特種電機(jī)的應(yīng)用

1、項(xiàng)目四項(xiàng)目四 特種電機(jī)的應(yīng)用特種電機(jī)的應(yīng)用任務(wù)一任務(wù)一 伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī) 任務(wù)二任務(wù)二 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)任務(wù)三任務(wù)三 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)任務(wù)四任務(wù)四 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)34 12目錄任務(wù)一任務(wù)一 伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī) 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、用途和分類。2認(rèn)識(shí)伺服電動(dòng)機(jī)的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解各部件的作用。3了解伺服電動(dòng)機(jī)的基本工作原理和主要運(yùn)行性能。4學(xué)會(huì)合理選用伺服電動(dòng)機(jī)。5了解典型伺服控制系統(tǒng)的組成。任務(wù)分析任務(wù)分析伺服電動(dòng)機(jī)也稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，其作用是將輸入的控制電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸的角速度或角位移輸出。伺服電動(dòng)機(jī)與一般的旋轉(zhuǎn)電機(jī)不一樣

2、，旋轉(zhuǎn)電機(jī)側(cè)重于機(jī)、電能量的變換，而伺服電動(dòng)機(jī)則側(cè)重于控制特性的高精度和快響應(yīng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求有以下幾方面:1盡可能高的快速響應(yīng)性能。即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，轉(zhuǎn)矩/慣量比大。2良好的低速平穩(wěn)性，無“自轉(zhuǎn)現(xiàn)象”。即控制電壓為零時(shí)，電動(dòng)機(jī)迅速自動(dòng)停轉(zhuǎn)。3盡可能大的調(diào)速范圍。4具有線性的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性。5過載能力強(qiáng)。自動(dòng)化設(shè)備中的伺服系統(tǒng)可分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)兩大類。20世紀(jì)70年代以來，相繼研制出了力矩電機(jī)、印制繞組電機(jī)、無槽電機(jī)、大慣量寬調(diào)速電機(jī)等性能良好的現(xiàn)代直流伺服電機(jī)，及現(xiàn)代三相交流永磁伺服電機(jī)、交流異步伺服電機(jī)等。直流伺服電機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)的外形如圖4-1

3、所示。(a)直流伺服電動(dòng)機(jī) (b) 交流伺服電動(dòng)機(jī)圖4-1伺服電動(dòng)機(jī) 從現(xiàn)在伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用情況看，因?yàn)橹绷魉欧妱?dòng)機(jī)能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精密的速度和位置控制，所以要求系統(tǒng)性能高的場(chǎng)合仍然使用直流伺服系統(tǒng)。與直流伺服電動(dòng)機(jī)相比，現(xiàn)代交流伺服電動(dòng)機(jī)具有無刷、高可靠性、散熱好、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、能工作于高壓狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)。近年來，交流伺服系統(tǒng)逐漸受到重視并得到廣泛使用，有逐步取代直流伺服系統(tǒng)的趨勢(shì)。熟悉伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)，對(duì)每個(gè)從事電氣自動(dòng)化尤其是精密數(shù)控技術(shù)的電氣技術(shù)人員在實(shí)際工作中具有非常重要的意義。 相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí)一、交流伺服電動(dòng)機(jī)一、交流伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一種微型交流異步電動(dòng)機(jī)。

4、其定子結(jié)構(gòu)與電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電動(dòng)機(jī)相似。如圖4-2所示，交流伺服電動(dòng)機(jī)的定子圓周上裝有兩個(gè)互差900電角 圖4-2交流伺服電動(dòng)機(jī)原理圖度的繞組，一個(gè)叫勵(lì)磁繞組f，另一個(gè)叫控制繞組C，勵(lì)磁繞組與交流電源Uf相連，控制繞組接輸入信號(hào)電壓UC，所以交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱兩相伺服電動(dòng)機(jī)。 交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但轉(zhuǎn)子的電阻比一般異步電動(dòng)機(jī)大的多。為了使伺服電動(dòng)機(jī)輸入信號(hào)能有快速的反應(yīng)，必須盡量減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，所以轉(zhuǎn)子一般做得細(xì)而長(zhǎng)。近年來，為了進(jìn)一步提高伺服電動(dòng)機(jī)的快速反應(yīng)性，采用了如圖4-3所示的空心杯形轉(zhuǎn)子。這種結(jié)構(gòu)的伺服電動(dòng)機(jī)其定子有內(nèi)，外兩個(gè)鐵心，均用硅鋼片疊成。在外定子鐵心上裝

5、有在空間上相差900電角度的兩相繞組，而內(nèi)定子鐵心則用以構(gòu)成閉合磁路，減小磁組。在內(nèi)，外定子之間有一個(gè)杯形的薄壁轉(zhuǎn)子，由鋁或鋁合金的非磁性金屬制成，壁厚約0.20.8毫米，用轉(zhuǎn)子支架裝在轉(zhuǎn)軸上。杯形轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子非常輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，能極迅速和靈敏地轉(zhuǎn)動(dòng)和停止。缺點(diǎn)是氣隙稍大，因此空載電流大，功率因數(shù)和效率低。 圖4-3空心杯形轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)1-外定子鐵心2-內(nèi)定子鐵心3-定子繞組4-杯形轉(zhuǎn)子5-轉(zhuǎn)子支架交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理和電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電動(dòng)機(jī)相似。在沒有控制信號(hào)時(shí)，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子上沒有電磁轉(zhuǎn)矩作用而靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí)定子就在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并產(chǎn)

6、生電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)。由于電磁轉(zhuǎn)矩的大小決定于氣隙磁場(chǎng)的每極磁通量和轉(zhuǎn)子電流的大小和相位，也即決定于控制電壓UC的大小和相位，所以可采用下列三種方法來控制電動(dòng)機(jī)，使之啟動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、調(diào)速和停止。1 1幅值控制幅值控制即保持控制電壓UC的相位角不變，僅僅改變其幅值大?。?相位控制即保持控制電壓UC的幅值不變，僅僅改變其相位；3幅相控制即同時(shí)改變控制電壓UC的幅值和相位。交流伺服電動(dòng)機(jī)與單相異步電動(dòng)機(jī)相比，有三個(gè)顯著特點(diǎn)。（1）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 由于轉(zhuǎn)子電阻很大，定子加控制電壓，轉(zhuǎn)子可立即啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）運(yùn)行范圍寬 在轉(zhuǎn)差率從0到1的范圍內(nèi)伺服電動(dòng)機(jī)都能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象 正常運(yùn)轉(zhuǎn)的

7、伺服電動(dòng)機(jī)只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。交流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率一般在100瓦以下，電源頻率為50赫茲時(shí)，其電壓有36伏、110伏、220伏、380伏數(shù)種，當(dāng)頻率為400赫茲時(shí)，電壓有20伏、36伏、115伏等多種。交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小，但控制特性非線性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大使損耗大、效率低。因此與同容量的直流伺服電動(dòng)機(jī)相比體積大、質(zhì)量大，所以只適用于0.5100瓦的小功率控制系統(tǒng)中。 二、直流伺服電動(dòng)機(jī)二、直流伺服電動(dòng)機(jī) 直流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)、原理與一般直流電動(dòng)機(jī)基本相同。但直流伺服電動(dòng)機(jī)也有其本身的特點(diǎn)：與普通直流電動(dòng)機(jī)相比，直流伺服電動(dòng)機(jī)氣隙

8、比較小，磁路不飽和，磁通和勵(lì)磁電流與勵(lì)磁電壓成正比； 電樞電阻較大，機(jī)械特性為軟特性；電樞比較細(xì)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量??；換向性能好，不需換向極。直流伺服電動(dòng)機(jī)有他勵(lì)式和永磁式兩種，其轉(zhuǎn)速由信號(hào)電壓控制。信號(hào)電壓若加在電樞繞組兩端，稱為電樞控制；若加在勵(lì)磁繞組兩端則稱為磁極控制。由于電樞控制的直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性線性度較好、不需換向極。且由于電樞回路電感較小，因而電磁慣性較小，故其響應(yīng)速度比磁極控制式快，所以在工程上多采用電樞控制。直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一樣，可用下式表示： TCCRCUnmeae2圖44為電樞控制式直流伺服電動(dòng)機(jī)的接線原理圖，其中Uf保持恒值。當(dāng)電樞電壓改變時(shí)

9、，就得到一組平行的機(jī)械特性；如圖44（b）所示。圖44電樞控制式直流伺服電動(dòng)機(jī)的接線原理圖及機(jī)械特性（a）接線原理圖 （b）機(jī)械特性直流伺服電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是具有線性的機(jī)械特性，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬廣而平滑，無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，且與同容量的交流伺服電動(dòng)機(jī)比較，體積小，質(zhì)量輕。其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，靈敏度差；轉(zhuǎn)速波動(dòng)大，低速運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)；換向火花大，壽命短，對(duì)無線電干擾大。為了適應(yīng)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)快速響應(yīng)性越來越高的要求，近年來，國(guó)內(nèi)外已在傳統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了低慣量的無槽電樞、空心杯電樞、印制繞組電樞和無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)。 無槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞鐵心上沒有開槽，鐵心為一個(gè)光滑的圓柱

10、體，電樞繞組直接排列在鐵心表面，再用環(huán)氧樹脂把它們與電樞鐵心固化成一個(gè)整體，如圖45所示?？招谋姌兄绷魉欧妱?dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖46所示。它有一個(gè)外定子和內(nèi)定子，外定子通常是由兩個(gè)半圓形的永久磁鋼組成。 圖45無槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖4646空心杯電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)1-換向器2-電刷3-空心杯電樞4-外定子5-內(nèi)定子而內(nèi)定子則為圓柱形的軟磁材料做成，僅作為磁路的一部分，以減小磁路磁阻?？招谋姌猩系睦@組可以先繞成單個(gè)成型線圈，然后將它們沿圓周的軸向排列成空心杯形，再用環(huán)氧數(shù)脂固化成型?？招谋姌兄g裝在電機(jī)軸上，在內(nèi)外定子間的氣隙中旋轉(zhuǎn)，電樞繞組則接到換向器上，由電刷引出。印制繞組直流

11、伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖47所示，其轉(zhuǎn)子成薄片圓盤狀，厚度一般為1.52毫米。轉(zhuǎn)子基片由環(huán)氧玻璃布膠板制成，基片兩側(cè)的銅箔用印刷電路的方法制成雙面電樞繞組。這種伺服電機(jī)的定子磁極為永久磁鐵，由于轉(zhuǎn)子沒有鐵心，故轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，對(duì)控制電壓反應(yīng)快，可用于啟動(dòng)頻繁的系統(tǒng)中。 圖47印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)多用于高精度的自動(dòng)控制系統(tǒng)及測(cè)量裝置等設(shè)備中，如電視攝象機(jī)、錄音機(jī)、XY函數(shù)記錄儀及機(jī)床控制系統(tǒng)等方面。這類電機(jī)是直流伺服電動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向，應(yīng)用也日趨廣泛，因此在國(guó)內(nèi)外已引起許多使用和制造單位的重視。直流伺服電動(dòng)機(jī)一般用在功率稍大的系統(tǒng)中，其輸出的功率約為1600瓦。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的直流伺

12、服電動(dòng)機(jī)主要有SY和SZ兩個(gè)系列，SY系列為永磁式結(jié)構(gòu)，SZ為點(diǎn)磁式結(jié)構(gòu)。技能訓(xùn)練技能訓(xùn)練訓(xùn)練項(xiàng)目訓(xùn)練項(xiàng)目 交流伺服電動(dòng)機(jī)的操作使用交流伺服電動(dòng)機(jī)的操作使用 一、任務(wù)目標(biāo)一、任務(wù)目標(biāo)1學(xué)會(huì)交流伺服電動(dòng)機(jī)的接線。 2測(cè)試交流伺服電動(dòng)機(jī)的性能。二、工具、儀器和設(shè)備二、工具、儀器和設(shè)備1三相交流調(diào)壓電源一套。2交流伺服電動(dòng)機(jī)一臺(tái)。3變壓器 (127/220V)一臺(tái)。4調(diào)壓器 （220/0250V)一臺(tái)。5交流電壓表兩塊。6轉(zhuǎn)速表一塊。三、實(shí)訓(xùn)過程三、實(shí)訓(xùn)過程1繪制交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作電路參考電路如圖4-8所示，電路的接線如圖4-9所示。交流電壓表選用300V量程，交流電源輸出電壓調(diào)至最小，控制繞組調(diào)

13、壓器輸出調(diào)至最小。 圖4-8 交流伺電動(dòng)機(jī)的工作電路 圖4-9 交流伺服電動(dòng)機(jī)的實(shí)訓(xùn)接線2接通勵(lì)磁電源開關(guān)S2，升高交流電源輸出電壓使勵(lì)磁電壓 220FUV。 再接通控制電源開關(guān)Sl，慢慢升高控制電壓 CU，注意觀察并記錄交流 伺服電動(dòng)機(jī)的始動(dòng)電壓。 stU= V 3繼續(xù)升高交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制電壓和轉(zhuǎn)速，直至 CU=220V。 4逐漸減小控制電壓使電動(dòng)機(jī)減速，用手持式轉(zhuǎn)速表測(cè)量交流伺服電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)于不同控制電壓時(shí)的轉(zhuǎn)速，記錄對(duì)應(yīng)的電壓和轉(zhuǎn)速，測(cè)取78組數(shù)據(jù)，記錄于表4-1中。 表4-1 交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性記錄表（V）n（r/min）5測(cè)試結(jié)果經(jīng)指導(dǎo)教師確認(rèn)后，依次斷開開關(guān)S2和S1。 四

14、、注意事項(xiàng)四、注意事項(xiàng)1控制繞組的調(diào)壓器接到 U、 V相 ， 引入線電壓 UVU，勵(lì)磁繞組的 變壓器接到 W相，引入相電壓 WUWU，這樣才能使 FU與 CU相位差90。 2測(cè)試過程中注意變壓器和電動(dòng)機(jī)的電壓不能調(diào)得過高，以防發(fā)生事故。 五、技能訓(xùn)練考核評(píng)分記錄表五、技能訓(xùn)練考核評(píng)分記錄表 ( (見表見表4-2)4-2)表4-2 技能訓(xùn)練考核評(píng)分記錄表 測(cè)取調(diào)速特性)(Ufn 序號(hào)考核內(nèi)容考核要求配分得分1技能訓(xùn)練的準(zhǔn)備預(yù)習(xí)技能訓(xùn)練的內(nèi)容102儀器、儀表的使用正確使用萬用表、轉(zhuǎn)速表、實(shí)驗(yàn)臺(tái)等設(shè)備103交流伺服電動(dòng)機(jī)的接線電路繪制正確、接線速度快304交流伺服電動(dòng)機(jī)的操作通電運(yùn)行一次成功，操作規(guī)

15、范305操作規(guī)范，數(shù)據(jù)測(cè)量正確206合計(jì)得分7否定項(xiàng)發(fā)生重大責(zé)任事故、嚴(yán)重違反教學(xué)紀(jì)律者得0分8指導(dǎo)教師簽名日期六、技能訓(xùn)練報(bào)告六、技能訓(xùn)練報(bào)告1技能訓(xùn)練項(xiàng)目名稱。2技能訓(xùn)練的任務(wù)目標(biāo)。3技能訓(xùn)練所用的工具、儀器和設(shè)備。4繪制交流伺服電動(dòng)機(jī)的實(shí)訓(xùn)電路。5記錄實(shí)訓(xùn)的過程、現(xiàn)象和數(shù)據(jù)結(jié)果。6畫出交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性曲線 )(Ufn 7小結(jié)、體會(huì)和建議。思考與練習(xí)思考與練習(xí)1伺服電動(dòng)機(jī)的作用是什么?自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)有什么要求?2直流伺服電動(dòng)機(jī)有哪幾種控制方式?一般采用哪種控制方式?3交流伺服電動(dòng)機(jī)有哪幾種控制方式?如何使其反轉(zhuǎn)?4什么叫“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象?交流伺服電動(dòng)機(jī)是如何消除“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的

16、?5技能訓(xùn)練中，交流伺服電動(dòng)機(jī)是如何獲得相位差90電角度的兩相對(duì)稱交流電的?其原理是什么?任務(wù)二任務(wù)二 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī) 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解測(cè)速發(fā)電機(jī)的功能和應(yīng)用。2熟悉直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。3熟悉交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)。4了解測(cè)速發(fā)電機(jī)的性能參數(shù)。任務(wù)分析任務(wù)分析測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種反映轉(zhuǎn)速信號(hào)的電器元件，它的作用是將輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換成電壓信號(hào)輸出。測(cè)速發(fā)電機(jī)的外形結(jié)構(gòu)如圖4-10所示。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中測(cè)速發(fā)電機(jī)主要用作測(cè)速元件、阻尼元件（或校正元件)、解算元件和角加速度信號(hào)元件。自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)測(cè)速發(fā)電機(jī)的要求是:1輸出電壓要與轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系。2正、反轉(zhuǎn)的特性

17、一致。3輸出特性的靈敏度高。4電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。測(cè)速發(fā)電機(jī)可分為直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和交流測(cè)速發(fā)電機(jī)兩類。近年來還出現(xiàn)了采用新原理、新結(jié)構(gòu)研制成的霍爾效應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)等。了解測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理、性能特點(diǎn)、主要參數(shù)，對(duì)我們正確使用自動(dòng)控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。圖4-10測(cè)速發(fā)電機(jī)相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí)一、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)一、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和直流伺服電動(dòng)機(jī)基本相同，從原理上看又與普通直流發(fā)電機(jī)相似。若按定子磁極的勵(lì)磁方式來分，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)可分為永磁式和電磁式兩大類。如以電樞不同結(jié)構(gòu)形式來分，又有有槽電樞、無槽電樞、空心杯電樞和印制繞組電樞等。近年來，為滿足自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，又出現(xiàn)了永磁

18、式直線測(cè)速發(fā)電機(jī)。永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)由于不需要另加勵(lì)磁電源，也不存在因勵(lì)磁繞組溫度變化而引起的特性變化，因此在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用較為廣泛。 永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)的定子用永久磁鐵制成，一般為凸極式。轉(zhuǎn)子上有電樞繞組和換向器，用電刷與外電路相連。由于定子采用永久磁鐵勵(lì)磁，故永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)的氣隙磁通總是保持恒定的。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比，因此，只要測(cè)出直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓就可測(cè)得被測(cè)機(jī)械的轉(zhuǎn)速。事實(shí)上，測(cè)速發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載后，由于客觀存在的電樞電流的去磁作用和電機(jī)溫度的變化，都會(huì)使得輸出電壓下降，從而破壞了輸出電壓與轉(zhuǎn)速的線性關(guān)系，特別是當(dāng)負(fù)載電阻較小，轉(zhuǎn)速較高，電流較大時(shí)，輸出電壓與轉(zhuǎn)速將

19、不再保持線性關(guān)系，如圖411所示。在測(cè)速發(fā)電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)中，提供了最小負(fù)載電阻和最高轉(zhuǎn)速，使用時(shí)應(yīng)加以注意。圖411直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)由于存在電刷和換向器的接觸結(jié)構(gòu)，所以存在對(duì)無線電有干擾、壽命短等缺點(diǎn)，使得其應(yīng)用和發(fā)展受到限制。近年來，無刷測(cè)速發(fā)電機(jī)的發(fā)展，改善了它的性能，提高了可靠性，使直流測(cè)速發(fā)電機(jī)又獲得了廣泛的應(yīng)用。目前，我國(guó)生產(chǎn)的直流測(cè)速發(fā)電機(jī)主要有CY和ZCF兩個(gè)系列。其中CY系列為永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，ZCF系列為電磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)。除此之外，為了提高直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的靈敏度，我國(guó)還研制生產(chǎn)了一種CYD系列的高靈敏度直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，其主要特點(diǎn)是電機(jī)直徑大，軸

20、向尺寸小，靈敏度高。其靈敏度比普通測(cè)速發(fā)電機(jī)高1000倍，特別適用作為低速伺服系統(tǒng)中的速度檢測(cè)元件。 二、交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)二、交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)圖412交流測(cè)速發(fā)電機(jī)原理圖 目前，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多的是空心杯形轉(zhuǎn)子的異步測(cè)速發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)形式與空心杯形轉(zhuǎn)子的交流伺服電動(dòng)機(jī)相似。定子上裝有兩個(gè)在空間相差900電角度的繞組，其中一個(gè)為勵(lì)磁繞組f，接到頻率和大小都不變的交流勵(lì)磁電壓Uf上。另一個(gè)是輸出繞組O，與高內(nèi)阻的測(cè)量?jī)x器或儀器儀表相聯(lián)，如圖412所示。 不同的是測(cè)速發(fā)電機(jī)的杯形轉(zhuǎn)子是用高電阻材料做成的，故其轉(zhuǎn)子電阻更大，壁厚為0.20.3毫米。 勵(lì)磁繞組f接到交流電源上，其電壓為Uf，

21、且其幅值和頻率均恒定不變。在勵(lì)磁電壓Uf的幅值和頻率恒定，且輸出繞組負(fù)載很小（接高電阻）時(shí)，交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比，而其頻率與轉(zhuǎn)速無關(guān)，就等于電源的頻率。因此，只要測(cè)出其輸出電壓的大小就可測(cè)出轉(zhuǎn)速的大小。若被測(cè)機(jī)械的轉(zhuǎn)向改變，則交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓在相位上發(fā)生1800的變化?？招谋D(zhuǎn)子測(cè)速發(fā)電機(jī)與直流測(cè)速發(fā)電機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，是目前較為理想的測(cè)速元件。目前，我國(guó)生產(chǎn)的空心杯轉(zhuǎn)子測(cè)速發(fā)電機(jī)為CK系列，頻率為50赫茲和400赫茲兩種，電壓等級(jí)有36伏、110伏等。技能訓(xùn)練技能訓(xùn)練訓(xùn)練項(xiàng)目訓(xùn)練項(xiàng)目 測(cè)試永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性測(cè)試永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出

22、特性 一、任務(wù)目標(biāo)一、任務(wù)目標(biāo)1了解直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的性能參數(shù)。2測(cè)試直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性。二、工具、儀器和設(shè)備二、工具、儀器和設(shè)備1直流勵(lì)磁電源和電樞電源各一套。2校正直流電機(jī)一臺(tái)。3永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)一臺(tái)。4直流電壓表、轉(zhuǎn)速表各一塊。5可調(diào)電阻器三只。三、實(shí)訓(xùn)過程三、實(shí)訓(xùn)過程1繪制測(cè)試直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出特性的實(shí)訓(xùn)電路 參考電路如圖4-13所示，電路的接線如圖4-14所示。校正直流電機(jī)MG按照他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)方式工作， fRP選用1800阻值， LR選用5400阻值， 接線。把 fRP調(diào)至最小， aRP和 LR調(diào)至最大，直流電壓表選用l00V擋，電樞電源輸出電壓調(diào)至最小，開關(guān)S3斷開。圖4

23、-13 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)參考電路圖4-14 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)訓(xùn)接線 2先接通勵(lì)磁電源開關(guān)Sl，再接通電樞電源開關(guān)S2，直流電動(dòng)機(jī)MG啟動(dòng)后，將 aRP調(diào)至最小，升高電樞電源輸出電壓并適當(dāng)減小勵(lì)磁電阻 fRP使轉(zhuǎn)速達(dá)到2000r/min。然后減小電樞電源輸出電壓并調(diào)節(jié) aRP使電動(dòng)機(jī) 逐漸減速。記錄對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速和輸出電壓，測(cè)取78組數(shù)據(jù)，記錄于表4-3中。3閉合開關(guān)S3，重復(fù)上面步驟，記錄78組數(shù)據(jù)于表4-4中。4測(cè)試結(jié)果經(jīng)指導(dǎo)教師確認(rèn)后，依次斷開開關(guān)S3、S2和S1。表4-3 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)空載輸出特性u(píng)（V）n（r/min）表4-4 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)負(fù)載輸出特性u(píng)（V）n（r/min）四、注意事項(xiàng)

24、四、注意事項(xiàng)1直流電動(dòng)機(jī)工作前必須先加勵(lì)磁，否則電動(dòng)機(jī)會(huì) “飛車”，所以接通開關(guān)的順序是S1S2S3；斷開開關(guān)的順序是S3S2S1。2啟動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)前，必須串入足夠的電樞回路電阻，否則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保護(hù)。五、技能訓(xùn)練考核評(píng)分記錄表五、技能訓(xùn)練考核評(píng)分記錄表 ( (見表見表4-5)4-5)表4-5 技能訓(xùn)練考核評(píng)分記錄表序號(hào)考核內(nèi)容考核要求配分得分1技能訓(xùn)練的準(zhǔn)備預(yù)習(xí)技能訓(xùn)練的內(nèi)容102儀器、儀表的使用正確使用萬用表、轉(zhuǎn)速表、實(shí)驗(yàn)臺(tái)等設(shè)備103直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的接線電路繪制正確、接線速度快304直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的操作通電運(yùn)行一次成功，操作規(guī)范305操作規(guī)范，數(shù)據(jù)測(cè)量正確，206合計(jì)得分7否定項(xiàng)發(fā)生重大責(zé)

25、任事故、嚴(yán)重違反教學(xué)紀(jì)律者得0分8指導(dǎo)教師簽名日期六、技能訓(xùn)練報(bào)告六、技能訓(xùn)練報(bào)告1技能訓(xùn)練項(xiàng)目名稱。2技能訓(xùn)練的任務(wù)目標(biāo)。3技能訓(xùn)練所用的工具、儀器和設(shè)備。4繪制直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的實(shí)訓(xùn)電路。5記錄實(shí)訓(xùn)的過程、現(xiàn)象和數(shù)據(jù)結(jié)果。6畫出直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性曲線 )(nfU 。 7小結(jié)、體會(huì)和建議。思考與練習(xí)思考與練習(xí)1測(cè)速發(fā)電機(jī)的作用是什么？2直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速有什么關(guān)系?若轉(zhuǎn)向改變，對(duì)輸出電壓有什么影響?3直流測(cè)速發(fā)電機(jī)使用時(shí)，為什么轉(zhuǎn)速不能過高，負(fù)載電阻不能過小?4直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要性能參數(shù)有哪些?5交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速有什么關(guān)系?若轉(zhuǎn)向改變，其輸出電壓有何變化? 任

26、務(wù)三任務(wù)三 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的作用和用途。2熟悉步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。3了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性參數(shù)和驅(qū)動(dòng)電路。4學(xué)會(huì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的操作使用方法。任務(wù)分析任務(wù)分析步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種由電脈沖控制的特殊同步電動(dòng)機(jī)，其作用是將電脈沖信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或線位移。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與一般電動(dòng)機(jī)不同。一般電動(dòng)機(jī)通電后連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則是通以電脈沖信號(hào)后一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)，每通入一個(gè)電脈沖信號(hào)只轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換，是自動(dòng)控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的執(zhí)行元件。如在數(shù)控機(jī)床、打印機(jī)、繪圖儀、機(jī)器人控制、石英鐘表等場(chǎng)合都有

27、應(yīng)用。部分步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的外形如圖4-15所示。 圖4-15 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移或線位移與脈沖數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速n或線速度v與脈沖頻率f成正比。在負(fù)載能力范圍內(nèi)，這些關(guān)系不因電源電壓、負(fù)載大小以及環(huán)境條件的波動(dòng)而變化。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來調(diào)速；能夠快速啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)。它能直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移，很適合采用微型計(jì)算機(jī)控制。相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí)一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和分類方法很多。按工作原理不同分成反應(yīng)式、永磁式和永磁感應(yīng)式三種。按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同又分為旋轉(zhuǎn)式、直線運(yùn)動(dòng)式和平面運(yùn)動(dòng)式三種。其中反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有步距小、響應(yīng)速度

28、快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)記錄儀、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等數(shù)控設(shè)備。本任務(wù)僅介紹目前應(yīng)用廣泛的反應(yīng)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用。圖416反應(yīng)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 二、反應(yīng)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)二、反應(yīng)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)反應(yīng)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有單段式和多段式兩類。目前使用最多的是單段式，其結(jié)構(gòu)示意圖如416所示。它的定子和轉(zhuǎn)子均用硅鋼片或其他軟磁性材料制成，定子磁極數(shù)為相數(shù)的兩倍，每對(duì)定子磁極上繞有一對(duì)控制繞組，被稱為一相。在定子磁極極面和轉(zhuǎn)子外緣開有分布均勻的小齒，兩者齒型和齒距相同。如果使兩者齒數(shù)恰當(dāng)配合，可實(shí)現(xiàn)使U相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子

29、小齒一一對(duì)正，而V相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒錯(cuò)開 31齒距，W相則錯(cuò)開 32齒距。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：電動(dòng)機(jī)制造簡(jiǎn)便、精確度高，每轉(zhuǎn)一步所對(duì) 應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 角（步距角）小，容易獲得較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行頻率。不足之處是當(dāng)電動(dòng)機(jī)直徑較小而相數(shù)又較多時(shí)，徑向分相困難。 三、工作原理三、工作原理圖417所示為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理圖。當(dāng)U相繞組通入直流電（或電脈沖）時(shí)，轉(zhuǎn)子被定子磁場(chǎng)磁化，磁場(chǎng)力將轉(zhuǎn)子軸線拉至與U相繞組軸線重合位置。此時(shí)若切換為V相繞組通電（或電脈沖），則轉(zhuǎn)子在定、轉(zhuǎn)子間磁場(chǎng)力的作用下沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)600。每轉(zhuǎn)動(dòng)一步，轉(zhuǎn)子可以準(zhǔn)確自鎖，不會(huì)因慣性而發(fā)生錯(cuò)位。上述所講的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的“三相”不同

30、于交流電的“三相”，它只表明定子圓周上有三套獨(dú)立的控制繞組，但不能同時(shí)通電。在工程技術(shù)上，從一相通電切換到另一相通電稱為一拍，而三相依次通電的運(yùn)行方式稱為三相單三拍運(yùn)行方式。在使用中，為了減小步距角，還可UV兩相同時(shí)通電，使轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)至UV兩相之間的軸線上。這類按UVVWWU的順序，兩相同時(shí)依次通電的運(yùn)行方式稱為三相雙三拍運(yùn)行方式。此外還可按UUVVVWWWU的組合方式依次通電，稱為三相六拍運(yùn)行方式，其步距角更小。圖417反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理圖為了進(jìn)一步減小步距角，多采用圖417所示的槽齒結(jié)構(gòu)。在U相通電時(shí)，U相磁極小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對(duì)正，V相磁極小齒與轉(zhuǎn)子小齒錯(cuò)開 31齒距，而W相定、轉(zhuǎn)子軸

31、線間則錯(cuò)開 32齒距。若切換為V相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)過 31齒距，而W相定、轉(zhuǎn)子軸線間則錯(cuò)開 32齒距。若切換為V相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)過 31齒距的角度，使V相磁極小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對(duì)正。此時(shí)W相定、轉(zhuǎn)子軸線間只錯(cuò)開 31齒距。當(dāng)V相斷電，W相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過 31齒距，使W相磁極小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對(duì)正。由此可得出如下結(jié)論，設(shè)轉(zhuǎn)子齒數(shù)為Z，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)拍數(shù)為N，則轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距， 相當(dāng)于在空間轉(zhuǎn)過了 Z0360，而每一拍所轉(zhuǎn)角度又為齒距的 N1，所以步距角為 ZNs0360可以看出，步距角與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)成反比，與拍數(shù)成反比。例如，對(duì)于Z=40的三相三拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其步距角為30

32、。工程技術(shù)上，步進(jìn)電機(jī)廣泛用于數(shù)字控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。四、性能指標(biāo)四、性能指標(biāo)1步距角:指輸入一個(gè)電脈沖信號(hào),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子相應(yīng)的角位移,用度數(shù)表示,又稱脈沖當(dāng)量。2精度:指靜態(tài)步距角誤差和靜態(tài)步距角的積累誤差。3起動(dòng)轉(zhuǎn)距:指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)突然起動(dòng)而不失步的最大輸出轉(zhuǎn)距。4最高起動(dòng)頻率:指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)和停止時(shí)不失步的最高頻率。5運(yùn)行頻率:指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在額定條件下無失步運(yùn)行的最高頻率。五、驅(qū)動(dòng)電源五、驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是由專用的驅(qū)動(dòng)電源來供電的，驅(qū)動(dòng)電源和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一個(gè)有機(jī)的整體。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能是由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電源兩者配合所反應(yīng)出來的綜合效果。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，基

33、本上包括高頻信號(hào)源，脈沖分配器和脈沖放大器三個(gè)部分，如圖418所示。圖418步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源 變頻信號(hào)是一個(gè)頻率從十赫茲到幾十千赫可連續(xù)變化的信號(hào)發(fā)生器，變頻信號(hào)源可以采用多種線路，最常見的有多諧振蕩器和單結(jié)晶體管構(gòu)成的馳張振蕩器兩種。它們都是通過調(diào)節(jié)電阻R和電容C的大小來改變電容充放電的時(shí)間常數(shù)，以達(dá)到選取脈沖信號(hào)頻率的目的。脈沖分配器是由門電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路，它根據(jù)指令把脈沖信號(hào)按一定的邏輯關(guān)系加到放大器上，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按一定的運(yùn)行方式運(yùn)轉(zhuǎn)。從脈沖分配器輸出的電流只有幾個(gè)毫安，不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)需要幾安到幾十安培電流，因此在脈沖分配器后面都裝有功率放大

34、電路，用放大后的信號(hào)去推動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 技能訓(xùn)練技能訓(xùn)練訓(xùn)練項(xiàng)目訓(xùn)練項(xiàng)目 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行與基本特性的測(cè)定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行與基本特性的測(cè)定一、任務(wù)目標(biāo)一、任務(wù)目標(biāo)1了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源和接線操作。2學(xué)會(huì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本特性的測(cè)定方法。二、工具、儀器和設(shè)備二、工具、儀器和設(shè)備1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制箱一臺(tái)，如圖4-19所示。圖4-19 步進(jìn)電機(jī)控制箱 圖4-20 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 2三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，如圖4-20所示。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制箱面板控制鍵盤功能說明:設(shè)置鍵 手動(dòng)單步運(yùn)行方式和連續(xù)運(yùn)行各方式的選擇。拍數(shù)鍵 單三拍、雙三拍、三相六拍等運(yùn)行方式的選擇。相數(shù)鍵 電機(jī)相數(shù) (三相、四相、五相)的

35、選擇。轉(zhuǎn)向鍵 電機(jī)正、反轉(zhuǎn)選擇。數(shù)位鍵 預(yù)置步數(shù)的數(shù)據(jù)位設(shè)置。數(shù)據(jù)鍵 預(yù)置步數(shù)位的數(shù)據(jù)設(shè)置。執(zhí)行鍵 執(zhí)行當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。復(fù)位鍵 由于意外原因?qū)е孪到y(tǒng)死機(jī)時(shí)按此鍵復(fù)位。三、實(shí)訓(xùn)過程三、實(shí)訓(xùn)過程1 1開啟電源開關(guān)，面板上的三位數(shù)字頻率計(jì)將顯示000。由六位LED數(shù)碼管組成的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)顯示器自動(dòng)進(jìn)入：9999888877776666555544443333222211110000動(dòng)態(tài)自檢過程，而后顯示停止在系統(tǒng)的初態(tài)。2 2控制系統(tǒng)試運(yùn)行暫不接步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組，開啟電源進(jìn)入系統(tǒng)初態(tài)后，即可進(jìn)入試運(yùn)行操作。先用設(shè)置鍵設(shè)置成手動(dòng)單步運(yùn)行方式，按執(zhí)行鍵后觀察顯示情況；再設(shè)置成連續(xù)運(yùn)行方式，觀察按下執(zhí)行

36、鍵后的顯示情況；最后轉(zhuǎn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)旋鈕，觀察脈沖和運(yùn)行狀態(tài)的顯示情況。3 3單步操作運(yùn)行將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組與控制箱面板的輸出端相連接，設(shè)置成手動(dòng)單步運(yùn)行方式，按執(zhí)行鍵。4 4觀察步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電脈沖頻率與轉(zhuǎn)速關(guān)系控制系統(tǒng)置連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，按執(zhí)行鍵，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)旋鈕使頻率升高，觀察步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況。5 5空載突跳頻率的測(cè)定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)旋鈕使頻率提高至某頻率 (自動(dòng)指示當(dāng)前頻率)。按設(shè)置鍵讓步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，再重新啟動(dòng)電機(jī) (按執(zhí)行鍵)，觀察電動(dòng)機(jī)能否運(yùn)行正常；如正常，則繼續(xù)提高頻率，直至電動(dòng)機(jī)不失步啟動(dòng)的最高頻率，則該頻率為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的空載突跳頻率。 st

37、f Hz。 6 6空載最高連續(xù)工作頻率的測(cè)定 步進(jìn)電機(jī)空載連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后緩慢調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)旋鈕使頻率提高，仔細(xì)觀察電動(dòng)機(jī)是否失步；如不失步，則再緩慢提高頻率，直至電動(dòng)機(jī)能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高頻率，則該頻率為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載最高連續(xù)工作頻率， 0f Hz。 五、技能訓(xùn)練考核評(píng)分記錄表五、技能訓(xùn)練考核評(píng)分記錄表 (見表見表4-6)表4-6 技能訓(xùn)練考核評(píng)分記錄表序號(hào)考核內(nèi)容考核要求配分得分1技能訓(xùn)練的準(zhǔn)備預(yù)習(xí)技能訓(xùn)練的內(nèi)容102儀器、儀表的使用正確使用萬用表、轉(zhuǎn)速表、實(shí)驗(yàn)臺(tái)等設(shè)備103控制系統(tǒng)試運(yùn)行電路繪制正確、操作規(guī)范304基本特性的測(cè)定操作規(guī)范，結(jié)果正確505合計(jì)得分6否定項(xiàng)發(fā)生重大責(zé)任事故、嚴(yán)重違反教學(xué)紀(jì)

38、律者得0分7指導(dǎo)教師簽名日期六、技能訓(xùn)練報(bào)告六、技能訓(xùn)練報(bào)告1技能訓(xùn)練項(xiàng)目名稱。2技能訓(xùn)練的任務(wù)目標(biāo)。3技能訓(xùn)練所用的工具、儀器和設(shè)備。4實(shí)訓(xùn)的電氣原理框圖。5實(shí)訓(xùn)的數(shù)據(jù)，結(jié)果分析。6小結(jié)、體會(huì)和建議。 思考與練習(xí)思考與練習(xí)1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的作用是什么?其轉(zhuǎn)速是由哪些因素決定的?2什么是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角？一臺(tái)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以有兩個(gè)步距角，這是什么意思?什么是單三拍、雙三拍和六拍工作方式？3一臺(tái)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可采用三相單三拍或三相單雙六拍工作方式，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z=50，電源頻率 kHzf2，分別計(jì)算兩種工作方式的步距角和轉(zhuǎn)速。 4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率與負(fù)載大小有什么關(guān)系?5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)

39、動(dòng)電路包括哪些部分？6 一臺(tái)五相十拍運(yùn)行的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，z=48，f=600Hz，試求 s 和n各為多少？ 7步距角為1.50.75的反應(yīng)式三相六拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有多少齒?若頻率為2000Hz，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是多少？ 任務(wù)四任務(wù)四 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī) 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)、分類和基本工作原理。2了解永磁式直線無刷直流電動(dòng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)與優(yōu)點(diǎn)。3了解直線電動(dòng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用。任務(wù)分析任務(wù)分析直線電動(dòng)機(jī)直接實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，從而消除了旋轉(zhuǎn)電機(jī)由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)，使精度提高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。在鐵路運(yùn)輸上，直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可以用于400500 km/h的超高速列車。在生產(chǎn)線上，各種

40、傳送帶已開始采用直線電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)代機(jī)床加工設(shè)備中，采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與定位。在儀器儀表系統(tǒng)中，直線電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)、指示和測(cè)量的應(yīng)用更加廣泛，如快速記錄儀、X-Y繪圖儀、磁頭定位系統(tǒng)、光驅(qū)中軌跡的聚集與跟蹤。直線電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入運(yùn)輸行業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備和家庭自動(dòng)化等許多領(lǐng)域。部分直線電動(dòng)機(jī)及應(yīng)用如圖4-21和4-22所示。直線電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在原理上相同。本任務(wù)以直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和直線直流電動(dòng)機(jī)為例，介紹直線電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、原理、主要結(jié)構(gòu)形式和實(shí)際應(yīng)用。 圖4-21 直線電機(jī)圖4-22（a）直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的加工中心圖4-22（b）直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)超高速列車相關(guān)知識(shí)相關(guān)知

41、識(shí)一、直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一、直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1 1結(jié)構(gòu)與分類結(jié)構(gòu)與分類直線電動(dòng)機(jī)是一種作直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。它可以看成是從旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演化而來的，如圖4-23所示。從原理上講，每種旋轉(zhuǎn)電機(jī)都有與之相對(duì)應(yīng)的直線電動(dòng)機(jī)。直線電動(dòng)機(jī)也分異步，同步、步進(jìn)、有刷直流、無刷直流等各種類型。直線電動(dòng)機(jī)按工作原理可分為直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線直流電動(dòng)機(jī)、直線無刷直流電動(dòng)機(jī)、直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。 圖4-23 直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)a)旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī) b)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子分別對(duì)應(yīng)直線電動(dòng)機(jī)的初級(jí)和次級(jí)。直線電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)部分既可以是初級(jí)，也可以是次級(jí)。按初級(jí)運(yùn)動(dòng)還是次級(jí)運(yùn)動(dòng)可以把直線電動(dòng)機(jī)分為動(dòng)初級(jí)和動(dòng)次級(jí)兩種。為了

42、在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持初級(jí)和次級(jí)耦合，初級(jí)側(cè)或次級(jí)側(cè)中的一側(cè)必須做得較長(zhǎng)。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)常見的形式有平板形和圓筒形兩種，如圖4-24所示。圖4-24 平板形和圓筒形直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)a)平板形 b)圓筒形在直線電動(dòng)機(jī)的制造中，既可以是初級(jí)短、次級(jí)長(zhǎng)，也可以是初級(jí)長(zhǎng)、次級(jí)短。前者稱為短初級(jí)，后者稱為短次級(jí)。由于短初級(jí)的制造成本、運(yùn)行費(fèi)用均比短次級(jí)低得多，因此，除特殊場(chǎng)合外，一般均采用短初級(jí)結(jié)構(gòu)。僅在一邊安放初級(jí)，這種結(jié)構(gòu)形式的直線電動(dòng)機(jī)稱為單邊型直線電動(dòng)機(jī)。單邊平板形直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)對(duì)次級(jí)存在著較大的電磁拉力，而雙邊平板形則可消除對(duì)次級(jí)的電磁拉力，有利于電動(dòng)機(jī)的工作。短初級(jí)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖

43、4-25所示。圖4-25 平板形直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)a)單邊短初級(jí) b) 雙邊短初級(jí)平板形直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的次級(jí)形式較多。最常用的是帶狀軟鋼板或直接用角鋼、丁字鋼、工字鋼等來做次級(jí)。平板形直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率較大，多用在工業(yè)生產(chǎn)的傳送帶和鐵路運(yùn)輸上。圓筒形結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是沒有繞組端部，不存在橫向邊緣效應(yīng)，次級(jí)的支撐也比較方便。缺點(diǎn)是鐵心必須沿圓周疊片，才能減小由交變磁通在鐵心中感應(yīng)的渦流，這在工藝上比較復(fù)雜；散熱條件也比較差。圓筒形直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)功率較小，它的行程也相對(duì)小些，一般只有0.52.0m左右。 2 2工作原理工作原理直線電動(dòng)機(jī)的初級(jí)三相繞組通入三相交流電后，就會(huì)在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)沿直線移動(dòng)的正弦波

44、磁場(chǎng)，其移動(dòng)方向由三相交流電的相序決定，如圖4-26所示。顯然該行波磁場(chǎng)的移動(dòng)速度與普通電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定子內(nèi)圓表面的線速度相等。 圖4-26 直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理行波磁場(chǎng)切割次級(jí)上的導(dǎo)體后，在導(dǎo)體中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)和電流，該電流與氣隙磁場(chǎng)作用，在次級(jí)中產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動(dòng)次級(jí)沿著行波磁場(chǎng)移動(dòng)的方向作直線運(yùn)行，或者利用反作用力驅(qū)動(dòng)初級(jí)朝相反的方向運(yùn)動(dòng)。如果改變直線電動(dòng)機(jī)初級(jí)繞組的通電相序，即可改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方向。因此直線電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)往返直線運(yùn)動(dòng)。 3 3用途及特點(diǎn)用途及特點(diǎn)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于各種直線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，如精密數(shù)控機(jī)床、加工中心、電磁錘、高速?zèng)_壓設(shè)備、傳送帶自動(dòng)搬運(yùn)裝置、帶鋸

45、、直線打樁機(jī)以及高速列車、電動(dòng)門等。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；散熱條件好，額定值高；適宜于高速運(yùn)行；能承擔(dān)特殊任務(wù)，如液態(tài)金屬的運(yùn)輸、加工等。其缺點(diǎn)是氣隙大，功率因數(shù)低，力能指標(biāo)差，低速運(yùn)行時(shí)需采用低頻電源，使控制裝置復(fù)雜。二、直線直流電動(dòng)機(jī)二、直線直流電動(dòng)機(jī)直線直流電動(dòng)機(jī)分為永磁式直線直流電動(dòng)機(jī)和永磁式直線無刷直流電動(dòng)機(jī)。1 1永磁式直線直流電動(dòng)機(jī)永磁式直線直流電動(dòng)機(jī)永磁式直線直流電動(dòng)機(jī)主要有：音圈電機(jī)、框架式永磁直線直流電動(dòng)機(jī)。(1)(1)音圈電機(jī)音圈電機(jī) 圖4-27是可動(dòng)線圈型直線電動(dòng)機(jī)的一種，在磁鋼產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)內(nèi)放大線圈，磁場(chǎng)與流過線圈的電流相互作用產(chǎn)生電磁力，效率

46、較高。因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)與電動(dòng)式揚(yáng)聲器的音頻線圈部分相似，所以叫音頻線圈電動(dòng)機(jī)。音圈的一部分 (指長(zhǎng)音圈外磁式)或全部 (指短音圈內(nèi)磁式)處于永久磁鐵發(fā)出的恒定磁場(chǎng)中，音圈繞組通大電流，就會(huì)產(chǎn)生推動(dòng)音圈移動(dòng)的電磁力。電磁力的大小與方向取決于通入音圈的電流的大小和極性。圖4-27音圈電動(dòng)機(jī)剖面圖 由于音圈式直線直流電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)均勻，僅線圈移動(dòng) (內(nèi)鐵心不動(dòng))，所以重量輕、慣量小，因此這種電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)頻率很高。磁盤存儲(chǔ)器中用轉(zhuǎn)臂式音圈電機(jī)控制磁頭，使速度和位置精度大為提高，從而提高了磁盤存儲(chǔ)器的容量和工作速度，如圖4-28所示。圖4-28 HDD硬盤中的音圈型電動(dòng)機(jī) 圖4-29 （單極）動(dòng)圈型結(jié)構(gòu)(2)

47、(2)框架式永磁直線直流電動(dòng)機(jī)框架式永磁直線直流電動(dòng)機(jī) 框架式永磁直線直流電動(dòng)機(jī)可以做成動(dòng)鐵型，也可以做成動(dòng)圈型。動(dòng)圈型結(jié)構(gòu)如圖4-29所示，在軟鐵架兩端裝有極性同向放置的兩塊永磁體，通電線圈可在滑道上做直線運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)具有體積小、成本低和效率高等優(yōu)點(diǎn)。動(dòng)圈型結(jié)構(gòu)因?yàn)橹挥芯€圈的動(dòng)作，所以具有成本低、效率高、體積小、慣性小、響應(yīng)快速的優(yōu)點(diǎn)。但必須要有給可動(dòng)部分送電用的引線，這在耐用性方面多少有些不利。對(duì)此，可把永久磁鐵做成可動(dòng)部分，線圈繞在一個(gè)軟鐵框架上，線圈的長(zhǎng)度要包括整個(gè)行程。動(dòng)鐵型結(jié)構(gòu)如圖4-30所示，在這種情況下，不再是單極結(jié)構(gòu)，而是多極，線圈也是兩組。 圖4-30 可動(dòng)磁鐵型直線直流電動(dòng)機(jī)a)鐵心磁路閉合型 b) 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱型2 2永磁式直線無刷直流電動(dòng)機(jī)永磁式直線無刷直流電動(dòng)機(jī)(1)1)工作原理工作原理 永磁式直線無刷直流電動(dòng)機(jī)是從旋轉(zhuǎn)無刷直流電動(dòng)機(jī)演變而來的。圖4-31表示其工作原理。永磁式直線無刷直流電動(dòng)機(jī)的推力是由定子中的電樞電流和動(dòng)子的永磁磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的。由于電子換向的作用，使電樞繞組的電流輪流變化，在動(dòng)子中產(chǎn)生恒定方向的推力。圖4-31 永磁式直線無刷直流電動(dòng)機(jī)的原理 a) 永磁式直線無刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) b) 電子換向