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1、第四章 電動機及其驅動電路,第四章 電動機及其驅動電路 （一）概念： 1 電動機的分類，各類電動機的特點。 2 直流電動機直流電動機的靜態(tài)特性。 P133 3 直流電動機的驅動電路種類。P135 （二）計算與簡單應用： 1 直流電動機。 2 交流電動機。,4機電一體化系統(tǒng)對執(zhí)行元件的基本要求,（1）慣量小，動力大。 （2）體積小，重量輕。 （3）安裝方便、便于維修維護。 （4）易于實現(xiàn)自動化控制。 機電一體化系統(tǒng)常用的控制電動機 常用伺服控制電動機 ： DC/AC電動機、力矩電動機、步進（脈沖）電動機、變頻調速電動機、開關電磁電動機以及其他電動機（直流或交流脈寬調速電動機、電磁伸縮元件）

2、等。,常用伺服控制電動機的控制方式,主要有：開環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制三種。 如圖所示數(shù)控機床伺服系統(tǒng)。,厚德達理 勵志勤工,它由控制器、被控對象、反饋測量裝置等部分組成。,機電一體化系統(tǒng)對伺服控制電動機的基本要求,為實現(xiàn)運動、功率/能量、控制運動方式的轉換，對伺服控制電動機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、響應特性好。 （3）位置控制與速度控制精度高、調速范圍大、低速平穩(wěn)性好、分辨率高以及振動噪音小。 （4）能適應頻繁啟動，可靠性高、壽命長。 （5）易于與計算機對接，實現(xiàn)計算機控制。

3、,厚德達理 勵志勤工,伺服控制電動機基本特性,無論動力用伺服控制電動機，還是控制用伺服控制電動機，功率轉速轉矩的電特性是電機重要的基本特性指標之一。,厚德達理 勵志勤工,對于伺服控制電機而言，恒轉矩工作特性是衡量電機調速性能的重要參數(shù)之一。,4.2直流（DC）伺服電動機及其驅動,1 直流（DC）伺服電動機工作原理 通過電刷和轉換器產生的整流作用，使磁場磁動勢和電樞電流磁動勢正交，從而產生轉動力矩。使用直流供電，實現(xiàn)速度和方向調節(jié)控制，主要通過對直流電壓/電流的大小和方向進行調節(jié)來實現(xiàn)。 直流伺服電動機的調速控制如下圖所示。,厚德達理 勵志勤工,直流電機的調速方式,由于直流伺服電機的機械特

4、性方程為：,厚德達理 勵志勤工,式中，UC 電樞控制電壓；R 電樞回路電阻； 每極磁通；Ce、Ct分別為電動機的結構常數(shù)。 由此，直流伺服電機的控制方式如下： （1）調壓調速（變電樞電壓，恒轉矩調速） （2）調磁調速（變勵磁電流，恒功率調速）（3）改變電樞回路電阻調速,典型直流伺服電動機控制數(shù)學模型,厚德達理 勵志勤工,直流（DC）伺服電動機的特性,特點：具有較高的響應速度、精度和頻率，優(yōu)良的控制特性等，但由于所用電刷和轉換器是使用壽命較低，需要定期更換。 3.4.2 直流（DC）伺服電動機的驅動 要實現(xiàn)對直流電動機的速度和方向進行調節(jié)控制，通常可用兩種驅動控制方式： 晶體管直流脈寬調

5、制驅動； 晶閘管直流脈寬調速驅動；,厚德達理 勵志勤工,（1）晶體管直流脈寬調制驅動(PWM)工作原理,在給定供電電壓U，由控制脈沖信號Ud控制晶體管VT的通斷，從而使直流電動機得到脈沖驅動信號，改變脈沖控制信號的沒一周期通電時間，就可改變直流電動機的平均工作電壓Ua達到調速的目的；改變供電壓和續(xù)流二極管的極性，便可改變直流電動機的轉向。 1）直流電動機的脈寬調速電路原理,厚德達理 勵志勤工,2）直流電動機的方向控制電路,厚德達理 勵志勤工,直流PMW調速驅動電路,直流電機 PWM調速電路 晶閘管驅動,直流電機 PWM調速電路 H橋驅動,厚德達理 勵志勤工,4.3 交流（AC）伺服電動

6、機及其驅動,（1）常用交流伺服電動機 永磁同步型（SM）、電磁感應型（IM）伺服電動機。 （2）基本工作原理 檢測交流伺服電動機（SM型/IM型）氣隙磁場的大小和方向，用電力電子轉化器代替整流子和電刷，通過控制與氣隙磁場方向相同的磁化電流和與與氣隙磁場方向相垂直的等效電流的方法，最終控制交流伺服電動機主磁通量大小和轉矩，實現(xiàn)對電機的有效控制，簡稱矢量控制方法。 1）永磁同步型（SM ） 轉子由永磁構成，不需磁化控制電流，只需檢測磁鐵轉子位置和定子繞組磁通矢量控制電流，實現(xiàn)對電機主磁通矢量電流的控制，從而獲得對電機的速度和位置控制。,厚德達理 勵志勤工,永磁同步（SM）型伺服電動機控制框圖

7、,CONV.整流器；SM同步電機；INV.變換器；PS磁極位置檢測器；REF速度基準；IGF電流函數(shù)發(fā)生器；SC速度放大器；CC電流放大器；RD速度變換器；PWM脈寬調制器；P.B.U再生電力吸收電路。,厚德達理 勵志勤工,2）感應（IM）型伺服電動機控制框圖,厚德達理 勵志勤工,3）交流伺服電動機的矢量控制,r1,X1定子繞組阻抗和漏抗； r2,X2轉子繞組阻抗和漏抗； rm,Xm鐵芯等效阻抗和主磁通所對應電抗； Im負載范圍內不變。S轉差率,,厚德達理 勵志勤工,本章小節(jié),重點掌握： 1）執(zhí)行元件的主要類型和特點。 2）機電一體化系統(tǒng)（產品）對執(zhí)行元件基本要求。 3）常用控制電機類型

8、與主要特點。 4）機電一體化系統(tǒng)對伺服控制電動機基本要求。 5）典型伺服控制電動機的主要特點和選用原則。 6）步進電動機的運行特性與主要性能指標。 7）步進電機的驅動與控制（驅動電路、變頻控制信號、環(huán)形脈沖分配器、功率放大器、細分驅動電路、典型細分驅動電路）。,厚德達理 勵志勤工,課外作業(yè)：,1 題：簡述機電一體化系統(tǒng)中對執(zhí)行元件的分類與特點（優(yōu)缺點）。 2 題：機電一體化系統(tǒng)的執(zhí)行元件的基本要求是什么？ 3 題：步進電機具有哪些特點與環(huán)形分配方式是什么？ 4 題：步進電機驅動電源功率放大器電路種類以及工作原理是什么？ 5 題：步進電機細分電路的特點、細分方式和原理是什么？,厚德達理 勵志勤工,