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1、下一页总目录 章目录返回上一页控制电机控制电机 9.19.1 伺服电动机伺服电动机9.29.2 测速发电机测速发电机9.39.3 步进电动机步进电动机下一页总目录 章目录返回上一页执行元件的种类下一页总目录 章目录返回上一页伺服电动机控制方式的基本形式下一页总目录 章目录返回上一页异步电动机、直流电动机等都是作为动力使异步电动机、直流电动机等都是作为动力使 用的，其主要任务是能量的转换。用的，其主要任务是能量的转换。各种控制电机有各自的控制任务：各种控制电机有各自的控制任务： 如如: : 伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱 动控制对象；测速发电机将
2、转速转换为电压，并传动控制对象；测速发电机将转速转换为电压，并传 递到递到 输入端作为反馈信号。步进电动机将脉冲信号输入端作为反馈信号。步进电动机将脉冲信号 转换为角位移或线位移。转换为角位移或线位移。本章介绍的各种本章介绍的各种控制电机的主要任务是转换和控制电机的主要任务是转换和 传递控制信号，传递控制信号，能量的转换是次要的。能量的转换是次要的。控制电机的种类很多，本章只讨论常用的几种控制电机的种类很多，本章只讨论常用的几种: : 伺服电机、测速电机、步进电机。伺服电机、测速电机、步进电机。对控制电机的主要要求：对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、 重重 量轻、体积小、耗
3、电少、运行可靠等。量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。下一页总目录 章目录返回上一页伺服电动机可分为两类：伺服电动机可分为两类：伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输功能是将输 入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角 速度，驱动控制对象。速度，驱动控制对象。交流伺服电动机交流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机9.19.1 伺服电动机伺服电动机伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控 制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。下一页总目录 章目录返回上一页9.1.19.1.1 交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。 它的定
4、子上装有空间互差90的两个绕组：励磁绕组 和控制绕组，其结构如图所示。励磁绕组控制绕组杯形转子内定子交流伺服电动机结构图交流伺服电动机结构图下一页总目录 章目录返回上一页放大器检 测 元 件控制信号控制信号+控制绕组励磁绕组+ +1 1励磁绕组串联电容C , 是为了产生两相旋转磁场。适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相 位差接近90,从而产生所需的旋转磁场。交流伺服电动机的接线图和相量图交流伺服电动机的接线图和相量图(a(a）接线图接线图1(b) (b) 相量图相量图下一页总目录 章目录返回上一页控制电压控制电压 与电源电压与电源电压 频频 率相同，相位相率相同，相位相 同或反相。同或
5、反相。放 大 器检 测 元 件控制信号控制信号+控制绕组交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有 相似之处。相似之处。励磁绕组固定接在电源上，当控制电压为零时，励磁绕组固定接在电源上，当控制电压为零时， 电机无起动转矩，转子不转。电机无起动转矩，转子不转。若有控制电压加在控制绕组上，且励磁电流若有控制电压加在控制绕组上，且励磁电流 和控制绕组电流和控制绕组电流 不同相时，不同相时，因此便产生两相旋转因此便产生两相旋转 磁场。在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。磁场。在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。下一页总目录 章目录返回上一页交流伺服电动机的特点
6、：不仅要求它在静止状交流伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状 态下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求态下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求在在 电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停 转。转。但如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相但如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相 异步电动机相似，电动机一经转动，即使控制等于异步电动机相似，电动机一经转动，即使控制等于 零，电动机仍继续转动，电动机失去控制，这种现零，电动机仍继续转动，电动机失去控制，这种现 象称为象称为“ “自转自转” ”。如何克服如何克服“ “自转自转” ”现象呢？现象呢？下
7、一页总目录 章目录返回上一页正反向旋转磁场的合成转矩特性正反向旋转磁场的合成转矩特性 ( (正向正向) )( (反向反向) )正转转反当单相当单相励磁时，在电动机运行范围励磁时，在电动机运行范围011当单相当单相励磁时，在电动机运行范围励磁时，在电动机运行范围0 C / (200 0.05)= 94.2 / (200 0.05) = 9.42 核算最大转速：nmax Vmax/ C 0.211 / (94.2/1000) 2.24 r/s第2级主动轮直径仍取：3 30 mm；第1级主动轮直径取：1 25 mm；减速比取：i 1 ：3；显然，细分数太大，最大转速太低。但是，同步带直径也不可能小2
8、倍，所以只能增加一级减速下一页总目录 章目录返回上一页则第1级从动轮直径为取：275 mm；电机最大转速为：驱动器细分数：故，取4细分就很合适了。实际脉冲当量： 4.计算电机力矩，选择电机型号 第2级主动轮上的力矩：T2F3 / 2 第1级主动轮上，即电机轴上的力矩：T1T2 i F 3 / 2 i = 0.155 Nm 由于没有考虑同步带的效率、导轨和滑块装配误差造成的摩擦、同步带轮的摩擦和转动惯量等因素，同时，步进电机在高速时扭矩要大幅度下降；所以，取安全系数为3比较保险。故，电机力矩To0.155 3 0.465 Nm下一页总目录 章目录返回上一页步进驱动系统的常见问题 1、什么是步进电
9、机？在何种情况下该使用步进电机？ 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器 接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进 角）。 您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可 以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达调速的目的。因此在需 要准确定位或调速控制时均可考虑使用步进电机。 2、步进电机分哪几种？有什么区别？ 步进电机分三种：永磁式（），反应式（）和混合式（） 永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度； 反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5
10、度，但噪声和振动 都很大。在欧美等发达国家年代已被淘汰。 混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相四相和五相：两相 步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 3、什么是保持转矩(HOLDING TORQUE）？ 保持转矩（ )是指步进电机通电但没有转动时，定 子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩 接近保持转矩。保持转矩越大则电机带负载能力越强。由于步进电机的输出力矩随速 度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量 步进电机重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在
11、没有特殊说明的情况 下是指保持转矩为2N.m的步进电机。 下一页总目录 章目录返回上一页4、步进电机的驱动方式有几种？ 一般来说，步进电机有恒压，恒流驱动两种，恒压驱动已近淘汰，目前普遍使用 恒流驱动。 5、步进电机精度为多少？是否累积？ 一般步进电机的精度为步进角的3-5%。步进电机单步的偏差并不会影响到下一步 的精度因此步进电机精度不累积。 6、步进电机的外表温度允许达到多少？ 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降甚至于丢失 。因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来说，磁 性材料的退磁点都在摄氏度以上，因此步进电机外表温度在摄氏度 完全正
12、常。7、为什么步进电机的力矩会随转速升高而下降？ 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反 向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导 致力矩下降。 8、为什么步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫 声? 步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启 动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。 在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有 加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速 升到
13、高速）。我们建议空载启动频率选定为电机运转一圈所需脉冲数的倍。 下一页总目录 章目录返回上一页9、如何克服两相混合式步进电机在低速运转时的振动和噪声？ 步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，一般可采用以下方案来克服： A、如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比提高步进电机运行速度。 、采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的，最简便的方法。因为细分型驱动器 电机的相电流变流较半步型平缓。 、换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机，或两相细分型步进电机。 、换成直流或交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高。 、在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结
14、构改变较大。10、细分驱动器的细分数是否能代表精度？ 步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术（请参考有关文献），其主要目的是 减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。比 如对于步进角为1.8度的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为，那么 电机的运转分辨率为每个脉冲0.45度，电机的精度能否达到或接近0.45度，还取决于细分 驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大；细分 数越大精度越难控制。 11、四相驱动合式步进电机与驱动器的串联接法和并联接法有什么区别？ 四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此，连接
15、时可以采用串联接法或 并联接法将四相电机接成两相使用。串联接法一般在电机转速较的场合使用。此时需要的 驱动器输出电流为电机相电流的0.7倍，因而电机发热小；并联接法一般在电机转速较高 的场合使用（又称高速接法），所需要的驱动器输出电流为电机相电流的1.4倍，因而电 机发热较大。 下一页总目录 章目录返回上一页12、如何确定步进电机驱动器直流供电电源？ 、供电电源供电电压的确定 混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围，电源电压通常根据电 机的工作转速和响应要求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压 取值也高，但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压，否则可能
16、损坏驱 动器。如果电机工作转速较低，则可以考虑电压选取较低值。 、供电电源输出电流的确定 供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流来确定。如果采用线性电源，电源电流 一般可取的1.1-1.3倍；如果采用开关电源，电源电流一般可取的1.5-2.0倍。如果 一个供电源同时给几个驱动器供电，则应考虑供电电源的电流应适当加倍。 13、混合式步进电机驱动器的使能信号na一般在什么情况下使用？当使能信号na为低电平时，驱动器输出到电机的电流被切断，电机转子处于自 由状态（脱机状态）。在有些自动化设备中，如果在驱动器不断电的情况下要求可以 用手动直接转动电机轴，就可以将na置低，使电机脱机，进行手动操作或调节。手 动完成后，再将na信号置高，以继续自动控制。 14、如何用简单的方法调整两相步进电机通电后的转动方向？只
