第六章控制电机PPT讲稿.ppt

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1、第六章控制电机第1页，共57页，编辑于2022年，星期三3 3 3 3自整角机自整角机自整角机自整角机 1 1伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机2 2测速发电机测速发电机测速发电机测速发电机4 4步进电动机步进电动机步进电动机步进电动机 通通通通常常常常的的的的电电电电机机机机是是是是进进进进行行行行能能能能量量量量的的的的转转转转换换换换的的的的装装装装置置置置，其其其其主主主主要要要要问问问问题题题题是是是是提提提提高高高高能能能能量量量量转转转转换换换换的的的的效效效效率率率率，而而而而控控控控制制制制电电电电机机机机的的的的主主主主要要要要任任任任务务务务是是是是转转转转换换换换

2、和和和和传传传传递递递递控控控控制制制制信信信信号号号号，能量的转换是次要的。能量的转换是次要的。能量的转换是次要的。能量的转换是次要的。控制电机的主要要求：控制电机的主要要求：控制电机的主要要求：控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、重量轻、重量轻、重量轻、重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。体积小、耗电少、运行可靠等。体积小、耗电少、运行可靠等。体积小、耗电少、运行可靠等。第2页，共57页，编辑于2022年，星期三第3页，共57页，编辑于2022年，星期三伺服电动机可分为两类：伺服电动机可分为两类：伺服电动机可分为两类：伺服电动机可分为两类：伺

3、服电动机又称执行电动机。其伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的功能是将输入的功能是将输入的功能是将输入的电压控制信号电压控制信号电压控制信号电压控制信号转换为轴上输出的转换为轴上输出的转换为轴上输出的转换为轴上输出的角位移和角速度角位移和角速度角位移和角速度角位移和角速度，驱，驱，驱，驱动控制对象。动控制对象。动控制对象。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6.16.1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。制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。第4页，共

4、57页，编辑于2022年，星期三6.1.16.1.1交流伺服电动机交流伺服电动机 两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差9090 的两的两个绕组：励磁绕组和控制绕组。个绕组：励磁绕组和控制绕组。励磁绕组励磁绕组控制绕组控制绕组杯形转子杯形转子杯形转子杯形转子:1 1 1 1、减少转动惯量；、减少转动惯量；、减少转动惯量；、减少转动惯量；2 2 2 2、提高电阻、提高电阻、提高电阻、提高电阻R R R R2 2 2 2 使使使使 S S S Sm m m m=R=R=R=R2 2 2 2/X/X/X/X20 20 20 20 1111，避免避免避免避免“

5、自转自转自转自转”现象现象现象现象。内定子内定子外定子外定子第5页，共57页，编辑于2022年，星期三交流杯形伺服电动机交流杯形伺服电动机1 1 励磁绕组；励磁绕组；2 2 控制绕组；控制绕组；3 3 内定子；内定子；4 4 处定子；处定子；5 5转子转子；第6页，共57页，编辑于2022年，星期三 励磁绕组串联电容励磁绕组串联电容C,是为是为了产生两相旋转磁场。了产生两相旋转磁场。2 2 2 2）工作原理）工作原理）工作原理）工作原理放放大大器器检检测测元元件件控制信号控制信号控制信号控制信号+控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕组+1 1(a(a）接线图）接线图）接线图）接线图 1(b)(b)相

6、量图相量图相量图相量图适当选择电容的大小，可使通入两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个绕组的电流相位差接近90,第7页，共57页，编辑于2022年，星期三 工作时两个绕组中产生的电流工作时两个绕组中产生的电流工作时两个绕组中产生的电流工作时两个绕组中产生的电流 和和和和 的相位差近于的相位差近于的相位差近于的相位差近于9090，因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子便因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子便因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子便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。转动起来。转动起来。转动起来。控制电压控

7、制电压 与电源电压与电源电压 频频率相同，相位相同率相同，相位相同或反相。或反相。放放大大器器检检测测元元件件控制信号控制信号控制信号控制信号+控制绕组控制绕组 加在控制绕组上的控制电压反相时加在控制绕组上的控制电压反相时加在控制绕组上的控制电压反相时加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励磁电压不变保持励磁电压不变保持励磁电压不变保持励磁电压不变)，由于，由于，由于，由于旋转磁场的旋转方向发生变化，使电动机转子反转。旋转磁场的旋转方向发生变化，使电动机转子反转。旋转磁场的旋转方向发生变化，使电动机转子反转。旋转磁场的旋转方向发生变化，使电动机转子反转。交流伺服电动机的特点：交流伺服电动机的特点

8、：交流伺服电动机的特点：交流伺服电动机的特点：在电动机运行时如果控制电压变为零，在电动机运行时如果控制电压变为零，在电动机运行时如果控制电压变为零，在电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停转。电动机立即停转。电动机立即停转。电动机立即停转。第8页，共57页，编辑于2022年，星期三交流伺服电动机的特点：交流伺服电动机的特点：（1）U2=0=0 时，转子停止。时，转子停止。这时，虽然这时，虽然U2=0V，U1仍存在，似乎成单相运行状态，仍存在，似乎成单相运行状态，但和单相异步机不同。但和单相异步机不同。若单相电机启动运行后，出现单相若单相电机启动运行后，出现单相后仍转。伺服电机不同，单相电

9、压时设备不能转。后仍转。伺服电机不同，单相电压时设备不能转。原因：原因：交流伺服电机交流伺服电机 R2设计得较大。所以在设计得较大。所以在U2=0时，时，交流伺服电机的交流伺服电机的T=f(s)曲线如下页图：曲线如下页图：第10页，共57页，编辑于2022年，星期三交流伺服电动机的交流伺服电动机的T=f(s)T=f(s)曲线（曲线（U U2 2=0=0时）时）sT210sTTT021反转反转正转正转 当当U2=0V时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距T、T 的合成转矩的合成转矩 T 与单相异步机不同。合成转矩的方向与与单相异步机不同。合成转矩的方

10、向与旋转方向相反，所以电机在旋转方向相反，所以电机在U2=0V时，能立即停止，体现了控时，能立即停止，体现了控制信号的作用制信号的作用(有控制电压时转动，无控制电压时不转有控制电压时转动，无控制电压时不转)，以免，以免失控。失控。第11页，共57页，编辑于2022年，星期三（2）交流伺服电机交流伺服电机 R2设计得较大，使设计得较大，使Sm1，Tst大，启大，启动迅速，稳定运行范围大。动迅速，稳定运行范围大。（3 3）控制电压）控制电压 U2 大小变化时，转子转速相应变化，转速大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压与电压 U2 成正比。成正比。U2 的极性改变时，转子的转向改的极性改变时，转

11、子的转向改变。变。第12页，共57页，编辑于2022年，星期三不同控制电压下的机械特性曲线不同控制电压下的机械特性曲线不同控制电压下的机械特性曲线不同控制电压下的机械特性曲线n n=f f(T T),),U U1 1=常数常数常数常数T TU U2 20.8 U20.6 U20.40.4 U U2 2on 交流伺服电动机的机械特性如图所示。交流伺服电动机的机械特性如图所示。交流伺服电动机的机械特性如图所示。交流伺服电动机的机械特性如图所示。在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的下降

12、，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时，下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时，下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时，下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时，电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。第14页，共57页，编辑于2022年，星期三 交流伺服电机的输出功率一般为交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W，电源频电源频率分率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用等多种。它的应用很广泛，如用在各在各种自动控制、自动记录等系统中。种自动控制、自动记录等系统中

13、。应用应用应用应用:第15页，共57页，编辑于2022年，星期三6.1.26.1.2直流伺服电动机直流伺服电动机 直流伺服电动机的直流伺服电动机的直流伺服电动机的直流伺服电动机的结构结构结构结构与与与与直流电动机基本相直流电动机基本相直流电动机基本相直流电动机基本相同。只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。同。只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。同。只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。同。只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。U1为励磁电压，为励磁电压，U2为电枢电压为电枢电压MU1I1I2U2放放放放大大大大器器器器U+直流伺服电动机的接线图直流伺服电动机的接线图 励磁绕组和电枢绕组励磁

14、绕组和电枢绕组励磁绕组和电枢绕组励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的电源供分别由两个独立的电源供分别由两个独立的电源供分别由两个独立的电源供电的他励方式电的他励方式电的他励方式电的他励方式1 1）结构特点）结构特点）结构特点）结构特点第16页，共57页，编辑于2022年，星期三2）控制方法）控制方法由机械特性可知：由机械特性可知：由机械特性可知：由机械特性可知：(1)(1)一定负载转矩下，当磁通一定负载转矩下，当磁通一定负载转矩下，当磁通一定负载转矩下，当磁通 不变时，不变时，不变时，不变时，U U2 2 n n 。(2)(2)U U2 2=0=0时，电机立即停转。时，电机立即停转。时，电机立即

15、停转。时，电机立即停转。电动机反转：电动机反转：电动机反转：电动机反转：改变电枢电压的极性，电动机反转。改变电枢电压的极性，电动机反转。改变电枢电压的极性，电动机反转。改变电枢电压的极性，电动机反转。直流伺服电机的机械特性直流伺服电机的机械特性与他励直流电机相同一样与他励直流电机相同一样.直流伺服电动机的直流伺服电动机的n=f(T)曲线曲线(U1=常数常数)U20.8U20.6U20.4U2nTO第18页，共57页，编辑于2022年，星期三 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常应用直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控制等。于功率稍大的系统中，

16、如随动系统中的位置控制等。直流伺服电机输出功率一般为直流伺服电机输出功率一般为1-600W。应用：应用：应用：应用：第19页，共57页，编辑于2022年，星期三问题一：交流伺服电动机当控制电压为零 时，为什么能够迅速停止？因为交流伺服电动机转子电阻很大，使发生最大电磁因为交流伺服电动机转子电阻很大，使发生最大电磁转矩的转差率转矩的转差率m m1 1。这样，伺服电动机单相运行产生的合成转。这样，伺服电动机单相运行产生的合成转矩将和普通鼠笼转子的情况相反。转子电阻很大时，脉振磁场矩将和普通鼠笼转子的情况相反。转子电阻很大时，脉振磁场分解的正、反相旋转磁场在分解的正、反相旋转磁场在1 1时产生的电磁

17、转矩将比在时产生的电磁转矩将比在1 1时产生的转矩大，所以运行中，若交流伺服电动机控制电压为时产生的转矩大，所以运行中，若交流伺服电动机控制电压为零，伺服电动机处于单相运行状态，此时与转子同向的旋转磁零，伺服电动机处于单相运行状态，此时与转子同向的旋转磁场产生的转矩将小于与转子反向的旋转磁场产生的转矩。因而场产生的转矩将小于与转子反向的旋转磁场产生的转矩。因而总的合成电磁转矩将变成制动转矩，在电磁制动转矩的作用下，总的合成电磁转矩将变成制动转矩，在电磁制动转矩的作用下，电动机就能够迅速停止。电动机就能够迅速停止。第20页，共57页，编辑于2022年，星期三6.1.26.1.2测速发电机测速发电

18、机 测速发电机是一种测速发电机是一种转速测量传感器转速测量传感器。用来测量旋转装。用来测量旋转装置的转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信号电压。置的转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信号电压。测速发电机分为交流和直流两种类型。测速发电机分为交流和直流两种类型。交流测速发电机又分为同步式和异步式两种，这里只分析交流测速发电机又分为同步式和异步式两种，这里只分析异步式交流测速发电机的工作原理。异步式交流测速发电机的工作原理。由于 恒定，故 与被测转速 成正比第21页，共57页，编辑于2022年，星期三 1转子转子定子定子励磁绕组励磁绕组输出绕组输出绕组 异步式交流测速发电机的结构与杯形转子

19、交流伺服异步式交流测速发电机的结构与杯形转子交流伺服电机相似，它的定子上有电机相似，它的定子上有两个绕组两个绕组，一个是励磁绕组，一一个是励磁绕组，一个是输出绕组。个是输出绕组。输出输出绕组绕组+励磁励磁绕组绕组+第22页，共57页，编辑于2022年，星期三 工作时，测速发电机的励磁绕组接交流电工作时，测速发电机的励磁绕组接交流电源源U U1 1，由，由 U U1 1 4.44 4.44 f1 1N N1 1 1 1 可知：可知：当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转子切割子切割 1 1产生转子感应电势产生转子感应电势E ET T和转子电流和转子电流I IT

20、T有：有：转子电流转子电流 IT也产生磁通也产生磁通 T，T 在输出绕组中感在输出绕组中感应出电压应出电压U2 ：第23页，共57页，编辑于2022年，星期三 综合上述分析可知：综合上述分析可知：当当 U U1 1 恒定不变时，恒定不变时，U U2 2 与与 n 成正比，这样，成正比，这样，发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制系统。转动方向改变，输出信号，输出给控制系统。转动方向改变，输出电压电压 的相位改变的相位改变1800。由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测速发电机的输出速发电机的输出电压电压

21、 U U2 2与与n 间存在着一定的非间存在着一定的非线性误差，使用时要注意加以修正。线性误差，使用时要注意加以修正。第24页，共57页，编辑于2022年，星期三异步测速发电机的误差异步测速发电机的误差主要包括幅值及相位误差和剩余电压误差主要包括幅值及相位误差和剩余电压误差1、幅值及相位误差幅值及相位误差 产生原因：产生原因：励磁绕组存在漏电感。励磁绕组存在漏电感。减小该误差的方法：减小该误差的方法：增大转子电阻增大转子电阻（采用杯形）。（采用杯形）。第25页，共57页，编辑于2022年，星期三2 2、剩余电压误差、剩余电压误差 产生原因：由于加工、装配过程中存在机械上产生原因：由于加工、装配

22、过程中存在机械上 的不对的不对称及定子磁性材料性能的不一致性，使得测速发电机转速为称及定子磁性材料性能的不一致性，使得测速发电机转速为零时，实际输出电压并不为零，此时的电压称为剩余电压，零时，实际输出电压并不为零，此时的电压称为剩余电压，剩余电压引起的误差称为剩余电压误差。剩余电压引起的误差称为剩余电压误差。减小剩余电压误差的方法：选择高质量的各方向特性一减小剩余电压误差的方法：选择高质量的各方向特性一致的磁性材料，在机加工和装配过程中提高机械精度以及装致的磁性材料，在机加工和装配过程中提高机械精度以及装配补偿绕组。配补偿绕组。第26页，共57页，编辑于2022年，星期三问题二：交流测速发电机

23、的转子静止时有无电压输出？转动时为问题二：交流测速发电机的转子静止时有无电压输出？转动时为何输出电压与转速成正比，但频率却与转速无关？何输出电压与转速成正比，但频率却与转速无关？当交流测速发电机的转子静止时，励磁绕组在其轴线方向上产生的脉振磁通与输当交流测速发电机的转子静止时，励磁绕组在其轴线方向上产生的脉振磁通与输出绕组的轴线垂直，因而不能在输出绕组中感应电势，也就无电压输出。转动时出绕组的轴线垂直，因而不能在输出绕组中感应电势，也就无电压输出。转动时测速发电机（杯形）转子切割励磁绕组产生的脉振磁通，将在转子导体中感应电测速发电机（杯形）转子切割励磁绕组产生的脉振磁通，将在转子导体中感应电势

24、、产生电流；此电流所产生的转子磁通与输出绕组基本一致，输出绕组与转子势、产生电流；此电流所产生的转子磁通与输出绕组基本一致，输出绕组与转子这部分导体的关系就如变压器原副绕组的关系一样，因而输出绕组将有电压输出。这部分导体的关系就如变压器原副绕组的关系一样，因而输出绕组将有电压输出。由于切割历次的转子导体感应的电势大小与励磁磁通和转子转速成正比，励磁磁由于切割历次的转子导体感应的电势大小与励磁磁通和转子转速成正比，励磁磁通是脉振磁通（幅值不变，频率为励磁电源频率），所以感应的电势为交变电势，通是脉振磁通（幅值不变，频率为励磁电源频率），所以感应的电势为交变电势，大小正比于转速，交变频率为励磁电源

25、频率。再者，输出绕组的输出电压与此感大小正比于转速，交变频率为励磁电源频率。再者，输出绕组的输出电压与此感应电势（按变压器原理）成正比。于是，结论为：输出电压幅值与转速成正比，应电势（按变压器原理）成正比。于是，结论为：输出电压幅值与转速成正比，电压的频率为励磁电源频率与转速无关。电压的频率为励磁电源频率与转速无关。第27页，共57页，编辑于2022年，星期三自整角机被广泛用于角度的传输、变换、和指示。自整角机被广泛用于角度的传输、变换、和指示。6.3自整角机自整角机 一般成对或多台组合使用：力矩式自整角机：一个是发送器，另一个是接收机力矩式自整角机：一个是发送器，另一个是接收机控制式自整角机

26、：一个是发送机，另一个是变压器控制式自整角机：一个是发送机，另一个是变压器第28页，共57页，编辑于2022年，星期三自整角机的结构自整角机的结构1.1.三相整步绕组；三相整步绕组；2.2.定子铁心；定子铁心；3.3.转子铁心；转子铁心；4 4转子励磁转子励磁绕组；绕组；5 5 转轴；转轴；6 6 滑环滑环第29页，共57页，编辑于2022年，星期三接交流电源接交流电源三相整步绕组对应相连三相整步绕组对应相连发送机发送机接收机接收机作为输出绕组作为输出绕组接线：接线：两机三相整步绕组对应相连，发送机励磁绕组连两机三相整步绕组对应相连，发送机励磁绕组连接单相电源，接收机转子绕组为输出绕组。接单相

27、电源，接收机转子绕组为输出绕组。6.3.1 6.3.1控制式自整角机控制式自整角机第30页，共57页，编辑于2022年，星期三 6.3.1 6.3.1控制式自整角机控制式自整角机第31页，共57页，编辑于2022年，星期三发送机侧发送机侧:6.3.1 6.3.1控制式自整角机控制式自整角机第32页，共57页，编辑于2022年，星期三自整角变压器的定子绕组中流过电流：自整角变压器的定子绕组中流过电流：自整角变压器的定子绕组中流过电流：自整角变压器的定子绕组中流过电流：6.3.1 6.3.1控制式自整角机控制式自整角机单相输出绕组中感应电动势：单相输出绕组中感应电动势：单相输出绕组中感应电动势：单

28、相输出绕组中感应电动势：第33页，共57页，编辑于2022年，星期三输出电压的一般式：输出电压的一般式：最大输出：最大输出：最大输出：最大输出：失调角：失调角：失调角：失调角：当 时，；当 时，6.3.1 6.3.1控制式自整角机控制式自整角机第34页，共57页，编辑于2022年，星期三 6.3.1 6.3.1控制式自整角机控制式自整角机应用第35页，共57页，编辑于2022年，星期三接线：接线：将两机的三相整步绕组对应相互连接，两机将两机的三相整步绕组对应相互连接，两机的励磁绕组与同一个单相电源连接。的励磁绕组与同一个单相电源连接。6.3.2 6.3.2 6.3.2 6.3.2力矩式自整角机

29、力矩式自整角机力矩式自整角机力矩式自整角机第36页，共57页，编辑于2022年，星期三 6.3.2 6.3.2 6.3.2 6.3.2力矩式自整角机力矩式自整角机力矩式自整角机力矩式自整角机 发送机与接收机的同发送机与接收机的同步绕组对应相连接，步绕组对应相连接，它们的励磁绕组同接它们的励磁绕组同接在一单相交流源。发在一单相交流源。发送机转子与接收机转送机转子与接收机转子基准零位都设在与子基准零位都设在与D D1 1轴线重合的位置。轴线重合的位置。接收机转子带动负接收机转子带动负载。载。第37页，共57页，编辑于2022年，星期三 6.3.2 6.3.2 6.3.2 6.3.2力矩式自整角机力

30、矩式自整角机力矩式自整角机力矩式自整角机应用：应用：第38页，共57页，编辑于2022年，星期三总结：力矩式自整角机和控制式自整角机的区别在于:自整角机控制系统中，当失调角产生时，力矩自整角接收机输出与失调角成正弦关系的转矩，直接带动接收机轴上的机械负载，直至消除失调角。但力矩式自整角机力矩不大，如果机械负载较大，则采用控制式自整角机系统，控制式自整角机把失调角转换为正弦关系的电压输出，经过电压放大器放大后送到交流伺服电动机的控制绕组中，使伺服电机转动，再经齿轮减速后带动机械负载转动，直到消除失调角。第43页，共57页，编辑于2022年，星期三 6.4 6.4步进电动机步进电动机特点特点特点特

31、点:(1)1)来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。(2)(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)(3)改变脉冲顺序，可改变转动方向。改变脉冲顺序，可改变转动方向。改变脉冲顺序，可改变转动方向。改变脉冲顺序，可改变转动方向。步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。信号转换为线位移或角位移的电机。区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式区别在于励磁式步进电机的转子上

32、有励磁线圈，反应式区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。步进电机的转子上没有励磁线圈。步进电机的转子上没有励磁线圈。步进电机的转子上没有励磁线圈。种类种类：励磁式励磁式和和反应式反应式反应式反应式两种。两种。第44页，共57页，编辑于2022年，星期三结构和工作原理。结构和工作原理。三相反应式步进电动机的原理结构图三相反应式步进电动机的原理结构图三相反应式步进电动机的原理结构图三相反应式步进电动机的原理结构图如下：如下：ABCIAIBIC 定子内圆周定子内圆周均匀分布着六个均匀分布着六个磁极，磁极上有磁极，

33、磁极上有励磁绕组，每两励磁绕组，每两个相对的绕组组个相对的绕组组成一相。转子有成一相。转子有四个齿。四个齿。定子定子转子转子第45页，共57页，编辑于2022年，星期三1)1)1)1)三相单三拍三相单三拍三相单三拍三相单三拍CABBCA3412 A相绕组通电，相绕组通电，B、C相相不通电。由于在磁场作用下，不通电。由于在磁场作用下，转子总是力图旋转到磁阻最转子总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情况下，小的位置，故在这种情况下，转子必然转到左图所示位置：转子必然转到左图所示位置：1、3齿与齿与A、A极对齐。极对齐。第46页，共57页，编辑于2022年，星期三CABBCA3412 同理，同理，

34、B相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过30 角，角，2、4齿和齿和B、B 磁极轴线对齐；当磁极轴线对齐；当C相通电时，转子相通电时，转子再转过再转过30 角，角，1、3齿和齿和C、C磁极轴线对齐。磁极轴线对齐。1C342CABBA第47页，共57页，编辑于2022年，星期三 这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个个循环周期循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相为三相单三拍单三拍工作方式。工作方式。按按AB C A 的顺序给三相绕组轮流的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过通

35、电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30(步步距角距角)，每个通电循环周期，每个通电循环周期(3拍拍)转过转过90(一个齿距角一个齿距角)。2.2.三相六拍三相六拍三相六拍三相六拍 按按AAB B BC C CA的顺序给三相绕组轮的顺序给三相绕组轮流通电。流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。这种方式可以获得更精确的控制特性。第48页，共57页，编辑于2022年，星期三CABBCA3412CABBCA3412 A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿与齿与A、A 对齐。对齐。A、B相同时通电，相同时通电，A、A 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转子转齿，

36、转子转过过15，到达左图所示位置。到达左图所示位置。第49页，共57页，编辑于2022年，星期三CABBCA3412 B B 相通电，相通电，转子转子2、4齿与齿与B、B 对齐对齐,又转又转过过15。3412CABBCA B、C相同时通电，相同时通电，C、C 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转子再转齿，转子再转过过15。第50页，共57页，编辑于2022年，星期三 三相反应式步进电动机的一个通电循环周三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每个循每个循环周期分为六拍。每拍转子转过环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），

37、（步距角），一一个通电循环周期个通电循环周期(6拍拍)转子转过转子转过90 (齿距角齿距角)。与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。小，更适用于需要精确定位的控制系统中。3.3.三相双三拍三相双三拍三相双三拍三相双三拍 按按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电电。每拍有两相绕组同时通电。第51页，共57页，编辑于2022年，星期三AB通电通电CABBCA3412BC通电通电3412CABBCACA通电通电CABBCA3412 与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电与单三拍方

38、式相似，双三拍驱动时每个通电循循环周期也分为三拍。每拍转子转过环周期也分为三拍。每拍转子转过30 (步距角步距角)，一一个通电循环周期个通电循环周期(3拍拍)转子转过转子转过90(齿距角齿距角)。第52页，共57页，编辑于2022年，星期三 从以上对步进电机三种驱动方式的分析可从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：得步距角计算公式：步距角步距角Zr 转子齿数转子齿数m 每个通电循环周期的拍数每个通电循环周期的拍数 实用步进电机的步距角多为实用步进电机的步距角多为3 和和1.5 。为了获得小。为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的，如教材图步距角，电机的定子、转子都做成多

39、齿的，如教材图10.4.4所示。图中转子表面有所示。图中转子表面有4040个齿，个齿，第53页，共57页，编辑于2022年，星期三齿距角是齿距角是9 9；定子仍是；定子仍是 6 6个磁极，但每个磁极表面加工个磁极，但每个磁极表面加工有五个和转子一样的齿。有五个和转子一样的齿。步进电动机的应用非常广泛，如各种数控步进电动机的应用非常广泛，如各种数控步进电动机的应用非常广泛，如各种数控步进电动机的应用非常广泛，如各种数控机床、自动绘图仪、机器人等。机床、自动绘图仪、机器人等。机床、自动绘图仪、机器人等。机床、自动绘图仪、机器人等。应用：应用：第54页，共57页，编辑于2022年，星期三运行特性：运

40、行特性：1 1、静态运行特性：静态运行特性：步进电动机不改变通电情况的运行状态称为步进电动机不改变通电情况的运行状态称为步进电动机不改变通电情况的运行状态称为步进电动机不改变通电情况的运行状态称为静态运行静态运行静态运行静态运行。2 2、步进运行状态：步进运行状态：步进运行状态：步进运行状态：当电脉冲频率较低，电机转子完成一步当电脉冲频率较低，电机转子完成一步当电脉冲频率较低，电机转子完成一步当电脉冲频率较低，电机转子完成一步之后，下一个脉冲才到来，电机一步一停的转动，这种状态之后，下一个脉冲才到来，电机一步一停的转动，这种状态之后，下一个脉冲才到来，电机一步一停的转动，这种状态之后，下一个脉

41、冲才到来，电机一步一停的转动，这种状态称之为步进运行状态。称之为步进运行状态。称之为步进运行状态。称之为步进运行状态。3 3、连续运行状态：、连续运行状态：当脉冲的频率当脉冲的频率f f增高，前一个脉冲还未结束，下一个脉冲已增高，前一个脉冲还未结束，下一个脉冲已经到来，此时，步进电动机已经不是一步一步地转动，而是呈经到来，此时，步进电动机已经不是一步一步地转动，而是呈连续运转状态，脉冲频率升高，电机转速增加。连续运转状态，脉冲频率升高，电机转速增加。第55页，共57页，编辑于2022年，星期三步进电机的应用步进电机的应用步步进进电电动动机机是是用用脉脉冲冲信信号号控控制制的的，一一周周的的步步

42、数数是是固固定定的的，只只要要不不丢丢步步，角角位位移移误误差差不不存存在在长长期期积积累累的的情情况况，主主要要用用于于数数字字控控制制系系统统中中，精精度度高高，运运行行可可靠靠。如如采采用用位位置置检检测测和和速速度度反反馈馈，亦可实现闭环控制。亦可实现闭环控制。步进电动机已广泛地应用于数字控制系统中，步进电动机已广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、数控机床、计算机外围设备、如数模转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、钟表等之中，另外在工业自动化自动记录仪、钟表等之中，另外在工业自动化生产生产线、印刷设备等中亦有应用。线、印刷设备等中亦有应用。第56页，共57页，编辑于

43、2022年，星期三问题三：问题三：什么是步进电动机的步距角？什么是单三拍通电方式？什么是步进电动机的步距角？什么是单三拍通电方式？步进电动机每次通电工作其转子都将相应转动一个角度，这一过程称步进电动机每次通电工作其转子都将相应转动一个角度，这一过程称为称为一步，工作时每一步步进电动机转子转过的角度称为步进电动机的为称为一步，工作时每一步步进电动机转子转过的角度称为步进电动机的步距角。步进电动机从一相绕组通电换接到另一相绕组通电称为步距角。步进电动机从一相绕组通电换接到另一相绕组通电称为“一拍一拍”，每次只有一个绕组通电用，每次只有一个绕组通电用“单单”以示区别于每次有两个的以示区别于每次有两个的“双双”。所谓。所谓“单三拍单三拍”通电方式是指：步进电动机每次只有一个绕组通电，且完成一通电方式是指：步进电动机每次只有一个绕组通电，且完成一个轮流通电的周期需要三拍的工作方式。个轮流通电的周期需要三拍的工作方式。第57页，共57页，编辑于2022年，星期三