焊接自動(dòng)化技術(shù)及其應(yīng)用第四章焊接自動(dòng)化中的電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)4.1概述4.2焊接自動(dòng)化中的直流電動(dòng)機(jī)控制4.3直流電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)速系統(tǒng)4.4交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理4.5伺服電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)4.6步進(jìn)電機(jī)及其控制原理重點(diǎn)難點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)調(diào)速基本原理；

電動(dòng)機(jī)恒速反饋控制原理及方法；典型電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)組成及工作原理。電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的三要素：伺服電動(dòng)機(jī)、被控制的機(jī)械機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)控制電路焊接自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部分主要由電動(dòng)機(jī)及機(jī)械機(jī)構(gòu)組成。電動(dòng)機(jī)-減速機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)焊槍直線運(yùn)動(dòng)機(jī)頭旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制電路4.1概述焊接自動(dòng)化系統(tǒng)常用的電機(jī)普通電機(jī)控制電機(jī)交流電機(jī)直流電機(jī)單相電機(jī)三相電機(jī)有刷電機(jī)無刷電機(jī)永磁電機(jī)電磁電機(jī)稀土永磁電機(jī)鐵氧體永磁電機(jī)鋁鎳鈷永磁電機(jī)步進(jìn)電機(jī)伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)1、直流電動(dòng)機(jī)及其靜態(tài)特性電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性：在穩(wěn)態(tài)情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電壓三者之間的關(guān)系。4.2焊接自動(dòng)化中的直流電動(dòng)機(jī)控制Cm＝0.95Ce勵(lì)磁磁通轉(zhuǎn)矩常數(shù)其中，電樞繞組的反電勢:電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩:電勢常數(shù)電路平衡方程：直流伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性：其中，空載狀態(tài)：Tm＝0，n0：理想的空載轉(zhuǎn)速啟動(dòng)或堵轉(zhuǎn)狀態(tài)：n＝0，Td:啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩直流伺服電動(dòng)機(jī)兩種特殊的運(yùn)行狀態(tài)：直流伺服電動(dòng)機(jī)的靜特性（機(jī)械特性）曲線:n＝f（Tm）曲線表示了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩Tm的關(guān)系。（1）直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性是一組斜率相同的直線族。（2）每條機(jī)械特性和一電樞電壓相對應(yīng)。與n軸的交點(diǎn)是該電樞電壓下的理想空載轉(zhuǎn)速；與Tm軸的交點(diǎn)是該電樞電壓下的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。電機(jī)－負(fù)載系統(tǒng)的穩(wěn)定問題：n＝f（Tm）與TL＝f（n）的交點(diǎn)即為電機(jī)－負(fù)載系統(tǒng)的穩(wěn)定工作點(diǎn)。TL為工作機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。TL與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系為負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性：TL＝f（n）由工作機(jī)械的特性所決定。系統(tǒng)穩(wěn)定的條件：（1）n＝f（Tm）與TL＝f（n）有交點(diǎn)，特性TL（n）有交點(diǎn)；（2）在交點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速之上保證Tm<TL，而在交點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速之下保證Tm>TL。2、直流伺服電動(dòng)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)額定功率PN（W）額定電壓UN（V）額定電流IN（A）額定轉(zhuǎn)速nN（r／min）額定轉(zhuǎn)矩TN（N·m）最大轉(zhuǎn)矩TM（N·m）機(jī)電時(shí)間常數(shù)τj和電磁時(shí)間常數(shù)τd轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J（N·m）3、直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制原理（1）直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制直流電機(jī)調(diào)速的基本原理：直流電機(jī)調(diào)速的基本方法：改變電樞回路總電阻Ra

改變電樞供電電壓Ua

改變勵(lì)磁磁通Φe1）改變電樞回路電阻調(diào)速負(fù)載一定，Rw增大，電樞回路總電阻增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低。Rw的改變可用接觸器或主令開關(guān)切換來實(shí)現(xiàn)。有級調(diào)速，調(diào)速比約為2：1左右;轉(zhuǎn)速變化率大，輕載下很難得到低速，效率低。2）改變電樞電壓Ua調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：不論在高速還是低速下，電動(dòng)機(jī)都能輸出額定轉(zhuǎn)矩。調(diào)速范圍可達(dá)50:1～150:1，一般，10:13）改變勵(lì)磁電流（

e）調(diào)速（恒功率調(diào)速）

通過改變激磁電流的大小來改變定子磁場強(qiáng)度，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。（n與Φe成反比）由于電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行條件下磁場已接近飽和，因而只能通過減弱磁場來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用弱磁調(diào)速時(shí)的范圍一般為1.5:1～3:l，特殊電動(dòng)機(jī)可達(dá)到5:l。只適用于電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)（2）直流伺服電動(dòng)機(jī)的方向控制

通過改變激磁磁場或電樞電壓的方向能改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。即將激磁繞組或電樞繞組的接線端對調(diào)就可改變轉(zhuǎn)向。一般采用改變電樞電壓的方向來改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。Ua+—KK4．直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)

（1）調(diào)速范圍電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin之比叫做調(diào)速范圍其中nmax和nmin一般是指電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速

（2）靜差率系統(tǒng)在某一機(jī)械特性下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)負(fù)載由理想空載增加到額定負(fù)載所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落ΔnN與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱為靜差率s：

靜差率和機(jī)械特性硬度是有區(qū)別的：機(jī)械特性曲線①和②，兩者的硬度雖然相同，額定速降ΔnN1=ΔnN2，但是由于n01≠n02，所以靜差率s1≠s2。

（3）調(diào)速平滑性調(diào)速時(shí)可以得到的相鄰轉(zhuǎn)速之比。無級調(diào)速時(shí)，該比值接近于1。

恒流控制原理：負(fù)反饋控制恒流控制目的：保證電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定恒流（復(fù)反饋）控制基本方法：

轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制

電樞電壓負(fù)反饋控制5.直流電動(dòng)機(jī)恒速控制5.直流電動(dòng)機(jī)恒速控制（1）直流電動(dòng)機(jī)速度負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)

采用速度傳感器進(jìn)行檢測，利用與轉(zhuǎn)速成正比的電壓值作為反饋量，所以稱其為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1）給定環(huán)節(jié)用于設(shè)置電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過設(shè)定給定電壓信號Ug來設(shè)置電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。Ug一旦設(shè)定，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的期望值n就確定了。調(diào)節(jié)給定電壓Ug，可以調(diào)節(jié)n。2）誤差放大環(huán)節(jié)給定電壓信號Ug和反饋電壓信號Uf通過誤差放大器，通過比較運(yùn)算得到偏差值ΔU=|Ug|-|Uf|，并對ΔU進(jìn)行比例放大，得到輸出電壓Uc=KpΔU。3）脈沖信號發(fā)生器

產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的直流鋸齒波脈沖信號UA，該信號作為PWM控制器中的調(diào)制信號，脈沖頻率一般在十到幾十kHz。4）PWM控制器

該控制器是PWM控制技術(shù)的核心。脈沖發(fā)生器輸出的鋸齒波脈沖信號UA和誤差放大器輸出的電壓信號Uc輸入到PWM控制器，兩個(gè)信號相互作用產(chǎn)生具有一定占空比的方波脈沖信號UPWM。電壓信號Uc不同，方波脈沖信號UPWM的占空比不同。5）功率半導(dǎo)體開關(guān)環(huán)節(jié)PWM控制器輸出的方波脈沖信號UPWM經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路，控制功率半導(dǎo)體開關(guān)器件VT的導(dǎo)通時(shí)間與關(guān)斷時(shí)間，從而得到施加到電動(dòng)機(jī)電樞繞組的直流電壓Um。6）V-M環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)即是將通過功率半導(dǎo)體開關(guān)控制的整流電源電壓Um加到直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)節(jié)。施加到電動(dòng)機(jī)電樞繞組上的電壓Um的高低決定了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的快慢。7）測速發(fā)電機(jī)

測速發(fā)電機(jī)G是速度檢測傳感器。G輸出電壓與直流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)速n成正比：Un=ann。通過并聯(lián)在測速發(fā)電機(jī)G輸出端的電阻分壓電路可以調(diào)節(jié)輸入到誤差放大器反饋電壓Uf的大小，Uf=KfUn。Ug

=C→Uf=C→∣ΔU∣＝∣Ug-Uf∣=C→Uc→Upwm→Um→n給定信號Ug的變化(電動(dòng)機(jī)速度大小調(diào)節(jié)）調(diào)整↑Ug=Ug2＞Ug，且對應(yīng)的Uf2＞Uf；但是：Ug2↑＞Uf2↑Ug2↑→Uf2↑→∣ΔU∣＝∣Ug2-Uf2∣↑

→Uc↑→Upwm↑→Um↑→n↑調(diào)整↓Ug=Ug3＜Ug1，且對應(yīng)的Uf3＜Uf；Ug3↓→Uf3↓→∣ΔU∣＝∣Ug3-Uf3∣↓

→Uc↓→Upwm↓→Um

↓→n↓直流電動(dòng)機(jī)速度負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)方框圖轉(zhuǎn)速恒定（穩(wěn)定）調(diào)節(jié)過程：干擾影響→n↓→Uf↓（Ug不變）n↓→Uf↓→∣ΔU∣＝∣Ug-Uf∣↑→Uc↑→Upwm↑→n↑=C通過速度負(fù)反饋保證電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變！速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)：只要擾動(dòng)（負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)電壓、系統(tǒng)內(nèi)部等）引起的轉(zhuǎn)速變化能被測速發(fā)電機(jī)檢測出來，該調(diào)速系統(tǒng)就能夠進(jìn)行反饋控制。傳感器體積大，安裝不方便；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。直流電動(dòng)機(jī)速度負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)方框圖由于增量編碼器輸出的是與直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n成正比的脈沖頻率信號f，因此，在模擬量控制系統(tǒng)中需要進(jìn)行f/U轉(zhuǎn)換，通過轉(zhuǎn)換，得到與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n成正比Uf。該系統(tǒng)解決了傳感器體積大的問題，而且控制精度大大提高。帶有編碼器的直流電機(jī)系統(tǒng)永磁直流測速發(fā)電機(jī)應(yīng)用編碼器的速度負(fù)反饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（2）直流電動(dòng)機(jī)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)電樞電壓負(fù)反饋電路→∣ΔU∣＝∣Ug-Uf∣↑→Uc↑→UPWM↑→Um↑(

n↑)轉(zhuǎn)速恒定（穩(wěn)定）調(diào)節(jié)過程：干擾（負(fù)載變化）影響：電樞電壓Um↓→n↓干擾影響→Um↓(

n↓)→Uf↓適用于調(diào)速范圍10：1以下，靜態(tài)偏差15％以上的調(diào)速場合。電樞電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)：傳感器簡單、安裝方便，電路簡單；

抗干擾能力有限，例如，負(fù)載增大引起電流增大，電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻Ra的壓降也增大，轉(zhuǎn)速還會(huì)降低，所以主要用于負(fù)載變化不大的場合。負(fù)載增大→電動(dòng)機(jī)輸出的Tm

↑→電機(jī)轉(zhuǎn)速n↓

→Im↑→

－ImRs↑。-ImRs

反饋到輸入端為正反饋信號。作用：補(bǔ)償了由于負(fù)載增大，導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低值——補(bǔ)償作用（3）電樞電壓負(fù)反饋與電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)電流正反饋及其作用：電壓負(fù)反饋電路電流正反饋電路電流正反饋?zhàn)饔茫簲_動(dòng)量的補(bǔ)償控制。注意：只能補(bǔ)償負(fù)載擾動(dòng)，對于其他擾動(dòng)，它所起的反而是壞的作用。電流正反饋不能單獨(dú)應(yīng)用，必須與電壓負(fù)反饋一起應(yīng)用。適用于調(diào)速范圍10：1以下，靜態(tài)偏差10％以上的調(diào)速場合。（4）帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)問題的提出：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，沖擊電流大；堵轉(zhuǎn)時(shí)，電流過大。電流截止負(fù)反饋：一般情況下，電流負(fù)反饋控制不起作用；當(dāng)電流大到一定程度時(shí)，電流負(fù)反饋控制才起作用，控制電流不能繼續(xù)增加，具有恒流控制的特點(diǎn)，起過流保護(hù)作用?？刂频年P(guān)鍵：實(shí)際值（檢測值）與門檻值的比較方法和電路設(shè)計(jì)。Ubj為門檻值也就是比較電壓，電流反饋信號低于Ubj，反饋不起作用；電流反饋信號高于Ubj，反饋起作用。4.3直流電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)速系統(tǒng)脈寬控制（PulseWidthModulation）技術(shù)通常稱為PWM控制技術(shù)。采用PWM控制技術(shù)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的系統(tǒng)稱為PWM調(diào)速系統(tǒng)。

PWM控制技術(shù)是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，把直流電壓變成電壓脈沖列，控制電壓脈沖的寬度或周期以達(dá)到變壓目的；或者達(dá)到變壓變頻的目的。

PWM控制技術(shù)既可以用于直流電機(jī)的調(diào)速也可以用于交流電機(jī)的調(diào)速。用于直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中往往是變脈寬、直流斬波；用于交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)往往是變頻變壓。1.直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)工作原理（1）直流電機(jī)調(diào)速中的PWM控制技術(shù)等脈寬PWM法：每個(gè)脈沖寬度相等；改變脈沖的周期可以調(diào)頻；改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓；采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。UUvUvUvUvUUUtttt（2）簡單的直流斬波器式脈寬調(diào)速系統(tǒng)交流電經(jīng)整流，濾波變?yōu)榉€(wěn)定的直流電，輸出電壓為Ud。采用IGBT（絕緣柵雙極晶體管）作為開關(guān)器件，系統(tǒng)的負(fù)載為電動(dòng)機(jī)電樞，相當(dāng)于一個(gè)電阻－電感負(fù)載。VD

是續(xù)流二極管。IGBT柵極由頻率不變而脈沖寬度可調(diào)的脈沖電壓驅(qū)動(dòng)，在T1時(shí)間內(nèi)，柵極電壓UGE為正，IGBT飽和導(dǎo)通，直流電源加到電動(dòng)機(jī)電樞兩端；在T2時(shí)間內(nèi)，柵極電壓UGE為0，IGBT截止，電樞失去電源，但是，由于電樞的電感和二極管VD續(xù)流作用，電樞電流仍然存在。電動(dòng)機(jī)電樞的平均電壓：

為一個(gè)周期T中，IGBT導(dǎo)通時(shí)間的比率，稱為負(fù)載率或占空比。T1為脈沖時(shí)間，T2為脈沖休止時(shí)間。改變

的值可以采用以下方法：1）定寬調(diào)頻法：T1保持一定，使T2在0～∞范圍內(nèi)變化；2）調(diào)寬調(diào)頻法：T2保持一定，使T1在0～∞范圍內(nèi)變化；3）定頻調(diào)寬法：T1＋T2＝T，T保持一定，使T1在0～T范圍內(nèi)變化。

的變化范圍均為0≤

≤l2.PWM直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路控制電路：給定電路、反饋電路、脈寬調(diào)制器、功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路組成（1）脈寬調(diào)制器基本原理脈寬調(diào)制器的基本原理是將直流信號和一個(gè)調(diào)制信號比較，調(diào)制信號可以是三角波，也可以是鋸齒波。(a)Ug＝0(b)Ug>0(c)Ug<0①開關(guān)頻率f應(yīng)該足夠高，以使減小電流脈動(dòng)量和電動(dòng)機(jī)的附加損耗；②開關(guān)頻率應(yīng)比傳動(dòng)系統(tǒng)的最高工作頻率（通頻帶）高出10倍左右，使PWM變換器的延遲時(shí)間對系統(tǒng)動(dòng)特性的影響可以忽略不計(jì)；③開關(guān)頻率越高時(shí)，開關(guān)損耗就越大，因此開關(guān)頻率的上限要受開關(guān)管的開關(guān)損耗和開關(guān)時(shí)間的限制。④開關(guān)頻率還應(yīng)高于系統(tǒng)中所有回路的諧振頻率，防止引起共振。

（2）集成PWM控制器

脈寬調(diào)制信號產(chǎn)生:模擬電路，數(shù)字電路，微機(jī)控制，專用集成PWM控制電路（SG1525）。組成：基準(zhǔn)電壓UREF、振蕩器G、誤差放大器AE、比較器DC及PWM鎖存器、分相器、欠電壓鎖定器、輸出級、軟起動(dòng)及關(guān)閉電路等SG3525各點(diǎn)波形與PWM斬波調(diào)壓波形a)比較器DC輸入電壓波形b)振蕩器G輸出波形c)PWM鎖存器輸出波形d)分相器Q端輸出波形e)分相器端輸出波形f)輸出Ⅰ端輸出波形g)輸出Ⅱ端輸出波形h)輸出Ⅰ、Ⅱ端輸出波形i）PWM斬波調(diào)壓波形（3）驅(qū)動(dòng)電路光電耦合電路觸發(fā)電路3.典型PWM直流調(diào)速系統(tǒng)（1）分立元件控制PWM直流調(diào)速系統(tǒng)（1）分立元件控制PWM直流調(diào)速系統(tǒng)電機(jī)電樞繞組電路橋式整流斬波電路穩(wěn)壓電源電路三角波電路PWM及驅(qū)動(dòng)電路給定與比例積分電路反饋信號放大電路———基本構(gòu)成（模塊電路）（1）分立元件控制PWM直流調(diào)速系統(tǒng)——主電路及反饋電路電壓反饋電流反饋橋式整流斬波電路（1）分立元件控制PWM直流調(diào)速系統(tǒng)三角波直流——PWM電路該調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)帶有電壓負(fù)反饋、電流正反饋的直流斬波器式PWM調(diào)速系統(tǒng)。V2為功率開關(guān)器件，VD2是續(xù)流二極管。在調(diào)速系統(tǒng)的控制電路中，N4B為速度調(diào)節(jié)器，采用比例積分控制，積分時(shí)間常數(shù)由RP3調(diào)節(jié)．RP4為給定電位器。N1A和N1B為三角波發(fā)生器。反饋回路由電樞電壓負(fù)反饋（RP1，N3A）和電樞電流正反饋（N3B、N4A、RP2）回路組成．RP1和RP2用于調(diào)節(jié)反饋深度．給定信號與反饋信號比較經(jīng)過N4B組成的比例積分器輸出一直流信號。該信號與三角波信號一起送到比較器N2A，通過比較器比較，輸出脈沖信號。（2）集成電路PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)（2）集成電路PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)電機(jī)電樞繞組電路穩(wěn)壓電源電路——基本構(gòu)成（模塊電路）（2）集成電路PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)電機(jī)電樞繞組電路穩(wěn)壓電源電路PWM控制電路驅(qū)動(dòng)電路光耦——基本構(gòu)成（模塊電路）（2）集成電路PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)電機(jī)電樞繞組電路穩(wěn)壓電源電路PWM控制電路電壓負(fù)反饋給定信號——基本構(gòu)成（模塊電路）

采用直流斬波器式PWM控制。網(wǎng)絡(luò)電壓經(jīng)變壓器降壓，二極管VD5、VD6、VD7、VD8橋式整流后提供直流電源，大功率場效應(yīng)晶體管VF作為電子開關(guān)器件斬波，其開關(guān)頻率可以達(dá)到20kHz，為直流伺服電機(jī)供電；VD9為續(xù)流快速二極管。采用SG3525專用的集成PWM控制器產(chǎn)生的PWM信號，經(jīng)光耦合器VLC驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)晶體管VF。1）PWM比較器反相輸入端電壓U－的電平越高，則輸出脈沖UⅠ、UⅡ的占空比越大；反之，則越小。因此，調(diào)節(jié)RP改變U－，調(diào)節(jié)占空比

，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)端電壓，達(dá)到調(diào)壓調(diào)速的目的。軟啟動(dòng)是在開機(jī)階段，通過電容C3充電使占空比由零逐漸增大來實(shí)現(xiàn)的，而故障狀態(tài)時(shí)的關(guān)閉功能則是使占空比

＝0，即封鎖PWM波的輸出。2）輸出口Ⅰ、Ⅱ并聯(lián)使用，晶體管V的輸出電壓脈沖UⅠ、UⅡ交替出現(xiàn)，其頻率與鋸齒波頻率相同，這里是1kHz。3）輸出脈沖UⅠ、UⅡ的上升沿對應(yīng)CP脈沖的下降沿，即對應(yīng)鋸齒波的谷點(diǎn)，而輸出脈沖UⅠ、UⅡ的下降沿對應(yīng)電壓U－與鋸齒波電壓U＋上升邊的交點(diǎn)，因此，即使的U－電平上升到與鋸齒波峰點(diǎn)電平相等，UⅠ、UⅡ兩脈沖也不可能連到一起，它們之間存在一個(gè)寬度等于CP脈沖寬度的死區(qū)。這樣，在輸出端口Ⅰ、Ⅱ并聯(lián)使用情況下，占空比

的值也不可能等于1。4）如因電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化引起電動(dòng)機(jī)端電壓變化，則電壓負(fù)反饋信號必發(fā)生變化，通過SG1525的調(diào)節(jié)作用，可改變PWM斬波器輸出電壓脈沖的占空比，使電動(dòng)機(jī)端電壓恢復(fù)到原來的值，從而起到穩(wěn)壓的作用。4.4交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理1.交流電動(dòng)機(jī)的基本特性三相交流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

定子電壓U1、頻率f1及有關(guān)參數(shù)一定的條件下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩Tm之間的關(guān)系。電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓、額定頻率下，由電動(dòng)機(jī)本身固有參數(shù)所決定的n=f（Tm）曲線，稱為交流電動(dòng)機(jī)的自然特性曲線，它是交流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線族中的一條曲線，交流電動(dòng)機(jī)的自然特性曲線E點(diǎn)為理想空載點(diǎn)：n=n0（s=0），電磁轉(zhuǎn)矩T=0。S點(diǎn)為電機(jī)起動(dòng)點(diǎn)：轉(zhuǎn)速n=0（s=l），電磁轉(zhuǎn)矩稱起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。帶負(fù)載的能力：Kst=Tst/TN

。K點(diǎn)為臨界點(diǎn)：它是機(jī)械特性穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和非穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)的分界點(diǎn)。電磁轉(zhuǎn)矩為臨界轉(zhuǎn)矩TK（最大轉(zhuǎn)矩）此時(shí)的轉(zhuǎn)差率sK叫臨界轉(zhuǎn)差率。電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)（A點(diǎn)）電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等：T＝TN

電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的動(dòng)態(tài)調(diào)整：由于負(fù)載波動(dòng)使負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大為TL。此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩T=TN<TL，電動(dòng)機(jī)將減速。轉(zhuǎn)速的下降又使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T增大，當(dāng)T=TL時(shí)，轉(zhuǎn)速不再下降，電動(dòng)機(jī)在C點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。即：T=TN<TL→n↓→T↑→T=TL

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)從靜止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程。啟動(dòng)電流很大，可以達(dá)到額定電流的5～7倍，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般為，Tst=(1.8~2)TN。電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

電動(dòng)機(jī)在工作過程中，令電磁轉(zhuǎn)矩方向和轉(zhuǎn)子的實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相反。交流異步電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)特性

n＝60f(1-s)/p

n：電機(jī)轉(zhuǎn)速

f：給電機(jī)供電的交流電頻率

p：電機(jī)極對數(shù)s：轉(zhuǎn)差率負(fù)載1Tnn0異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性負(fù)載2交流同步電動(dòng)機(jī)速度的調(diào)節(jié)特性

n＝60f/p

n：電機(jī)轉(zhuǎn)速

f：給電機(jī)供電的交流電頻率

p：電機(jī)極對數(shù)2.交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速負(fù)載2n0負(fù)載1T同步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性n調(diào)速方式名稱控制對象特點(diǎn)改變極對數(shù)調(diào)速交流異步電動(dòng)機(jī)有級調(diào)速，系統(tǒng)簡單，最多4段速調(diào)壓調(diào)速（轉(zhuǎn)差率）無級調(diào)速，調(diào)速范圍窄電動(dòng)機(jī)最大輸出能力下降，效率低系統(tǒng)簡單，調(diào)節(jié)性能差很少采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速（轉(zhuǎn)差率）變頻調(diào)速（電源頻率）交流異步電動(dòng)機(jī)交流同步電動(dòng)機(jī)無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬電動(dòng)機(jī)最大輸出能力不變，效率高系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)節(jié)性能好可以和直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美變頻器出現(xiàn)前，同步電動(dòng)機(jī)無法調(diào)速，只能在定速傳動(dòng)領(lǐng)域使用變頻器出現(xiàn)前，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能不佳，在一些性能要求較低的工程實(shí)際中有使用。變頻器出現(xiàn)后，交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，在某些領(lǐng)域有取代直流電動(dòng)機(jī)的趨勢。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速

50Hz40Hz3.交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理交流電機(jī)定子繞組的電勢的有效值E1

f1—定子電源電壓頻率（Hz）N1—定子繞組匝數(shù)k1—繞組系數(shù)φm—磁通（Wb）

忽略定子阻抗壓降，則定子電壓U1為

改變電源電壓頻率f1→n改變；如果f1與U1同時(shí)按比例改變，可以保證Φm不變。f1/f1NU1／f1為常數(shù)，可以保持在變頻調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不變，即過載能力不變。輸出轉(zhuǎn)矩Tk不變U1N／f1N關(guān)系曲線（其中，

U1N、f1N為額定值）不同頻率機(jī)械特性曲線（其中，f1為實(shí)際電源頻率、f1N為額定電源頻率值）1）基頻以下調(diào)速控制

（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）當(dāng)頻率f1從電機(jī)頻率的額定值f1N向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低U1，使U1／f1＝常數(shù)，使φm不變。

在較寬的范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、效率、功率因數(shù)不下降。2）基頻以上調(diào)速控制

（恒功率調(diào)速）在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從電機(jī)頻率的額定值f1N向上調(diào)節(jié)，但是電機(jī)定子電壓U1卻不能超過額定電壓U1N，否則電機(jī)容易損壞。此時(shí)將迫使磁通φm與頻率f1成反比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。

變頻器是將交流工頻電源轉(zhuǎn)換成電壓、頻率均可變的適合交流電機(jī)調(diào)速的電力電子變換裝置，英文簡稱VVVF(VariableVoltageVariableFrequency）變頻器的控制對象。1）平滑軟啟動(dòng)，降低啟動(dòng)沖擊電流，減少變壓器占有量，確保電機(jī)安全2）在機(jī)械允許的情況下可通過提高變頻器的輸出頻率提高工作速度3）無級調(diào)速，調(diào)速精度大大提高4）電機(jī)正反向無需通過接觸器切換5）非常方便接入通訊網(wǎng)絡(luò)控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化控制變頻調(diào)速的特點(diǎn)（與其它交流電機(jī)調(diào)速方式對比）4.變頻器工作原理變頻器分類供電電源低壓220V/1PH、220V/3PH、380V/3PH高壓3000、6000、10000V/3PH控制算法通用內(nèi)置V/F(U/f)控制方式，簡單，性能一般高性能內(nèi)置矢量控制方式，復(fù)雜，高性能變換方法（拓樸結(jié)構(gòu)）交直交電壓型（儲能環(huán)節(jié)為電解電容）電流型(儲能環(huán)節(jié)為電抗器）交交無儲能環(huán)節(jié)變頻器的基本原理直接變頻：是將電網(wǎng)交流電源一次變換成電壓和頻率都可以調(diào)節(jié)（VVVF）的交流電。直接變頻：交一交變頻裝置。間接變頻：先將電網(wǎng)的交流電源通過整流器變成直流，然后再經(jīng)過逆變器將直流變?yōu)榭煽仡l率的交流。間接變頻又稱有直流環(huán)節(jié)的變頻或稱交一直一交變頻裝置。交-直-交通用變頻器系統(tǒng)框圖整流部分：將普通的交流電變換成直流電。逆變部分：將直流電變換成頻率可變的交流電。～整流部分儲能環(huán)節(jié)逆變部分M控制系統(tǒng)交流直流直流交流（1）交一直一交變頻器整流濾波制動(dòng)逆變（2）逆變器工作原理VT1,VT4導(dǎo)通fu0VT1,VT4導(dǎo)通VT2,VT3導(dǎo)通逆變器的功能：通過改變開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間改變輸出電壓的頻率通過改變開關(guān)管導(dǎo)通順序改變輸出電壓的相序（3）正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）原理變頻器：頻率、電壓同步變化，且U1/f1=常數(shù)。實(shí)現(xiàn)方法：脈幅調(diào)制（PAM）和脈寬調(diào)制（PWM）。變頻器的輸出是正弦交流電，因此在一個(gè)周期內(nèi)的占空比也必須是變化的。即：輸出的矩形波脈沖幅值不變、周期相同但脈沖寬度不同，脈沖寬度基本上呈正弦函數(shù)分布規(guī)律，各脈沖單位時(shí)間平均值的包絡(luò)線也接近于正弦波。由于脈沖占空比是按正弦規(guī)律變化的，因此這種調(diào)制方法被稱作正弦波脈寬調(diào)制，即SPWM。SPWM調(diào)制PWM（PulseWidthModuration）調(diào)制PWM調(diào)制是：利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流電壓調(diào)制成電壓可變、頻率可變的電壓脈沖列。SPWM調(diào)制是：采用三角波和正弦波相交獲得的PWM波形直接控制各個(gè)開關(guān)可以得到脈沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓電壓，能獲得理想的控制效果：輸出電流近似正弦。載波頻率必須高，才能保證調(diào)制后得到的波形與調(diào)制前效果相同+-A三相變頻器主電路三相變頻器控制電路三相變頻器基本原理三相變頻器雙極式控制方式輸出電壓波形適用于小功率（<5.5KW)適用于中大功率(5.5KW以上）4.變頻器的應(yīng)用整流上電緩沖濾波制動(dòng)電路逆變整流上電緩沖濾波制動(dòng)電路逆變類別作用主要構(gòu)成器件主回路整流電路將工頻交流變成直流，輸入無相序要求整流橋逆變電路將直流轉(zhuǎn)換為頻率電壓均可變的交流電，輸出無相序要求IGBT制動(dòng)電路消耗過多的回饋能量，保持直流母線電壓不超過最大值單管IGBT和制動(dòng)電阻,大功率制動(dòng)單元外置上電緩沖降低上電沖擊電流，上電結(jié)束后接觸器自動(dòng)吸合，而后變頻器允許運(yùn)行限流電阻和接觸器濾波保持直流電壓穩(wěn)定，降低電壓脈動(dòng)電解電容控制回路鍵盤對變頻器參數(shù)進(jìn)行調(diào)試和修改，并實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻器狀態(tài)MCU(單片機(jī)）控制電路交流電機(jī)控制算法生成，外部信號接收處理及保護(hù)DSP(或兩個(gè)MCU）類別作用結(jié)構(gòu)件散熱器將整流橋、逆變器產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去溫度傳感器檢測散熱器溫度，確保模塊工作在允許溫度環(huán)境下風(fēng)扇配合散熱器，將變頻器內(nèi)部的熱量帶走，有直流風(fēng)扇（24V)和交流風(fēng)扇兩種變頻器的外接電路1）變頻器的外接主電路2）變頻器的給定電路變頻器控制中，采用面板鍵盤輸入、調(diào)節(jié)頻率大小，稱為PU操作模式；通過變頻器信號輸入端從外部得到頻率的給定信號稱為外部操作模式；啟動(dòng)信號用外部信號設(shè)定，頻率設(shè)定采用PU操作，稱為混合操作模式。頻率外部給定信號包括數(shù)字量給定方式和模擬量給定方式。常見的模擬量給定方法有：電位器給定直接電壓（或電流）給定常見的數(shù)字量給定方法：上位微機(jī)或通過專用通信接口進(jìn)行設(shè)定PLC通過專用通信接口進(jìn)行設(shè)定工頻電源PU操作模式外部操作模式工頻電源啟動(dòng)停止工頻電源速度給定使用場合：各類小型生產(chǎn)線或系統(tǒng)特點(diǎn)：實(shí)時(shí)性好調(diào)試維護(hù)方便線路復(fù)雜，抗干擾能力差

開關(guān)量端子模擬量端子開關(guān)量端子模擬量端子工頻電源啟動(dòng)停止工頻電源使用場合：各類中大型生產(chǎn)線或系統(tǒng)特點(diǎn)：所有控制均通過通訊電纜線路相對簡單，自動(dòng)化水平高，信息交換量大實(shí)時(shí)性好，抗擾能力強(qiáng)為防止網(wǎng)絡(luò)故障，特設(shè)獨(dú)立急停功能投入大，調(diào)試維護(hù)困難通訊接口通訊接口人機(jī)界面通訊接口外部操作模式3）變頻器的外接控制電路正、反轉(zhuǎn)控制在“STF”、“STR”和“SD”之間接入三位旋鈕開關(guān)SA。SA的三個(gè)位置分別為“正轉(zhuǎn)”、“停止”、“反轉(zhuǎn)”，控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止。按鈕SB3則用于排除故障后使變頻器復(fù)位。PS是指三菱變頻器的報(bào)警輸出接點(diǎn)B、C.變頻器工作故障時(shí)，B、C（PS）斷開，使變頻器斷電，同時(shí)，A、C閉合，輸出報(bào)警信號。4）變頻器的常用控制

U/f

控制：改變頻率的同時(shí)控制變頻器輸出電壓，使電動(dòng)機(jī)磁通保持不變。通過提高定子電壓U與f比來補(bǔ)償f下調(diào)時(shí)引起的電機(jī)轉(zhuǎn)矩下降。變頻器按照預(yù)先設(shè)置的U/f關(guān)系進(jìn)行工作，不能根據(jù)負(fù)載等變化來實(shí)時(shí)調(diào)整變頻器的輸出，恒屬于轉(zhuǎn)矩調(diào)速，相當(dāng)于開環(huán)控制。ft

fmax－最大輸出頻率加速時(shí)間減速時(shí)間矢量控制：通過測量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子的電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制。方法：將定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的勵(lì)磁電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量分別加以控制。矢量控制需要使用速度傳感器和編碼器檢測，屬于閉環(huán)控制。在采用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地對異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識，并根據(jù)辨識結(jié)果調(diào)整控制算法中的電動(dòng)機(jī)有關(guān)參數(shù)從而實(shí)現(xiàn)矢量控制。變頻器一般還具有節(jié)能運(yùn)行功能、PID控制功能、自動(dòng)電壓調(diào)整功能等矢量控制可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中的基本參數(shù)為依據(jù)，通過專用的集成電路的計(jì)算得到必要的控制參數(shù)對變頻器的輸出頻率和電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，因此具有良好的動(dòng)態(tài)性能。水泵節(jié)能恒壓供水5）

應(yīng)用舉例RSTUVWUF生活小區(qū)壓力變送器拉絲機(jī)卷繞變頻器控制系統(tǒng)掛車縱梁自動(dòng)焊接專機(jī)H型鋼生產(chǎn)行業(yè)設(shè)計(jì)制造的專用焊接設(shè)備，適用于等截面、變截面、H型鋼、掛車縱梁的自動(dòng)焊接；設(shè)有焊縫自動(dòng)傳感裝置、焊劑自動(dòng)回收裝置，焊接速度由變頻器控制，無級調(diào)速，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，并且有快速返程功能。4.5伺服電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)1．伺服電動(dòng)機(jī)的概念伺服電動(dòng)機(jī)是用于伺服系統(tǒng)的專用電動(dòng)機(jī)，它能夠快速響應(yīng)控制信號，按照控制信號的要求而動(dòng)作，即在控制信號到來之前，電動(dòng)機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)；控制信號一旦到來，電動(dòng)機(jī)則按照控制信號進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；控制信號消失，電動(dòng)機(jī)能夠立即自行停轉(zhuǎn)。伺服電動(dòng)機(jī)控制原理伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)1）可控性好。2）調(diào)速范圍寬。3）響應(yīng)速度快。4）控制精度高。5）超載能力強(qiáng)。6）體積小、功率大。7）應(yīng)用廣泛。伺服電動(dòng)機(jī)分類交流伺服電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)機(jī)；有刷和無刷電動(dòng)機(jī)；同步和異步電動(dòng)機(jī)。2.伺服電動(dòng)機(jī)控制原理直流伺服電動(dòng)機(jī)控制原理直流伺服電動(dòng)機(jī)控制原理直流伺服機(jī)電系統(tǒng)直流伺服電機(jī)控制方塊圖交流伺服電動(dòng)機(jī)控制原理3.伺服電動(dòng)機(jī)控制模式(1)速度控制模式伺服控制器通過預(yù)設(shè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值（誤差），來實(shí)施電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的負(fù)反饋控制，保證電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的恒定不變。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出力矩增大；負(fù)載減小時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出力矩減小。(2)位置控制模式伺服控制器通過預(yù)設(shè)的目標(biāo)位置和實(shí)際位置的差值（誤差），來控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)的位置。這種控制模式涉及到位置測量、位置控制和誤差控制，一般需要采用電動(dòng)機(jī)內(nèi)置編碼器（多采用絕對編碼器，也可以采用增量編碼器）進(jìn)行位置反饋。(3)轉(zhuǎn)矩控制模式伺服控制器通過控制電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩或電流，來控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于電動(dòng)機(jī)設(shè)定的輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；等于電動(dòng)機(jī)設(shè)定的輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)；大于電動(dòng)機(jī)設(shè)定的輸出轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。4.伺服驅(qū)動(dòng)器功率變換電路控制電路（1）運(yùn)算電路進(jìn)行給定信號與反饋信號的比較，并根據(jù)要求進(jìn)行各種控制運(yùn)算得到控制信號。（2）SPWM電路采用三角波作為載波，正弦波為調(diào)制波，獲得三相等效于正弦波的等幅不等寬矩形波脈沖信號。（3）信號檢測與處理電路主要對伺服電動(dòng)機(jī)傳感器（編碼器等）的反饋信號進(jìn)行檢測、濾波、放大、信號轉(zhuǎn)換等。（4）輸入輸出電路給定信號的輸入以及基于控制信號產(chǎn)生的SPWM信號輸出。（5）保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)過流、過壓等各種保護(hù)。驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路的主要作用是根據(jù)控制電路輸出的SPWM信號對功率半導(dǎo)體開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。伺服驅(qū)動(dòng)器的面板伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電路與外部連接框圖5.伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用機(jī)器人焊接工作站5.伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用伺服電阻點(diǎn)焊鉗4.6步進(jìn)電機(jī)及其控制原理1.概述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制

元件；在非超載的情況下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于

電脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，即一個(gè)電脈沖信號對應(yīng)步進(jìn)電動(dòng)

機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定子：一般為凸極式，設(shè)置多相繞組作為控制繞組接收電脈沖。轉(zhuǎn)子：凸極式，軟鐵或永磁鐵制成，也可以是帶齒的圓柱形鐵心。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理以反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例對齒錯(cuò)齒步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力來自于電磁力，在電磁力作用下，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)行推動(dòng)到最大磁導(dǎo)率位置，即定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齒的位置，并處于平衡狀態(tài)。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)某一相的磁極處于最大磁導(dǎo)位置時(shí)，另外兩相必須處于非最大磁導(dǎo)位置，即定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒錯(cuò)齒的位置。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（PermanentMagnet，簡稱PM）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（VariableReluctance，簡稱VR）混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（Hybrid，簡稱HB）a）PM型b）VR型c）HB型幾個(gè)基本概念：步距角控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。相數(shù)產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。拍數(shù)完成一個(gè)馳騁在那個(gè)周期性變化所需要的脈沖數(shù)，

或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)。一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作方式：

三相電機(jī)：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍三相步進(jìn)電機(jī)五相步進(jìn)電機(jī)三相單三拍步進(jìn)電機(jī)工作原理三相繞組通電順序：A相→B相→C相A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和AA'對齊；B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和BB'對齊，相對于A相通電位置轉(zhuǎn)30°；C相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和CC‘對齊，相對于A相通電位置再轉(zhuǎn)30°。A相通電B相通電C相通電三相單三拍特點(diǎn)三相繞組每次只有一相通電，一個(gè)循環(huán)周期包括三個(gè)脈沖；每一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30°，此角稱為步距角；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電順序。焊槍擺動(dòng)器焊接轉(zhuǎn)臺三維焊接機(jī)構(gòu)A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和AA'對齊；AB相同時(shí)通電，BB'磁場對轉(zhuǎn)子2、4齒有磁拉力，轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，AA'磁場繼續(xù)對1、3齒有磁拉力，兩磁力平衡，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)15°；B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和BB‘對齊，相對于A相通電位置再轉(zhuǎn)15°。A相通電AB相通電B相通電三相單雙六拍步進(jìn)電機(jī)工作原理三相繞組通電順序：A→AB→B→BC→C→CA→AAB相通電BC相通電CA相通電三相單雙六拍特點(diǎn)三相繞組單相與雙相間隔通電，有六種通電狀態(tài)；每一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15°即步距角為15°；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向取決于通電順序。三相雙三拍步進(jìn)電機(jī)工作原理三相繞組通電順序：AB→BC→CA→AB每一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30°，即步距角為30°。小步距角的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)際采用的熱步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角多為1.5o、3o，步距角越小加工精度要求越高。

小步距角的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，例如，轉(zhuǎn)子為40齒，定子仍然是6個(gè)磁極，但每個(gè)磁極也有5個(gè)齒。轉(zhuǎn)子的齒距等于360°/40=9o,齒寬、齒槽各4.5o。假設(shè)，單三拍通電方式工作：A相通電，定子A相的5個(gè)小齒和轉(zhuǎn)子對齊，B相和A相空間差120o，則：A相和C相差240o，則：240o/9o=26+2/3個(gè)齒；所以，A相轉(zhuǎn)子、定子的5個(gè)小齒對齊時(shí)，B相、C相不能對齊，B相轉(zhuǎn)子、定子相差1/3個(gè)齒（3o），C相轉(zhuǎn)子、定子相差2/3個(gè)齒（6o）；A相斷電、B相通電，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過1/3齒（3o），B相轉(zhuǎn)子、定子對齊。同理，C相通電、B相斷電……。若工作方式為三相六拍，則每一個(gè)脈沖只轉(zhuǎn)過1.5o。3.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)步距角和靜態(tài)步距誤差步距角也稱為步距，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從一相通電到另一相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度；一般為0.5o～３o；

最大靜轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)處于通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子保持不動(dòng)時(shí)所能承受的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，反映了制動(dòng)能力和低速步進(jìn)時(shí)的負(fù)載能力；矩頻特性動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和脈沖頻率的關(guān)系為矩頻特性，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩即電磁力隨著脈沖頻率的升高而急劇降低；啟動(dòng)頻率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠不失步啟動(dòng)的最高頻率；啟動(dòng)頻率時(shí)隨負(fù)載大小而變化的，負(fù)載大啟動(dòng)頻率低。連續(xù)運(yùn)行頻率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，控制脈沖頻率連續(xù)上升時(shí)，能不失步運(yùn)行的最高頻率，它也與負(fù)載有關(guān)，運(yùn)行頻率比啟動(dòng)頻率高得多。4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)電動(dòng)機(jī)角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，且時(shí)間上同步；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速主要取