电动机驱动与控制技术.pptx

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1、第4章 电动机驱动与控制技术41步进电动机驱动及其控制技术42直流电动机驱动及其控制技术43交流电动机驱动及其控制技术第第2页页/共共43页页第1页/共43页41步进电动机驱动及其控制技术411步进电动机基本结构及工作原理412步进电动机的环形分配器和驱动电路413步进电动机控制方式第第3页页/共共43页页第2页/共43页411步进电动机基本结构及工作原理 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件. 电磁型步进电机 永磁式步进电机 反应式步进电机 感应子式永磁步进电机 分类分类步进电动机工业应用上大量用作状态伺服元件、状态指示元件及功率伺服拖动元件，有时也作为位置控制、速度控制

2、元件。 第第4页页/共共43页页第3页/共43页411步进电动机基本结构及工作原理主要由定子铁心、转子铁心和端盖等部件组成。 1.三相反应式步进电动机基本结构第第5页页/共共43页页第4页/共43页411步进电动机基本结构及工作原理1.三相反应式步进电动机基本结构 定子上有6个齿，分别缠有U、V、W三相绕组，构成三对磁极；转子上则均匀分布着4个齿。 第第6页页/共共43页页第5页/共43页411步进电动机基本结构及工作原理2.三相反应式步进电动机工作原理 步进电动机绕组每次通断电使转子转过的角度称之为步距角。 此步进电动机步距角为30 第第7页页/共共43页页第6页/共43页411步进电动机基

3、本结构及工作原理实用三相反应式步进电动机 实用步进电动机的工作原理与上同，只是步距角是小齿距夹角的1/3。第第8页页/共共43页页第7页/共43页411步进电动机基本结构及工作原理3.通电方式 u步进电动机绕组的每一次通断电操作称为一拍，每拍中只有一相绕组通电，其余绕组断电，则这种通电方式称为单相通电方式。三相步进电动机的单相通电方式称为三相单三拍通电方式。 u步进电动机通电循环的每拍中都有两相绕组通电，则这种通电方式称为双相通电方式。三相步进电动机采用双相通电方式时，称为三相双三拍通电方式。 u步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，则这种通电方式称为单双相轮流通电方式。三相步进

4、电动机采用单双相轮流通电方式时，每个通电循环中共有六拍，因而又称为三相六拍通电方式。 第第9页页/共共43页页第8页/共43页411步进电动机基本结构及工作原理3.通电方式 采用单相通电方式工作时，步进电动机的矩频特性（输出转矩与输入脉冲频率的关系）较差，在通电换相过程中，转子状态不稳定，容易失步，因而实际应用中较少采用。而采用单双相轮流通电方式可使步进电动机在各种工作频率下都具有较大的负载能力。 m相步进电动机 转子上有z个小齿 步距角计算 公式： kmz360k是通电方式系数。当采用单相或双相通电方式时，k1；当采用单双相轮流通电方式时，k2。 第第10页页/共共43页页第9页/共43页4

5、12步进电动机的环形分配器和驱动电路 步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向，控制脉冲分配频率可实现步进电动机的速度控制。 环形分配器功率驱动器步进电动机负载指令脉冲输出开环步进电动机控制系统 第第11页页/共共43页页第10页/共43页412步进电动机的环形分配器和驱动电路1.环形分配器CH250 三相双三拍工作方式接线 三相六拍工作方式接线 第第12页页/共共43页页第11页/共43页412步进电动机的环形分配器和驱动电路 CH250环形脉冲分配器的功能关系 工作方式CLENJ3rJ3LJ3rJ3L六拍正转反转0000001001双三拍正转反转001001000

6、0六拍正转反转1100001001双三拍正转反转1110010000第第13页页/共共43页页第12页/共43页412步进电动机的环形分配器和驱动电路2.驱动电路-单电源驱动电路 560 R1uU6 V3.6 V0.3 V680 R3470 R220 R45 VV1V2Ub3b3 E0步进电动机绕组VDV3R0C1C210 R7390 R5第第14页页/共共43页页第13页/共43页412步进电动机的环形分配器和驱动电路2.驱动电路-双电源驱动电路 低压控制电路高压控制电路uU控制信号低压输入信号步进电动机绕组高压输入信号 Ug(高压)VgVD1VD2VdRf1Rf2Ud(低压)第第15页页/

7、共共43页页第14页/共43页412步进电动机的环形分配器和驱动电路2.驱动电路-斩波限流驱动电路 OTV1U115 V3 kR11 kR2510 R48 R5V20.01FC1VD2TVD3V4VD4VD6U3100 VWV5U25 V1 kR3VD1V38 R63 kR7R951 R81 kUrefR100.27 VD5VD7OP第第16页页/共共43页页第15页/共43页413步进电动机控制方式1.开环控制-串行控制P1.08031 P1.1 P1.2 环形分配器 功率放大器 步进电动机CP脉冲方向信号方式信号第第17页页/共共43页页第16页/共43页413步进电动机控制方式1.开环控

8、制-并行控制 P1.0 P1.18031 P1.2 P1.3 P1.4A相 B 相 驱 动C 相 器 电D相 路E相 步进电动机12345第第18页页/共共43页页第17页/共43页413步进电动机控制方式2.闭环控制微微 机机接口接口接口接口功率驱功率驱动器动器光电脉冲光电脉冲编码器编码器步进电动机步进电动机第第19页页/共共43页页第18页/共43页42直流电动机驱动及其控制技术421晶闸管及变流技术422 SPWM脉宽调制技术423直流电动机闭环调速系统 第第20页页/共共43页页第19页/共43页421晶闸管及变流技术-晶闸管（1）普通晶闸管 晶闸管具有正向阻断、反向阻断、正向导通和维

9、持正向导通的能力。 第第21页页/共共43页页第20页/共43页421晶闸管及变流技术-晶闸管（2）双向晶闸管 其特点是当G极和T2极相对T1的电压均为正时，T2是阳极，T1是阴极；当G极和T2极相对T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2是阴极。 第第22页页/共共43页页第21页/共43页421晶闸管及变流技术-晶闸管（3）场控晶闸管。 u场控晶闸管（英文缩写MCT）是MOSFET驱动晶闸管的复合器件，集场效应晶体管与晶闸管的优点于一身，是双极型电力晶体管和MOSFET的复合。uMCT阻断电压高，通态压降小，驱动功率低，开关速度快。 u一个MCT器件由数以万计的MCT元组成，每个元的组成如下

10、：PNPN晶闸管一个（可等效为PNP和NPN晶体管各一个），控制MCT导通的MOSFET（on-FET）和控制MCT关断的MOSFET（off-FET）各一个。 第第23页页/共共43页页第22页/共43页421晶闸管及变流技术-变流技术（1）整流器。 把交流电变为固定的（或可调的）直流电的装置称为整流器 单相交流可控硅桥式整流电路 第第24页页/共共43页页第23页/共43页421晶闸管及变流技术-变流技术（2）逆变器 把固定直流电变成固定的（或可调的）交流电的装置称为逆变器。 1）半桥逆变电路 第第25页页/共共43页页第24页/共43页421晶闸管及变流技术-变流技术2）负载换相全桥逆变

11、电路 第第26页页/共共43页页第25页/共43页421晶闸管及变流技术-变流技术（3）斩波器 把固定的直流电压变成可调的直流电压的装置称为斩波器。 脉宽调速原理 二极管是续流二极管，当S断开时，由于电枢电感的存在，电动机的电枢电流可通过它形成续流回路。 第第27页页/共共43页页第26页/共43页421晶闸管及变流技术-变流技术直流伺服电机PWM调速和实现正、反转控制原理图 M0Us0 UsUcV1VD1AV2VD2VD3V3VD4V4B0 Us0Us 电路由四个大功率晶体管组成，其作用是对电压脉宽变换器输出的信号Us进行放大。 第第28页页/共共43页页第27页/共43页421晶闸管及变流

12、技术-变流技术双极式H型可逆器的电压、电流波形 第第29页页/共共43页页第28页/共43页421晶闸管及变流技术-变流技术电力晶体管的基极驱动电路及波形 E1E2urIbGTRurOIbOtt(a)(b)第第30页页/共共43页页第29页/共43页422 SPWM脉宽调制技术1. PWM波形原理 ttuuOO(a)(b)a)正弦半波 b)PWM波形u用一系列等幅而不等宽的脉冲来代替一个正弦电波。 u正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。 第第31页页/共共43页页第30页/共43页422 SPWM脉宽调制技术2.单相SPWM控制原理单相桥式PWM逆变电路

13、 单相SPWM控制方式波形 uucurttuofuouoOOUd第第32页页/共共43页页第31页/共43页422 SPWM脉宽调制技术3.三相SPWM控制原理电路电路第第33页页/共共43页页第32页/共43页422 SPWM脉宽调制技术波形波形三相SPWM逆变电路波形 第第34页页/共共43页页第33页/共43页423直流电动机闭环调速系统-单闭环调速 （1）转速单闭环调速 给定给定电流调电流调节器节器触发触发电路电路正桥正桥功放功放三相电源输出三相电源输出三相三相全控全控整流整流励磁励磁电源电源第第35页页/共共43页页第34页/共43页423直流电动机闭环调速系统-单闭环调速（2）电流

14、单闭环调速 第第36页页/共共43页页第35页/共43页423直流电动机闭环调速系统-双闭环调速转速、电流双闭环直流调速系统的系统组成 第第37页页/共共43页页第36页/共43页423直流电动机闭环调速系统-双闭环调速双闭环直流调速系统框图 第第38页页/共共43页页第37页/共43页43交流电动机驱动及其控制技术431晶闸管交流调压调速系统432交流电动机变频调速第第39页页/共共43页页第38页/共43页431晶闸管交流调压调速系统三相异步电动机调压调速系统结构 第第40页页/共共43页页第39页/共43页432交流电动机变频调速1) U/f控制。 对变频器的频率和电压进行控制 第第41页页/共共43页页第40页/共43页432交流电动机变频调速2) 转差频率控制 第第42页页/共共43页页第41页/共43页432交流电动机变频调速3) 矢量控制 矢量控制是交流异步电动机的一种理想调速方法。 第第43页页/共共43页页第42页/共43页感谢您的观看！第43页/共43页