式下，電動(dòng)機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)的方式來(lái)調(diào)速。在這種調(diào)速方式下，電動(dòng)機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速不能超過(guò)其額定轉(zhuǎn)速。速不能超過(guò)其額定轉(zhuǎn)速。 4.2.2 4.2.2 直流進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)控制基礎(chǔ)直流進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)控制基礎(chǔ) 在直流電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)中，常用的有晶閘管（semiconductor controlled rectifier）調(diào)速系統(tǒng)和晶體管脈寬調(diào)制（pulse width modulation，PWM）

24、系統(tǒng)兩類(lèi)。目前使用最廣泛的方法是晶體管脈寬調(diào)制器直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速（PWM-M，簡(jiǎn)稱(chēng)PWM變換器。它具有響應(yīng)快、效率高、調(diào)整范圍寬、噪聲污染低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠等優(yōu)點(diǎn)。 4.3 4.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制交流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制v交流伺服電動(dòng)機(jī)分為交流伺服電動(dòng)機(jī)分為異步型異步型和和同步型同步型兩種。兩種。異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)有異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)有三相三相和和單相單相之分，之分，也有也有籠式籠式和和線繞線繞式之分，通常多用籠式三相式之分，通常多用籠式三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)雖較感感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)雖較感應(yīng)電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，但比直流伺服電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單。應(yīng)電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，但比直流伺服電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單。按不同的轉(zhuǎn)按不同的轉(zhuǎn) 子結(jié)構(gòu)，同步型交流伺服電動(dòng)子結(jié)構(gòu)，同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)可分為電磁式及非電磁