1、第5章 控制电动机,控制电机用于自动控制、自动调节、远距离测量、随动系统以及计算机装置中的微特电机。 根据在自动控制系统中所起的作用进行分类：测量元件、放大元件、执行元件和校正元件。,就电磁过程及所遵循的基本规律而言，控制电机与一般旋转电机没有本质区别，只是作用不同而已。 普通旋转电机主要来完成电能和机械能的转换，而控制电机则主要用来完成控制信号的传递和变换。,控制电机与普通的电机的区别,执行元件，主要包括直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机、小功率同步电动机等； 测量元件，主要包括：自整角机、交直流测速电机、旋转变压器等。,第5章 控制电动机,5.1 步进电动机 5.2 直流伺服电动机
2、 5.3 交流伺服电动机 5.4 力矩电动机 5.5 直线电动机,第5章 控制电动机,步进电动机又称电脉冲马达，是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。 其特点是电动机绕组接受一个电脉冲，转子就转过一个相应的步距角。转子的角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及其频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步。,5.1 步进电动机（step motor）,只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电动机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向，很容易用微机实现数字控制。,步进电动机技术指标实例,步进电动机的型号表示方法举例如下（不同生产厂家其表示方法也有所不同） 反应式步进电动机： （如150BF003）
3、混合式步进电动机：（如42BYG008） 永磁式步进电动机：（如43BY30A）,5.1 步进电动机（step motor）,5.1.1步进电机的结构和工作原理,分类：反应式步进电机（转子无励磁绕组）、永磁式步进电机（转子由永磁材料制成）和混合式三种。,一. 步进电机的结构和分类,结构由定子和转子两大部分组成。 定子：定子铁芯、绕组 转子：由硅钢片叠成或软磁性材料制成凸极,二. 步进电机的工作原理,基于电磁铁的工作原理，即磁力的作用力图使磁路中的磁阻最小 A,B ,C 三相每换接一次，转子转过一个步距角， 换向一个循环ABCA，转子转过一个齿距角（图中为900）,5.1.1步进电机的结构和工作
4、原理,A相通电 B相通电 C项通电,30,60,单-每次切换前后只有一相绕组通电; 双-每次切换前后有两相绕组通电; 拍-从一种通电状态转换到另一种通电状态为一拍。,对于三相步进电动机的通电方式有单三拍，双三拍，单双六拍等方式。,三相单三拍：A BCA 三相双三拍： AB BCCAAB 三相六拍：AABBBCCCAA 齿距角相同的情况下六拍的步距角为三拍的一半,5.1.2通电方式,几个概念:,A相通电,AB相通电,B相通电,BC相通电,三相单三拍运行方式（单拍方式）,每次只有一相绕组通电，使步进电机按顺时针或逆时针方向旋转，这种控制方式称为单相控制方式。对三相电动机又称单三拍控制方式，其绕组波
5、形如图,5.1.2通电方式,三相双三拍运行方式（双拍方式）,三相双三拍运行方式工作比较稳定，功耗比单拍方式相比增大近一倍，其绕组电流波形图,5.1.2通电方式,其绕组电流波形如图,三相六拍运行方式（单双拍方式）,5.1.2通电方式,实际的步进电机步距角一般较小，如1.8,1.5,5.1.2通电方式,设转子的齿数为Z，则齿距为：360/Z 每通电一次，转子就走一步，各项绕组轮流通电一次，转子转过一个齿距，故步距角为：,若步进电动机的Z40，三相单三拍运行时，其步距角为：,若按三相六拍运行时，步距角为：,由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数m愈多，则步距角愈小，控制越精确。,5.1.2通电方
6、式,如果电脉冲的频率为f（电源频率），则步进电动机转速n,可见，反应式步进电动机转速只取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，而与电压、负载、温度等因素无关。,5.1.2通电方式,当步进电动机的通电方式选定后，其转速只与输入脉冲频率成正比，改变脉冲频率就可以改变转速，故可进行无级调速，调速范围宽。,1、矩角特性,矩角特性是反映步进电动机电磁转矩T随偏转角变化的关系。,定子一相绕组通以直流电后，如果转子上没有负载转矩的作用，转子齿和通电相磁极上的小齿对齐，这个位置称为步进电动机的初始平衡位置。,5.1.4 步进电动机的主要特性,当转子有负载转矩作用时，转子齿就要偏离初始位置，重新平衡后转子齿偏离初始位置
7、的角度称为转子偏转角（空间角），对应的电角度e称为失调角。,电角度是空间角度的Z倍，即eZ，Z为电动机定子齿数。,电磁转矩T与失调角e的关系曲线Tf(e)称为矩角特性曲线，如图。,当e达到/2时，即定子齿与转子齿错开1/4个齿距时，转矩T达到最大值Ts,max，称为最大静转矩。,5.1.4 步进电动机的主要特性,静转矩和转子位置的关系,e,最大静转矩反映了步进电动机带负载能力，是步进电动机最主要的性能指标之一。 步进电动机的负载转矩必须小于最大静转矩。 在实际使用中，为了能稳定运行，负载转矩一般只能是最大静转矩的0.30.5倍。,5.1.4 步进电动机的主要特性,步进电动机由静止突然启动，不失
8、步地进入正常运行所允许的最高启动频率，称为启动频率。,在实际应用中，为了使电动机能正确地从静止状态启动到高频工作状态或反之，必须使用软硬件方法使电动机速度逐渐上升或下降，避免速度的突然跳变。,2、启动惯频特性,步进电动机的启动频率和转子负载惯量之间的关系称为启动惯频特性或牵入特性。,5.1.4 步进电动机的主要特性,3、运行频率特性,5.1.4 步进电动机的主要特性,步进电机启动后，当控制的脉冲频率连续上升时能不失步运行的最高脉冲重复频率称为连续运行频率。 启动频率比运行频率低很多。 通常采用自动升降频方式，即步进电机先低频启动，然后逐渐升至运行频率。需停转时，先将脉冲信号的频率降至启动频率以
9、下，再停止输入脉冲，使步进电机不失步地准确停止。（减小转动惯量的影响） 步进电机运行频率增高，负载能力将下降。,4、矩频特性,矩频特性是指步进电动机所能产生的最大转矩与脉冲重复频率的关系曲线。 步进电机最大输出转矩随频率升高而下降。,步进电动机带一定负载正常起动后，连续缓慢地升高脉 冲频率，直到不丢步运行的最高频率，称为运行频率。 那么，为什么频率升高后电机的转矩会下降呢？ 因为，控制绕组呈电感性，它具有延缓电流变化的作用。,5.1.4 步进电动机的主要特性,步进电动机的绕组为感性负载，绕组通电时，电流上升减缓，使有效转矩变小，绕组断电时，电流逐渐下降，产生与转动方向相反的转矩，使输出转矩变小
10、。 随着脉冲频率的升高，电流波形的前后沿占通电时间的比例越来越大，如图，频率越高，平均电流越小，输出转矩也越小。 脉冲频率高到一定程度，步进电机不足以克服自身的摩擦转矩和负载转矩，将发生失步。,5.1.4 步进电动机的主要特性,步进电动机的精度有两种表示方法： 步距误差即步进电动机每走一步，转子实际的角位移与设计的步距角之间的差值。连续走若干步，步距误差就会形成累积，转一圈范围内步距累积误差的最大值，称为步进电动机的累积误差。 多数情况下用累积误差来衡量精度。 步距精度：,5.1.4 步进电动机的主要特性,5、精度,影响步距误差和累积误差的主要因素有：齿与磁极的分度精度；铁心叠压及装配精度；各
11、相矩角特性之间的差别的大小；气隙的不均匀程度等。,负载轴上允许的角度误差,5.1.5 步进电动机的控制系统,步进电机、驱动电源和控制器构成步进电机的控制系统。,步进电动机的脉冲分配器可由硬件或软件方法来实现。 硬件环形分配器有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优点。 软件环分采用计算机软件实现脉冲分配，往往受到微型计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。,5.1.5 步进电动机的控制系统,5.1.5.1 步进电动机的环形分配器,三相六拍硬件环形分配器,一.硬件环形分配器 （集成触发器型）,5.1.5 步进电动机的控制系统,置0,置1,保持,翻转,环形分配器逻辑真值表,环形分配
12、器集成芯片 CH250型是专为三相反应式步进电动机设计的环形分配器。封装形式为16脚直插式。,一.硬件环形分配器 （专用集成电路芯片或可编程逻辑器件组成的环形分配器）,5.1.5 步进电动机的控制系统,R,R*R是双三拍的复位端，R*是六拍的复位端,J3r、J3L两端子是三相双三拍的控制端，J6r、J6L是三相六拍的控制端，三相双三拍工作时，若J3r“1”，而J3L“0”，则电机正转；若J3r“0”，J3L“1”，则电机反转；三相六拍供电时，若J6r“1”，J6L“0”，则电机正转；若J6r“0”，J6L“1”，电机反转。CL端是时钟脉冲输入端，EN是时钟脉冲允许端，用以控制时钟脉冲的允许与否
13、。当脉冲CP由CL端输入，只有EN端为高电平时，时钟脉冲的上升沿才起作用。CH250也允许以EN端作脉冲CP的输入端，此时，只有CL为低电平时，时钟脉冲的下降沿才起作用。,5.1.5 步进电动机的控制系统,二 、软件环形分配器,一般微机系统需要进行如下设置： 设置输出接口； 设输出口的PC0接A相；PC1接B相；PC2接C相。 设计环形分配子程序； 在存储器中建立环形分配表； 设计延时子程序来控制步进频率。,5.1.5 步进电动机的控制系统,一个硬件环形分配器只能适应相数相同的步进电动机，软件环形分配器只要编制不同的软件环分程序，将其存入存储器，调用不同程序段可使不同相数的步进电机按不同方式工
14、作。,软件环分的方法是利用计算机程序来设定硬件接口的位状态，从而产生一定的脉冲分配输出。,设置输出接口,5.1.5 步进电动机的控制系统,单片机的一位输出口控制步进电机的某一项绕组，如可用8155的PC0控制A相；PC1控制B相；PC2控制C相。 根据控制方式规定的顺序向步进电机发脉冲序列，即可控制步进电机的旋转方向。,以单片机8031和接口8155构成环形分配器系统为例：,环形分配表,5.1.5 步进电动机的控制系统,不同工作方式对应不同的环形分配表，将不同通电方式对应的环形分配表存入不同的存储区内。,5.1.5.2 步进电动机的步距角细分控制,5.1.5 步进电动机的控制系统,什么叫细分？
15、,为了提高步进电动机的精度，现在的步进驱动器都有细分的功能。所谓细分，就是通过驱动器中电路的方法把步距角减小。 比如把步进驱动器设置成5细分，假设原来步距角为1.8度，那么设成5细分后，步距角就是0.36度，也就是说原来一步可以走完的，设置细分后需要走5步。,细分的主要作用,细分提高了精度，同时也改善了电机的运行性能： 步进电机的细分控制是由驱动器精确控制步时电机的相电流来实现的，以二相电机为例，假如电机的额定相电流为3A，如果使用常规驱动器驱动该电机，电机每运行一步，其绕组内的电流将从0突变为3A或从3A突变到0，相电流的巨大变化，必然会引起电机运行的振动和噪音，如果使用细分驱动器，在10细
16、分的状态下驱动该电机，电机每运行一微步，其绕组内的电流变化只有0.3A，这样就大大地改善了电机的振动和噪音。,5.1.5.2 步进电动机的步距角细分控制,如果每次通电时电流的数值不是一次升到位，而是分成阶级，逐个阶级地上升；同样断电时电流也不是一次降到0，而是逐个阶级地下降。那么会发生什么现象？,电磁力的大小与绕组的通电电流的大小有关系。当通电相的电流并不马上升到位，断电相的电流并不立即降为0，它们所产生的磁场合力，会使转子有一个新的平衡位置。也就是说，如果绕组中电流的波形不再是一个近似方波，而是一个分成N个阶级的近似阶梯波，则电流每升或降一个阶级时，转子转动一小步，当转子按照这样的规律转过N
17、小步时，实际上相当于它转过一个步距角。,5.1.5.2 步进电动机的步距角细分控制,5.1.5.2 步进电动机的步距角细分控制,细分驱动特点,不改变电动机结构参数情况下，减小步距角，但细分后齿矩角精度不高，且驱动电源的结构也相应复杂 使步进电动机运行平稳，提高均匀性，并能减弱或消除振荡,实现阶梯波供电的方法,先放大后叠加。将通过细分环形分配器所形成的各个等幅等宽的脉冲，分别进行放大，然后在电动机绕组中叠加成阶梯波。 先叠加后放大。利用运算放大器来叠加，或采用公共负载的方法，把方波合成变成阶梯波，然后对阶梯波进行放大再去驱动步进电动机。,5.1.5.2 步进电动机的步距角细分控制,b)先叠加后放
18、大。,a) 先放大后叠加,5.1.5.2 步进电动机的步距角细分控制,5.1.6 步进电动机驱动电源的功率放大电路,步进电动机的驱动电路实际上是一种脉冲放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。,由于功率放大器的输出直接驱动电动机绕组，因此，功率放大电路的性能对步进电动机的运行性能影响很大。,核心：如何提高步进电机的快速性和平稳性,1.单电压限流型驱动电路 2.高低压切换型驱动电路 3.斩波恒流驱动电路 4.调频调压驱动电路,5.1.6 步进电动机驱动电源的功率放大电路,1.单电压限流型功率放大电路,优点：线路简单，功率元件少，成本低。 缺点：Rf1上要消耗能量，工作效率低。 只适用于小功率步进
19、电动机。如果电容C选择不当，在低频段会使振荡有所增加，使低频性能变差。,5.1.6 步进电动机驱动电源的功率放大电路,L是电动机绕组电感,VT开关晶体管,电阻Rc两端并联电容C，使电流上升更快，所以，电容C又称为加速电容。,二极管V在晶体管VT截止时起续流和保护作用，串联电阻使电流下降更快，从而使绕组电流波形后沿变陡。,VT的理想工作状态：使流过绕组的波形尽可能接近矩形波。,单电压驱动缺点是外接电阻Rc上有功耗，随着阻值的增加，电源电压势必提高，功率消耗也进一步加大。应用在小功率步进电动机的简单应用中。,5.1.6 步进电动机驱动电源的功率放大电路,1.单电压限流型功率放大电路,电机的一相绕组
20、,控制信号,2.高低压切换型(双电压)驱动电路,高低压驱动线路的特点是：电动机绕组主电路中采用高压和低压两种电压供电。一般高压为低压的数倍。,思路：不论电机的工作频率如何，在导通相的前沿用高电压供电来提高电流的前沿上升率，而在前沿通过后，用低压来维持绕组的电流。,5.1.6 步进电动机驱动电源的功率放大电路,高低压驱动加大了绕组电流的注入量，以提高其功率，适用于大功率和高频工作的步进电机；但由于高压的冲击作用在低频时也存在，使低频输入能量过大而造成低频振荡加剧，同时高低压衔接处的电流波动呈凹形，使步进电动机输出转距下降；此外大功率管的数量要多用一倍，增加了驱动电源。,2.高低压切换型(双电压)
21、驱动电路,5.1.6 步进电动机驱动电源的功率放大电路,优点： 电源功耗比较小，效率比较高。 矩频特性好，启动和运行频率得到了很大的提高。 主要缺点： 低频运行时输入能量过大，造成电机低频振荡加重； 增大了电源的容量， 对功率管性能参数的要求高。 常用于大功率步进电动机的驱动,5.1.6 步进电动机驱动电源的功率放大电路,2.高低压切换型(双电压)驱动电路,步进电机与伺服电机的区别,1、控制精度不同。步进电机的相数和拍数越多，它的精确度就越高，伺服电机取决于自带的编码器，编码器的刻度越多，精度就越高。 两相混合式步进电机步距角一般为3.6、 1.8，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 、0
22、.36。 以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360/10000=0.036。 2、低频特性不同；步进电机在低速时易出现低频振动现象，伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。 3、矩频特性不同；步进电机的输出力矩会随转速升高而下降，交流伺服电机为恒力矩输出，在额定转速以上为恒功率输出。,4、过载能力不同；步进电机一般不具有过载能力，而交流电机具有较强的过载能力。 5、运行性能不同；步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲现象，交流伺服驱动系统为闭环控制
23、，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。 6、速度响应性能不同；步进电机从静止加速到工作转速需要上百毫秒，而交流伺服系统的加速性能较好，一般只需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。,步进电机与伺服电机的区别,为什么是伺服系统? 伺服系统是自动控制系统的一类，它的输出变量通常是机械或位置的运动，它的根本任务是实现执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量的某种状态能够自动、连续、精确地复现输入指令信号的变化规律。,第5章 控制电动机 5.2 直流伺服电动机,伺服电机的特点,可控，有控制信号时转动，无控制信号
24、时就停止； 调速范围广； 转子惯性小； 控制功率小，可靠性好。,直流伺服电动机是在自动控制系统中用做执行元件的一种特殊的直流电动机。其结构如图，是由静止的磁极（定子）和旋转的电枢（转子）组成。 若磁极由永久磁钢制成，则称为永磁式；若磁极由带有励磁绕组的铁心制成，则称为电磁式或他励式。,第5章 控制电动机 5.2 直流伺服电动机,第5章 控制电动机 5.2 直流伺服电动机,直流伺服电动机电原理图,c,第5章 控制电动机 5.2 直流伺服电动机,直流伺服电动机电原理,改变控制电压UC或改变磁通量均可以控制直流伺服电机的转速和转向，前者称为电枢控制，后者称为磁场控制。 例如，当不变时，增大UC，电动
25、机转速就上升，当UC=0时，电机即停止，故无自转现象。,1、直流比交流特性要硬，特性曲线线性度好。 2、直流伺服电机比交流伺服电机功率大（1600W，0.1-100W) 3、直流伺服电机结构复杂，有换向器，价格昂贵。,直流伺服电机的机械特性,第5章 控制电动机 5.3 交流伺服电动机,交流伺服电动机特点 1. 调速范围宽广，能在调速范围内连续平滑调速。 2. 转子的惯性小，即能实现迅速启动、停车。 3. 控制功率小(100瓦以下)，过载能力强，可靠性好。,（alternating current servomotor ）,伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子
26、在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）,5.3 交流伺服电动机,5.3.1 交流伺服电动机的基本结构,其定子上放置了对称布置的三相绕组，转子为永磁体，故又称为稀土永磁电动机。 相当于将直流伺服的定子与转子位置进行了互换，省去了机械换向器与电刷，改之为电子换向器或逆变器。 交流伺服电动机按气隙磁场的分布方式可分为两类：一类是无刷直流电动机（BDCM），一类是永磁同步电动机（PMSM）。,第5章 控制电动机,5.3.2 无刷直流电动机,在无刷直流电动机的转子轴上装有转子位置检测器、测
27、速发电机和光电脉冲编码器。 转子位置检测器的输出信号控制电子换向器，实现对电动机的换向，即电子换向器中的晶体管的导通与截止由转子位置检测器的输出信号决定。 测速发电机的输出信号用于速度反馈。 光电编码器的信号送入CNC装置，用于位置反馈。,第5章 控制电动机,无刷直流电动机的转子位置检测器,5.3.2 无刷直流电动机,这种位置传感器是利用光束与转子位置角之间的对应关系按确定的顺序照射光电元件，由此发出电信号去导通开关电路中相应的晶体管并使定子绕组依此换流。图中用一个带有小孔的光屏蔽罩和转轴联接在一起，随同转子围绕一固定光源旋转，安放在对应于定于绕组几个确定位置上的光电池受到了光束的照射，从而检
28、测出定子绕组需要进行换流的确切位置。再由光电池发出的电信号去控制晶体管使相应的定子绕组进行电流切换。,光屏蔽罩,1)光电式,5.3.2 无刷直流电动机,原理：由定子1和转子2两部分组成，定子铁心及转子上的扇形部分均由高频导磁材料做成。在定子铁心上也有与电动机定子绕组相对应的相数，每相都套有输入线圈和输出线圈，并在输入线圈中外接高频电源激磁。转子与电机同轴联接。当转子的扇形部分转到使定子某相的输入和输出线圈相耦合的位置时，该相输出线圈就有电压信号输出(图示位置，wa，线圈有电压信号输出)，而其余未耦合的线圈则无电压信号输出。利用输出电压信号就可以去导通电动机定子绕组中相应的晶体管，进行电流切换。
29、,2）电磁式,5.3.2 无刷直流电动机,这种位置传感器是由一个与电动机转子同轴旋转的金属扇形盘和一个接近开关电路组成。,电感线圈L1，L2，L3为耦合线圈，放在定子绕组各换流处。当与转子同轴旋转的金属扇形盘离开L2时，振荡电路以一定频率振荡，L1两端就有输出电压。 反之，金属扇形盘接近L2时，振荡器停振， L1两端输出电压为0.直到金属扇形盘离开L2， L1两端才有输出电压。 利用输出电压信号检测定子绕组需要换流的位置。,3)接近开关式,无刷直流电动机的工作原理,无刷直流电动机相当于三个换向片的直流电动机，只不过换向是由晶体管完成的，因此电枢绕组及变流器静止不动，而磁极旋转。,定子磁势Fa,
30、转子磁势Fr,无刷直流电动机的工作原理,由原理可知，转子每转过60电角度就有一只晶体管换流，为此，要求随着转子的旋转，使相应的晶体管周期性地导通或截止，才能使定子磁场和转子磁场保持同步，但这里的磁场是以“跳跃”方式旋转的。,电机中的电磁转矩Tm是定子磁场和转子磁场相互作用产生的：,电磁转矩常数,定子磁势,转子磁势,夹角,由于定子磁势和转子磁势之间的夹角在60-120之间周期变化，故Tm脉动。,5.3.3 正弦波永磁同步电动机,其电磁转矩公式为：,由于电子绕组中有正弦反电动势及三相供电关系，公式可简化为：,其电磁力矩是平稳的。,要获得平稳的电磁转矩，应使定子磁场与转子磁场同步旋转。 可通过实时检
31、测电动机转子的转角，使其等于定子绕组电流的相位角，保证Fa和Fr夹角为90，使转矩平稳。,第5章 控制电动机 5.4 力矩电动机,5.4.1 永磁直流力矩电动机的结构,力矩电机的特点：,它是一种可以产生低转速，大转矩的伺服电机，分为交流和直流两种。,结构特点：径向尺寸大，轴向尺寸小的扁平型。 工作原理与直流或交流伺服电机相同。,为提高扭矩，力矩电动机的极数较多，所以转速一般只有一百转到几百转，,第5章 控制电动机 5.4 力矩电动机,5.4.2 直流力矩电动机转矩大，转速低 1.转矩大的原因,每根电枢绕组导体受的电磁力F=BIal 电机体积相同时 D2l 不变，当l减小时，D增大。在相同电流I
32、a和相同用铜量的情况下，电枢导体的绕组粗细不变，总导体数N随l的增加而减少，即Nl基本不变。 转矩为 ： T=NFD/2=BIaNlD/2（N为导体数） 则D大，当然T大,5.4 力矩电动机,5.4.2 直流力矩电动机转矩大，转速低,导体切割磁力线所产生的感生电势为：,在理想空载情况下，n=n0， Ia=0，Ua=Ea。若电刷间的并联支路为2, 则N/2根导体串联后的感生电势为：,2.转速低的原因,5.4 力矩电动机,5.4.3 直流力矩电动机的特点和应用 优点：堵转矩大而不损坏，精度高，反应速度快，线性度好。 应用于数控机床、卫星天线、雷达天线的驱动等。调速范围可达0.00017r/min(
33、4天一转）25r/min,力矩电动机直接驱动的摆头,采用力矩电动机的双轴转台,一直线电动机 伺服驱动元件，可直接将电能转换为直线运动。 二分类（按工作原理） 每一种旋转电动机原则上都有其相应的直线电机，故直线电机种类繁多。 直线异步电动机 直线直流电动机 直线同步电动机,5.5 直线电动机,5.5 直线电动机(直线异步电动机、直线直流电动机和直线同步电动机三种 ),5.5.1直线异步电动机的结构,沿径向剖开，并展开成直线,5.5.1直线异步电动机的结构,在实际应用中初级和次级长度不能完全相等：,结构简单,平板型,5.5 直线电动机,演变而来的原始直线电机仅一边安放初级，称为单边型直线电机。单边
34、型电机的初级与次级之间存在着很大的法向吸力，大多数场合下，这个力是不希望存在的。因此在次级两边都装上初级，做成双边型结构，以抵消法向吸力。,双边型直线电机,a)短初级 b)短次级,平板型,5.5 直线电动机,可以认为是将平板型直线电机沿着和直线运动相垂直的方向卷接成筒形而来的。,圆筒型（管型）结构,圆筒型直线电机的演变过程,5.5 直线电动机,弧型和盘型结构 弧型是将平板型直线电机的初级沿运动方向改成弧型，并安放于圆柱形次级的柱面外侧。,弧型直线电动机,弧型和盘型直线电机的运动实际上是一个圆周运动，然而由于它们的运行原理和设计方法与扁平型直线电机相似，所以也归入直线电机范畴。,盘型直线电机,5
35、.5 直线电动机,5.7.2 直线异步电动机的工作原理,当直线电机初级通入多相（二相以上）交流电时，会产生一个直线移动的行波磁场，在此磁场的作用下，使次级导条切割磁力线，产生感生电势和电流，进而产生切向电磁力，当初级和次级中的一个不动，则另一个沿直线运动。 滑差率 s=(vs-v)/vs 其中vS为同步线速 v为次级运动速度 改变通电相序，可使直线运动方向改变,与旋转电机的工作原理相类比,5.5 直线电动机,5.5.2 直线异步电动机的工作原理,5.5 直线电动机,改变电源频率和磁极对数可以调速，改变初极绕组相序可实现换向。 使机构减化，精度提高，减少振动 响应快（无中间环节），可实现快速启动
36、和正反向运行 散热好 装配灵活 效率和功率因数低、电源功率大、低速性能差。,同步线速,次级运动速度,推力,直线异步电动机的移动速度与电机极距和电源频率成正比。,直线电机在机床业中的应用,直线电机在工业设备中的应用，主要在机床业方面比较突出。近几年，国际上对数控机床采用直线电机显得特别热门。 原因是：传统机床的驱动装置依赖丝杠驱动，丝杠驱动本身具有一系列不利因素，如长度限制、机械间隙、摩擦、扭曲、螺距一周期误差等； 而直线电机不仅无此缺陷，且结构简单、精度可以是丝杠的10倍甚至100倍，加速度可以是传统机床的20倍以上。,磁悬浮列车,世界上的磁悬浮列车主要有两种“悬浮“形式,电动机的“转子”布置在列车上，将电动机的“定子”铺设在轨道上；通过“转子”与“定子”间的相互作用，将电能转化为前进的动能；,悬浮列车的驱动与同步直线电动机原理一样,第5章 控制电动机 小 结,基本要求 了解机电传动控制系统中一些常用控制电机的基本结构； 掌握各种控制电机的基本工作原理、主要运行特性及特点； 了解各种控制电机的应用场所，以便正确选用和使用它们。 重 点 掌握常用控制电动机的基本工作原理、运行特性与特点。,
