第3章：执行元件的分类及控制用电机的驱动.ppt

第三章 机电一体化系统执行元件的选择与设计 目录 3.1 执行元件 一、执行元件的种类及其特点 执行元件的优缺点 二、机电一体化系统对执行元件的基本要求 机电一体化系统所用的执行元件主要是电气式，其次是液压式和气压式。 3.2 机电一体化系统常用的控制用电机 机电一体化系统中的控制用电机： 各种类型控制用电机 伺服电机在数控机床上的应用 伺服电动机控制方式有： 开环控制方式 闭环控制方式 半闭环控制方式 开环控制 半闭环控制 闭环控制 一、机电一体化系统对控制用电机的基本要求 在额定输出功率相同的条件下： 2、快速性好 3、位置控制精度高、调速范围宽、低速运行平稳无爬行现象、分辨率高、振动噪声小； 4、适应启、停频繁的工作要求； 5、可靠性高、寿命长 二、控制用电机的种类 力矩电动机 脉冲电动机 变频调速电动机 开关磁阻电动机 各种AC/DC伺服电动机 控制用电机按工作原理可分为 3.3 步进电机及其驱动 一、步进电机的特点与种类 1、特点 1）步进电机的工作状态不易受各种干扰因素的影响； 2）步进电机的步距角有误差，但不会长期累积； 3）控制系统简单 2、步进电机的种类 （1）按运动方式分 旋转式步进电机 直线式步进电机 （2）按励磁相数分 三相步进电机 四相步进电机 五相步进电机 六相步进电机 （3）按转子的结构分 可变磁阻（VR）型 永磁（PM）型 混合（HB）型 可变磁阻型（VR） 又称为反应式步进电动机； 特点： 步矩角小 响应速度快 结构简单 效率低 噪声大 永磁（PM）型 转子采用永久磁铁 特点： 无励磁时具有保持力，可作定位驱动； 励磁功率小、效率高、造价便宜； 步距角较大； 混合（HB）型 特点： 步距角小 响应频率高 励磁功率小 效率高 二、步进电机工作原理 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。 由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。 现以A→B → C → A的通电顺序，使三相绕组轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。 1、三相单三拍 “三相”指三相步进电机；“单”指每次只能一相绕组通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环。 A相绕组通电，B、C相不通电。气隙产生以A-A为轴线的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。 同理，B相通电时，转子会转过30?角，2、4齿和B、B′ 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30?角，1、3齿和C′、C磁极轴线对齐。 按A?B ?C ?A ? ……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30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。 2、三相六拍 按A?AB ?B ?BC ?C ? CA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。 A相通电： 转子1、3齿与A、A 对齐。 A、B相同时通电： A、A 磁极拉住1、3齿，B、B 磁极拉住2、4齿，转子转过15?，到达左图所示位置。 B 相通电： 转子2、4齿与B、B′ 对齐,又转过15?。 B、C相同时通电： C 、C 磁极拉住1、3齿，B、B 磁极拉住2、4齿，转子再转过15?。 三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：A?AB ?B ?BC ?C ? CA，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过15?（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转过90? (齿距角)。 3、 三相双三拍 按AB ?BC ?CA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电。 与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过30? (步距角)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90?(齿距角)。 实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5度，步距角越小，机加工的精度越高。 为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁极上也有五个齿。 步距角计算公式： 通电拍数相同时k=1；不同时k=2 磁极数越多，转子齿数越多，步距角就越小。 电机的转速取决于绕组与电源接通或断开的变化频率； 电机的