控制电动机及其驱动电路

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(3) m 相单－双 2m 拍运行 (三相单－双六拍运行） 通电顺序：U→UV →V→VW →W →WU →U。
※步距角： θ = 15°
1
3
2
步距角
360° θ= z N
转速
一个θ → 转 (1 / zN ) 圈，
z ：转子齿数 N ：拍数
脉冲频率为 f → 每秒转 ( f / zN ) 圈。
6.1 常用控制电机的分类和特点
一、分类
常用电动机
二、特点
名称
特点
直流伺服电动机 可控性好、稳定性好、响应快、有电刷接 触
交流伺服电动机 励磁电流小、体积较小、机械强度高、无 电刷
反应式步进电动 启动和运行频率高、断电时无定位转矩、
机
消耗功率较大。
永磁式步进电动 消耗功率较反应电机小、需正负脉冲供电、
Φ = CφUf = Cφ Uc
n
n=
Ua百度文库 CECφUc
－
Ra CECT Cφ2Uc2
T
UC3＞Uc2＞Uc1 Uc3 Uc2
Uc1
控制特性是非线性。 直流伺服电动机的功率 1 ~ 600 W。
O
T
机械特性
6.4 交流伺服电动机
一、基本结构
转子
空心杯形转子交 流伺服电动机的
结构示意图
二、工作原理
当两相绕组分别加上相位相差 90o 的额定电压时：
对称两相运行→ ic 和 if 产生 圆形旋转磁场→产生 T
→转子旋转。
如果 uc 反相，即改变 ic 和 if
的相序→旋转磁场改变方向
S~M
→n 的方向改变。
同时减小 uc 和 uf 而保持其 90o 的相位差→圆形磁通势
的幅值 → T → n 。
6.4 步进电动机
一、功能、用途和分类
功能 将电脉冲信号转换成转角或转速信号。 转角θ ∝脉冲信号的个数； 转速 n ∝脉冲信号的频率。 用途 高精度的角度控制。 分类 按定子相数不同：三相、四相、五相、六相等； 按转子材料不同：永磁式、磁阻式（反应式）
和混合式。
二、基本结构
(1) 定子 (2) 转子
步进 电动机
负载
=
60 2
= 9.55
CT = 9.55 CE
六、电动机的转速和转向
n
=
E CEΦ
=
Ua－Ra
CEΦ
Ia
=
Ua CEΦ
－
Ra CECTΦ2
T
n
n
n0
O 机械特性
T
O Tb
U
调解特性
转向取决于电磁转矩 T 的方向，而 T 的方向 取决于 Φ 和 Ia 的方向。
电 枢 反 向
七、直流电动机的驱动电路
60 f n= zN
例如：三相步进电动机 z = 40，则
①采用单/双三拍时：θ=
360° zN
=
360° 40×3
= 3°
②采用三相六拍时： θ=
360° zN
=
360° 40×6
= 1.5°
步进电动机的参数
最大静转矩、起动频率、运行频率。 步进电动机的控制方式
驱动电源
脉冲输入 脉冲 分配器
脉冲 放大器
励磁电路：
+ Ia
If +
Uf = Rf If 电枢电路：
Ua E M
Uf
Ua = E + Ra Ia －
－
五、直流电机的电磁转矩及电动势
T = CTΦ Ia CT 转矩常数：
2pN CT =
E = CEΦ n
CE 电动势常数：
4 pN
CE = 60
CT =
2pN
CE =
4pN 60
CT CE
Ua = E + Ra Ia
三、控制方式及其特性
① 电枢控制式
Uf = UfN ， Ua = Uc（控制电压）
n
=
Uc CEΦN
－
Ra CECTΦN2
T
n Uc3＞Uc2＞Uc1
n T3＞T2＞T1
Uc3 Uc2 Uc1
T1 T2 T3
O
T
O
Uc
机械特性
控制特性
② 磁场控制式
Ua = UaN ， Uf = Uc（控制电压） 忽略磁路饱和、不计电枢反应，则
机
启动和运行频率较小、有定位转矩
混合式步进电动 启动和运行频率较高、需正负脉冲供电、
机
消耗功率较小、有定位转矩
直线步进电动机
提供直线运动、结构简单、惯量小
超声波电动机 低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、 无输入自锁
6.2 直流电动机
一、工作原理
N
N
－
U
S
＋S
N
N
＋
U
S
－
S
直流 电流
换向
交流 电流
电磁转矩 (拖动转矩)
机械 负载
二、直流电机的基本结构
(a) 主磁极
(b) 机座
直流电机的定子
(a) 转子主体
(b) 电枢钢片
直流电机的转子
直流单机的机构
三、直流电机的励磁方式
Ia
+
他
Uf
并
励
励
－
串
复
励
励
四、直流电动机的电压平衡方程式
励磁电压 Uf →If →Φ ↓
电枢电压 Ua →Ia →T →n →E
双极型功率放大器
a)T形
b)H桥型
H形PWM功率放大器控制原理图
6.3 直流伺服电动机
一、基本结构
与普通小型直流电动机相同；
+ Ia
Ua
E SM
－
电磁式
+ Ia
Ua
E SM
－
永磁式
二、工作原理
施加 Ua 主磁通： Φ
T →n →E
电磁转矩：
电动势：
T = CTΦ Ia
E = CEΦ n 电枢电路电压方程：
三相磁阻式步进 电动机原理图
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步进电动机的典型结构
三、工作原理
一拍 从一次通电到另一次通电。 步距角 每一拍转子转过的角度。
(1) m 相单 m 拍运行（三相单三拍运行）
(2) m 相双 m 拍运行（三相双三拍运行）
(3) m 相单－双 2m 拍运行（三相单－双六拍运行）
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(2) m 相双 m 拍运行（三相双三拍运行） 通电顺序： UV 相→VW 相→WU 相。