| | 圖1杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機的結(jié)構(gòu)圖 |
控制電動機的類型很多，這里只介紹常用的伺服電動機和步進電動機兩種。 一、伺服電動機 伺服電動機的控制任務是將電壓信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。 1、交流伺服電動機 交流伺服電動機就是兩相異步電動機。它的定子上裝有兩個繞組：勵磁繞組和控制繞組。它們在空間相隔90o，如圖1所示。 為了減小轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子通常用鋁合金或銅合金制成的空心薄壁圓筒，稱為杯形轉(zhuǎn)子。此外，轉(zhuǎn)子也可制成籠型。 圖2是交流伺服電動機的接線圖。勵磁繞組1與電容C串聯(lián)后接到交流電源上，其電壓為?？刂评@組2常接在電子放大器的輸出端，控制電壓即為放大器的輸出電壓。 選擇適當?shù)碾娙葜?，可使兩個繞組中的電流和的相位差近于90o。這樣，就產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場，和電容分相式單相異步電動機一樣，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動起來。 當電源電壓為一常數(shù)而信號控制電壓的大小和相位改變時，就可控制電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。當控制電壓變?yōu)榱銜r，電動機立即停轉(zhuǎn)。 交流伺服電動機的輸出功率一般是0.1~100W，其電源頻率有50Hz和400Hz等多種。 圖3所示是交流伺服電動機在熱電偶溫度計的自動平衡電位計電路中應用的一例。在測量溫度時，將開關合在b點，利用電位計電阻段上的電壓降來平衡熱電偶的電動勢。當兩者不相等時，就產(chǎn)生不平衡電壓(即差值電壓)。不平衡電壓經(jīng)變流器變換為交流電壓，而后經(jīng)電子放大器放大。放大器的輸出端接交流伺服電動機的控制繞組。于是電動機便轉(zhuǎn)動起來，從而帶動電位計電阻的滑動觸點?；瑒佑|點的移動方向，正好是使電路平衡的方向。一旦達到平衡()，電動機便停止轉(zhuǎn)動。這時電阻上的電壓降恰好與熱電動勢相等。如果將保持為標準值，那么，電阻的大小就可反映出熱電動勢或直接反映出被測溫度的大小來。當被測溫度高低發(fā)生變化時，的極性不同，也就是控制電壓的相位不同，從而使伺服電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)再達到平衡。 為了使電流保持為恒定的標準值，在測量前或校驗時，可將開關合在a點，將標準電池(其電動勢為)接入。而后調(diào)節(jié)，使，即使。這時的電流即等于標準值。可變電阻器的滑動觸點也常用伺服電動機來帶動，以自動滿足的要求。 2、直流伺服電動機 直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)和一般他勵直流電動機一樣，只是為了減小轉(zhuǎn)動慣量而做得細長一些。通常采用電樞控制，就是勵磁電壓一定，建立的磁通Φ也是定值，而將控制電壓加在電樞上，其接線圖如圖4所示。由于信號電壓較小，故需放大。 由式(4.11.4)可知，在一定負載轉(zhuǎn)矩下，當磁通不變時，如果升高電樞電壓，電動機的轉(zhuǎn)速就升高；反之，降低電樞電壓，轉(zhuǎn)速就下降；當時，電動機立即停轉(zhuǎn)。要電動機反轉(zhuǎn)，可改變電樞電壓的極性。 直流伺服電動機通常應用于功率稍大的系統(tǒng)中，其輸出功率一般為1~600W。 現(xiàn)以隨動系統(tǒng)為例來說明直流伺服電動機的應用。 圖5是采用電位器的位置隨動系統(tǒng)的示意圖。θ和為電位器和的軸的角位移(旋轉(zhuǎn)角度)，它們分別正比于電壓和。是控制指令，是被調(diào)量，被控機械與的軸聯(lián)接。差值電壓經(jīng)放大后去控制伺服電動機，電動機經(jīng)過傳動機抅帶動被控機械，使跟隨θ而變化。 | | 圖5位置隨動系統(tǒng)的示意圖 二、步進電機 | | 圖6反應式步進電機的結(jié)構(gòu)示意圖 |
步進電動機是一種利用電磁鐵的作用原理將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機，近年來在數(shù)字控制裝置中的應用日益廣泛。例如在數(shù)控機床中，將加工零件的圖形、尺寸及工藝要求編制成一定符號的加工指令，打在穿孔紙帶上，輸人數(shù)字計算機。計算機根據(jù)給定的數(shù)據(jù)和要求進行運算，而后發(fā)出電脈沖信號。計算機每發(fā)一個脈沖，步進電動機便轉(zhuǎn)過一定角度，由步進電動機通過傳動裝置所帶動的工作臺或刀架就移動一個很小距離(或轉(zhuǎn)動一個很小角度)。脈沖一個接著一個發(fā)來，步進電動機便一步一步地轉(zhuǎn)動，達到自動加工零件的目的。 圖6是反應式步進電動機的結(jié)構(gòu)示意圖。它的定子具有均勻分布的六個磁極，磁極上繞有繞組。兩個相對的磁極組成一相，繞組的連法如圖所示。假定轉(zhuǎn)子具有均勻分布的四個齒。 下面介紹單三拍、六拍及雙三拍三種工作方式的基本原理。 1、單三拍 設相首先通電(兩相不通電)，產(chǎn)生軸線方向的磁通，并通過轉(zhuǎn)子形成閉合回路。這時，極就成為電磁鐵的N，S極。在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子總是力圖轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，也就是要轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子的齒對齊極的位置[圖7(a)]。接著相通電(兩相不通電)，轉(zhuǎn)子便順時針方向轉(zhuǎn)過30o，它的齒和極對齊[圖7(b)]。隨后相通電(兩相不通電)，轉(zhuǎn)子又順時針方向轉(zhuǎn)過30o。，它的齒和極對齊[圖7(c)]。不難理解，當脈沖信號一個一個發(fā)來，如果按的順序輪流通電，則電機轉(zhuǎn)子便順時針方向一步一步地轉(zhuǎn)動。每一步的轉(zhuǎn)角為30o(稱為步距角)。電流換接三次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進了一個齒距角(轉(zhuǎn)子四個齒時為90o)。如果按的順序通電，則電機轉(zhuǎn)子便逆時針方向轉(zhuǎn)動。這種通電方式稱為單三拍方式。 2、六拍 設相首先通電，轉(zhuǎn)子齒和定子極對齊[圖8(a)]。然后在相繼續(xù)通電的情況下接通相。這時定子極對轉(zhuǎn)子齒2，4有磁拉力，使轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動，但是極繼續(xù)拉住齒1，3。因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩個磁拉力平衡時為止。這時轉(zhuǎn)子的位置如圖8(b)所示，即轉(zhuǎn)子從圖(a)的位置順時針方向轉(zhuǎn)過15o。接著相斷電，相繼續(xù)通電。這時轉(zhuǎn)子齒2，4和定子極對齊[圖8(c)]，轉(zhuǎn)子從圖(b)的位置又轉(zhuǎn)過了15o。而后接通相，相仍然繼續(xù)通電，這時轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過了15o，其位置如圖8(d)所示。這樣，如果按的順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子便順時針方向一步一步地轉(zhuǎn)動，步距角為15o。電流換接六次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進了一個齒距角。如果桉的順序通電，則電機轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動。這種通電方式稱為六拍方式。 (a) 相通電；(b)相通電；(c)相通電；(d)相通電 3、雙三拍 | | | 圖9三相反應式步進電機的結(jié)構(gòu)圖 |
如果每次都是兩相通電，即按的順序通電，則稱為雙三拍方式。從圖8(b)和圖8(d)可見，步距角也是30o。 由上述可知，采用單三拍和雙三拍方式時，轉(zhuǎn)子走三步前逬了一個齒距角，每走一步前進了三分之一齒距角；采用六拍方式時，轉(zhuǎn)子走六步前進了一個齒距角，每走一步前進了六分之一齒距角。因此步距角θ可用下式計算： 式中： ——轉(zhuǎn)子齒數(shù)； m——運行拍數(shù)。 實際上，一般步進電動機的步距角不是30o或15o，而最常見的是3o或1.5o。由上式可知，轉(zhuǎn)子上不只四個齒(齒距角)，而有40個齒(齒距角為9o)。為了轉(zhuǎn)子齒要和定于齒對齊，兩者的齒寬和齒距必須相等。因此，定子上除了6個極以外，在每個極面上還有5個和轉(zhuǎn)子齒一樣的小齒。步進電動機的結(jié)構(gòu)圖如圖9所示。 由上面介紹可以看出，步進電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、精確度高、起動靈敏、停車準確等性能。此外，步進電動機轉(zhuǎn)速決定于電脈沖頻率，并與頻率同步。 根據(jù)指令輸人的電脈沖不能直接用來控制步進電動機，必須采用脈沖分配器先將電脈沖按通電工作方式進行分配，而后經(jīng)脈沖放大器放大到具有足夠的功率，才能驅(qū)動電動機工作，即 其中脈沖分配器和脈沖放大器稱為步進電動機的驅(qū)動電源；電動機帶動的負載，例如機床工作臺(由絲桿傳動)。 |
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