《电子系统课程设计第3章执行机构-电机原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子系统课程设计第3章执行机构-电机原理（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子系统综合课程设计,运动类,张贺东 2012.03.20,前 言 运动需要力，力来源于电动机，电动机有很多种，不同的电动机驱动形式都有所不同，但都大同小异。只要掌握基本的或是搞透彻一种就可以触类旁通。,首先要搞清要控制的电动机旋转的原理、电动机运行控制规律、所需的控制方式等等； 其次要搞清楚你用什么控制电路能满足要求； 再次，就是选择好哪种硬件控制电路，难点在哪里，解决方案是什么？ 最终，先攻破难关，其它问题就迎刃而解了。 要做到知彼知己，百战不殆。,1.按工作电源分类 直流、交流（单相、三相） 2.按结构及工作原理分类：直流、异步、同步 直流：无刷、有刷 有刷：永磁、电磁 电磁：串励、并励
2、、他励、复励 永磁：稀土永磁、铁氧体永磁、铝镍钴永磁 异步：感应、交流换向器 感应：三相异、单相异步、罩极异步 交流换向器：单相串励、交直流两用、推斥 同步：永磁、磁阻、磁滞,一 电 动 机 分 类,3按起动与运行方式分类 电容起动式异步电动机 电容运转式单相异步电动机 4按用途分类 （驱动、控制） 驱 动：电动工具、家电、通用小型机械设备 控制：步进电动机、伺服电动机,5.按防护型式分类 开启式、防护式、封闭式、隔爆式、防水式、潜水式； 6.按安装结构型式可分为卧式、立式、带底脚、带凸缘 7.按绝缘等级可分为E级、B级、F级、H级等。,8按转子的结构分类 笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步
3、电动机） 绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机） 9按运转速度分类 高速、低速、恒速、调速 低速：齿轮减速、电磁减速、力矩、爪极同步 调速：有级恒速、无级恒速、有级变速、无极变速、电磁调速、直流调速、脉冲宽度调制 (PWM)变频调速、开关磁阻调速,10. 按起动形式分类 直接，自耦，星型三角型，延边三角，电阻电容 11. 按防护等级分，使用场所分等等。,二、典型电动机的工作原理,(一)、直流电机工作原理,电动机原理（左手定则）,电枢：在电机实现机械能与电能相互转换过程中，起关键和枢纽作用的部件。 对于发电机:是产生电动势的部件，直流发电机中的转子，交流发电机中的定子。 对于电动机:是
4、产生电磁力的部件,如直流电动机中的转子 电枢：一般指电机需要外接电源的部分， 直流电机电枢为转子，交流电机电枢为定子。,磁场：分为永久磁铁型、电磁铁型,励磁：就是向发电机转子提供转子电源的装置 。直流电机的转动过程中，励磁就是控制定子的电压使其产生的磁场变化，改变直流电机的转速。,转矩,电磁功率,转速,（二）、步进电动机工作原理,1、步进电机结构,步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时，其转轴就转过一个固定的角度（步距角），顺序连续地发给脉冲，则电机轴一步接一步地运转。,2、步进电机的分类,1）按工作原理分：反应式、永磁式、混合式（Hy
5、brid）三种。 (1)、反应式步进电动机：转子铁芯用硅钢片或是软磁性材料做成，没有励磁绕组； (2)、永磁式步进电动机：转子铁芯是用永久性磁铁做的，没有励磁绕组。 (3)、混合式步进电机：混合式步进电机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。,2）按输出转矩大小分： 快速步进电机（输出扭矩0.074N.m）,可控制小型精密机床的工作台； 功率步进电机（输出扭矩540N.m），可直接驱动机床移动部件。 3）按励磁相数分有二、三、四、五、六、八相等。,3、步进电机的工作原理,当给A相通电时，由于定
6、子A齿和转子的1齿对齐，没有切向力，转子静止。接着给B相绕组通电时，转子位置如图（a），转子齿偏离定子齿一个角度（30）。由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。 由此可见：错齿是助使步进电机旋转的根本原因。,4、步进电动机的通电方式（以三相步进电机为例）,1）单相通电方式：“单”指每次切换前后只有一相绕组通电。 正转：AB时，转子按顺时针方向一步一步转动。 反转：A时，转子按逆时针方向一步一步转动。 3）单、双拍工作方式：单双两种通电方式的组合应用 正转：
7、A-AB-B-BC-C-CA-A 反转：A-AC-C-CB-B-BA-A, 对于上述三相反应式步进电机，其运行方式有单三拍、单双拍及双三拍等通电方式。 “单”、“双”、“拍”的意思是：“单”是指每次切换前后只有一相绕组通电，“双”就是指每次有两相绕相通电；而从一种通电状态转换到另一种通电状态就叫做一“拍”。 “相”指步进电机定子绕组的对数,电机绕组的通断电状态每改变一次，其转子转过的角度称为步距角。图示步进电机的步距角等于60。 如果控制线路不停地按ABCA的顺序控制步进电机绕组的通断电，步进电机的转子便不停地顺时针转动。 若通电顺序改为ACBA，同理，步 进电机的转子将逆时针不停地转动。,此
8、图为 CABC,图中的步进电机，定子仍是A ，B ，C三相，每相两极，但转子不是两个磁极而是四个。当A相通电时，是1和3极与A相的两极对齐，很明显，当A相断电、B相通电时，2和4极将与B相两极对齐。这样，在三相三拍的通电方式中，步距角等于30。 还有一种三相六拍的通电方式，它的通电顺序是：顺时针为A AB B BC C CA A ；逆时针为A AC C CB B BAA。 若以三相六拍通电方式工作，当A相通电转为A和B同时通电时，转子的磁极将同时受到A相绕组产生的磁场和B相绕组产生的磁场的共同吸引，转子的磁极只好停在A和B两相磁极之间，这时它的步距角等于15。当由A和B两相同时通电转为B相通电时，转子磁极再沿顺时针旋转15，与B相磁极对齐。 其余依此类推。采用三相六拍通电方式，可使步距角缩小一半。,由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行拍数)愈多，则步距角愈小，控制越精确。 当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f(HZ)，步距角用弧度表示，则步进电动机的转速为：,步进电机驱动器,3.伺服电动机工作原理,
