數(shù)控技術(shù)及裝備：電機(jī)的控制

第二章電機(jī)的控制

1、直流電機(jī)的控制

2、無刷直流電機(jī)的控制

3、交流伺服電機(jī)的控制

4、矢量變換原理

5、直線電機(jī)和平面電機(jī)二、原理1、幾個(gè)基本概念磁感應(yīng)強(qiáng)度：B表述磁場(chǎng)的大小和方向的量：（單位實(shí)驗(yàn)繞組所受的最大力矩）

磁通量：Φ通過一給定曲面的總磁力線數(shù)。第一部分直流電機(jī)的控制F力磁場(chǎng)電流BI運(yùn)動(dòng)力磁場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)右手定則反電動(dòng)勢(shì)E=vBL磁場(chǎng)強(qiáng)度：HH=B/μμ：介質(zhì)的磁導(dǎo)率（與介質(zhì)相關(guān)的常數(shù)）

自感電動(dòng)勢(shì)：由于導(dǎo)體本身電流的變化引起磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：ε=-LdI/dt互感電動(dòng)勢(shì)：由于其他導(dǎo)體電流的變化引起通過本繞組磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：ε12=-MdI2/dt，ε21=-MdI1/dt

左手定則磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力：df=IdLB對(duì)于恒定磁場(chǎng)和繞組：F=BIL右旋鉆定則I_->B->F第一部分直流電機(jī)的控制一、直流電機(jī)用于控制電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：1、轉(zhuǎn)矩可以十分簡(jiǎn)單地計(jì)算，系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)單；

2、響應(yīng)高，適應(yīng)大的角加速度；3、瞬時(shí)力矩大：永久磁鐵的勵(lì)磁在轉(zhuǎn)子大電流通過時(shí)也不產(chǎn)生畸變。

直流電機(jī)的原理簡(jiǎn)圖SNdTrsqsBcFrBIIFF2、運(yùn)動(dòng)原理

第一部分直流電機(jī)的控制N弧極區(qū)S弧極區(qū)+++++++++.........中性區(qū)有刷直流電機(jī)直流電機(jī)的繞組的磁力線和電流示意圖

控制時(shí)，需要靠整流子將電樞繞組的導(dǎo)線電流的流動(dòng)變成上述分布的。按照上述電磁理論可得：速度v=Rω電機(jī)轉(zhuǎn)矩：

T=ZRBLI=KTIa反電動(dòng)勢(shì)：

E=vBLZ/2=Keω

第一部分直流電機(jī)的控制3、等效電路圖

RaIaE=KeωV電壓方程：V=RaIa+Keω轉(zhuǎn)矩：T=KTIa=KT/Ra(V-Keω)E=vBLZ/2第一部分直流電機(jī)的控制整流子（換向片）絕緣體繞組電刷短路繞組應(yīng)處于無磁通區(qū)（中性區(qū)），免受感應(yīng)電動(dòng)式。4、控制與結(jié)構(gòu)圖

5、直流電機(jī)的動(dòng)特性考慮轉(zhuǎn)子的慣性影響：Jdω/dt考慮電感的影響：LdIa/dt電機(jī)扭矩：T=To+Jdω/dt(1)電樞電壓：V=IaRa+Keω+LdIa/dt(2)電機(jī)扭矩：T=KtIa(3)(2)(3)即可分析電機(jī)動(dòng)特性

6、直流電機(jī)特點(diǎn)：控制電磁的旋轉(zhuǎn)方向，使兩個(gè)磁場(chǎng)的力最大并能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。要解決的問題：力矩的脈動(dòng)、死點(diǎn)、發(fā)熱、損耗、可靠性等問題。從電機(jī)的結(jié)構(gòu)、材料等所有的方式。

第一部分直流電機(jī)的控制第一部分直流電機(jī)的控制三、直流伺服電機(jī)的控制

1、直流電機(jī)的作為伺服電機(jī)的關(guān)鍵就是使加在電樞上的電壓發(fā)生變化。即由V=RaIa+Keω公式得：ω=(V-RaIa)/Ke，改變電壓從而改變速度ω。

直流伺服電機(jī)控制結(jié)構(gòu)圖

TGPGDC伺服放大器偏差計(jì)算D/A變換位置檢測(cè)位置指令速度指令電流指令速度檢測(cè)電流檢測(cè)DC電源速度指令電壓第一部分直流電機(jī)的控制2、伺服放大器兩種放大方式：電壓控制電流控制電流信號(hào)發(fā)生器PWM電流指令電流反饋Tr1Tr2Tr3Tr4電刷整流子絕緣體繞組電刷由伺服放大器供電（1）電壓控制：晶體管線性放大工作區(qū)，小功率500瓦以下；晶體管開關(guān)方式：大功率晶體管，PWM電樞平均電壓：V=E(tp-tn)/(tp+tn)（2）電流控制：電流控制與電壓控制僅增加了差動(dòng)放大器，將指令值和反饋值之差放大，再變成電壓控制。第一部分直流電機(jī)的控制tptn電流波形-EE電壓指令-EE電壓指令三角波三角波+-第二部分無刷直流電機(jī)的控制一、無刷直流電機(jī)原理利用元件檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置（磁場(chǎng)的位置），控制定子繞組的通電次序。以使定子電磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩。位置的檢測(cè)用霍爾元件和光電元件。Tr1Tr1Tr3Tr4Tr5Tr6UVWWVUT6T1T2T5T2T3光旋轉(zhuǎn)方向指令16WV電流的磁場(chǎng)方向電流的磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向SN通電順序：100110->100101->101001->011001->011010->010110第二部分無刷直流電機(jī)的控制2、利用霍爾元件測(cè)量的控制原理

aSNbSNcSN霍爾元件霍爾元件霍爾元件W1W2Vh1Vh2VhBIcVhVh1Vh2BTr2W2W1Tr1BSNW1W2SHG1HG2HG2HG1Tr1statorTr2Tr3Tr4W1W2W4W3NSVh1