M1控制電機機電控制技術2

控制電機?

一、控制電機概述?

二、步進電動機基本工作原理?

三、步進電動機的運行機電控制技術一、控制電機概述

在機電系統中，控制電機主要用

于傳遞和變換信號，作為執行元

件或信號元件。

控制電機在機電系統中的控制作

用是主要的，提供動力是次要的，

因此一般功率較小。機電控制技術

3一、控制電機概述

與動力電機相比較，對控制電

機要求有更高的控制精度，更

快的響應速度。

在力能指標（效率和功率因數）

方面，控制電機通常沒有動力電機高。機電控制技術

45

常用控制電機2.

交流伺服電機3.

力矩電動機4.

微型同步電動機5.

步進電動機6.

測速發電機一、控制電機概述

1.

直流伺服直流機電控制技術6二、步進電動機基本工作原理

步進電動機是一種用電脈沖信號

進行控制，將電脈沖信號轉換成

轉子軸角位移的電動機。機電控制技術77二、步進電動機基本工作原理

這種電機在每輸入一個電脈沖作

用下，轉子軸就轉過一個對應的

角位移。在連續輸入電脈沖的作

用下，轉子軸一步一步的轉動，

因此稱為步進電動機。機電控制技術思考：這里的電脈沖信號應選擇直流信號源還是交流信號源？轉子軸才能在該脈沖驅動下每次都轉過一個固定角度。（可控）（一）步進電動機的基本結構

步進電動機主要由定子和轉子兩大

部分組成，定子上有多相定子繞組。

常用的有：

2

相、

3

相、

4

相、

5

相

轉子結構根據電機類型的不同有所

區別。機電控制技術

89定子磁極定子繞組轉子（一）步進電動機的基本結構機電控制技術10（二）步進電動機的矩角特性123424134T

2

-

AA

1B

1

TCC

1

BA

1

3A

1B

1CC

1

BAA

1B

1CC

1

B反應式步進電機：定子三相六極，轉子有四齒機電控制技術11（二）步進電動機的矩角特性123424134T

2

-

AA

1B

1

TCC

1

BA

1

3A

1B

1CC

1

BAA

1B

1CC

1

B當

A

相繞組通直流電流

I

，

A

相磁極產生恒定磁場（單相通電情況）機電控制技術12（二）步進電動機的矩角特性123424134T

2

-

AA

1B

1

TCC

1

BA

1

3A

1B

1CC

1

BAA

1B

1CC

1

BA

相磁極與轉子齒有磁力，轉子產生反應轉矩機電控制技術13（二）步進電動機的矩角特性123424134T

2

-

AA

1B

1

TCC

1

BA

1

3A

1B

1CC

1BAA

1B

1CC

1

B規定方向：假設轉子逆時針旋轉方向為正機電控制技術14（二）步進電動機的矩角特性123424134T

2

-

AB

1

TCC

1

BA

1

3

A

1??

=

?????????θB

1CC

1BAA

1B

1CC

1

B

A

1矩角特性：機電控制技術距角特性也叫靜態特性，指繞組中電流恒定，使轉子處在各個不同位置且固定不動時電磁偏轉矩隨偏轉角的變化關系。14（二）步進電動機的矩角特性123424134T

2

-

AB

1

TCC

1

BA

1

3

A

1??

=

?????????θB

1CC

1BAA

1B

1CC

1

B

A

1矩角特性：機電控制技術通過外力使其錯開一個角度，即偏轉角。初始平衡位置三、步進電動機的運行

對于三相步進電機，運行狀態與

三相定子繞組的通電方式、通電

順序及切換頻率有關。

運行方式：單步運行、連續運行。機電控制技術

16三、步進電動機的運行機電控制技術

16θe：電角度每相繞組通電循環一周即360電角度，對應轉子在空間中轉過一個齒距，對應角度為空間角，稱為步距角。若齒數為z，則θe=zθ。三、步進電動機的運行機電控制技術

16不穩定平衡點不穩定平衡點18如果輪流通電切換頻率足夠低，電機一步一停往前走，即單步運行。（一）空載步進運行狀態靜穩定區?

Aa

'

1

Aca'2

b動穩定區Tb1

B

0a

c

1

Cb機電控制技術θe假設電機輸入頻率非常低，第二個脈沖來之前，前一步已經走完，轉子靜止。-ππ-π+θbeπ+θbe運行過程：a→b1→b→c1→c→……18由于到達穩定平衡點時，T=0，n≠0在穩定平衡點附近振蕩（一）空載步進運行狀態靜穩定區?

Aa

'

1

Aca'2

b動穩定區Tb1

B

0a

c

1

Cb機電控制技術Θ17（一）空載步進運行狀態

2134

32

12

43AA

1

3

A

1(a)

A

4A

1(c)B

1C

B

1

CC

1

B

C

1

B1

A

1

(b)

A

4

2

A

1(d)

B

1

CB

1

C

C

1BC

1

B單相通電：A、B、C繞組依次輪流通電轉子每次轉動角度：步距角實際使用步距角：1.5

°(40齒6拍)

/

1.8

°(50齒4拍)機電控制技術步距角計算：360°/(齒數*拍數)拍數：相數*1或相數*2稱作三相三拍(單三拍)三相六拍(雙三拍)見后：定子繞組通電方式19（二）空載連續運行狀態靜穩定區A

、

B

、

C

繞組依次輪流通電，在轉子到達平

?

衡點之前切換

Aa

'

1

Aca'2

b動穩定區Tb

1

B

0a

c

1

Cb機電控制技術切換頻率過高會發生失步現象Θ要求：電機步數與脈沖數嚴格相等，即不失步，且轉子運動應是平穩的。20最大負載轉矩不能超過矩角特性交點，否則會發生失步現象。（二）負載運行狀態?

ABa

'

2

Ac

2

C

Tb

2bc2

a

1

0

ab

1c

1a

'

1

a'T

L

maxT

L機電控制技術最大轉矩取決于定子繞組電流Θ21（四）步進電動機定子繞組通電方式

A,B,C

三相輪流通電，每改變一次為一拍，

“三拍”指一個通電循環為三拍。三相單三拍

三相

雙三拍

三相

單雙六拍只有一相通電，通電順序

A-B-C-A或

A-C-B-A

。

兩相同時通電，通電順序

:

AB-BC-CA-AB

或

AC-CB-BA-AC

。

通電順序：

A-AB-B-BC-C-CA-A

或

A-AC-C-CB-B-BA-A

。機電控制技術半步運行半步六拍22（五）步進電動機矩頻特性

通常用指令脈沖來控制定子繞組通電狀

態的切換，每一個指令脈沖改變一次通

電狀態。

每一個指令脈沖，轉子轉過一個步距角。

轉子轉速與指令脈沖頻率成正比。機電控制技術（五）步進電動機矩頻特性

隨著指令脈沖頻率

T

的上升，電機的輸

出轉矩會下降。

當指令脈沖頻率上

升到一定高度時，

轉子跟不上指令，

0

這時就會發生失步

現象

。f機電控制技術

2322（六）伺服電動機

1、控制的方式不同步進電機：通過控制脈沖的個數控制

轉動角度，一個脈沖對應一個步距角。

伺服電機：通過控制脈沖時間的長短

控制轉動角度。

2、工作流程不同

步進電機：步進電機工作一般需要兩個脈沖：信號脈

沖和方向脈沖。伺服電機：其工作流程就是一個電源連接開關，

再連接伺服電機。機電控制技術22（六）伺服電動機

3、低頻特性不同

步進電機：在低速時易出現低頻振動現象。

伺服電機：運轉非常平穩，即使在低速時也不會出現振動現象。

4、矩頻特性不同

步進電機：輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇

下降，所以其最高工作轉速一般在300～