机电一体化系统设计--第四章 控制电动机及其选择计算.ppt

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1、机电一体化系统设计控制系统动力装置检测装置执行元件机械本体内容回顾第四章控制电动机及其选择计算控制电动机是电气伺服控制系统的动力部件。它是将电能转换为机械能的一种能量转换装置。由于可在很宽的速度和负载范围内进行连续而精确的控制，因而在机电一体化系统中得到了广泛的应用。步进电机控制电动机直流伺服电动机交流伺服电动机其他电机本章主要内容步进电机及其控制直流伺服电动机及其控制交流伺服电动机及其控制图4-1控制电动机控制方式的基本形式第一节步进电动机及其控制一、步进电动机的结构和工作原理它与普通电动机一样，也是

2、由定子和转子构成，其中定子又分为定子铁心和定子绕组。定子铁心由电工钢片叠压而成，定子绕组是绕置在定子铁心6个均匀分布的齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。图6-1所示的步进电动机可构成A、B、C三相控制绕组，故称三相步进电动机。1-绕组2-定子铁心3-转子铁心步进电动机的工作原理步进电动机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。三相步进电机的控制方式分三种：（1）三相单三拍工作方式，A-B-C-A;(2)三相六拍工作方式，A-AB-B-BC-C-CA-A;(3)三相双三

3、拍工作方式，AB-BC-CA-AB;二、步进电机特点及应用1、步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步距角；=360/mzkm—定子绕组的相数z—转子的齿数K—通电方式式中m相m拍时，k=1；m相2m拍时，k=2。步距角：常见的步距角0.60/1.20,0.750/1.50,0.90/1.80,10/20,1.50/30等。例1：某步进电机有80个齿,采用3相6拍方式驱动,经丝杠螺母副驱动工作台做直线运动,丝杠的导程为6mm。求:1、步进电机的步矩角。2、当脉冲当量要

4、求为0.01mm时,试设计此传动系统。δ=αL/360δ=αL/360=0.75×6/360=0.0125mm脉冲当量：计算机系统（或数控系统)每发一个脉冲，工作台移动的距离。为了得到脉冲当量mm，也为了增大传递的扭矩，在步进电机与丝杆之间，要增加一对齿轮传动副。δ=αL/360i步进电机Z1Z2tf，1、k=6/3=2α=360/mzk=360/3×80×2=0.75。2、i=Z2/Z1=αL/360δ=0.75×6/360×0.01=1.25/1可选Z1=20，Z2=25的齿轮传动副2、改变步

5、进电动机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变；3、步进电动机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高；n=60αf/360=αf/6例2：三相步进电动机，转子80个齿。(1)要求电动机转速为60r/min,三相六拍通电，输入脉冲频率为多少?(2)要求电动机转速为100r/min，三相三拍通电，输入脉冲频率为多少?解:(1)k=6/3=2α=360/mzk=360/3×80×2=0.75。n=αf/6f=6n/α=6×60/0.75=480HZ(

6、2)k=3/3=1α=360/mzk=360/3×80×1=1.5。n=αf/6f=6n/α=6×100/1.5=400HZ4、易于直接与微机的I/O接口，构成开环位置系统。如经济型数控机床。步进电机步进电机5、具有自锁能力，一旦停止输入脉冲，只要维持绕组通电，电动机就可保持在固定位置。6、步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累计误差，但转子转过一转以后，累计误差为零，不会长期累积。因此，步进电机广泛应用在开环控制的机电一体化系统中。三、步进电机的驱动控制四、步进电机的选用1、步距角的选择电机

7、的步距角取决于脉冲当量等，目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度（三相电机）等。2、静力矩的选择（1）根据机械结构草图计算机械传动装置及负载折算到电动机轴上的等效负载转动惯量。（2）计算各种工况下所需的等效力矩。（3）根据步进电机最大静转矩和起动、运行矩频特性。TL/TMax≤0.5JL/Jm≤43、电流的选择静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电

8、压）第二节直流伺服电动机直流伺服电动机具有良好的调速特性，较大的起动转矩，相对功率大及快速响应等优点。尽管其结构复杂，成本较高，在机电控制系统中作为执行元件还是获得了广泛的应用。分类：直流伺服电动机按激磁方式可分为电磁式和永磁式两种。电磁式的磁场由激磁绕组产生；永磁式的磁场由永磁体(永久磁铁)产生。应用：电磁式直流伺服电动机是一种目前巳普遍使用的伺服电动机，特别是在大功率范围内(100w以上)。永磁式直流伺服电动机由于尺寸小、重量轻、效率高