機電一體化系統(tǒng)設計：第三章 執(zhí)行元件的選擇與設計

1、第三章 執(zhí)行元件的選擇與設計 第一節(jié) 執(zhí)行元件的種類、特點及基本要求 第二節(jié) 常用的控制用電動機 第三節(jié) 步進電動機及驅動（）第四節(jié) 直流(DC)與交流(AC)伺服電動機及驅動 習題與思考題1執(zhí)行元件的概念：是處于機電一體化系統(tǒng)的機械運行機構與微電子控制裝置的接點（聯接）部位的能量轉換元件3.1 種類、特點及基本要求 22是機電一體化系統(tǒng)必不可少的驅動部件.處于系統(tǒng)的機械運行機構與微電子控制裝置的接點（聯接）部位的能量轉換元件。在微電子裝置的控制下，將輸入的各種形式的能量轉換為機械能，電動機、電磁鐵、繼電器、液動機、油（氣缸）、內燃機等把輸入的電能、液壓能、氣壓能和化學能轉換為機械能。大多數執(zhí)

2、行元件已系列化商品生產，在機電一體化系統(tǒng)設計時，作為標準件直接選用、外購。 3.1 執(zhí)行元件的種類、特點及基本要求3執(zhí)行元件電動機44執(zhí)行元件電動機56執(zhí)行元件電動機6直線電機平臺77直線電機平臺88執(zhí)行元件電動機9執(zhí)行元件電動機10執(zhí)行元件電動機11執(zhí)行元件氣壓式12執(zhí)行元件液壓式1313電機執(zhí)行元件的應用14液壓執(zhí)行元件的應用15液壓執(zhí)行元件的應用16壓電驅動器17壓電驅動器18壓電驅動器193.1.1 執(zhí)行元件的種類及特點 根據使用能量的不同，將執(zhí)行元件分為電磁式、液壓式和氣壓式等幾種類型，如圖所示將電能變成電磁力，并用該電磁力驅動運行機構運動先將電能變換為液壓能并用電磁閥改變壓力油的流

3、向，從而使液壓執(zhí)行元件驅動運行機構運動其他執(zhí)行元件與使用材料有關，如使用雙金屬片、形狀記憶合金或壓電元件20電氣式執(zhí)行元件 包括直流(DC)電動機、交流(AC)電動機、步進電動機、超聲波電動機以及電磁鐵等。電磁式的電動機和電磁鐵，實用且易實現最為常用。要求：除穩(wěn)速運轉性能外，還要求具有良好的加速、減速性能和伺服性能等動態(tài)性能以及頻繁使用時的適應性和便于維修性能。21驅動系統(tǒng)：由電源供給電力，經電力變換器變換后輸送給電動機，使電動機作回轉(或直線)運動，在微電子控制信號的控制下，驅動負載機械按所需要的要求運動。具有反饋環(huán)節(jié)的為閉環(huán)系統(tǒng)，沒有反饋環(huán)節(jié)的為開環(huán)系統(tǒng)。另外，其他電氣式執(zhí)行元件中還有微量

4、位移用器件，電磁鐵-由線圈和銜鐵兩部分組成，結構簡單，是單向驅動，需用彈簧復位，用于實現兩固定點間的快速驅動；電熱驅動器-利用物體的熱變形來驅動運行機構的直線位移，用控制電熱器的加熱電流來改變位移量，實現微量進給。22 液壓式執(zhí)行元件包括往復運動的油缸、回轉油缸、液壓馬達等。目前，世界上已開發(fā)了各種數字式液壓式執(zhí)行元件，例如電-液伺服馬達和電-液步進馬達，優(yōu)點：比電動機的轉矩大，可以直接驅動運行機構，轉矩/慣量比大，過載能力強，適合于重載的高加減速驅動。23 氣壓式執(zhí)行元件與液壓式執(zhí)行元件相比除用壓縮空氣作工作介質外，無區(qū)別。氣壓執(zhí)行元件：氣缸、氣壓馬達等。特點：可得到較大的驅動力、行程和速度

5、，由于空氣粘性差，具有可壓縮性，故不能在定位精度較高的場合使用。24表 3-1 執(zhí)行元件的特點以及優(yōu)缺點 種類特點優(yōu)點缺點電氣式 可用商業(yè)電源；信號與動力傳送方向相同；有交流直流之分；注意使用電壓和功率。 操作簡便；編程容易；能實現定位伺服控制；響應快、易與計算機（CPU）連接；體積小、動力大、無污染。 瞬時輸出功率大；過載差；一旦卡死，會引起燒毀事故；受外界噪音影響大。 氣壓式 氣體壓力源壓力57Mpa；要求操作人員技術熟練。 氣源方便、成本低；無泄露而污染環(huán)境；速度快、操作簡便。 功率小、體積大、難于小型化；動作不平穩(wěn)、遠距離傳輸困難；噪音大；難于伺服。 液壓式 液體壓力源壓力2080Mp

6、a；要求操作人員技術熟練。輸出功率大，速度快、動作平穩(wěn)，可實現定位伺服控制；易與計算機（CPU）連接。 設備難于小型化；液壓源和液壓油要求嚴格；易產生泄露而污染環(huán)境。 253.1.2 對執(zhí)行元件的基本要求 1. 慣量小、動力大直線運動為質量m，回轉運動為轉 動慣量J；表征輸出動力的性能指標為：推力F、轉矩T或者功率P；對直線運動，加速度為a，則推理F=ma；對回轉運動，設角速度為，角加速度為，則P= T, =T/J比功率-功率的時間變化率，是衡量電動機加速性能的一個重要指標，對于啟停頻率高的機械的重要衡量參數。包含了功率、加速性能和轉速三種因素，即比功率=P / = T2/J262. 體積小、

7、重量輕功率密度-執(zhí)行機構單位重量所能達到的輸出功率 PG=P/G (W/N) 反映了電動機單位重量的輸出功率，在電動機啟停頻率低，但是要求運行平穩(wěn)和扭矩脈動較小的場合主要考慮這一性能指標。273. 便于維修、安裝 最好不需要維修，無刷DC及AC伺服電動機就是走向無維修的一例。4. 宜于微機控制 最方便的是電氣式執(zhí)行元件。因此，執(zhí)行元件的主流是電氣式；其次是液壓式和氣壓式(在驅動接口中需要增加電-液或電-氣變換環(huán)節(jié))；內燃機定位運動的微機控制較難，故通常僅被用于交通運輸機械。283.2 常用的控制用電動機 控制用電動機是將電能轉換為機械能的一種能量轉換裝置?？稍诤軐挼乃俣群拓撦d范圍內進行連續(xù)、精

8、確的控制。力矩電動機、脈沖（步進）電動機、變頻調速電動機、開關磁阻電動機和各種AC/DC電動機等。有回轉和直線驅動電動機，通過電壓、電流、頻率(指令脈沖)等控制，實現定速、變速驅動或反復起動、停止的增量驅動以及復雜的驅動，而驅動精度隨驅動對象的不同而不同。常用控制用電動機指能提供正確運動或較復雜動作的伺服電動機。29伺服電動機控制方式的基本形式30伺服電動機的特點及應用實例 313.2.1 對控制用電動機的基本要求性能密度大，即功率密度和比功率大，電動機的功率密度 PG=P/G，電動機的比功率式中: TN-電動機的額定轉矩 Jm-電動機轉子的轉動慣量為實現運動、功率/能量、控制運動方式的轉換，

9、對伺服控制電動機提出了一些基本要求。32快速性好，即加速轉矩大，頻響特性好位置控制精度高，調速范圍寬，低速運行穩(wěn)定無爬行現象、分辨率高、振動噪聲小適應起、停頻繁的工作要求，可靠性高、壽命長易于與計算機對接，實現計算機控制。33二、控制用電動機的種類、特點及選用動力用電動機控制用電動機感應式異步電動機同步電動機力矩電動機脈沖電動機開關磁阻電動機變頻調速電動機AC/DC電動機34 對于起停頻率低(如幾十次分)，但要求低速平穩(wěn)和扭矩脈動小，高速運行時振動、噪聲小，在整個調速范圍內均可穩(wěn)定運動的機械，如NC工作機械的進給運動、機器人的驅動系統(tǒng)，其功率密度是主要的性能指標；對于啟停頻率高(如數百次分)，

10、低速平穩(wěn)性要求不高的產品，如高速打印機、繪圖機、打孔機、集成電路焊接裝置等主要的性能指標是高比功率。比功率由高到低依次為交流伺服電動機、直流伺服電動機和步進電動機 353.2.2 常用控制用電動機及特點控制用旋轉電動機DC伺服電機步進電動機有槽芯電樞型、無槽鐵芯電樞型、電樞型（無槽鐵芯型和無鐵芯型）同步(無刷DC伺服)電機感應電機(IM伺服)變磁阻型永磁型混合型AC伺服電動機36根據線圈的勵磁特性來分類伺服電機DC伺服電機感應電機定子轉子線圈中的電流均為直流一個線圈的電流時交流，另一個線圈的電流為直流兩個線圈中的電流均交流同步電機37 表3-3 伺服電動機的特點及應用實例 38表3-4 伺服電

11、動機的性能比較39 表3-5 伺服電動機優(yōu)缺點比較 4041414243443.3 步進電動機及其驅動3.3.1 步進電動機的特點與種類1.1 步進電動機將電脈沖信號轉換成機械角位移的執(zhí)行元件。是一種專門用于速度和位置精確控制的特種電機，它旋轉是以固定的角度（稱為步距角）一步一步運行的，故稱步進電機。原理：利用電磁鐵原理，將脈沖信號轉換成線位移或角位移的電機。每來一個電脈沖，電機轉動一個角度，帶動機械移動一小段距離。451.2 步進電動機的特點來一個脈沖，轉一個步距角?？刂泼}沖頻率，可控制電機轉速。改變脈沖順序，改變轉動方向。角位移量或線位移量與電脈沖數成正比。46基本術語步距角（步距）當輸入

12、一個電脈沖時輸出軸轉過的固定的角度位移量與輸入脈沖個數嚴格成正比，無誤差累積各種運行特性由下列條件決定脈沖個數脈沖頻率電動機各相繞組的接通次序廣泛應用于數字控制系統(tǒng)472. 步進電動機的種類通常按勵磁方式分為：反應式（VR-Variable Reluctance可變磁阻)型：轉子無繞組，定、轉子開小齒、步距小。永磁式（PM-Permanent Magnet）：轉子的極數=每相定子極數，不開小齒，步距角較大，力矩較大?；旌鲜?HB-Hybrid)：開小齒，混合反應式與永磁式優(yōu)點：轉矩大、動態(tài)性能好、步距角小。482. 步進電動機的種類 1）可變磁阻(VR-Variable Reluctance)

13、型其定子與轉子沒有永久磁鐵，定子上嵌有線圈，轉子朝定子與轉子之間磁阻最小方向轉動，并由此而得名可變磁型。49定子與轉子均不含永久磁鐵，故無勵磁時沒有保持力。需要將氣隙做得盡可能小，例如幾個微米。制造成本高、效率低、轉子的阻尼差、噪聲大等缺點。制造材料費用低、結構簡單、步距角小等特點。50 2) 永磁(PM-Permanent Magnet)型轉子2采用永久磁鐵、定子1采用軟磁鋼制成，繞組3輪流通電。定子每極的相數等于轉子的極數不開小齒，大步距、大力矩SN51該電動機為了實現連續(xù)轉動，若定子的激勵相序不發(fā)生變化，則必須在180轉角期間提供電流換向。由于采用了永久磁鐵，即使定子繞組斷電也能保持一定

14、轉矩，故具有記憶能力，可用做定位驅動。特點:勵磁功率小、效率高、造價低，因此需要量也大；由于轉子磁鐵的磁化間距受到限制，難于制造，故步距角較大；需要正負脈沖供電；與VR型相比轉矩大，但轉子慣量也較大523)混合(HB-Hybrid)型-永磁感應式步進電動機由轉子（轉子鐵芯、永磁體、轉軸、滾珠軸承），定子（繞組、定子鐵芯），前后端蓋等組成。最典型兩相混合式步進電機的定子有8個大齒，40個小齒，轉子有50個小齒。53特點具有VR型步進電動機步距角小、響應頻率高的優(yōu)點具有PM型步進電動機勵磁功率小、效率高的優(yōu)點由轉子鐵心的凸極數和定子的副凸極數決定步距角的大小，可制造出步距角較小(0.93.6)的電

15、動機。永久磁鐵也可磁化軸向的兩極，可使用軸向各向異性磁鐵制成高效電動機。54齒對齊齒間差3齒間差355 步進電動機與DC和AC伺服電動機相比其轉矩、效率、精度、高速性比較差，但步進電動機具有低速時轉矩大、速度控制比較簡單、外形尺寸小等優(yōu)點，所以在辦公室自動化方面的打印機、繪圖機、復印機等機電一體化產品中得到廣泛使用，在工廠自動化方面也可代替低檔的DC伺服電動機。563.3.2 步進電動機的工作原理A 相通電，產生磁通，對轉子產生磁拉力，使轉子的1、3兩個齒與定子的A相磁極對齊。磁通總是走磁阻最小的路徑,由于磁力線的扭曲而產生拖動轉矩。 定子-6個磁極，每2相相對磁極上有一相控制繞組 轉子-裝有

16、4個凸齒57B 相通電，B相磁極便產生磁通。由圖b可以看出，這時轉子2、4兩個齒與B相磁極靠得最近，于是轉子便沿著逆時針方向轉過30，使轉子2、4兩個齒與定子B相磁極對齊。將電脈沖通入C相勵磁繞組，C相磁極便產生磁通。由圖C可以看出，這時轉子1、3兩個齒與C相磁極靠得最近，于是轉子便沿著逆時針方向轉過30 角，使轉子1、3兩個齒與定子C相磁極對齊。ABCA-三相單三拍5859通電方式取決于繞組的通電頻率及繞組的通電方式單三拍、雙三拍 六拍單：每次只有一相（單）繞組通電雙：每次只有兩相（雙）繞組通電拍：通電次數，即從一種通電狀態(tài)轉換到另一種通電狀態(tài)為一拍基本工作原理-電磁鐵工作原理60每三次換接

17、為一個循環(huán)，每次一相繞組通電，三相單三拍六次轉換為一個循環(huán)，有六種通電狀態(tài)，三相六拍。A-B-C-A步距角為15每三次換接為一個循環(huán)，每次兩相繞組通電，三相雙三拍AB-BC-CA-ABA-AB-B-BC-C-CA-A步距角為3061三相單雙六拍 AAB B BC C CA A CABBCA3412CABBCA3412A相通電:轉子1、3齒和A相對齊。所以轉子轉到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA 通電，轉子轉了15。（1）BB 磁場對 2、4 齒有磁拉力，該拉力使轉子順時針方向轉動。（2）AA 磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力。A、B相同時通電62CABBCA3412總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所

18、以稱為三相六拍，步距角為15。B相通電:轉子2、4齒和B相對齊，又轉了15。63CABBCA3412BC通電CA通電CABBCA2341CABBCA2341C通電A通電64三相雙三拍 ABBC CA ABAB通電CABBCA3412CABBCA3412BC通電65三相雙三拍 ABBC CA ABAB通電CABBCA3412CA通電CABBCA432166步距角-步距角越小，所能達到的位置精度越高，通電類型定子相數n轉子齒數z通電系數k步距角三相單三拍34130三相單雙六拍34215三相雙三拍3413067特征：轉子外圓與定子內齒做成多齒的定子轉子齒的齒寬和齒距相等，一般來說轉子上齒數為40，定

19、子仍有6個磁極，每個磁極上加工5個小齒轉子齒距為360 /40=9，齒寬、齒槽各為4.5 小步距角電動機的實現68A相通電時，定子A相的5個齒與轉子齒對齊，此時，B相和A相空間差120度，當A相定子與轉子齒對齊時，B、C相不能對齊，B相的轉子與定子相差1/3個齒，C相定子與轉子相差2/3個齒工作原理：單三拍通電工作方式C相和A相空間差240度，69A相斷電，B相通電后，轉子只需要轉過1/3個齒(3度)，使B相定子齒與轉子齒對齊；C相通電時，轉子齒再轉過3度若工作方式改為三相六拍，則每個通電脈沖轉子只轉過1.5度步進電機的轉動方向由相序決定錯齒是步進電機的轉動原因70齒距 大小與通電方式和轉子齒

20、數有關，其大小可用下式計算： 步距角360(z m) 式中 z-轉子齒數； m-運行拍數，m=KN N：電動機的相數K1 單拍時2 雙拍時 步距角71每輸入一個脈沖，轉子轉過整個圓周的 1 /（ Zm ），也就是轉過 1 /（Zm ）轉，故轉速為：轉 速一臺四相步進電動機，設其為四相八拍運行。轉子上共有50個齒，計算n=1000r/min時，控制脈沖頻率？7273分辨力最大輸入力矩- 步進電機正常啟動時的最大力矩最大輸出力矩- 步進電機正常啟動時力矩的范圍內，最大輸力矩最大啟動領域- 步進電機正常啟動時的最大力矩的范圍最大輸出領域- 步進電機正常啟動時力矩的范圍內，最大輸出力矩范圍最大驅動頻率

21、 -步進電機能接受控制信號的的最大頻率最大啟動頻率- 步進電機能啟動, 停止, 正、反旋轉的最大頻率3.3.3 步進電動機的運行特性及性能指標741. 分辨力 在一個電脈沖作用下(即一拍)，電動機轉子轉過的角位移，即步距角。 越小，分辨力越高。常用的有0.751.5、0.91.8,1.53。3.3.3 步進電動機的運行特性及性能指標 2. 靜態(tài)特性(最大靜轉矩、矩角特性、最大起動轉矩)靜轉矩：步進電機處于穩(wěn)定狀態(tài)下的電磁轉矩靜態(tài)：步進電機的穩(wěn)定狀態(tài)(步進電機處于通電狀態(tài)不變，轉子保持不動的定位狀態(tài))75如果在電動機轉子軸上加一負載TL，則轉子齒的中心線與定子齒的中心線將錯過一個電角度e才能重新

22、穩(wěn)定下來。此時轉子上的電磁轉矩T1與負載轉矩TL相等,定子齒軸線與轉子齒軸線之間的夾角，稱為失調角 e 。在空載狀態(tài)下，給步進電動機某相通以直流電流時，轉子齒的中心線與定子齒的中心線相重合，轉子上沒有轉矩輸出，e =0 ,此時為轉子的初始穩(wěn)定平衡位置。 tee轉子76當e=0時轉子齒軸線和定子齒軸線重合，此時定、轉子齒之間雖有較大的吸力，但吸力垂直于轉軸，故電機產生的轉矩為0，如圖所示。單相通電時，通電相齒會產生轉矩，定子與轉子對應齒所產生的轉矩都是相同的，用一對定、轉子齒的相對位置來表示，電機總的轉矩等于通電相極下各個定子齒所產生的轉矩之和。1e=0矩角特性77在外力的作用下，轉動轉子使e增

23、加，磁力線被扭曲產生電磁轉矩增加，與其平衡的外轉矩也增大,當e = /2 (即1/4齒距角)時轉矩最大1e= /2 T11e= /4 T11e= 0 T1矩角特性78繼續(xù)增加e ，電磁轉矩反而減小，與其平衡的外轉矩也變小，直到e = 時，外轉矩又為0。1e= 1e= /2 T11e= 3/4 T1矩角特性79當e時，電磁轉矩改變方向，外轉矩也改變方向，變?yōu)樨撝?。當e= 3/2時，外轉矩達到負的最大值。1e= T11e=5/4 1e = 3/2T1矩角特性80e繼續(xù)增加，電磁轉矩反向減小，與其平衡的外轉矩也變小，直到e= 2時，外轉矩又變成0值。轉子轉動一個齒距（ 2電角度）1e= 21e =

24、3/2T11e = 7/4T1矩角特性81由于步進電機所產生的轉矩是與外轉矩相平衡的，因此外轉矩隨失調角e變化的規(guī)律，就是步進電機產生的靜態(tài)轉矩T 隨失調角e的變化規(guī)律。T = f（ e ）規(guī)律曲線，為電機的矩角特性。eT03/2/21e= /2 T1Teme矩角特性曲線82當e +時，轉矩的方向與e角增加的方向相同，故取轉矩為正值。83當e =90，靜態(tài)轉矩為最大值Tjmax表示了步進電動機承受負載的能力，是步進電動機的最主要性能指標之一。靜態(tài)轉矩越大，自鎖力矩越大，靜態(tài)誤差就越小。當e 在-到的范圍內時，若撤掉負載轉矩TL，轉子仍能回到初始穩(wěn)定平衡位置，因此- e 的區(qū)域稱為步進電動機的靜

25、態(tài)穩(wěn)定區(qū)域eT0-/2/2Tjmax84當e =90時，其靜態(tài)轉矩Tjmax為最大靜轉矩。Tj與e 之間的關系曲線大致為一條正弦曲線，該曲線稱為矩-角特性曲線。靜態(tài)轉矩越大，自鎖力矩越大，靜態(tài)誤差就越小。當e 在-到的范圍內時，若撤掉負載轉矩TL，轉子仍能回到初始穩(wěn)定平衡位置，因此- e 的區(qū)域稱為步進電動機的靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)域最大靜轉矩853. 動態(tài)特性步進電機的動態(tài)特性將直接影響到系統(tǒng)的快速響應性能和工作的可靠性在某一通電方式下，各相得矩-角特性綜合稱為矩-角特性曲線，如圖(a)所示，每一曲線依次錯開的角度為2/m(m為運行拍數)，當通電方式為三相三拍時，e =2/3;三相六拍時，e =/3(圖

26、b所示)863. 動態(tài)特性動態(tài)穩(wěn)定區(qū)：由圖所示，步進電動機從A相通電狀態(tài)切換到B相(或者AB相）通電狀態(tài)時，不至引起丟步，該區(qū)域稱為動態(tài)穩(wěn)定區(qū)。由于每一條曲線依次錯開一個電角度，故步進電動機在拍數越多的運行方式下，其動態(tài)穩(wěn)定區(qū)越接近于靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)，裕量r也就越大，運行中也就越不容易丟步。 87啟動轉矩 A 相與B 相矩-角特性曲線之交點所對應的轉矩稱為啟動轉矩，它表示步進電動機單相勵磁時所能帶動的極限負載轉矩。啟動轉矩通常與步進電動機相數和通電方式有關，如下表所示。88 最高連續(xù)運行頻率及矩-頻特性 步進電動機在連續(xù)運行時所能接受的最高控制頻率稱為最高運行頻率，以fmax表示。在連續(xù)運行狀態(tài)下，

27、其電磁轉矩隨控制頻率的升高而逐步下降步進電機運行時，輸出轉矩與輸入控制頻率之間的關系稱為矩-頻特性。在不同的控制頻率下電動機所產生的轉矩稱為動態(tài)轉矩。步進電動機矩頻特性特 點下降曲線。以最大負載轉矩（啟動轉矩）Tq為起點，隨著控制脈沖頻率增加，步進電動機的轉速逐步升高、而帶負載能力卻下降89選用步進電動機時，應使實際應用的運行頻率與負載轉矩所對應的運行工作點位于運行矩頻特性之下，才能保證步進電動機不失步地正常運行步進電動機矩頻特性90矩-頻特性及聯系尺寸91 空載起動頻率與慣-頻特性 在空載狀態(tài)下，轉子從靜止狀態(tài)能夠不失步地啟動時的最大控制頻率稱為空載啟動頻率或控制突跳頻率，當帶載啟動時，所允

28、許的起跳頻率會大大下降，步進電動機帶動慣性負載時的起跳頻率與負載轉動慣量之間的關系稱為慣-頻特性。負載轉動慣量的增加，起跳頻率降低。除慣性負載外，還有外負載轉矩，則起動頻率會進一步下降。一般來說，fmax遠遠大于啟動頻率，在高于最高連續(xù)運行頻率時，電動機將產生失步現象。不同負載下，電機允許的最高連續(xù)運行頻率不同，一般步進電動機說明書上都會指明控制最高連續(xù)運行頻率和空載啟動頻率。92空載啟動頻率933.3.4 步進電動機技術指標實例94 反應式步進電動機技術性能數據95永磁感應式步進電動機技術性能數據(一)96 永磁感應式步進電動機技術性能數據(二)97信號輸出順序步進電機開環(huán)控制用于一般速度和

29、位置控制的電機983.3.4 步進電動機的驅動與控制驅動電源由脈沖分配器、功率放大器等組成，如下圖所示。脈沖分配器功放電路三相步進電機負載功率電源分配器電源功放電路功放電路功率放大器步進脈沖方向信號ABC99驅動電源的組成驅動電源是將變頻信號源送來的脈沖信號及方向信號按要求循環(huán)供給電動機各相繞組，以驅動電動機轉子正反向旋轉。變頻信號源是可提供從幾赫茲到幾萬赫茲的頻率信號連續(xù)可調的脈沖信號發(fā)生器。因此，只要控制輸入電脈沖的數量及頻率就可精確控制步進電動機的轉角及轉速。試求：步進電機的轉速（r/min）100100當方向電平為低時，脈沖分配器的輸出按A-B-C的順序循環(huán)產生脈沖。當方向電平為高時，

30、脈沖分配器的輸出按A-C-B的順序循環(huán)產生脈沖。 1. 環(huán)形脈沖分配器使電動機繞組的通電順序按一定規(guī)律變化的部分稱為脈沖分配器（環(huán)形脈沖分配器）。101實現環(huán)形分配的方法有三種：一種采用計算機軟件,軟環(huán)分小規(guī)模集成電路搭建環(huán)行分配器、專用環(huán)形分配器102103103104表中為三相六拍分配狀態(tài)，可將表中狀態(tài)代碼0lH、03H、02H、06H、04H、05H列入程序數據表中, 依次在數據表中讀取并通過輸出端口輸出即可，通過正向和反向順序讀取可控制電動機進行正反轉。通過控制讀取一次數據的時間間隔可控制電動機的轉速。1051. 專用環(huán)形分配器器件CH250為一種三相步進電動機專用環(huán)形分配器,可以實現

31、三相步進電動機的各種環(huán)形分配，使用方便、接口簡單。下圖為CH250的管腳圖、圖b為三相六拍接線圖。106106CH250工作狀態(tài)A、B、C三個輸出端，當輸入端CL或EN加上時鐘脈沖后，輸出波形將符合三相反應式步進電動機的要求。若采用CL脈沖輸入端時，是上升沿觸發(fā)，同時EN為使能端，EN1時工作，EN0時禁止。采用EN作時鐘端，則下降沿觸發(fā)，此時CL為使能端，CL0時工作，CL1時禁止。R和R*分別為雙三拍運行和六拍運行的復位端。當R加上正脈沖，ABC的狀態(tài)為110，而R*加上正脈沖后，ABC的狀態(tài)為100，以避免ABC出現000或111非法狀態(tài)。 J3r、J3L是雙向雙三拍的控制端，三相雙三拍

32、工作時， J3r=1，J3L=0，電動機正轉， J3r=0，J3L=1，電機反轉。J6r、J6L是三相六拍的控制端，三相六拍供電時， J6r=1，J6L=0，電機正轉， J6r=0，J6L=1，電機反轉。107108三相六拍：AB B BC C CA A 108109三相雙三拍：ABBC CA AB 1092. 功率放大器又稱為驅動電路，作用是將脈沖發(fā)生器的輸出脈沖進行功率放大，給步進電機相繞組提供足夠的電流驅動電機正常工作。要求：提供足夠的幅值；前后沿較陡的勵磁電流；功率小，效率高；運行穩(wěn)定可靠，便于維修而且成本低電壓型和電流型電壓型又有單電壓型、雙電壓型電流型中有恒流驅動、斬波驅動110單

33、電壓功率放大電路放大器輸入端直接與環(huán)形脈沖分配器相連，輸出至步進電機的三相。無脈沖輸入時，3DK4, 3DD15均截止，繞組無電流，電動機不轉。A相得電時，電動機轉動一步，當脈沖依次加到三相輸入端時，三組放大器分別驅動不同繞組，電動機連續(xù)轉動二極管VD起續(xù)流作用，功放管截止時，儲存在繞組中的能量通過VD續(xù)流泄放，保護功放管；限流電阻R，限制通過繞組的電流不超過其額定值，520環(huán)形分配器輸出ABC步進電機的A相步進電機的B相步進電機的C相111電路結構簡單，限流電阻R消耗能量，降低了放大器功率，繞組電感較大，電路對脈沖電流的反應較慢，輸出的脈沖波形差、功率低。主要用于對速度要求不高的小型步進電動

34、機中112高低壓功率放大電路無脈沖輸入時，VT1,VT2,VT3,VT4均截止，繞組無電流，電機不轉。脈沖截止后， VT1,VT2, VT3,VT4截止，儲存在W中的能量通過18電阻和VD2放電， 電阻的作用是減小放電回路的時間常數，改善電流后沿的波形該電路采用高壓驅動，電流增長快，脈沖前沿變陡，電動機的轉矩和運行頻率提高。主要用于混合式或永磁式步進電機，不僅可以控制相繞組電流的導通和截止，還可以控制相電流的方向，故稱之為雙極性驅動電路有脈沖輸入時， VT1,VT2, VT4導通，VT2飽和導通時，變壓器TI的一次電流急劇增加，在變壓器二次側感生一個電壓使得VT3導通，的高壓經高壓管VT3加到

35、繞組W上，使得電流迅速上升，當VT2進入穩(wěn)定狀態(tài)時，TI 一次側電流暫時恒定無磁通量變化，二次側感生電壓為零，VT3截止。步進電機A相環(huán)形分配器輸出ABC113輸入低電平時，VF2截止， VT1導通，單穩(wěn)態(tài)電路VF1不觸發(fā)，繞組無電流通過輸入脈沖信號時，低壓管VF2導通，脈沖上升沿使4528觸發(fā)，6輸出低電平，VT1截止，VF1導通，A點電位高于12V，VD5截止，繞組有高壓電流，4528單穩(wěn)態(tài)電路定時結束，6輸出高電平，高壓管VF1截止，低壓工作；高壓工作時間由RC參數決定114脈沖開始觸發(fā)的一瞬間接通高壓電源，低壓運行供電，故效率高，電流的上升率高，故電機的高速運行性能好電流上升波形陡，容

36、易產生過沖，因此諧波成分豐富，電機運行過程中振動較大。115達林頓管ULN2003ULN2003 是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅NPN 達林頓管組成。恒流源功率放大電路該電路的特點如下：每一對達林頓都串聯一個2.7K 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數據。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關態(tài)時承受50V 的電壓，輸出可以在高負載電流并行運行。116恒流源功率放大電路特點：電流的大小取決于恒流源的恒流值，當發(fā)射極電阻減小時，恒流值增大；電阻增大時，恒流值減小。由于恒流源的

37、動態(tài)電阻很大，故繞組可在較低的電壓下取得較高的電流上升率。在較低的電壓上有一定的上升率，因而可以用在較高的頻率驅動上。電源電壓較低，功耗小，效率高但是恒流源管工作在放大區(qū)，管壓降較大，功耗大，所以必須對恒流源管采用較大的散熱片散熱。117斬波恒流功率放大電路如圖3-17，直接采用大功率的MOS場效應管作為功放管該電路去掉了限流電阻，效率提高，并利用高壓給W儲能，波形前沿得到改善，使步進電機的輸出加大，運行效率提高步進電機繞組中的電流保持在額定值附近并且類此鋸齒狀波形，如圖3-18c所示118調頻調壓功放電路基本原理：當步進電機工作在低頻時，供電電壓降低，當運行在高頻段時，供電電壓也升高，即供電

38、電壓隨著步進電機轉速的增加而升高。解決了低頻運行時，繞組中容易蓄積過多的能量而引起電機的低頻振動和噪聲保證了高頻運行時，電動機繞組電流值，避免了隨工作頻率的升高而電樞繞組電流降低，從而降低電機的輸出轉矩的問題1193. 細分驅動步距角只有整步工作或半步，由步進電動機結構所確定。電磁力的大小與繞組的通電電流有關當通電相電流階梯型上升或下降時，所產生的磁場合力會使得轉子有一個新的平衡位置，新的平衡位置在原來的步距角之內。120特點：在不改動電動機結構參數的情況下，步距角減?。浑姍C機運行平穩(wěn)，降低了電機的振動和噪聲。實現方法：采用多路功率開關器件將開關控制脈沖信號進行疊加1211）采用多路功率開關器

39、件VT1,VT2,VT3,VT4,VT5共采用5個功率晶體管作為開關器件，在繞組上升過程中，按順序導通，每導通一個，高壓管都要跟著導通，繞組中電流上升一個臺階，步進電機跟著轉動一小步1222）開關控制脈沖信號進行疊加與放大方法 分先放大后疊加；先疊加后放大兩種方法。 123將前述控制信號進行疊加，疊加后的階梯信號控制接在繞組的功率晶體管上，并使功率晶體管工作在放大狀態(tài)基極b上加的是階梯型變化的信號，因此通過繞組中的電流也是將誒提變化的，實現細分。功率管工作中放大狀態(tài)，因此功耗大，電源的利用率低，但是器件少。124125步進電動機的微機控制 (串行、并行控制示意)具有串行功能的單片機系統(tǒng)與步進電

40、機驅動電源之間，具有較少的連線將信號送入步進電機的環(huán)形分配器主電路用微型計算機系統(tǒng)的幾個端口直接去控制步進電動機各相驅動電路的方法。驅動電源中環(huán)形分配器由計算機來完成，可以用純軟件法實現也可用軟硬件結合的方法126點位控制的加減速過程127如果啟動時一次將速度上升到給定速度，起動頻率可能超過極限起動頻率，造成電動機失步如果到達終點時，突然停下來，由于慣性作用，步進電動機會發(fā)生過沖，影響到位置控制精度如果升降速過慢，不會產生失步和過沖，但是影響了執(zhí)行機構的工作效率因此，對于步進電動機的加減速有嚴格的要求，保證在不失步和過沖的前提下，用最短時間移動到指定位置步進電動機的速度控制128步進電機的運行

41、速度取決于繞組的通電頻率，控制運行速度實際是控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖的頻率或者換相周期。軟件延時每次換相后，調用一個延時子程序，延時結束后，再執(zhí)行換相子程序。通過改變延時的實踐長度即可改變脈沖的頻率，調節(jié)電機轉速采用定時器將電機換相子程序放在定時器中斷服務程序中，定時器溢出中斷實現電機換相，通過改變定時器定時時間常數，實現電機速度控制129按照直線規(guī)律升速步進電機的加減速過程按指數規(guī)律升速加速度恒定，要求電機的轉矩為恒值。從電動機本身的矩-頻特性來看，轉速不是很高的范圍內，轉矩可基本認為恒定；但轉速升高時，輸出轉矩將有所下降加速度是逐漸下降的，接近電動機輸出轉矩隨轉速變化的規(guī)律130用微機對步進電動

42、機進行加減速控制，實際上就是改變輸出步進脈沖的時間間隔。升速時使脈沖串逐漸加密，減速時使脈沖串逐漸稀疏。微機用定時器中斷的方式來控制電動機變速時,實際上就是不斷改變定時器裝載值的大小。 一般用離散辦法來逼近理想的升降速曲線。為了減少每步計算裝載值的時間，系統(tǒng)設計時就把各離散點的速度所需的裝載值固化在系統(tǒng)的EPROM中，系統(tǒng)運行中用查表方法查出所需的裝載值，從而大大減少占用CPU時間，提高系統(tǒng)響應速度。131132步進電動機閉環(huán)控制132步進電機驅動系統(tǒng)設計步進電機28-BYJ-48，5VDC，四相電機設計四相單四拍控制開環(huán)直流電機驅動系統(tǒng)設計一般直流電機，無反饋元件PWM調速133133134

43、134 系統(tǒng)在執(zhí)行升降速的控制過程中，對加減速的控制還需準備下列數據：加減速的斜率；升速過程的總步數；恒速運行總步數；減速運行的總步數。對升降速過程的控制有多種方法，軟件編程也十分靈活，技巧很多。此外，利用模擬數字集成電路也可實現升降速控制，但是實現起來較復雜且不靈活。1353.4 直流（DC）與交流（AC）伺服電動機及驅動調速性能好: 調速范圍廣，易于平滑調節(jié)。起動、制動轉矩大，易于快速起動、停車。易于控制。直流電機的優(yōu)點：應用：軋鋼機、電氣機車、無軌電車、中大型龍門刨床等調速范圍大的大型設備。用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等。家庭：電動縫紉機、電動自行車、電動玩具。1363.4 直流

44、（DC）與交流（AC）伺服電動機及驅動1. 轉子（又稱電樞）由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。轉子結構常見的是在有槽鐵心內鋪設繞組。鐵芯由沖壓成的硅鋼片一類材料迭壓而成；換向機構:換向環(huán)和電刷構成，電流通過電刷及換向片引入到繞組中。 2.定子永磁式：由永久磁鐵做成。勵磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中通過直流電，形成電磁鐵。3.4.1.1 直流伺服電動機的結構137勵磁式直流電動機結構勵磁：磁極上的線圈通以直流電產生磁通，稱為勵磁。138在主磁極上有勵磁繞組，繞組通電后就會在兩個主磁極間產生主磁場。直流電動機模型的定子有一對主磁極，安裝在機座上，機座也叫磁軛，是主磁極磁力線的通路。磁極與磁軛都是

45、用導磁良好的鋼鐵制成。139直流電機轉子也稱為電樞，電樞鐵芯由導磁良好的硅鋼片疊成，鐵芯圓周均勻分布18個槽，用來嵌放電樞繞組。電樞鐵芯直徑比主磁極間距離略小點。140把繞制好的電樞繞組嵌入電樞槽內，每個繞組都有一對引出線。141換向器有18個銅制換向片，成圓筒形，固定在一個絕緣套筒上，換向片間留有縫隙，相互絕緣。兩個角度展示換向器的外觀。142把換向器安裝在電樞轉軸上，把電樞繞組的引出線按規(guī)律焊接在換向片上。143為散去電機發(fā)出的熱量，還要在電樞轉軸上安裝風扇。144本模型有兩個主磁極，故有兩個電刷組，每個電刷組由兩個電刷構成電刷組固定在電刷座上，構成電刷裝置。電樞繞組通過電刷供電，電刷 的

46、主要成份是石墨，導電良好且潤滑。電刷固定在電刷座握內，由彈簧片壓向換向器。145把電樞插入定子主磁極間在電機兩側裝上端蓋（剖面），端蓋上有軸承，支持電樞的旋轉。電刷裝置也固定在端蓋上。146在電機端蓋上有散熱通風孔，在機座上有出線盒。147（2） 直流電機的額定值 直流電機的額定值主要有下列幾項：（1）額定功率：是指電機的輸出功率，對發(fā)電機系指出線端輸出的電功率。對電動機系指轉軸上輸出的機械功率。單位為W或kW。（2）額定電壓：是指在額定工作條件下，電機出線端的平均電壓。對于電動機是指輸入額定電壓，對于發(fā)電機是指輸出額定電壓。單位為V。（3）額定電流：是指電機在額定電壓下，運行于額定功率時的電

47、流值。單位為A。（4）額定轉速：是指對應于額定電壓、額定電流、電機運行于額定功率時所對應的轉速。單位為rmin。（5）額定轉矩：是在額定電壓、額定負載下，電動機轉軸上產生的電磁轉矩稱為電動機的額定轉矩。單位為N.M。148149二十世紀60年代研制出了小慣量直流伺服電動機，其電樞無槽，繞組直接粘接固定在電樞鐵心上，因而轉動慣量小、反應靈敏、動態(tài)特性好，適用于高速且負載慣量較小的場合，否則需根據其具體的慣量比設置精密齒輪副才能與負載慣量匹配，增加了成本。直流印刷電樞電動機是一種盤形伺服電動機，電樞由導電板的切口成形，導體的線圈端部起換向器作用，這種空心式高性能伺服電動機大多用于工業(yè)機器人、小型N

48、C機床及線切割機床上。1502. 直流伺服電動機的工作原理導體ab,cd中通入圖中所示方向的電流，根據電磁力定律，可以判斷載流導體ab,cd 在磁場中受力方向，形成逆時針方向電磁力矩，線圈逆時針旋轉。NS+-nabcdABFF當線圈轉動180o ,導體cd處于N極下，電流由c到d，S極下導體電流由b到a ，導體受力仍然是逆時針方向。NS+-nabcdABFF電樞連續(xù)旋轉，通過電刷和轉換器產生的整流作用，導體ab、cd中電流的方向不斷變化，交替在N極和S極下受電磁力作用，從而使得電動機按一定的方向連續(xù)旋轉。151由左手定則，通電線圈在磁場的作用下，使線圈逆時針旋轉。注意：換向片和電源固定聯接，線

49、圈無論怎樣轉動，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。由右手定則，線圈在磁場中旋轉，將在線圈中產生感應電動勢，感應電動勢的方向與電流的方向相反。152直流伺服電動機的特性及選用優(yōu)點:具有較高的響應速度、精度和頻率，優(yōu)良的控制特性不足：由于使用電刷和換向器，故壽命較低，需要定期維修典型產品：寬調速直流伺服電動機3.特 點153結構特點：勵磁便于調整，易于安排補償繞組和換向極，電動機的換向性能得到改善，成本低,可以在較寬的速度范圍內得到恒轉速特性永久磁鐵的寬調速直流伺服電動機的結構A、不帶制動器B、帶制動器日本FANUC公司生產的L系列(低慣量系列)、M系列和H系列直流伺服電動

50、機154寬調速直流伺服電動機154155寬調速直流伺服電動機155156寬調速直流伺服電動機156L系列(低慣量系列)H系列(大慣量系列）M系列(中慣量系列)日本法納克(FANUC)適合于頻繁起動、制動場合應用H系列是大慣量控制用電動機，它有較大的輸出功率，采用六相全波晶閘管整流驅動在H系列的基礎上發(fā)展起來的，其慣量較H系列小，適合于晶體管脈寬調制(PWM)驅動，因而提高了整個伺服系統(tǒng)的頻率響應。1574.直流電機的調速方式由于直流伺服電機的機械特性方程為：式中，UC 電樞控制電壓； R 電樞回路電阻； 每極磁通； Ce、Ct分別為電動機的結構常數。158由此，直流伺服電機的控制方式如下：（1

51、）調壓調速（變電樞電壓，恒轉矩調速）（2）調磁調速（變勵磁電流，恒功率調速）（3）改變電樞回路電阻調速159 直流伺服電動機為直流供電，為調節(jié)電動機轉速和方向,需要對其直流電壓的大小和方向進行控制。驅動方式：晶閘管直流調速驅動通過調節(jié)觸發(fā)裝置控制晶閘管的觸發(fā)延遲角(控制電壓的大小)來移動觸發(fā)脈沖的相位，從而改變整流電壓的大小，使直流電動機電樞電壓的變化易于平滑調速。晶體管脈寬調速驅動(PWM)5. 直流伺服電動機的驅動160脈沖寬度調制Pulse Width Modulation（PWM）晶體管半導體三極管，Transistor晶閘管晶體閘流管，可控硅整流器，稱可控硅，Thyristor161

52、161伺服電動機與驅動器驅動器電動機162163（1）晶體管直流脈寬調制驅動(PWM)工作原理在給定供電電壓U，由控制脈沖信號控制晶體管VT的通斷，使直流電動機得到脈沖驅動信號，改變脈沖控制信號的每一周通電時間，就可改變直流電動機的平均工作電壓Ua達到調速的目的；改變供電壓和續(xù)流二極管的極性，便可改變直流電動機的轉向。1641）直流電動機的脈寬調速電路原理a) 控制原理圖 b)電壓時間關系圖電子控制高頻開關進行直流斬波直流165 設開關K周期性地閉合、斷開，在一個周期T內，閉合的時間是，斷開的時間是T-。若外加電源電壓U為常數，則電源加到電機電樞上的電壓波形將是一個方波列，高度為U，寬度為。則

53、一個周期內電壓的平均值為： 166 式中 稱為導通率，又稱占空系數。當T 不變時，只要連續(xù)地改變就可以連續(xù)地使Ua 由0U，從而達到連續(xù)改變電機轉速之目的。實際應用時，通常采用大功率管代替開關S，其開關頻率一般為2000Hz，比電動機的機械時間常數小很多，所以一般不會引起電動機的轉速脈動，常選用的開關頻率為5002500Hz。167A 功能1 正轉0 停止B 功能1 反轉0 停止1682）直流電動機的方向控制電路如果在VT1和VT3的基極上加以正脈沖的同時，在VT2和VT4的基極上加負脈沖，這時VT1和VT3導通，VT2和VT4截止設此時電動機的轉向為正向。如果在晶體管VT1和VT3的基極上加

54、負脈沖，在VT2和VT4的基極上加正脈沖，則VT2和VT4導通，VT1和VT3截止，電流沿+90VcVT2 bMdVT4a0V的路徑流通，電流反向，電動機反向旋轉。 為使電動機實現雙向調速，多采用下圖所示橋式電路，其工作原理與線性放大橋式電路相似。 如果改變加到VT1和VT3、VT2和VT4這兩組管子基極上控制脈沖的正負和導通率，就可以改變電動機的轉向和轉速。169 為使電動機實現雙向調速，多采用下圖所示橋式電路，其工作原理與線性放大橋式電路相似。170171172173174VT1 VT2 VT3 VT4 功能 1 0 0 1 正轉 0 1 1 0 反轉 1 1 0 0 抱閘 0 0 1 1

55、 抱閘174整流電路晶體管直流調速驅動（PWM）175晶體管直流調速驅動（PWM）橋式整流電路176177橋式整流電路晶體管直流調速驅動（PWM）177178晶體管直流調速驅動（PWM）178直流PMW調速驅動電路直流電機PWM調速電路晶閘管驅動直流電機PWM調速電路H橋驅動1793.4.2 直流無刷電動機結構由定子、轉子、位置傳感器及換向電路組成 本體包括定子和永久磁鋼轉子。定子有三相對稱分布繞組，轉子磁鋼為兩極或者多極結構；傳感器檢測轉子位置，為電子換向器提供換相信號無刷永磁電動機晶體管開關180無刷電機結構與傳統(tǒng)的直流電機主要區(qū)別在于： 無刷電機具有旋轉的永磁轉子和固定的電磁繞組； 有刷

56、電機具有旋轉的電樞繞組和固定的永磁定子。本質上可看作是一臺用電子換相裝置取代機械換相裝置的直流電機。181傳感器：檢測轉子位置。控制器：為電子換相電路提供正確的換相信息，來控制電子換相電路中的功率開關管的開關狀態(tài)。保證電機各相按正確順序導通，在空間形成跳躍式的旋轉磁場，驅動永磁轉子連續(xù)不斷地旋轉。1821FT5系列采用霍爾開關作為位置檢測器,安裝在電動機尾部機座上三個霍爾開關；轉子上有帶磁性條的感應盤，并隨轉子在霍爾開關槽內旋轉。當磁性條與霍爾開關對應時，霍爾開關便發(fā)出信號，該信號反映了轉子轉過的角度，經控制電路處理后對定子三相繞組進行換向控制，實現了電子換向器的功能。西門子1FT5系列交流伺

57、服電動機U、V、W三相電源霍爾開關和測速發(fā)電機信號光電編碼器信號183采用電力電子逆變器和轉子位置檢測器，代替了換向器和電刷，其驅動原理和直流電動機相同。為確保逆變器中的VT1VT6按順序通斷，需用轉子位置傳感器實時檢測轉子位置信息給換向邏輯控制及驅動電路，輸出ub1ub6驅動電壓給VT1VT6大功率晶體管。PNUdcVT1VT2VT3VT5VT6VT4主電路及控制電路184換向邏輯控制-iV、+iWVT6、VT51 1 03003606-iU、+iWVT4、VT51 0 12403005-iU、+iVVT4、VT31 0 01802404+iV、-iWVT3、VT20 1 11201803+

58、iU、-iWVT1、VT20 1 0601202+iU、-iVVT1、VT6 0 0 1 0601繞組電流功率管導通HU HV HW轉子角度狀態(tài)繞組電流的改變是通過轉子位置檢測器（霍爾開關）、換向控制邏輯及驅動電路和逆變器共同配合來完成的。轉子每轉過60 ，轉子位置檢測元件即獲得一組邏輯信號，經驅動電路放大后，驅動VT1VT6大功率晶體管邏輯導通，從而生成U、V、W三相交流方波電流，實現兩相繞組換流。185三相繞組通入的方波電流具有雙極性、方波寬度為120電角度的特性，三相繞組電流每隔60改變一次。例如：三相繞組方波驅動電流在狀態(tài)， VT1和VT6導通，繞組U、V相導通（紅色虛線）。電流流向為

59、：P極VT1U相繞組V相繞組VT6N極。在狀態(tài)，VT1和VT2導通，繞組U、W相導通在狀態(tài)，VT3和VT2導通，繞組V、W相導通（藍色虛線）。電流流向為：P極VT3V相繞組W相繞組VT2N極。186根據無刷直流電機的換相原理可知，電機各相電流要根據當前的轉子位置來確定，即各繞組的相電壓與位置傳感器的輸出值有嚴格的對應關系。本電機中三個霍爾傳感器用于檢測轉子位置，控制器通過霍爾傳感器的信號控制各功率管的通斷?；魻杺鞲衅髋c各相相電壓之間的關系187無刷直流電動機速度控制，就是將合適的定子繞組與直流電源導通，對導通相進行PWM脈寬調制，進而影響磁場強度，改變轉動力矩，調整速度大小PNUdcVT1VT

60、2VT3VT5VT6VT4188交流伺服驅動系統(tǒng)組成伺服電機伺服驅動器采用電流型脈寬調制（PWM）三相逆變器、電流環(huán)為內環(huán)、速度環(huán)為外環(huán)的多環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)分類感應型交流伺服系統(tǒng)(IM)同步型交流伺服系統(tǒng)(SM)正弦波電流驅動的永磁交流伺服系統(tǒng)矩形波電流驅動的無刷直流伺服系統(tǒng)3.4.3 交流(AC)伺服電動機及其驅動1891.伺服電動機在進給驅動中的應用1903.4.3 交流(AC)伺服電動機及其驅動原理：檢測氣隙磁場的大小和方向，用電力電子變換器代替整流子和電刷，通過與氣隙磁場方向相同的磁化電流和方向垂直的有效電流來控制其主磁通量和轉矩。 永磁同步型不需要磁化電流控制，只要檢測磁鐵