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1、第第4章章 电动机驱动与控制技术电动机驱动与控制技术第1页，本讲稿共44页第第4 4章章 电动机驱动与控制技术重点和难点电动机驱动与控制技术重点和难点 本章重点：l1步进电动机工作原理和驱动方式l2.直流电动机闭环调速系统结构和工作原理 l3.交流电动机变频调速原理和控制方式本章难点：l1步进电动机环形分配器工作方式l2.SPWM脉宽调制技术l3.转差频率控制原理第2页，本讲稿共44页第第4章章 电动机驱动与控制技术电动机驱动与控制技术41步进电动机驱动及其控制技术42直流电动机驱动及其控制技术43交流电动机驱动及其控制技术第3页，本讲稿共44页41步进电动机驱动及其控制技术步进电动机驱动及其
2、控制技术411步进电动机基本结构及工作原理412步进电动机的环形分配器和驱动电路413步进电动机控制方式第4页，本讲稿共44页411步进电动机基本结构及工作原理步进电动机基本结构及工作原理 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件.电磁型步进电机 永磁式步进电机 反应式步进电机 感应子式永磁步进电机 分类步进电动机工业应用上大量用作状态伺服元件、状态指示元件及功率伺服拖动元件，有时也作为位置控制、速度控制元件。第5页，本讲稿共44页411步进电动机基本结构及工作原理步进电动机基本结构及工作原理主要由定子铁心、转子铁心和端盖等部件组成。1.三相反应式步进电动机基本结构第6页，本讲
3、稿共44页411步进电动机基本结构及工作原理步进电动机基本结构及工作原理1.三相反应式步进电动机基本结构 定子上有6个齿，分别缠有U、V、W三相绕组，构成三对磁极；转子上则均匀分布着4个齿。第7页，本讲稿共44页411步进电动机基本结构及工作原理步进电动机基本结构及工作原理2.三相反应式步进电动机工作原理 步进电动机绕组每次通断电使转子转过的角度称之为步距角。此步进电动机步此步进电动机步距角为距角为30 第8页，本讲稿共44页411步进电动机基本结构及工作原理步进电动机基本结构及工作原理实用三相反应式步进电动机 实用步进电动机的工作原理与上同，只是步距角是小齿距夹角的1/3。第9页，本讲稿共4
4、4页411步进电动机基本结构及工作原理步进电动机基本结构及工作原理3.通电方式 u步进电动机绕组的每一次通断电操作称为一拍，每拍中只有一相绕组通电，其余绕组断电，则这种通电方式称为单相通电方式。三相步进电动机的单相通电方式称为三相单三拍通电方式。u步进电动机通电循环的每拍中都有两相绕组通电，则这种通电方式称为双相通电方式。三相步进电动机采用双相通电方式时，称为三相双三拍通电方式。u步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，则这种通电方式称为单双相轮流通电方式。三相步进电动机采用单双相轮流通电方式时，每个通电循环中共有六拍，因而又称为三相六拍通电方式。第10页，本讲稿共44页411步进
5、电动机基本结构及工作原理步进电动机基本结构及工作原理3.通电方式 采用单相通电方式工作时，步进电动机的矩频特性（输出转矩与输入脉冲频率的关系）较差，在通电换相过程中，转子状态不稳定，容易失步，因而实际应用中较少采用。而采用单双相轮流通电方式可使步进电动机在各种工作频率下都具有较大的负载能力。m相步进电动机 转子上有z个小齿 步距角计算 公式：k是通电方式系数。当采用单相或双相通电方式时，k1；当采用单双相轮流通电方式时，k2。第11页，本讲稿共44页412步进电动机的环形分配器和驱动电路步进电动机的环形分配器和驱动电路 步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向，控制脉
6、冲分配频率可实现步进电动机的速度控制。开环步进电动机控制系统 第12页，本讲稿共44页412步进电动机的环形分配器和驱动电路步进电动机的环形分配器和驱动电路1.环形分配器CH250 三相双三拍工作方式接线 三相六拍工作方式接线 第13页，本讲稿共44页412步进电动机的环形分配器和驱动电路步进电动机的环形分配器和驱动电路 CH250环形脉冲分配器的功能关系 工作方式CLENJ3rJ3LJ3rJ3L六拍正转反转0000001001双三拍正转反转0010010000六拍正转反转1100001001双三拍正转反转1110010000第14页，本讲稿共44页412步进电动机的环形分配器和驱动电路步进电
7、动机的环形分配器和驱动电路2.驱动电路-单电源驱动电路 第15页，本讲稿共44页412步进电动机的环形分配器和驱动电路步进电动机的环形分配器和驱动电路2.驱动电路-双电源驱动电路 第16页，本讲稿共44页412步进电动机的环形分配器和驱动电路步进电动机的环形分配器和驱动电路2.驱动电路-斩波限流驱动电路 第17页，本讲稿共44页413步进电动机控制方式步进电动机控制方式1.开环控制-串行控制P1.08031 P1.1 P1.2 环形分配器 功率放大器 步进电动机CP脉冲方向信号方式信号第18页，本讲稿共44页413步进电动机控制方式步进电动机控制方式1.开环控制-并行控制 P1.0 P1.18
8、031 P1.2 P1.3 P1.4A相 B 相 驱 动C 相 器 电D相 路E相 步进电动机12345第19页，本讲稿共44页413步进电动机控制方式步进电动机控制方式2.闭环控制微微 机机接接口口接接口口功率驱动器光电脉冲编码器步步进进电电动动机机第20页，本讲稿共44页42直流电动机驱动及其控制技术直流电动机驱动及其控制技术421晶闸管及变流技术422 SPWM脉宽调制技术423直流电动机闭环调速系统 第21页，本讲稿共44页421晶闸管及变流技术晶闸管及变流技术-晶闸管晶闸管（1）普通晶闸管 晶闸管具有正向阻断、反向阻断、正向导通和维持正向导通的能力。第22页，本讲稿共44页421晶闸
9、管及变流技术晶闸管及变流技术-晶闸管晶闸管（2）双向晶闸管 其特点是当G极和T2极相对T1的电压均为正时，T2是阳极，T1是阴极；当G极和T2极相对T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2是阴极。第23页，本讲稿共44页421晶闸管及变流技术晶闸管及变流技术-晶闸管晶闸管（3）场控晶闸管。u场控晶闸管（英文缩写MCT）是MOSFET驱动晶闸管的复合器件，集场效应晶体管与晶闸管的优点于一身，是双极型电力晶体管和MOSFET的复合。uMCT阻断电压高，通态压降小，驱动功率低，开关速度快。u一个MCT器件由数以万计的MCT元组成，每个元的组成如下：PNPN晶闸管一个（可等效为PNP和NPN晶体管各一个
10、），控制MCT导通的MOSFET（on-FET）和控制MCT关断的MOSFET（off-FET）各一个。第24页，本讲稿共44页421晶闸管及变流技术晶闸管及变流技术-变流技术变流技术（1）整流器。把交流电变为固定的（或可调的）直流电的装置称为整流器 单相交流可控硅桥式整流电路 第25页，本讲稿共44页421晶闸管及变流技术晶闸管及变流技术-变流技术变流技术（2）逆变器 把固定直流电变成固定的（或可调的）交流电的装置称为逆变器。1）半桥逆变电路 第26页，本讲稿共44页421晶闸管及变流技术晶闸管及变流技术-变流技术变流技术2）负载换相全桥逆变电路 第27页，本讲稿共44页421晶闸管及变流技
11、术晶闸管及变流技术-变流技术变流技术（3）斩波器 把固定的直流电压变成可调的直流电压的装置称为斩波器。脉宽调速原理 二极管是续流二极管，当S断开时，由于电枢电感的存在，电动机的电枢电流可通过它形成续流回路。第28页，本讲稿共44页421晶闸管及变流技术晶闸管及变流技术-变流技术变流技术直流伺服电机PWM调速和实现正、反转控制原理图 电路由四个大功率晶体管组成，其作用是对电压脉宽变换器输出的信号Us进行放大。第29页，本讲稿共44页421晶闸管及变流技术晶闸管及变流技术-变流技术变流技术双极式H型可逆器的电压、电流波形 第30页，本讲稿共44页421晶闸管及变流技术晶闸管及变流技术-变流技术变流
12、技术电力晶体管的基极驱动电路及波形 第31页，本讲稿共44页422 SPWM脉宽调制技术脉宽调制技术1.PWM波形原理 a)正弦半波 b)PWM波形u用一系列等幅而不等宽的脉冲来代替一个正弦电波。u正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。第32页，本讲稿共44页422 SPWM脉宽调制技术脉宽调制技术2.单相SPWM控制原理单相桥式PWM逆变电路 单相SPWM控制方式波形 第33页，本讲稿共44页422 SPWM脉宽调制技术脉宽调制技术3.三相SPWM控制原理电路第34页，本讲稿共44页422 SPWM脉宽调制技术脉宽调制技术波形三相SPWM逆变电路波形 第
13、35页，本讲稿共44页423直流电动机闭环调速系统直流电动机闭环调速系统-单闭环调速单闭环调速（1）转速单闭环调速 给定电流调节器触发电路正桥功放三相电源输出三相全控整流励磁电源第36页，本讲稿共44页423直流电动机闭环调速系统直流电动机闭环调速系统-单闭环调速单闭环调速（2）电流单闭环调速 第37页，本讲稿共44页423直流电动机闭环调速系统直流电动机闭环调速系统-双闭环调速双闭环调速转速、电流双闭环直流调速系统的系统组成 第38页，本讲稿共44页423直流电动机闭环调速系统直流电动机闭环调速系统-双闭环调速双闭环调速双闭环直流调速系统框图 第39页，本讲稿共44页43交流电动机驱动及其控制技术交流电动机驱动及其控制技术431晶闸管交流调压调速系统432交流电动机变频调速第40页，本讲稿共44页431晶闸管交流调压调速系统晶闸管交流调压调速系统三相异步电动机调压调速系统结构 第41页，本讲稿共44页432交流电动机变频调速交流电动机变频调速1)U/f控制。对变频器的频率和电压进行控制 第42页，本讲稿共44页432交流电动机变频调速交流电动机变频调速2)转差频率控制 第43页，本讲稿共44页432交流电动机变频调速交流电动机变频调速3)矢量控制 矢量控制是交流异步电动机的一种理想调速方法。第44页，本讲稿共44页