机电一体化系统驱动模块的设计

4.2.3直流无刷伺服电机
➢直流无刷伺服电机的结构和特点
体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小， 电机免维护，效率高，运行温度低，电磁辐射很小，长 寿命，可用于各种环境，但是控制复杂。
➢直流无刷伺服电机的工作原理
4.2.4直流伺服电机的驱动电路
4.2.5 直流伺服电机的选择
直流电机的选用步骤 ➢确定负载的转速、转矩曲线模型 ➢计算等效负载转动惯量 ➢计算等效负载转矩 ➢计算负载的计算转矩 ➢初选电机 ➢电机校核
ua
tg 0 Ra
Tb Ke Kt
0
ua Ke
➢动态特性
ua
TEema
Raia (t) La
(t) Ke(t)
Ktia (t)
dia (t) dt
Ea
(t)
Tem
J
d(t)
dt
B(t)
来自百度文库
Td
(t)
(s) U a (s)
La Js2
(La B
Kt Ra J )s
Ra B
KeKt
➢驱动电路
4.2直流伺服电机
4.2.1直流伺服电机的分类和特点
激磁方式
电磁式直流伺服电动机 永磁式直流伺服电动机
结构型式
有刷直流伺服电机 无刷直流伺服电机
4.2.2 有刷直流伺服电机
➢工作原理
ua
Raia
La
dia dt
Ea
ua Ke
Ra KeKt
Tem
➢静态特性
ua Ke
Ra KeKt
Tem
Tb
Kt Ra
➢等效负载转动惯量的计算
Jeq
1
4 2
p i1
mj
( vj nm
)2
q i1
Ji
(
ni nm
)2
➢绘制步进电机速度线图
➢步进电机等效负载转矩的计算
1 p
q
Teq 2
Fj v j / nm Ti ni / nm
j 1
i 1
快速空载起动
加速转矩的计算
折算到电机轴上的摩擦力矩
最大工作负载
4.3.6 交流伺服系统与步进伺服系统比较
➢控制精度 ➢低频特性 ➢矩频特性 ➢过载能力 ➢运行性能
总之，交流伺服系统在性能上明显优于步进伺服系统 ，但价格高、结构复杂，维修成本较高；步进伺服系 统价格低、性价比高、结构简单、维修成本较低。
4.3.7 交流伺服电动机及其驱动器的选用
⒈ 交流伺服电动机
前段一般2～3位，表示步进电机的基座号（电机外径或外轮 廓尺寸，单位是mm）；中段2～3位，表示步进电机的类型： BY为永磁式步进电机，BYG为混合式步进电机，BF或BC为 反应式步进电机；后段３～６位，表示步进电机励磁绕组的 相数、转子的齿数或其它代号。
4.1.4步进电机的选用
➢ 步进电机选用的步骤
4.2.6直流伺服电机的标注
130SZ05F/H1
4.3交流伺服电机
4.3.1交流伺服电机的特点、分类和结构
优点：运行平稳、脉动小、低速无振动，调 速范围宽，可短时过载，力矩特性好，控制 精度高，控制方法复杂，价格贵 。
4.3.2交流伺服电动机的主要技术参数
➢额定功率 ➢额定电压 ➢额定电流 ➢额定转速 ➢额定扭矩 ➢最大扭矩
➢初选步进电机
Tj max (2.5～4)Teq
JL / Jm 4
➢步进电机的校核
工作机最高转速时电机输出转矩的校核 启动频率、启动转矩和启动时间的校核
4.1.5 步进电机的驱动与控制
➢环形脉冲分配器 ➢步进电机驱动器
4.1.6 步进电机的升降频方式
➢升降频的重要性 ➢升降频方式
➢降频的软件实现 （图4.19）
机电一体化系统驱动模块 的设计
教学目标
➢了解三种控制电动机的分类，特点和应用领域 ➢掌握步进电机选用的设计计算过程和步骤 ➢掌握直流伺服电机选用的设计计算过程和步骤 ➢掌握交流伺服电动机选用的设计计算过程和步
骤了解三种控制电机与相应驱动器的匹配 ➢了解三种控制电机的标注、产品规格和型号
4.1 步进电机
4.1.1 步进电机的分类及其特点
➢反应式步进电机 ➢永磁式步进电动机 ➢混合式步进电动机
4.1.2 步进电动机的主要参数及选择
➢ 步距角 ➢ 步进电机的转速 ➢ 最大静转矩 ➢ 定位转矩 ➢ 启动转矩 ➢ 启动频率、运行频率和矩频特性
图4.1 步进电动机的惯频特性
图4.2 步进电动机的矩频特性
4.1.3 步进电机的型号标注
⒉ 交流伺服驱动器
4.3.3异步型交流伺服电动机
⒈ 工作原理
n 60 f (1 s) p
s n1 n n1
⒉ 等效电路和机械特性
4.3.4同步型交流伺服电动机
1. 电动机的结构
⒊ 同步型交流伺服电动机的永磁材料
➢有铁氧体 ➢稀土钴 ➢钕铁硼永磁材料
4.3.5 交流伺服电动机的控制形式
➢转矩控制/电流控制 ➢速度控制 ➢位置控制