1、任务任务2.4 电动机驱动技术应电动机驱动技术应 用用 任务任务2.4 电动机驱动技术应用电动机驱动技术应用 知识与能力目标知识与能力目标 熟悉直流电动机及其应用熟悉直流电动机及其应用 1 熟悉交流电动机及其应用熟悉交流电动机及其应用 2 了解步进电动机及其应用了解步进电动机及其应用 3 4 了解伺服电动机及其应用了解伺服电动机及其应用 任务任务2.4 电动机驱动技术应用电动机驱动技术应用 2.4.1 直流电动机认知及应用直流电动机认知及应用 2.4.2 交流电动机认知及应用交流电动机认知及应用 2.4.3 步进电动机认知及应用步进电动机认知及应用 2.4.4 伺服电动机认知及应用伺服电动机认
2、知及应用 2.4.1 直流电动机认知及应用直流电动机认知及应用 输入的直流电能输入的直流电能 转换成机械能输出转换成机械能输出 直流电动机直流电动机 并励并励 串励串励 复励 永磁永磁 自励自励 他励他励 直 流 电 动 机 按 直 流 电 动 机 按 励 磁 方 式 分 为 励 磁 方 式 分 为 2.4.1 直流电动机认知及应用直流电动机认知及应用 调节励调节励 磁电流磁电流 调节电枢调节电枢 端电压端电压 调串入电枢调串入电枢 回路的电阻回路的电阻 调速调速 方法方法 直流电动机的转向直流电动机的转向 控制可采用电枢电控制可采用电枢电 压极性改变或励磁压极性改变或励磁 电压极性改变来实电
3、压极性改变来实 现，但两者不能同现，但两者不能同 时改变，否则电动时改变，否则电动 机运转方向不变。机运转方向不变。 2.4.1 直流电动机认知及应用直流电动机认知及应用 2.4.1 直流电动机认知及应用直流电动机认知及应用 直 流 电 动 机 直 流 电 动 机 应 用 应 用 优 点 优 点 良好的调速性能良好的调速性能 较大的起动转矩较大的起动转矩 过载能力等过载能力等 低 电 压 电 路 低 电 压 电 路 生 产 机 械 生 产 机 械 电动自行车电动自行车 电脑风扇电脑风扇 收录机电机等收录机电机等 大型轧钢设备大型轧钢设备 大型精密机床大型精密机床 矿井卷扬机矿井卷扬机 电缆设备
4、电缆设备 等等 2.4.2 交流电动机认知及应用交流电动机认知及应用 交流电动机是利用定子和转子之间的电磁相互作用，交流电动机是利用定子和转子之间的电磁相互作用， 将输入的交流电能转换成机械能输出的电动机。将输入的交流电能转换成机械能输出的电动机。 三相交流三相交流 电动机电动机 异步电动机异步电动机 同步电动机同步电动机 转子转速与旋转子转速与旋 转磁场之间的转磁场之间的 关系关系 电动机正常运电动机正常运 行通电的相数行通电的相数 分为分为 分为分为 单相交流单相交流 电动机电动机 根据根据 交流电动机交流电动机 2.4.2 交流电动机认知及应用交流电动机认知及应用 很多交流电动机带减速机
5、构，将转速降到需要的速度并提高转矩输出。很多交流电动机带减速机构，将转速降到需要的速度并提高转矩输出。 三相异步电动机的优点有良好的工作性能三相异步电动机的优点有良好的工作性能 和较高的性价比等和较高的性价比等 变频调速变频调速由于调速性能优越，由于调速性能优越， 能平滑调速、调速范围广及效能平滑调速、调速范围广及效 率高等诸多优点，随着变频器率高等诸多优点，随着变频器 性价比的提高和应用的推广，性价比的提高和应用的推广， 越来越成为最有效的调速方式。越来越成为最有效的调速方式。 变极调速变极调速 变频调速变频调速 改变转差改变转差 率调速率调速 三相异步电动三相异步电动 机的调速方法机的调速
6、方法 2.4.2 交流电动机认知及应用交流电动机认知及应用 2.4.2 交流电动机认知及应用交流电动机认知及应用 对于三相异步电动 机的运转方向的改变只 需通过改变交流电动机 供电电源的相序即可。 当然，如果采用变频器 驱动电动机，转速和转 向均可通过变频器来实 现。 2.4.2 交流电动机认知及应用交流电动机认知及应用 交流电动机的交流电动机的工作效率较高工作效率较高，又，又 没有烟尘、气味，不污染环境，没有烟尘、气味，不污染环境， 噪声也较小。由于它的一系列优噪声也较小。由于它的一系列优 点，所以在点，所以在工农业生产工农业生产、交通运交通运 输、国防、商业及家用电器、医输、国防、商业及家
7、用电器、医 疗电器设备疗电器设备等各方面广泛应用。等各方面广泛应用。 特别是中小型轧钢设备、矿山机特别是中小型轧钢设备、矿山机 械、机床、起重运输机械、鼓风械、机床、起重运输机械、鼓风 机、水泵及农副产品加工机械等机、水泵及农副产品加工机械等 大部分采用三相异步电动机来拖大部分采用三相异步电动机来拖 动动。 2.4.3 步进电动机认知及应用步进电动机认知及应用 步进电动机是将电脉冲信号转变步进电动机是将电脉冲信号转变 为角位移的执行机构为角位移的执行机构。当步进驱动器。当步进驱动器 接收到一个脉冲信号，它就驱动步进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电机按设定的方
8、向转动一个固定的角 度（即步距角）。根据步进电动机的度（即步距角）。根据步进电动机的 工作原理，步进电动机工作时需要满工作原理，步进电动机工作时需要满 足一定相序的较大电流的脉冲信号，足一定相序的较大电流的脉冲信号， 生产装备中使用的步进电动机都配备生产装备中使用的步进电动机都配备 有专门的步进电动机驱动装置，来直有专门的步进电动机驱动装置，来直 接控制与驱动步进电动机的运转工作。接控制与驱动步进电动机的运转工作。 2.4.3 步进电动机认知及应用步进电动机认知及应用 现在常用的现在常用的 步进电动机步进电动机 永磁式永磁式 （PM） 反应式反应式 （VR） 混合式混合式 （HB） 步进电动机
9、及驱动装置步进电动机及驱动装置 步进电动机受脉冲的控制，其步进电动机受脉冲的控制，其转子的转子的 角位移量和转速与输入脉冲的数量和脉冲角位移量和转速与输入脉冲的数量和脉冲 频率成正比频率成正比，可以通过控制脉冲个数来控，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，制角位移量，从而达到准确定位的目的， 同时也可以通过同时也可以通过控制脉冲频率控制脉冲频率来控制电机来控制电机 转动的转动的速度速度和和加速度加速度，从而达到调速的目，从而达到调速的目 的。步进电动机的的。步进电动机的运行特性运行特性还与其线圈绕还与其线圈绕 组的组的相数相数和和通电运行方式通电运行方式有关。有关。
10、2.4.3 步进电动机认知及应用步进电动机认知及应用 2.4.3 步进电动机认知及应用步进电动机认知及应用 步进电动机的运行特性不仅与步进电动步进电动机的运行特性不仅与步进电动 机本身和负载有关，而且与配套使用的驱动机本身和负载有关，而且与配套使用的驱动 装置也有着十分密切的关系。现在使用的绝装置也有着十分密切的关系。现在使用的绝 大部分步进电机驱动装置都采用有大部分步进电机驱动装置都采用有硬件环形硬件环形 脉冲分配器脉冲分配器，与，与功率放大器功率放大器集成在一起，共集成在一起，共 同构成步进电动机的驱动装置，可实现同构成步进电动机的驱动装置，可实现脉冲脉冲 分配分配和和功率放大功率放大两个
11、功能。步进电动机驱动两个功能。步进电动机驱动 装置上还设置有多种功能选择开关，用于实装置上还设置有多种功能选择开关，用于实 现具体工程应用项目中驱动器现具体工程应用项目中驱动器步距角的细分步距角的细分 选择选择和和驱动电流大小的设置驱动电流大小的设置。 2.4.3 步进电动机认知及应用步进电动机认知及应用 步进电动机在实际应用中步进电动机在实际应用中 按照步进电动按照步进电动 机和驱动器装置具机和驱动器装置具 体的对应电气接口体的对应电气接口 关系连接好硬件线关系连接好硬件线 路路 1 2 3 根据需要设置根据需要设置 好驱动器装置上步好驱动器装置上步 距角细分选择与电距角细分选择与电 流设置
12、开关流设置开关 控制器只需要提控制器只需要提 供一组控制步进电动供一组控制步进电动 机转速和方向的机转速和方向的mW 数量级功率的可调脉数量级功率的可调脉 冲序列就可驱动电动冲序列就可驱动电动 机工作机工作 步进电动机步进电动机 结构简单、价格结构简单、价格 便宜、精度较高便宜、精度较高 以及使用方便等以及使用方便等 优点优点 缺点缺点 应用应用 优点优点 在计算机的数字在计算机的数字 开环控制系统中开环控制系统中 应用广泛，例如应用广泛，例如 数控机床、印刷数控机床、印刷 设备、打印机、设备、打印机、 自动记录仪等都自动记录仪等都 有应用有应用 一是用得不好有一是用得不好有 可能失步，二是可
13、能失步，二是 控制精度相对较控制精度相对较 低，而且运动中低，而且运动中 无法确定运动部无法确定运动部 件的准确位子件的准确位子 但是对于工但是对于工 作精度要求作精度要求 不是很高的不是很高的 领域一般都领域一般都 可满足工作可满足工作 要求。要求。 2.4.3 步进电动机认知及应用步进电动机认知及应用 2.4.4 伺服电动机认知及应用伺服电动机认知及应用 伺服电动机伺服电动机又称执行又称执行 电动机，在自动控制系统电动机，在自动控制系统 中，中，用做执行元件用做执行元件，把所，把所 接收到的接收到的电信号转换电信号转换成电成电 动机轴上的动机轴上的角位移角位移或或角速角速 度度输出。其输出
14、。其主要的特点主要的特点是，是， 当信号电压为零时无自转当信号电压为零时无自转 现象，转速随着转矩的增现象，转速随着转矩的增 加而匀速下降。加而匀速下降。 2.4.4 伺服电动机认知及应用伺服电动机认知及应用 伺伺 服服 电电 动动 机机 直直 流流 交交 流流 伺服电动机的分类伺服电动机的分类 2.4.4 伺服电动机认知及应用伺服电动机认知及应用 伺服电动机及驱动器伺服电动机及驱动器 2.4.4 伺服电动机认知及应用伺服电动机认知及应用 交流伺服电动机也是无刷交流伺服电动机也是无刷 电动机，分为同步和异步电动电动机，分为同步和异步电动 机，目前运动控制中一般都用机，目前运动控制中一般都用 同
15、步电动机，它的功率范围大，同步电动机，它的功率范围大， 可以做到很大的功率。大惯量，可以做到很大的功率。大惯量， 最高转动速度低，且随着功率最高转动速度低，且随着功率 增大而快速降低。因而适合做增大而快速降低。因而适合做 低速平稳运行的应用。低速平稳运行的应用。 伺服控制单元伺服控制单元 功率驱动单元功率驱动单元 通讯接口单元通讯接口单元 伺服电动机伺服电动机 相应的反馈检测器件相应的反馈检测器件 2.4.4 伺服电动机认知及应用伺服电动机认知及应用 交流永磁同步伺服驱动器的组成交流永磁同步伺服驱动器的组成 伺服控制伺服控制 单元包括单元包括 电流控制电流控制 器器 速度控制速度控制 器器 位
16、置控制位置控制 器器 转矩转矩 交流伺服电动机的转动交流伺服电动机的转动 精度决定于电动机自带精度决定于电动机自带 编码器的精度（线数）编码器的精度（线数） 2.4.4 伺服电动机认知及应用伺服电动机认知及应用 2.4.4 伺服电动机认知及应用伺服电动机认知及应用 交流永磁同步驱动器其集交流永磁同步驱动器其集 先进的控制技术和控制策略为先进的控制技术和控制策略为 一体，使其非常适用于高精度、一体，使其非常适用于高精度、 高性能要求的伺服驱动领域，高性能要求的伺服驱动领域， 还体现了强大的智能化、柔性还体现了强大的智能化、柔性 化，是传统的驱动系统所不可化，是传统的驱动系统所不可 比拟的。比拟的
17、。 2.4.4 伺服电动机认知及应用伺服电动机认知及应用 当前，高性能的电伺服系统大多采当前，高性能的电伺服系统大多采 用永磁同步型交流伺服电动机，控用永磁同步型交流伺服电动机，控 制驱动器多采用快速、准确定位的制驱动器多采用快速、准确定位的 全数字位置伺服系统全数字位置伺服系统。 德国西门子德国西门子 安川安川 美国科尔摩根美国科尔摩根 日本松下日本松下 过载能力较强过载能力较强 交流伺服交流伺服 电动机优点电动机优点 但由于伺服电动机成但由于伺服电动机成 本都比较高，所以，本都比较高，所以， 在控制系统的设计过在控制系统的设计过 程中要综合考虑控制程中要综合考虑控制 要求、成本等多方面要求、成本等多方面 的因素，选用适当的的因素，选用适当的 控制电动机。控制电动机。 2.4.4 伺服电动机认知及应用伺服电动机认知及应用
