控制電動(dòng)機(jī)及其選擇計(jì)算課程課件

第4章控制電動(dòng)機(jī)及其選擇計(jì)算4.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制4.2直流伺服電動(dòng)機(jī)及其控制4.3交流伺服電動(dòng)機(jī)及其控制4.4直線電動(dòng)機(jī)4.5控制電動(dòng)機(jī)選擇與計(jì)算實(shí)例1 控制用電動(dòng)機(jī)是電氣伺服控制系統(tǒng)的動(dòng)力部件。它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，由于它們的工作可在很寬的速度和負(fù)載范圍內(nèi)受到連續(xù)而精確的控制，因而在各種機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。24-1伺服電動(dòng)機(jī)控制方式的基本形式3圖4-2執(zhí)行元件的種類4 (1)電磁式執(zhí)行元件能將電能轉(zhuǎn)化成電磁力，并用電磁力驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，如交流電機(jī)、直流電機(jī)、力矩電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。 (2)液壓式執(zhí)行元件先將電能變化成液體壓力，并用電磁閥控制壓力油的流向，從而使液壓執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。 (3)氣壓式執(zhí)行元件與液壓式執(zhí)行元件的原理相同，只是介質(zhì)由液體改為氣體。5

4.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制

一、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)按其工作原理主要可分為磁電式和反應(yīng)式兩大類，三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理如圖4-12所示，其中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子上有6個(gè)齒，其上分別纏有U、V、W三相繞組，構(gòu)成三對(duì)磁極；轉(zhuǎn)子上則均勻分布著4個(gè)齒。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用直流電源供電。當(dāng)U、V、W三相繞組輪流通電時(shí)，通過(guò)電磁力的吸引，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一步一步地旋轉(zhuǎn)。6圖4-12步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)原理圖7 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組每次通斷電使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱之為步距角。上述分析中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角為30°。對(duì)于一個(gè)真實(shí)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，為了減少每通電一次的轉(zhuǎn)角，在轉(zhuǎn)子和定子上開(kāi)有很多定分的小齒。其中定子的三相繞組鐵心間有一定角度的齒差，當(dāng)U相定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對(duì)正時(shí)，V相和W相定子上的齒則處于錯(cuò)開(kāi)狀態(tài)，如圖4-13所示。真實(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理與上同，只是步距角是小齒距夾角的1/3。8圖4-13三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)9 二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電方式 如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組的每一次通斷電操作稱為一拍，每拍中只有一相繞組通電，其余繞組斷電，則這種通電方式稱為單相通電方式。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單相通電方式稱為三相單三拍通電方式。 如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電循環(huán)的每拍中都有兩相繞組通電，則這種通電方式稱為雙相通電方式。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用雙相通電方式時(shí)，稱為三相雙三拍通電方式。如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電循環(huán)的各拍中交替出現(xiàn)單、雙相通電狀態(tài)，則這種通電方式稱為單雙相輪流通電方式。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用單雙相輪流通電方式時(shí)，每個(gè)通電循環(huán)中共有六拍，因而又稱為三相六拍通電方式。10 一般情況下，m相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可采用單相通電、雙相通電或單雙相輪流通電方式工作，對(duì)應(yīng)的通電方式分別稱為m相單m拍、m相雙m拍或m相2m拍通電方式。 由于采用單相通電方式工作時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩頻特性（輸出轉(zhuǎn)矩與輸入脈沖頻率的關(guān)系）較差，在通電換相過(guò)程中，轉(zhuǎn)子狀態(tài)不穩(wěn)定，容易失步，因而實(shí)際應(yīng)用中較少采用。圖4-14是某三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不同通電方式下工作時(shí)的矩頻特性曲線。顯然，采用單雙相輪流通電方式可使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在各種工作頻率下都具有較大的負(fù)載能力。11圖4-14不同通電方式時(shí)的矩頻特性12 通電方式不僅影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩頻特性，對(duì)步距角也有影響。一個(gè)m相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如其轉(zhuǎn)子上有z個(gè)小齒，則其步距角可通過(guò)下式計(jì)算： (4-12) 式中，k是通電方式系數(shù)。當(dāng)采用單相或雙相通電方式時(shí)，k＝1；當(dāng)采用單雙相輪流通電方式時(shí)，k＝2?？梢?jiàn)，采用單雙相輪流通電方式還可使步距角減小一半。步進(jìn)電機(jī)的步距角決定了系統(tǒng)的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越高。13 三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的使用特性

（1）步距誤差。 （2）最大靜轉(zhuǎn)矩。 （3）啟動(dòng)矩頻特性。 當(dāng)伺服系統(tǒng)要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率高于最大允許啟動(dòng)率時(shí)，可先按較低的頻率啟動(dòng)，然后按一定規(guī)律逐漸加速到運(yùn)行頻率。圖4-15給出了90BF002型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)矩頻特性曲線。由圖可見(jiàn)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，所允許的最大啟動(dòng)頻率越小。

14圖4-15啟動(dòng)矩頻特性15 （4）運(yùn)行矩頻特性。圖4-16是90BF002型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線。16圖4-16運(yùn)行矩頻特性17 （5）最大相電壓和最大相電流。 四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電樞通斷電次數(shù)和各相通電順序決定了輸出角位移和運(yùn)動(dòng)方向，控制脈沖分配頻率可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制。因此，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)一般采用開(kāi)環(huán)控制方式。圖4-17為開(kāi)環(huán)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由環(huán)形分配器、功率驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等組成。18圖4-三17開(kāi)環(huán)三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)控三制系三統(tǒng)框三圖19步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)在三一個(gè)三脈沖三的作三用下三，三轉(zhuǎn)過(guò)三一個(gè)三相應(yīng)三的步三距角三，三因此三只要三控制三一定三的脈三沖數(shù)三，三即可三精確三控制三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)轉(zhuǎn)三過(guò)的三相應(yīng)三的角三度。三但三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)的三各繞三組必三須按三一定三的順三序通三電才三能正三確工三作，三這三種使三電動(dòng)三機(jī)繞三組的三通斷三電順三序按三輸入三脈沖三的控三制而三循環(huán)三變化三的過(guò)三程稱三為環(huán)三形脈三沖分三配。三實(shí)現(xiàn)三環(huán)形三分配三的方三法有三兩種三。三一種三是計(jì)三算機(jī)三軟件三分配三，三采用三查表三或計(jì)三算的三方法三使計(jì)三算機(jī)三的三三個(gè)輸三出引三腳依三次輸三出滿三足速三度和三方向三要求三的環(huán)三形分三配脈三沖信三號(hào)。三這三種方三法能三充分三利用三計(jì)算三機(jī)軟三件資三源，三減少三硬件三成本三，三尤其三是多三相電三動(dòng)機(jī)三的脈三沖分三配更三能顯三示出三這種三分配三方法三的優(yōu)三點(diǎn)。三但三由于三軟件三運(yùn)行三會(huì)占三用計(jì)三算機(jī)三的運(yùn)三行時(shí)三間，三因三而會(huì)三使插三補(bǔ)運(yùn)三算的三總時(shí)三間增三加，三從三而影三響步三進(jìn)電三動(dòng)機(jī)三的運(yùn)行三速度三。20另一三種是三硬件三環(huán)形三分配三，三采用三數(shù)字三電路三搭建三或?qū)Ｈ玫娜h(huán)形三分配三器件三將連三續(xù)的三脈沖三信號(hào)三經(jīng)電三路處三理后三輸出三環(huán)形三脈沖三。三采用三數(shù)字三電路三搭建三的環(huán)三形分三配器三通常三由分三立元三件（三如觸三發(fā)器三、三邏輯三門等三）構(gòu)三成，三特三點(diǎn)是三體積三大，三成三本高三，三可靠三性差三。三專用三的環(huán)三形分三配器三目前三市面三上有三很多三種，三如CM三OS電路CH三25三0即為三三相三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)的三專用三環(huán)形三分配三器，三它三的引三腳功三能及三三相三六拍三線路三圖如三圖4-三18所示三。21圖4-三18環(huán)形三分配三器CH三25三0引腳三圖(a三)引腳三功能三；(b三)三相三六拍三線路三圖22圖4-三18環(huán)形三分配三器CH三25三0引腳三圖(a三)引腳三功能三；(b三)三相三六拍三線路三圖232）三功率三驅(qū)動(dòng)三常見(jiàn)三的步三進(jìn)電三動(dòng)機(jī)三驅(qū)動(dòng)三電路三有三三種：三(1）三單電三源驅(qū)三動(dòng)電三路。三這種三電路三采用三單一三電源三供電三，結(jié)三構(gòu)簡(jiǎn)三單，三成本三低，三但電三流波三形差三，效三率低三，輸三出力三矩小三，主三要用三于對(duì)三速度三要求三不高三的小三型步三進(jìn)電三動(dòng)機(jī)三的驅(qū)三動(dòng)。三圖4-三19所示為三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)的三一相三繞組三驅(qū)動(dòng)三電路三（每三相繞三組的三電路三相同三）。24圖4-三19單電三源驅(qū)三動(dòng)電三路25(2）雙三電源三驅(qū)動(dòng)三電路三。雙三電源三驅(qū)動(dòng)三電路三又稱三高、三低壓三驅(qū)動(dòng)三電路三，采三用高三壓和三低壓三兩個(gè)電源三供電三，如三圖4-三20所示三。26圖4-三20高、三低壓三驅(qū)動(dòng)三電路27(3）斬三波限三流驅(qū)三動(dòng)電三路。三這種三電路三采用三單一三高壓三電源三供電三，以三加快三電流三上升三速度三，并三通過(guò)三對(duì)繞三組電三流的三檢測(cè)三，控三制功三放管三的開(kāi)三和關(guān)三，使三電流三在控三制脈三沖持三續(xù)期三間始三終保三持在三規(guī)定三值上三下，三其波三形如三圖4-三21所示三。這三種電三路功三率大三，功三耗小三，效三率高三，目三前應(yīng)三用最三廣。三圖4-三22所示三為一三種斬三波限三流驅(qū)三動(dòng)電三路原三理圖三。28圖4-三21斬波三限流三驅(qū)動(dòng)三電路三波形三圖29圖4-三22斬波三限流三驅(qū)動(dòng)三電路30五、三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)的三選用三1.轉(zhuǎn)矩三和慣三量匹三配條三件為了三使步三進(jìn)電三動(dòng)機(jī)三具有三良好三的啟三動(dòng)能三力及三較快三的響三應(yīng)速三度，三通常三推薦TL/Tma三x≤0三.5及JL/Jm≤42.步距三角的三選擇三和精三度步距三角的三選擇三是由三脈沖三當(dāng)量三等因三素來(lái)三決定三的。三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)的三步距三角精三度將三會(huì)影三響開(kāi)三環(huán)系三統(tǒng)的三精度三。314.三2直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)一.直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)的三分類三直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)按三勵(lì)磁三方式三可分三為電三磁式三和永三磁式三兩種三。電三磁式三的磁三場(chǎng)由激磁三繞組產(chǎn)生三；永三磁式三的磁三場(chǎng)由永磁三體(永久三磁鐵)產(chǎn)生三。電三磁式三直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)是三一種三目前三巳普三遍使三用的三伺服三電動(dòng)三機(jī)，三特別三是在三大功三率范三圍內(nèi)(1三00三w以上)。永三磁式三直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)由三于尺三寸小三、重三量輕三、效三率高三、出三力大三、結(jié)三構(gòu)簡(jiǎn)三單，三無(wú)需三激磁三等一三系列三優(yōu)點(diǎn)三而被三越來(lái)三越重三視。324.三2直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)二、三直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)的三特點(diǎn)1、穩(wěn)三定性三好；2、可三控性三好；3、響三應(yīng)迅三速；4、控三制功三率低三，損三耗小三；5、轉(zhuǎn)三矩大三；334.三2直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)三.直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)的三基本三結(jié)構(gòu)三及工三作原三理直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)的三結(jié)構(gòu)三與一三般的三直流三電動(dòng)三機(jī)結(jié)三構(gòu)相三似，三也是三由定三子、三轉(zhuǎn)子三和電三刷等三部分三組成三，直三流伺三服電三動(dòng)機(jī)三部件三主要三由磁三極、三電樞三、電三刷及三換向三片組三成,如圖4-三3所示三。34圖4-三3直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)基三本結(jié)三構(gòu)3536四.直流三伺服三系統(tǒng)三由于三伺服三控制三系統(tǒng)三的速三度和三位移三都有三較高三的精三度要三求，三因而三直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)通三常以三閉環(huán)三或半三閉環(huán)三控制三方式三應(yīng)用三于伺三服系三統(tǒng)中三。直三流伺三服系三統(tǒng)的三閉環(huán)三控制三是針三對(duì)伺三服系三統(tǒng)的三最后三輸出三結(jié)果三進(jìn)行三檢測(cè)三和修三正的三伺服三控制三方法三，而三半閉三環(huán)控三制是三針對(duì)三伺服三系統(tǒng)三的中三間環(huán)三節(jié)（三如電三動(dòng)機(jī)三的輸三出速三度或三角位三移等三）進(jìn)三行監(jiān)三控和三調(diào)節(jié)三的控三制方三法。三它們?nèi)紝?duì)三系統(tǒng)三輸出三進(jìn)行三實(shí)時(shí)三檢測(cè)三和反三饋，三并根三據(jù)偏三差對(duì)三系統(tǒng)三實(shí)施三控制三。半三閉環(huán)三和閉三環(huán)控三制的三位置三伺服三系統(tǒng)三的結(jié)構(gòu)三原理三分別三如圖4-三10、圖4-三11所示三。37圖4-三10半閉三環(huán)伺三服系三統(tǒng)結(jié)三構(gòu)原三理圖38圖4-三11閉環(huán)三伺服三系統(tǒng)三結(jié)構(gòu)三原理三圖3940五.直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)與三驅(qū)動(dòng)直流三伺服三電機(jī)三為直三流供三電，三為調(diào)三節(jié)電三機(jī)轉(zhuǎn)三速和三方向三，需三要對(duì)三其直三流電三壓的三大小三和方三向進(jìn)三行控三制。三目前三常用三晶體三管脈三寬調(diào)三速驅(qū)三動(dòng)和三可控三硅直三流調(diào)三速驅(qū)三動(dòng)兩三種方三式?？煽厝柚比?S三CR三)驅(qū)動(dòng)三方式三，主三要通三過(guò)調(diào)三節(jié)觸三發(fā)裝三置控三制可三控硅三的控三制角(控制三電壓三之大三小)來(lái)移三動(dòng)觸三發(fā)脈三沖的三相位三，從三而改三變整三流電三壓的三大小三．使三直流三電機(jī)三電樞三電壓三的變?nèi)兹交{(diào)速三。41圖4-三12單相三交流三可控三硅橋三式整三流電三路(a）整流三電路三；(b）波形三圖4243而采三用脈三寬調(diào)三速驅(qū)三動(dòng)系三統(tǒng)，三其開(kāi)三關(guān)頻三率高(通常三達(dá)20三00一30三00三Hz三)，伺三服機(jī)三構(gòu)能三夠響三應(yīng)的三頻帶三范圍三也較三寬，三與可三控硅三相比三其輸三出電三流脈三動(dòng)非三常小三，接三近于三純直三流。脈沖三寬度三調(diào)制三（PW三M）直三流調(diào)三速驅(qū)三動(dòng)系三統(tǒng)原三理如三下圖三，其三中u為導(dǎo)三通率三，又三稱占三空比三或占三空系三數(shù)。44M…只要三改變?nèi)龑?dǎo)通三時(shí)間三就可三改變?nèi)姌腥齼啥巳钠饺娙龎?5六.直流三伺服三系統(tǒng)三的組三成相敏三放大器位置三調(diào)節(jié)三器速度三調(diào)節(jié)器PW三M公放器伺服三電動(dòng)機(jī)減速三器速度檢測(cè)位置檢測(cè)Lw直流三伺服三系統(tǒng)三的原三理框三圖++__46七.直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)的三功率三接口直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)的三驅(qū)動(dòng)三控制三一般三采用三脈沖三調(diào)制三法（PW三M）比較三器伺服電動(dòng)三機(jī)功率三放大器三角三波發(fā)生三器UTnUlUI+UTUSUPPW三M功率三放大三器開(kāi)關(guān)三功率三放大三器電壓——脈寬三變換三器圖4-三13PW三M功率三驅(qū)動(dòng)三接口三組成三框圖47Ul0tUTtUI+UTtUS(UP)tUl0tUS(UP)tUS(UP)tUI+UTtUI+UTtUl0tUTtUTtTUTP三P圖4—14PW三M脈寬三調(diào)制三波形（a）（b）(c三)48（1）在三圖4-三14三a中，三控制三信號(hào)UI=0，UT與UI相加三后，三仍然三是一三個(gè)正三負(fù)幅三度相三等的三三角三波，三通過(guò)三比較三器之三后，三輸出三正負(fù)三幅度三相同.寬度三相同三的矩三形波US，經(jīng)功三率放三大器三后其三直流三分量三為零三，電三機(jī)不三會(huì)轉(zhuǎn)三動(dòng)，三只是三在交三流分三量的三作用三下在三停止三位置三處微三振，三這種三振動(dòng)三對(duì)直三流伺三服電三動(dòng)機(jī)三有利三，可三以克三服直三流伺三服電三動(dòng)機(jī)三時(shí)的三靜摩三擦。（2）在三圖4-三14三b中,控制三信號(hào)UI>0三,這時(shí)UT與UI相加三后形三成一三個(gè)不三對(duì)稱三的三三角波三，它三的正三波幅三度和三寬度三增大三，負(fù)三波幅三度和三寬度三減小三，通三過(guò)比三較器三后，三輸出三正脈三沖寬.負(fù)脈三沖窄三的矩三形波三。由三于此三時(shí)輸三出電三壓的三平均三值（三直流三分量三）為三正，三因此三電動(dòng)三機(jī)正三轉(zhuǎn)。三而且UI越大三，輸三出信三號(hào)US的正三脈沖三寬度三越寬三，在三電動(dòng)三機(jī)中三產(chǎn)生三的直三流分三量越三大，三電動(dòng)三機(jī)正三轉(zhuǎn)的三速度三也越三快。（3）在三圖4-三14三c中,控制三信號(hào)UI<0三,產(chǎn)生三的UT+UI的信三號(hào)是三一49個(gè)正三波幅三度和三寬度三較小三，負(fù)三波幅三度和三寬度三較大三的不三對(duì)稱三三角三波，三通過(guò)三比較三器后三，輸三出正三脈沖三窄.負(fù)脈三沖寬三的矩三形波三。由三于此三時(shí)輸三出電三壓的三平均三值（三直流三分量三）為三負(fù)，三因此三電動(dòng)三機(jī)反三轉(zhuǎn)。三很明三顯UI越負(fù)三，在三電動(dòng)三機(jī)中三產(chǎn)生三負(fù)的三直流三分量三越大三，電三動(dòng)機(jī)三反轉(zhuǎn)三的速三度越三快。（4）結(jié)三論：三控制三信號(hào)UI的特三性決三定了三電動(dòng)三機(jī)的三工作三狀態(tài)三，UI=0，電三動(dòng)機(jī)三停止三；UI>0，電三動(dòng)機(jī)三正轉(zhuǎn)三，UI<0電動(dòng)三機(jī)反三轉(zhuǎn)，三且︱UI︱越大三，轉(zhuǎn)三速則三越快三。50圖4-三15三H型橋三式PW三M晶體三管功三率放三大器51圖4-三16雙極三式H型可三逆器三的電三壓、三電流三波形三的電三路原三理圖52（1）當(dāng)UAB＝0時(shí)，Us的正三、負(fù)三脈寬三相等三，直三流分三量為三零，V1和V4的導(dǎo)三通時(shí)三間與V2和V3的導(dǎo)三通時(shí)三間相三等，三流過(guò)三電樞三繞組三中的三平均三電流三等于三零，三電動(dòng)三機(jī)不三轉(zhuǎn)。三但在三交流三分量三作用三下，三電動(dòng)三機(jī)在三停止三位置三處微三振，三這種三微振三有動(dòng)三力潤(rùn)三滑作三用，三可消三除電三動(dòng)機(jī)三啟動(dòng)三時(shí)的三靜摩三擦，三減小三啟動(dòng)三電壓三。（2）當(dāng)UAB>0時(shí)，Us的正三脈寬三大于三負(fù)脈三寬，三直流三分量三大于三零，V1和V4的導(dǎo)三通時(shí)三間長(zhǎng)三于V2和V3的導(dǎo)三通時(shí)三間，三流過(guò)三繞組三中的三電流三平均三值大三于零三，電三動(dòng)機(jī)三正轉(zhuǎn)三，且三隨著U1增加三，轉(zhuǎn)三速增三加。三（3）當(dāng)UAB<0時(shí)，Us的直三流分三量小三于零三，電三樞繞三組中三的電三流平均三值也三小于三零，三電動(dòng)三機(jī)反三轉(zhuǎn)，三且反三轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)三速隨三著U1減小三而增三加。53（4）當(dāng)V1和V4或V2和V3始終三導(dǎo)通三時(shí)，三電動(dòng)三機(jī)在三最高三轉(zhuǎn)速三下正三轉(zhuǎn)或三反轉(zhuǎn)三。54554.三3交流三伺服三電動(dòng)三機(jī)一.交流三伺服三電動(dòng)三機(jī)的三種類1、同步三型（SM）：采三用永三磁結(jié)三構(gòu)的三同步三電動(dòng)三機(jī)，三又稱三無(wú)刷三直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)。特點(diǎn)：無(wú)三接觸三換向三部件需要三磁極三位置三檢測(cè)三器（三如編三碼器三）具有三直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)的三全部三優(yōu)點(diǎn)三。564.三3交流三伺服三電動(dòng)三機(jī)一.交流三伺服三電動(dòng)三機(jī)的三種類2、感應(yīng)三型（IM）：籠三型感三應(yīng)電三動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：對(duì)三定子三電流三的激三勵(lì)分三量和三轉(zhuǎn)矩三分量三分別三控制三。具有三直流三伺服三電動(dòng)三機(jī)的三全部三優(yōu)點(diǎn)三。57二、三交流三伺服三電動(dòng)三機(jī)的三調(diào)速異步三電動(dòng)三機(jī)的三轉(zhuǎn)速三方程三為三（4-三14）三式中,n為電三動(dòng)機(jī)三轉(zhuǎn)速三；s為轉(zhuǎn)三差率三。變頻三調(diào)速間接三變換三方式三（三交－三直－三交變?nèi)l）直接三變換三方式三（交三－交三變頻三）SP三WM變頻三調(diào)速58圖4-三39交—直—交變?nèi)l電三路結(jié)三構(gòu)圖59圖4-三39交—直—交變?nèi)l電三路結(jié)三構(gòu)圖60三、SP三WM變頻三調(diào)速1、SP三WM波形三原理三在采三樣控三制理三論中三有一三個(gè)重三要的三結(jié)論三：沖三量相三等而三形狀三不同三的窄三脈沖三加在三具有三慣性三的環(huán)三節(jié)上三時(shí)，三其效三果基三本相三同。三沖量三即指三窄脈三沖的三面積三。這三里所三說(shuō)的三效果三基本三相同三，是三指環(huán)三節(jié)的三輸出三響應(yīng)三波形三基本三相同三。下三面來(lái)三分析三一下三如何三用一三系列三等幅三而不三等寬三的脈三沖來(lái)三代替三一個(gè)三正弦三波。三把圖4-三40三(a三)所示三的正三弦半三波波三形分三成N等份三，就三可把三正弦三半波三看成三由N個(gè)彼三此相三連的三脈沖三所組三成的三波形三。61這些三脈沖三寬度三相等三，都三等于π／N，但幅三值不三等，三且脈三沖頂三部不三是水三平直三線，三而是三曲線三，各三脈沖三的幅三值按三正弦三規(guī)律三變化三。如三果把三上述三脈沖三序列三用同三樣數(shù)三量的三等幅三而不三等寬三的矩三形脈三沖序三列代三替，三使矩三形脈三沖的三中點(diǎn)三和相三應(yīng)正三弦等三分的三中點(diǎn)三重合三，且三使矩三形脈三沖和三相應(yīng)三正弦部分三面積三（沖三量）三相等三，就三得到三圖4-三40三(b三)所示三的脈三沖序三列，三這就三是PW三M波形三。62圖4-三40正弦三波PW三M原理三示意三圖(a三)正弦三半波三；(b三)P三WM波形632單相SP三WM控制三原理圖4-三41是采三用電三力晶三體管三作為三開(kāi)關(guān)三器件三的電三壓型三單相三橋式三逆變?nèi)娐啡?。三控制V4或V3通斷三的方三法如三圖4-三42所示三。64圖4-三41單相三橋式PW三M逆變?nèi)娐?5圖4-三42單極三性SP三WM控制三方式三原理66圖4-三41所示三的單三相橋三式逆三變電三路采三用雙三極性三控制方三式時(shí)三的波三形如三圖4-三43所示三。67圖4-三43雙極三性PW三M控制三方式三原理68交流三電動(dòng)三機(jī)變?nèi)l調(diào)三速功三率接三口變頻三調(diào)速三是交三流電三動(dòng)機(jī)三調(diào)速三的發(fā)三展方三向，三而且三有的三變頻三調(diào)速三系統(tǒng)三在動(dòng)三態(tài)性三能及三穩(wěn)態(tài)三性能三的指三標(biāo)上三已超三過(guò)直三流調(diào)三速。三因此三在、三機(jī)電三一體三化系三統(tǒng)設(shè)三計(jì)時(shí)三可優(yōu)三先選三用交三流電三動(dòng)機(jī)三變頻三調(diào)速三方案三。（1）變?nèi)l器三的分三類按照三變頻三方式三和控三制方三式可三分為按變?nèi)l方三式交-直-交變?nèi)l器電壓三型電流三型交-交變?nèi)l按控三制方三式脈沖三寬度三調(diào)制三型（PW三M）脈沖三幅度三調(diào)制三型（PA三M）矢量三控制三型69（2）變?nèi)l器三選擇電動(dòng)三機(jī)的三容量三及負(fù)三載特三性是三變頻三器選三擇的三基本三依據(jù)三。三在三選擇三變頻三器前三，首三先要三分析三控制三對(duì)象三的負(fù)三載特三性并三選擇三電動(dòng)三機(jī)容三量，三根據(jù)三用途三選擇三合適三的變?nèi)l器三類型三，然三后再三進(jìn)一三步確三定變?nèi)l器三的容三量。(3三)變頻三器的三使用三方法在人三工控三制系三統(tǒng)中三，只三要在三控制三回路三接線三端上三接上三相應(yīng)三的機(jī)三械開(kāi)三關(guān)即三可實(shí)三現(xiàn)變?nèi)l調(diào)三速。三在自三動(dòng)控三制系三統(tǒng)中三，則三有三三種方三法：三第一三種使三用繼三電器三開(kāi)關(guān)三電路三，繼三電器三開(kāi)關(guān)三受上三位控三制器三的控三制，三這種三方法三適用三于簡(jiǎn)三單的三恒速三控制三，其三控制三電路三如圖4-三44三α所示三。70第二三種方三法是三模擬三控制三方法三，上三位機(jī)三模擬三通道三與控三制回三路的三電壓三頻率三設(shè)定三端子三或電三流頻三率設(shè)三定端三子相三連其三控制三電路三如圖4-三44三b所示三；第三三種方三法是三采用三變頻三器數(shù)三字接三口板三，接三口板三是變?nèi)l器三的三選件三，將三它接三入變?nèi)l器三后，三變頻三器就三可以三通過(guò)三數(shù)字三接口三與上三位控三制器三的并三行輸三出口三直接三相連三，以三實(shí)現(xiàn)三直接三數(shù)字三控制三，其三控制三電路三如圖4-三44三c所示三。71圖4-三44交頻三器的三三種三控制三方法72圖4-三44交頻三器的三三種三控制三方法73六.步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)功三率驅(qū)三動(dòng)接三口步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)功三率驅(qū)三動(dòng)接三口包三含環(huán)三形脈三沖分三配器三和功三率放三大器三兩部三分。1.脈沖三分配三器的三實(shí)現(xiàn)三方法脈沖三分配三器有三兩種三形式三一種三是由三專門三環(huán)形三分配三集成三電路三或數(shù)三字時(shí)三序邏三輯電三路構(gòu)三成的三硬件三分配三器，三如CH三25三0三相三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)的三脈沖三分配三器集三成電三路74CLENJ3RJ3LJ6RJ6L功能11000雙三拍正轉(zhuǎn)10100雙三拍反轉(zhuǎn)10010單六拍反轉(zhuǎn)10001單六拍正轉(zhuǎn)01000雙三拍正轉(zhuǎn)00100雙三拍反轉(zhuǎn)00010單六拍正轉(zhuǎn)00001單六拍反轉(zhuǎn)1XXXX不變X0XXXX不變0XXXX不變1XXXXX不變CH三25三0功能三真值三表75硬件三環(huán)形三分配三電路三原理三圖76轉(zhuǎn)向1—2相通電CPWVU代碼轉(zhuǎn)向正A000101H反AB101103HB201002HBC311006HC410004HCA510105HA000101H三相三六拍三分配三狀態(tài)772.步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)功三率放三大的三形式（1）單三電壓三功率三放大三圖圖4-三45為該三電路三的原三理圖三，是三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)控三制中三最簡(jiǎn)三單的三一種三驅(qū)動(dòng)三電路三，在三本質(zhì)三上它三是一三個(gè)簡(jiǎn)三單的三功率三反向三器。三單電三壓功三率放三大電三路的三最大三特點(diǎn)三是結(jié)三構(gòu)簡(jiǎn)三單，三缺點(diǎn)三是工三作效三率低三，在三高頻三工作三狀態(tài)三時(shí)，三效率三尤其三差。圖4-三46所示三為恒三流功三放電三路，三它是三單電三壓功三率放三大電三路的三一種三改進(jìn)三電路三。三該電三路的三特點(diǎn)三是用三恒流三源代三替外三接電三阻RC,使功三率大三為降三低，三電源三效率三得到三提高三。78圖4-三45單電三壓功三率放三大電三路原三理圖79圖4-三46恒流三功放三電路三原理三圖ILIDIe80（2）雙三電壓三功率三放大三電路雙電三源功三率放三大電三路圖81（3）斬三波型三功率三放大三電路三此三類電三路有三兩種三：一三種是三斬波三恒流三型；三另一三種是三斬波三平滑三型。三前者三應(yīng)用三較為三廣泛三。斬波三恒流三功放三是利三用斬三波方三法使三電流三恒定三在額三定值三附近三，典三型電三路如三圖4-三47三a所示三。從提三高高三頻工三作性三能及三店員三效率三的角三度看三，斬三波恒三流型三功放三電路三可以三用較三高的三電源三電壓三，同三時(shí)無(wú)三需外三接電三阻來(lái)三限定三額定三電流三和減三小時(shí)三間常三數(shù)，三但是三由于三電流三波形三呈鋸三齒形三，驅(qū)三動(dòng)時(shí)三會(huì)有三較大三的電三磁噪三聲。三要消三除電三磁噪三聲，三有兩三種措三施：三一是三使斬三波頻三率提三高至三超聲三波頻三率；三另一三種是三使步三進(jìn)電三動(dòng)機(jī)三各相三采用三同一三個(gè)頻三率的三斬波三信號(hào)三。82恒頻三脈寬三調(diào)制三功放三電路三就是三按上三述兩三個(gè)措三施設(shè)三計(jì)的三一種三常用三的功三放電三路，三其電三路原三理圖三及輸三入波三形如三圖4-三48所示三。恒三頻脈三寬調(diào)三制功三率放三大電三路不三但有三較好三的高三頻特三性，三而且三有效三地減三少了三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)的三電磁三噪聲三，同三時(shí)還三降低三了功三耗。三但由三于斬三波頻三率較三高，三對(duì)功三放管三及續(xù)三流二三極管三的頻三率響三應(yīng)要三求較三高。三另外三，這三種電三路的三低頻三振蕩三較高三。83iLUSUP(a三)uINubuLttt(b三)圖4-三47斬波三恒流三功放三電路84ttttu1u2u3iL圖4-三48恒流三脈寬三調(diào)制三功放三電路854.三4直線三電動(dòng)三機(jī)與旋三轉(zhuǎn)電三動(dòng)機(jī)三傳動(dòng)三相比三，直三線電三動(dòng)機(jī)三傳動(dòng)三主要三具有三下列三優(yōu)點(diǎn)三：1)直線三電動(dòng)三機(jī)由三于不三需要三中間三傳動(dòng)三機(jī)械三，因三而使三整個(gè)三機(jī)械三得到三簡(jiǎn)化三，提三高了三精度三，減三少了三振動(dòng)三和噪三聲。2)快速三響應(yīng)三。用三直線三電動(dòng)三機(jī)驅(qū)三動(dòng)時(shí)三，由三于不三存在三中間三傳動(dòng)三機(jī)構(gòu)三的慣三量和三阻力三矩的三影響三，因三而加三速和三減速三時(shí)間三短，三可實(shí)三現(xiàn)快三速啟三動(dòng)和三正反三向運(yùn)三行。3)儀表三用的三直線三電動(dòng)三機(jī)，三可以三省去三電刷三和換三向器三等易三損零三件，三提高三可靠三性，三延長(zhǎng)三使用三壽命三。4)直線三電動(dòng)三機(jī)由三于散三熱面三積大三，容三易冷三卻，三所以三允許三較高三的電三磁負(fù)三荷，三可提三高電三動(dòng)機(jī)三的容三量定三額。5)裝配三靈活三性大三，往三往可三將電三動(dòng)機(jī)三和其三它機(jī)三件合三成一三體。86一、三直線三感應(yīng)三電動(dòng)三機(jī)直線三感應(yīng)三電動(dòng)三機(jī)可三以看三作是三由普三通的三旋轉(zhuǎn)三感應(yīng)三電動(dòng)三機(jī)直三接演三變而三來(lái)的三。87一、三直線三感應(yīng)三電動(dòng)三機(jī)88一、三直線三感應(yīng)三電動(dòng)三機(jī)89一、三直線三感應(yīng)三電動(dòng)三機(jī)管型三直線三感應(yīng)三電動(dòng)三機(jī)90二、三直線三直流三電動(dòng)三機(jī)永磁三直線三直流三電動(dòng)三機(jī)91二、三直線三直流三電動(dòng)三機(jī)電磁三式直三線直三流電三動(dòng)機(jī)92三、三直線三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)934.三5控制三電動(dòng)三機(jī)選三擇與三計(jì)算一、三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)選三擇與三計(jì)算三實(shí)例簡(jiǎn)易三數(shù)控三車床三的縱三向(z軸)進(jìn)給三系統(tǒng)三，通三常是三采用三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)驅(qū)三動(dòng)滾三珠絲三杠，三帶動(dòng)三裝有三刀架三的拖三板做三往復(fù)三直線三運(yùn)動(dòng)三，其三工作三原理三圖如三圖4-三28，其三中工三作臺(tái)三即為三拖板三。944.三5控制三電動(dòng)三機(jī)選三擇與三計(jì)算一、三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)選三擇與三計(jì)算三實(shí)例已知三拖板三重量W=三20三00三N，拖三板與三貼塑三導(dǎo)軌三間的三摩擦三系數(shù)μ=三0.三06，車三削時(shí)三最大三切削三負(fù)載Fz=2三15三0N三(與運(yùn)三動(dòng)方三向相三反)，y向切三削分三力Fy=2三Fz三=4三30三0N三(垂直三于導(dǎo)三軌)，要三求導(dǎo)三軌的三進(jìn)給三速度三為v1三=1三0-三50三0m三m/三mi三n，快三速行三程速三度v2三=3三00三mm三/m三in，滾三珠絲三杠名三義直三徑d0三=3三2m三m，導(dǎo)三程L=三6m三m，絲三杠總?cè)L(zhǎng)L=三14三00三mm，拖三板最三大行三程為11三50三mm，定三位精三度±0三.0三1m三m，試三選擇三合適三的步三進(jìn)電三動(dòng)機(jī)三，并三檢查三其起三動(dòng)特三性和三工作三速度三。954.三5控制三電動(dòng)三機(jī)選三擇與三計(jì)算解：1．脈三沖當(dāng)三量的三選擇初選三三相三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)的三步距三角為0.三75／1.三5，當(dāng)三三相三六拍三運(yùn)行三時(shí)，三步距三角β=三0.三75，其三每轉(zhuǎn)三脈沖三數(shù)初選三脈沖三當(dāng)量(每輸三入一三個(gè)指三令脈三沖，三步進(jìn)三電動(dòng)三機(jī)驅(qū)三動(dòng)工三作臺(tái)三的移三動(dòng)距三離，三單位mm／p)三δ三=0三.0三1m三m／p，由三此可三得中三間齒三輪傳三動(dòng)i為選小三齒輪三齒數(shù)z1三=2三0，z2三=