执行机构工作原理及使用方法

换向器是由多个
紧压在一起的梯形 铜片构成的一个圆 筒，片与片之间用 一层薄云母绝缘， 电枢绕组各元件的 始端和末端与换向 片按一定规律连接， 如图所示。换向器 与转轴固定在一起。
图2-8 直流电机换向器
2.无刷直流电机结构 图2-9 无刷直流电机结构
2. 直流电机PWM调速原理 图2-10 直流电机调速结构框图 图2-11 直流电机调速结构框图
1—换向极铁心；2—换向极绕组
图2-5 直流电机换向极
电刷与换向器配 合可以把转动的电 枢绕组电路和外电 路连接并把电枢绕 组中的交流量转变 成电刷端的直流量。 电刷装置由电刷、 刷握、刷杆、刷杆 架、弹簧、铜辫构 成，如图所示。电 刷组的个数，一般 等于主磁极的个数。
1—电刷；2—刷握；3—弹簧压板； 4—座圈；5—刷杆
种类
特点
优点来自百度文库
缺点
可用商业电源； 操作简便；编程容 瞬时输出功率大；
电 信号与动力传送方 易；能实现定位伺 过载差；一旦卡死，
气 向相同；有交流直 服控制；响应快、 会引起烧毁事故；
式
流之分；注意使用 电压和功率。
易与计算机（CPU） 受外界噪音影响大。 连接；体积小、动
力大、无污染。
气体压力源压力 气源方便、成本低； 功率小、体积大、
执行机构工作原理及使用方法
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
执行元件的特点
1. 电气执行元件 电气执行元件包括直流(DC)伺服电机、交流
（AC）伺服电机、步进电机以及电磁铁等。对这些 伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态性 能好，适合于频繁使用，便于维修等
2．液压式执行元件 液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油
（3）位置控制与速度控制精度高、调速范围大、低 速平稳性好、分辨率高以及振动噪音小。
（4）能适应频繁启动，可靠性高、寿命长。
（5）易于与计算机对接，实现计算机控制。
伺服控制电动机基本特性
无论动力用伺服控制电动机，还是控制用伺服控 制电动机，功率—转速—转矩的电特性是电机重要 的基本特性指标之一。
P Pw
3. PWM功率放大器
（a）单极性功放
（b）带动力控制的单极性功放
图2-12 单极性PWM功放
图2-13 直流电机H型单极性PWM功放
H型PWM功率放大器 图2-15 直流电机H型双极性PWM功放
直流电机的调速方式
由于直流伺服电机的机械特性方程为：
n Uc R T Ce CeCt2
式中，UC —电枢控制电压；R —电枢回路电阻；
Φ —每极磁通；Ce、Ct—分别为电动机的
结构常数。 由此，直流伺服电机的控制方式如下：
（1）调压调速（变电枢电压，恒转矩调速） （2）调磁调速（变励磁电流，恒功率调速） （3）改变电枢回路电阻调速
典型直流伺服电动机控制数学模型
2.3.3 步进电机驱动
2.普通直流电机工作原理
+
i A
F n
φ N
a
d
φ
B
S
b i
ic
F
电动机模型
-
图2-1 直流电机模型
3.无刷直流电机工作原理
图2-2 无刷直流电机简图
二.直流电机结构
1.普通直流电机结构
1—风扇；2—机 座；3—电枢； 4—主磁极；5— 刷架；6—换向器； 7—接线板；8— 出线盒；9—换向 极；10—端盖
nd
n
对于伺服控制电机而言，恒转矩工作特 性是衡量电机调速性能的重要参数之一。
2.3.1 直流电机驱动
一、直流电机工作原理 1. 直流电机分类
（1）根据励磁相数 （2）根据励磁方式 （3）根据电机结构
有刷直流电机：通过换向器和电刷改变电枢励磁电流方向， 实现电机驱动。
无刷直流电机：由电子换向器改变绕组励磁电流方向和相 序，实现电机驱动。
式 练。
易与计算机（CPU） 露而污染环境。 连接。
机电一体化系统对执行元件的基本要求
（1）惯量小，动力大。 （2）体积小，重量轻。 （3）安装方便、便于维修维护。 （4）易于实现自动化控制。
2.3 电动执行机构
常用电动执行机构 ： DC/AC电动机、力矩电动机、步进（脉 冲）电动机、变频调速电动机、开关电磁电 动机以及其他电动机（直流或交流脉宽调速 电动机、电磁伸缩元件）等。
气 5~7×Mpa；要求 无泄露而污染环境； 难于小型化；动作
压 操作人员技术熟练。 速度快、操作简便。 不平稳、远距离传
式
输困难；噪音大； 难于伺服。
液
液体压力源压力 输出功率大，速度 20~80×Mpa；要 快、动作平稳，可
设备难于小型化； 液压源和液压油要
压 求操作人员技术熟 实现定位伺服控制； 求严格；易产生泄
图2-3 直流电机结构
1—固定主磁极的螺钉； 2—主磁极铁心； 3—励磁绕组
图2-4 直流电机主磁极
换向极用来改善换向， 由铁心和套在铁心上的 绕组构成，如图2.5所示。 换向极铁心一般用整块 钢制成，如换向要求较 高 ， 则 用 1.0mm ～ 1.5mm 厚 的 钢 板 叠 压 而 成，其绕组中流过的是 电枢电流。换向极装在 相邻两主极之间，用螺 钉固定在机座上。
常用伺服控制电动机的控制方式
主要有：开环控制、半闭环控制、闭环 控制三种。
如图所示数控机床伺服系统。
它由控制器、被控对象、反馈测量装置 等部分组成。
机电一体化系统 对伺服控制电动机的基本要求
为实现运动、功率/能量、控制运动方式的转换，对 伺服控制电动机提出了一些基本要求。
（1）性能密度大。即功率密度 Pw=P/G 或比功率 密度 Pbw=(T2/J)/G 大。 （2）快速性好。加速度大、响应特性好。
图2-6 直流电机电刷装置
电枢铁心是电机磁 路的一部分，其外圆 周开槽，用来嵌放电 枢绕组。电枢铁心一 般用0.5mm厚、两边 涂有绝缘漆的硅钢片 冲片叠压而成，如图 所示。电枢铁心固定 在转轴或转子支架上。 铁心较长时，为加强 冷却，可把电枢铁心 沿轴向分成数段，段 与段之间留有通风孔。
图2-7 直流电机电枢
缸、液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功 率的情况下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点
3．气压式执行元件 气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，
与液压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大 的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可 压缩性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。
2.2 执行元件的种类及性能