印刷光電技術(shù)第三章

《印刷光電技術(shù)》

（第1版）主編：錢軍浩目錄第一章緒論第二章印刷設(shè)備常用低壓電器第三章印刷設(shè)備中常用電機(jī)與控制第四章印刷設(shè)備中基本控制電路第五章印刷設(shè)備中常用的控制電路第六章常用機(jī)型典型電路分析第七章印刷過程控制系統(tǒng)第八章印刷機(jī)電氣維修第三章印刷設(shè)備中常用電機(jī)與控制

主講人：錢軍浩印刷設(shè)備中常用的電機(jī)主要分兩類:一類是驅(qū)動電機(jī)，一類是控制電機(jī)。驅(qū)動電機(jī)是印刷設(shè)備的主要動力源，包括各種類型的交、直流電動機(jī)。交流異步電動機(jī)較之其它類型的電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，運行可靠，維護(hù)方便，某些印刷機(jī)或者輔助用電動機(jī)在不要求調(diào)速時可采用;大多數(shù)印刷機(jī)要求調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，則可選用直流電動機(jī)、整流子式電動機(jī)或電磁調(diào)速異步電動機(jī)(滑差電動機(jī))?？刂齐姍C(jī)也叫特種電動機(jī)，常見的有步進(jìn)電動機(jī)、伺服電動機(jī)、測速發(fā)電機(jī)等，這些電機(jī)不是作為動力來使用的，它的主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換和傳遞控制信號，能量的傳遞是次要的。為避免與電工學(xué)重復(fù)，本章重點介紹直流電動機(jī)、三相交流整流子式電動機(jī)、電磁調(diào)速異步電動機(jī)三種調(diào)速電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)、伺服電動機(jī)、測速發(fā)電機(jī)這三種特種電機(jī)及其控制。第一節(jié)直流電動機(jī)直流電動機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。它與交流電動機(jī)(如三相異步電動機(jī))相比，雖然因結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高、故障較多等，目前已不如交流電動機(jī)應(yīng)用普遍，但由于它具有優(yōu)良的調(diào)速性能和較大的起動轉(zhuǎn)矩，在印刷設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。本節(jié)僅就直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理、直流電動機(jī)的分類及在印刷設(shè)備中的應(yīng)用、直流電動機(jī)的起動與調(diào)速做一簡單介紹。一、直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1．直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)。直流電動機(jī)主要由磁極、電樞、換向器三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。(1)磁極磁極是電動機(jī)中產(chǎn)生磁場的裝置，如圖3-2所示。它分成極心1和極掌2兩部分。極心上放置勵磁繞組3，極掌的作用是使電動機(jī)空氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布最為合適，并用來擋住勵磁繞組;磁極是用鋼片疊成的，固定在機(jī)座4(即電機(jī)外殼)上;機(jī)座也是磁路的一部分。機(jī)座常用鑄鋼制成。(2)電樞。電樞是電動機(jī)中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分。直流電動機(jī)的電樞是旋轉(zhuǎn)的，電樞鐵心呈圓柱狀，由硅鋼片疊成，表面沖有槽，槽中放有電樞繞組，如圖3-3所示。(3)換向器(整流子)。換向器是直流電動機(jī)的一種特殊裝置，其外形如圖3-4所示，主要由許多換向片組成，每兩個相鄰的換向片中間是絕緣片。在換向器的表面用彈簧壓著固定的電刷，使轉(zhuǎn)動的電樞繞組得以同外電路聯(lián)接。換向器是直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，易于識別。2．直流電動機(jī)的工作原理

圖3-5是直流電動機(jī)的示意圖。若在A、B之間外加一個直流電壓，A接電源正極，B接負(fù)極，則線圈中有電流流過。當(dāng)線圈處于圖3-5所示位置時，有效邊ab在N極下，cd在S極上，兩邊中的電流方向為a→b，c→d。由安培定律可知，ab邊和cd邊所受的電磁力為：F=BLI式中，I為導(dǎo)線中的電流，單位為安(A)。根據(jù)左手定則知，兩個F的方向相反，如圖3-5所示，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)使線圈逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過180o時，cd邊處于N極下，ab邊處于S極上。由于換向器的作用，使兩有效邊中電流的方向與原來相反，變?yōu)閐→c、b→a，這就使得兩極面下的有效邊中電流的方向保持不變，因而其受力方向，電磁轉(zhuǎn)矩方向都不變。由此可見，正是由于直流電動機(jī)中采用了換向器結(jié)構(gòu)，使電樞線圈中受到的電磁轉(zhuǎn)矩保持不變，在這個電磁轉(zhuǎn)矩作用下使電樞按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。這時電動機(jī)可作為原動機(jī)帶動生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，即由電動機(jī)向機(jī)械負(fù)載輸出機(jī)械功率。二、直流電動機(jī)的分類及其特性在直流電動機(jī)中，除了必須給電樞繞組外接直流電源外，還要給勵磁繞組通以直流電流用以建立磁場。電樞繞組和勵磁繞組可以用兩個電源單獨供電，也可以由一個公共電源供電。按勵磁方式的不同，直流電動機(jī)可以分為他勵、并勵、串勵和復(fù)勵等形式。由于勵磁方式不同，它們的特性也不同。1．他勵電動機(jī)

他勵電動機(jī)的勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個電源供電，如圖3-6所示。他勵電動機(jī)由于采用單獨的勵磁電源，設(shè)備較復(fù)雜。但這種電動機(jī)調(diào)速范圍很寬，在印刷設(shè)備中多用于主機(jī)拖動中，例如:JJ2O1型卷筒紙雙面雙色膠印機(jī)的主電動機(jī)，即采用直流他勵式電動機(jī)。2．并勵電動機(jī)

并勵電動機(jī)的勵磁繞組是和電樞繞組并聯(lián)后由同一個直流電源供電，如圖3-7所示，這時電源提供的電流I等于電樞電流Ia和勵磁電流If之和，即I=Ia十If。并勵電動機(jī)勵磁繞組的特點是導(dǎo)線細(xì)、匝數(shù)多、電阻大、電流小。這是因為勵磁繞組的電壓就是電樞繞組的端電壓，這個電壓通常較高。勵磁繞組電阻大，可使If減小，從而減小損耗。由于If較小，為了產(chǎn)生足夠的主磁通Φ，就應(yīng)增加繞組的匝數(shù)。由于If較小，可近似為I=Ia。并勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性較好，在負(fù)載變動時，轉(zhuǎn)速變化很小，并且轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方便，調(diào)節(jié)范圍大，啟動轉(zhuǎn)矩較大。因此在印刷機(jī)械中應(yīng)用廣泛。例如:YBF-103型圓盤式雙頭包封面機(jī)的傳動主電機(jī)，采用的是容量為2.2kW的并勵直流電動機(jī)；J2106型膠印機(jī)的水輥傳動機(jī)構(gòu)，采用的是微型并勵直流電動機(jī)，并通過可控硅裝置來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)水輥供水量。3．串勵電動機(jī)

串勵電動機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)之后接直流電源，如圖3-8所示。串勵電動機(jī)勵磁繞組的特點是其勵磁電流If就是電樞電流Ia這個電流一般比較大，所以勵磁繞組導(dǎo)線粗、匝數(shù)少，它的電阻也較小。串勵電動機(jī)多用于負(fù)載在較大范圍內(nèi)變化的和要求有較大起動轉(zhuǎn)矩的印刷設(shè)備中。4．復(fù)勵電動機(jī)

這種直流電動機(jī)的主磁極上裝有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，另一個與電樞繞組并聯(lián)，如圖3-9所示，所以復(fù)勵電動機(jī)的特性兼有串勵電動機(jī)和并勵電動機(jī)的特點，所以也被廣泛應(yīng)用。在以上四種類型的直流電動機(jī)中，以并勵直流電動機(jī)和他勵直流電動機(jī)在印刷設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，現(xiàn)舉例介紹。(1)由于直流電動機(jī)的起動力矩大，能在很大的范圍內(nèi)均勻而經(jīng)濟(jì)的調(diào)速，因此常用于主機(jī)的拖動。例如:JJ2O1型卷筒紙雙面雙色膠印機(jī)的主電機(jī)，為直流他勵電動機(jī)，型號是:Z2-81D2型，功率3OkW，調(diào)速范圍150～15Oor/min，調(diào)速比為1:10。(2)除用于主機(jī)驅(qū)動外，直流電機(jī)也常用于水輥和墨輥的傳動機(jī)構(gòu)。J2106型膠印機(jī)水輥傳動，采用l1E03型微型并勵直流電動機(jī)，勵磁繞組是以固定電壓供電。為保證印刷過程中水輥有一定的供水量，該直流電機(jī)的調(diào)速，是由可控硅來控制電樞繞組電流的大小完成的，可控硅通過單相阻容移相電路來控制。JJ2O1型膠印機(jī)的給水給墨傳動機(jī)構(gòu)也是采用直流電動機(jī)來驅(qū)動和調(diào)速的。三、直流電動機(jī)的起動與調(diào)速

直流電動機(jī)的使用主要包括起動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)和制動等。這里首先討論直流電動機(jī)的電磁特性，然后以并勵直流電動機(jī)為例討論其起動和調(diào)速情況。1．直流電動機(jī)的電磁特性

直流電動機(jī)的電樞繞組電流Ia與磁通Φ相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩T的大小為:T=KT·φ·Ia式中，KT一與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；φ一磁極磁通量，單位是韋伯(Wb)；Ia一電樞電流，單位是安(A)；T一電磁轉(zhuǎn)矩。在這個電磁轉(zhuǎn)矩T作用下電樞轉(zhuǎn)動，這時電樞因切割磁力線而產(chǎn)生電動勢E。E=KE·φ·n式中：φ—磁極磁通量，單位：韋伯(Wb);n—電樞轉(zhuǎn)速，單位：r/min;KE—與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)常數(shù);E—感生電動勢，單位：伏特(V)。顯然這個電動勢E是一反電動勢，故加在電樞繞組的端電壓分為兩部分:其一是用來平衡反電動勢;其二為電樞繞組的電壓降，如圖3-10所示。因此直流電動機(jī)電樞的電壓平衡方程式為:U=E十IaRa式中：U——電樞外加電源電壓;IaRa——電樞繞組的電阻和電流。電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。因此，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T必須與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩及空載損耗轉(zhuǎn)矩相平衡。當(dāng)軸上的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，則電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、反電動勢、電流及電磁轉(zhuǎn)矩將自動進(jìn)行調(diào)整，似適應(yīng)負(fù)載的變化，保持新的平衡。例如，當(dāng)負(fù)載增加時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩便暫時小于阻轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)速下降。隨著轉(zhuǎn)速的下降，當(dāng)磁通φ不變時，反電動勢E必將減小，而電樞電流Ia將增加，于是電磁轉(zhuǎn)矩也隨著增加。直到電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到新的平衡后轉(zhuǎn)速不再下降，而電動機(jī)則以較原先更低的轉(zhuǎn)速運行。在電源電壓U和勵磁電路的電阻Rf不變的情況下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系n=f(T)稱為電動機(jī)的機(jī)械特性。

由上面討論的電磁關(guān)系可知:在上式中，是T=0時的轉(zhuǎn)速，實際上是不存在的，因為即使電動機(jī)軸上沒有加機(jī)械負(fù)載，電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩也不可能為零，它還要平衡空載損耗轉(zhuǎn)矩。所以n0稱為理想空載轉(zhuǎn)速。式中的是轉(zhuǎn)速降。它表示：當(dāng)負(fù)載增加時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。轉(zhuǎn)速降是電樞電阻Ra引起的。當(dāng)負(fù)載增加時，Ia增大，IaRa增大，由于電源電壓U是一定的，這就使反電動勢E減小，也就是轉(zhuǎn)速n降低了。并勵電動機(jī)的機(jī)械特性曲線如圖3-1l所示。由于Ra很小，在負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速的變化不大。因此并勵電動機(jī)具有硬的機(jī)械特性。2．并勵電動機(jī)的起動

電動機(jī)接通電源，轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動起來最后達(dá)到穩(wěn)定運行。由靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)這段過程稱為起動過程。并勵電動機(jī)在穩(wěn)定運行時，其電樞電流為：因為電樞電阻Ra很小，所以電源電壓U和反電動勢E極為接近。在電動機(jī)起動的初始瞬間，n=O，所以E=KE·φ·n=O。這時的電樞電流為:I=U/Ra由于Ra很小，起動電流將達(dá)到額定電流的10～20倍，這是不允許的。因為并勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩正比于電樞電流，所以它的起動轉(zhuǎn)矩也太大，會產(chǎn)生機(jī)械沖擊，使傳動機(jī)械(例如齒輪)遭受損壞，因此，必須限制起動電流。限制起動電流的方法是起動時在電樞電路中串接起動電阻Rst(圖3-12)。這時電樞中的起動電流初始值為:而起動電阻則可由上式確定，即:一般規(guī)定起動電流不應(yīng)超過額定電流的1.5～2.5倍。起動時，應(yīng)將起動電阻放在最大值處，待起動后，隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，將它逐段切除。起動電阻是按短期使用設(shè)計的，不能長期接在電樞電路中。例3-1Z2-61型并勵電動機(jī)，Pn=lOkW，U=220V，In=53.8A，nn=15O0r/min，Ra=0.3Ω，最大勵磁功率Pfm=260W。試求(1)直接起動時起動電流為額定電樞電流的幾倍;(2)起動電流限制在額定電樞電流2倍時的起動電阻值。解:起動時勵磁電流為最大值:Ifm=Pfm/U=260/220=1.18(A)

電樞額定電流：Ian=In-Ifm=53.8-1.18=52.6(A)

直接起動時起動電流為：Is=U/Ra=220/0.3=733(A)

起動電流為額定電樞電流的倍數(shù)=Is/Ian=733/52.6=13.9若將起動電流限制為額定電樞電流的2倍，即：則起動電阻值為：這種電阻起動法廣泛應(yīng)用于小型直流電動機(jī)，較大容量和經(jīng)常起動的電動機(jī)常采用降壓起動法，依靠降低電動機(jī)端電壓來限制起動電流。降壓起動需要一套調(diào)壓供電裝置作為電動機(jī)電源，常用于他勵電動機(jī)，只降低電樞兩端電壓，勵磁電壓保持不變。需注意的是，直流電動機(jī)在起動或工作時，勵磁電路必須保持接通狀態(tài)，不能讓它斷開(起動時要滿勵磁)。否則，由于磁路中只有很小的剩磁，可能發(fā)生下述事故。①如果電動機(jī)是靜止的，因轉(zhuǎn)矩太小(T=KTφIa)，不能起動；由于反電動勢為零，電樞電流很大，電樞繞組有被燒壞的危險。②如果電動機(jī)在有載運行時斷開勵磁電路，電動勢立即減小而使電樞電流增大；同時由于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不能滿足負(fù)載需要，電動機(jī)必將減速而停轉(zhuǎn)，更加促使電樞電流的增大，以致燒毀電樞和換向器。③如果電動機(jī)空載運行，它的轉(zhuǎn)速可能上升到很高的值(這種事故叫“飛車”)，使電機(jī)遭受嚴(yán)重的機(jī)械損傷，而且還會因電樞電流過大將繞組燒毀。3．直流電動機(jī)的調(diào)速

并勵或他勵直流電動機(jī)與交流異步電動機(jī)相比，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，維修也不方便，但是在調(diào)速性能上有其獨特的優(yōu)點。因為鼠籠式電動機(jī)在一般情況下是不能調(diào)速的，更不能無級調(diào)速，因此，對調(diào)速要求高的印刷設(shè)備，均采用直流電動機(jī)。這是因為直流電動機(jī)能無級調(diào)速，機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)比較簡單。由直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：可知，改變Ra、φ和U中的任意一個值，都可使轉(zhuǎn)速改變，改變電樞電路中外接電阻的方法也可進(jìn)行調(diào)速。但其缺點是耗電多，電機(jī)機(jī)械特性軟，調(diào)速范圍小，且只能進(jìn)行有級調(diào)速，故這種方法目前已較少采用?，F(xiàn)常用的對直流電動機(jī)調(diào)速的方法有調(diào)磁法和調(diào)壓法。(1)調(diào)磁法。即改變磁通量φ。當(dāng)保持電源電壓U為額定值時，調(diào)節(jié)Rf，改變勵磁電流If以改變磁通量，如圖3-13所示。由于:可知磁通φ減少時，n0升高，轉(zhuǎn)速降Δn增大，但后者與Φ2成反比，所以磁通愈小，機(jī)械特性曲線愈陡，但仍具有一定硬度，如圖3-14所示。在一定負(fù)載下，Φ愈小，則n愈高。由于電動機(jī)在額定狀態(tài)運行時，它的磁路已接近飽和，所以通常都是減小磁通(Φ<Φn)，將轉(zhuǎn)速往上調(diào)(n>nn)。調(diào)速的過程是：當(dāng)電壓U保持恒定時，減小磁通ф。由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，于是反電動勢E=KE·ф·n就減小，Ia隨之增加。由于Ia增加的影響超過ф減小的影響，所以轉(zhuǎn)矩T=KTфIa也就增加。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，則T>Tc轉(zhuǎn)速n上升。隨著n的升高，反電動勢E增大，Ia和T也隨著減小，直到T=Tc時為止。但這時轉(zhuǎn)速已比原來升高了。必須指出，若電動機(jī)在額定狀態(tài)下運行，則電樞電流Ia為額定值，如果調(diào)速時負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍舊保持不變(為額定值)，由于T=KTфIa,故減小磁通量ф后Ia必然超過額定值，因此調(diào)速后負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須減小。這種調(diào)速方法適用于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比而輸出功率基本不變(恒功率調(diào)速)的場合。這種調(diào)速方法有3個優(yōu)點:①調(diào)速平滑，可無級調(diào)速;②調(diào)速經(jīng)濟(jì)，控制方便；③機(jī)械特性較硬，穩(wěn)定性較好。這種調(diào)速方法的局限是轉(zhuǎn)速只能升高，即調(diào)速后的轉(zhuǎn)速要超過額定轉(zhuǎn)速。因為電機(jī)不允許超速太多，因此限制了它的調(diào)速范圍。在實際工作中，這種方法常作為電壓調(diào)速的一種補(bǔ)充手段。例3-2有一并勵電動機(jī)，已知U=llOV，E=9OV，Ra=2OΩ，Ia=lA，n=3000r/min，為了提高轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵磁電阻Rf增加，使磁通φ減小10%，如負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，問轉(zhuǎn)速如何變化？解：令φ減少10%，即φ′=0.9φ,所以電流必須增大到Ia′，以維持轉(zhuǎn)矩不變，即：即轉(zhuǎn)速增加了8%。(2)調(diào)壓法。即改變電壓U。當(dāng)保持他勵電動機(jī)的勵磁電流If為額定值時，降低電樞電壓U，則由:可見，n。變低了，但Δn未改變。因此改變U可得出一組平行的機(jī)械特性曲線，如圖3-15所示。在一定負(fù)載下，U愈低，則n愈低。由于改變電樞電壓只能向小于電動機(jī)額定電壓的方向改變，所以轉(zhuǎn)速將下調(diào)(n<nn)。調(diào)速的過程是:當(dāng)磁通φ保持不變時，減小電壓U由于轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，反電動勢E便暫不變化，于是電流Ia減小，轉(zhuǎn)矩T也減小。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，則T<Tc，轉(zhuǎn)速n下降。隨著n的降低，反電動勢E減小，Ia和T隨著增大，直到T=Tc時為止。但這時轉(zhuǎn)速已比原來降低了。由于調(diào)速時磁通不變，如在一定的額定電流下調(diào)速，則電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩便是一定的(恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速)。這種調(diào)速方法有下列優(yōu)點:①機(jī)械特性較硬，且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好;②調(diào)速幅度大;③可均勻調(diào)節(jié)電樞電壓;得到平滑的無級調(diào)速。這種調(diào)速方法的缺點是調(diào)壓需用專門的設(shè)備，投資較高。近年來由于采用了可控硅整流電源對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)速，使這種方法得到了廣泛應(yīng)用。印刷設(shè)備中直流電動機(jī)的調(diào)速多采用這種方法。例3-3有一他勵電動機(jī)，已知:U=220V，I=53.8A，n=l5OOr/min，Ra=0.7Ω,今將電樞電壓降低一半，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，問轉(zhuǎn)速降低多少?設(shè)勵磁電流保持不變。解：由T=KT·φ·Ia可知，在保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩和勵磁電流不變的條件下，電流也保持不變。電壓降低后的轉(zhuǎn)速n′對原來的轉(zhuǎn)速n之比:

即在保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的條件下，轉(zhuǎn)速降低到原來的40%。第二節(jié)三相交流整流子式電動機(jī)三相交流整流子式電動機(jī)能在恒定轉(zhuǎn)矩和規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)作均勻的連續(xù)無級調(diào)速。它具有調(diào)速范圍廣、起動性能良好、負(fù)載效率和功率因數(shù)較高、速度調(diào)節(jié)精密和安裝場地經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點，所以曾經(jīng)在印刷機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用。早期由上海人民機(jī)器廠和北京人民機(jī)器廠制造的膠印機(jī)、鉛印機(jī)、輪轉(zhuǎn)機(jī)、凹印機(jī)和凸印機(jī)等用的主拖動電機(jī)，均采用三相異步整流子式電動機(jī)。如LPll01型、LPl103型全張單面凸版輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)、J2102型對開單色膠印機(jī)等。日本三菱M-5CP全張雙面膠印機(jī)、德國海德堡SpeedmasterlO2V型四色膠印機(jī)也采用三相整流子式電動機(jī)。三相交流整流子式電動機(jī)缺點是:由于在電機(jī)轉(zhuǎn)子上有一套整流子(換向器)以及電刷轉(zhuǎn)盤，所以較其它異步電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運行中維護(hù)與保養(yǎng)工作量較大，故障率較高。一、整流子式電動機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理三相整流子式電動機(jī)為反裝式異步電動機(jī)，采用轉(zhuǎn)子供電式結(jié)構(gòu)，如圖3-16所示。定子鐵芯是由0.5mm厚的硅鋼片疊成;槽內(nèi)嵌著多相雙層定子繞組，也叫副繞組(圖中以三相形式表示，一般不為三相)，各相繞組的首末兩端，分別通過機(jī)座兩側(cè)的兩連接板，和換向器上電刷相聯(lián)接。各相首端所接的電刷為一組(圖中以X′、Y′、Z′表示)，末端所接的電刷為另一組(以U′、V′、W′表示)，這兩組電刷分別固定在兩個轉(zhuǎn)盤上，即裝在另一缺電刷轉(zhuǎn)盤上。同一電刷轉(zhuǎn)盤上兩相鄰電刷支架間的夾角為360°/3=120°電角。轉(zhuǎn)子鐵芯也由硅鋼片疊成，鐵芯槽內(nèi)嵌有兩個繞組:一個是三相初級繞組，也就是主繞組，放在槽子底部，可做星形或三角形聯(lián)接(圖中為星形聯(lián)接)，三相電源通過集電環(huán)和電刷對它饋電;另一個是和換向器相聯(lián)的調(diào)節(jié)繞組，放在槽子頂部，它通過換向器，并通過電刷轉(zhuǎn)盤與定子繞組相接。電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，主要是通過一個手輪，以及兩個可以作相對移動的電刷轉(zhuǎn)盤和一套聯(lián)動齒輪所組成，調(diào)速手輪。在換向器表面裝有兩套可以作相反方向移動的電刷轉(zhuǎn)盤，在每塊電刷盤上一般總是裝著數(shù)量等于定子相數(shù)m和電機(jī)極對數(shù)p之乘積(即3P)的電刷支架，并且每隔3根電刷支架的電刷都接成并聯(lián)。因此，同一電刷盤上兩相鄰電刷支架間的夾角為360°/3=120°電角。至于裝在電刷支架上的電刷塊數(shù)，由每相通過的電流大小而定。在定子鐵芯上只有一套普通的多相繞組S，它是電動機(jī)的次級繞組。因為每組繞組內(nèi)的感應(yīng)電勢是由旋轉(zhuǎn)磁場所感應(yīng)出來的次級電壓，所以它的相數(shù)可以根據(jù)電機(jī)容量任意選擇。每相次級繞組末、首兩端都分別接到換向器端兩塊電刷轉(zhuǎn)盤的相應(yīng)電刷支架上。這時定子繞組S的磁極軸線應(yīng)和相聯(lián)電刷間的調(diào)節(jié)繞組之磁極軸線相重合。當(dāng)定子每相繞組的兩個電刷適當(dāng)?shù)胤珠_，并使兩電刷之間的一段調(diào)節(jié)繞組的中心點與所接的定子繞組的中心點在同一空間軸線上，如圖3-17b所示時，由旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)于定子的電動勢E2s必與感應(yīng)于轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)繞組而出現(xiàn)于兩電刷間的附加電勢Ek同頻率、同相位(對圖中所取正方向而言)。E2s的頻率為轉(zhuǎn)差頻率(f2=sf1)，這與通常的異步電動機(jī)副邊頻率一樣。Ek的頻率也為轉(zhuǎn)差頻率f2，這是因為電刷端引出的附加電勢的頻率等于每秒從電刷上經(jīng)過的磁極對數(shù)，它僅決定于旋轉(zhuǎn)磁場對電刷的相對轉(zhuǎn)速，而旋轉(zhuǎn)磁場對裝在定子上的副繞組和固定電刷的相對轉(zhuǎn)速都是一樣的，均為(n1-n2)，所以，由電刷引出的附加電勢與副繞組中的電勢有相同的轉(zhuǎn)差頻率，即f2=sf1。Ek的大小，不僅與旋轉(zhuǎn)磁場對調(diào)節(jié)繞組的相對轉(zhuǎn)速大小有關(guān)，而且還決定于兩電刷間調(diào)節(jié)繞組的情況。即改變調(diào)節(jié)繞組的數(shù)目即可調(diào)節(jié)附加電勢的大小。在圖3-17b所示接線情況下，定子繞組回路的總電動勢。同頻率、同相位，所以E2=E2s一Ek。相對于圖3-17a情況來說，E2變小了，定子電流I2也隨之減小，結(jié)果使電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T變小(小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩)，從而轉(zhuǎn)速n2下降，隨著n2下降，轉(zhuǎn)差率S變大，E2s變大，隨之I2變大，電磁轉(zhuǎn)矩也隨著變大，到電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡為止，轉(zhuǎn)速停止下降，電機(jī)在某一較低的轉(zhuǎn)速下運行。由上面分析可見，改變電刷張開角度2β，則Ek隨著變化，直到帶動電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。若要把轉(zhuǎn)速從n20調(diào)高，則只要把每相兩電刷交叉角度張開，如圖3-17c所示。這時定子繞組回路的總電勢E2=E2s十Ek變大，I2隨著變大，使電磁轉(zhuǎn)矩增加，則電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)速n2上升。隨著n2上升，轉(zhuǎn)差率變小，E2s變小，又使I2減小，T也變小，直到n2上升到某一數(shù)值時，使電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡為止，電動機(jī)將在較高速度下運行。β越大，Ek愈大，轉(zhuǎn)速愈高。當(dāng)n2=n1時，S=O，E2S=0，這時定子電流全由Ek產(chǎn)生，電磁轉(zhuǎn)矩依然存在，電機(jī)能以同步轉(zhuǎn)速n1穩(wěn)定運行。如果此時β繼續(xù)增大，則Ek變得更大，結(jié)果n2>n1，轉(zhuǎn)差率為負(fù)值，E2s反相，定子回路總電勢E2=Ek-E2s，仍能使I2和T恢復(fù)到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡時為止，電機(jī)將在n2>n1的情況下運行。由上分析可見，我們只要適當(dāng)調(diào)節(jié)電刷在換向器上的位置，便可實現(xiàn)從低于同步轉(zhuǎn)速到高于同步轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平滑而經(jīng)濟(jì)地調(diào)速。二、整流子式電動機(jī)的起動與調(diào)速所有整流子式電動機(jī)都可以直接起動，但最低速度的電刷位置起動時，不僅起動電流小，起動轉(zhuǎn)矩較大，而且換向器的火花也是最小，有利于電動機(jī)的維護(hù)。所以在使用時，應(yīng)盡可能在最低速度位置起動。如果電動機(jī)的負(fù)載較重，致使電動機(jī)不能在最低轉(zhuǎn)速處直接起動時，可在接通主電源后，迅速把調(diào)速手輪向“快”的方向稍移過些后，再設(shè)法閉合低速行程開關(guān)XCl以直接起動（XCl為低速聯(lián)鎖行程開關(guān)，用來保證電動機(jī)在低轉(zhuǎn)速時起動)。但移動距離應(yīng)不超過自最低速度處到最高轉(zhuǎn)速處的1/5～1/6距離。整流子式電動機(jī)有兩種調(diào)速辦法:一種是手動調(diào)速，一種是遙控調(diào)速。手動調(diào)速即利用調(diào)速手輪，調(diào)速手輪有兩種，一種是新式的，一種是老式的，如圖3-18所示。在裝有新式調(diào)速裝置的整流子電動機(jī)中，如要進(jìn)行遙控調(diào)速，需先把離合器向內(nèi)旋緊，使它的凸沿跨放在手輪端面上(不能放在手輪端面的槽內(nèi))，便可按照要求按下遙控裝置的“加速”或“減速”按鈕，獲得所需速度;遙控調(diào)速，即利用遙控裝置的“加速”或“減速”按鈕、整流子電機(jī)本身的調(diào)速電機(jī)(伺速電動機(jī))和一套繼電-接觸器控制線路，來控制整流子電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。在需要手動調(diào)速時，需把離合器向外旋松，使它的凸沿恰好放進(jìn)手輪端面的凹沿內(nèi)，然后按照“快”、“慢”方向轉(zhuǎn)動手輪進(jìn)行調(diào)速。有關(guān)三相交流整流子電機(jī)的一些特性可參見本書第六章第五節(jié)內(nèi)容。對于老式調(diào)速裝置，如要手動調(diào)速，需把手輪向外拉出，然后按照“快”或“慢”的方向轉(zhuǎn)動手輪，以得到所需速度。在每次手動調(diào)速后，需把手輪向內(nèi)推進(jìn)，以便隨時準(zhǔn)備遙控調(diào)速。在整流子電動機(jī)的電刷轉(zhuǎn)盤上，在相當(dāng)于最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的電刷位置處，裝有限位器，以使電刷轉(zhuǎn)盤只能在規(guī)定的速度范圍內(nèi)移動。在有遙控裝置的電動機(jī)上，裝有兩個限位開關(guān)，一個在最低轉(zhuǎn)速的位置上，它的常開觸頭和主接觸器的電磁線圈相串聯(lián)，來保證電動機(jī)只能在最低速度下起動，又能在停車后自動回到最低轉(zhuǎn)速位置處，并切斷“減速”電磁開關(guān)；另一個限位開關(guān)在最高轉(zhuǎn)速位置下開始動作，起著限制最高轉(zhuǎn)速的作用。第三節(jié)電磁調(diào)速異步電動機(jī)（滑差電機(jī)）電磁調(diào)速異步電動機(jī)又稱滑差電機(jī)，它是一種恒轉(zhuǎn)矩交流無級變速電動機(jī)。由于它具有調(diào)速范圍廣、速度調(diào)節(jié)平滑、起動轉(zhuǎn)矩大、控制功率小、有速度負(fù)反饋的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)時機(jī)械特性硬度高等一系列優(yōu)點，因此在印刷機(jī)及騎馬訂書機(jī)、無線裝訂高頻烘干聯(lián)動機(jī)中都得到廣泛應(yīng)用。如801型對開立式?；剞D(zhuǎn)凸版印刷機(jī)、J52101型對開雙面膠印機(jī)，J2105型對開單色膠印機(jī)、J2108型對開單色膠印機(jī)、PZ4880-01A型對開四色膠印機(jī)等印刷機(jī)械采用這種電動機(jī)就更能符合印刷工藝要求。烘版機(jī)采用這種電動機(jī)調(diào)速后，能有效地控制膠膜厚度，操作十分方便。騎馬訂書機(jī)采用這種電動機(jī)調(diào)速，能夠根據(jù)書刊的要求相應(yīng)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而提高書刊裝訂質(zhì)量。帶有速度負(fù)反饋的電磁調(diào)速異步電動機(jī)的主要缺點是:在空載或輕載(小于10%額定轉(zhuǎn)矩)時，由于反饋量不足，會造成失控現(xiàn)象;在調(diào)速時，隨著轉(zhuǎn)速降低，離合器的輸出功率和效率也相應(yīng)地按比例下降。所以此電機(jī)適用于長期高速運轉(zhuǎn)和短時間低速運轉(zhuǎn)。為適應(yīng)印刷機(jī)低速運轉(zhuǎn)的需要，在采用電磁調(diào)速異步電動機(jī)作主驅(qū)動的印刷機(jī)中往往再配裝一臺三相異步電動機(jī)作為低速電機(jī)使用?，F(xiàn)將該電動機(jī)工作情況作簡要介紹。一、電磁調(diào)速異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理電磁調(diào)速異步電動機(jī)是由普通鼠籠式異步電動機(jī)、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。異步電機(jī)作為原動機(jī)使用，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時帶動離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn)，電氣控制裝置是提供滑差離合器勵磁線圈勵磁電流的裝置。這里主要介紹電磁滑差離合器，圖3-19是其結(jié)構(gòu)示意圖。它包括電樞、磁極和勵磁線圈三部分。電樞為鑄鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu)，它與鼠籠式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接，俗稱主動部分;磁極做成爪形結(jié)構(gòu)，裝在負(fù)載軸上，俗稱從動部分。主動部分和從動部分在機(jī)械上無任何聯(lián)系。當(dāng)勵磁線圈通過電流時產(chǎn)生磁場，爪形結(jié)構(gòu)便形成很多對磁極。此時若電樞被鼠籠式異步電動機(jī)拖著旋轉(zhuǎn)，那么它便切割磁場而產(chǎn)生感生電勢和渦流。渦流與磁場相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，于是從動部分的磁極便跟著主動部分電樞一起旋轉(zhuǎn)，前者的轉(zhuǎn)速低于后者，因為只有當(dāng)電樞與磁場存在著相對運動時，電樞才能切割磁力線。磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子跟著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場運動的原理沒有本質(zhì)區(qū)別，所不同的是:異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生，而電磁滑差離合器的磁場則由勵磁線圈中的直流電流產(chǎn)生，并由于電樞旋轉(zhuǎn)才起到旋轉(zhuǎn)磁場的作用。電磁滑差離合器的機(jī)械特性可近似地用下列經(jīng)驗公式表示:式中：n0——離合器主動部分(鼠籠電動機(jī))的轉(zhuǎn)速;n——離合器從動部分(磁極)轉(zhuǎn)速;If——勵磁電流;K——與離合器結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù);T——離合器的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)穩(wěn)定運行時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與離合器的電磁轉(zhuǎn)矩相等。由上述公式可知:(1)當(dāng)負(fù)載一定時，勵磁電流If的大小決定從動部分轉(zhuǎn)速的高低，勵磁電流愈大，轉(zhuǎn)速愈高;反之，勵磁電流愈小，轉(zhuǎn)速就愈低。根據(jù)這一特性，可以利用電氣控制電路非常方便地調(diào)節(jié)從動部分的轉(zhuǎn)速。(2)當(dāng)勵磁電流一定時，從動部分轉(zhuǎn)速將隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加而急劇降低，并且這種下降在弱勵磁電流的情況下更加嚴(yán)重，如圖3-20a所示，它具有較軟的機(jī)械特性，這種軟的機(jī)械特性在許多情況下，不能滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。為了獲得范圍較廣，平滑而穩(wěn)定的調(diào)速特性，通常采用速度負(fù)反饋的措施，使電磁滑差離合器具有如圖3-20b所示的硬機(jī)械特性。圖3-21為帶有速度負(fù)反饋的電磁調(diào)速異步電動機(jī)原理框圖。它是利用測速發(fā)電機(jī)把離合器的輸出速度n換成交流電壓U～，再經(jīng)整流器變成直流電壓U—。將U—送入比較元件，與給定直流勵磁電壓Uf進(jìn)行比較，得電壓差ΔU=Uf一U-。所以輸入離合器的勵磁電流If不是正比于勵磁電壓Uf，而是正比于電壓ΔU。由于U～(U-)的大小與轉(zhuǎn)速n有關(guān)，n增大，U～(U-)變大。n減小，U～(U-)變小。因此，在給定直流勵磁電壓Uf不變情況下，輸入的勵磁電流If的大小與轉(zhuǎn)速n有關(guān)，即隨著n的下降或上升，勵磁電流If將自動增加或減小，由于負(fù)反饋的作用，提高了電磁離合器機(jī)械特性的硬度，這時調(diào)速的參數(shù)不再是電流If，而是電壓Uf。顯然，給定勵磁電壓Uf愈高，則轉(zhuǎn)速n愈高;反之則轉(zhuǎn)速愈低，如圖3-2Ob所示。從圖中可以看出：在空載或輕載(小于10%)額定轉(zhuǎn)矩時，由于反饋量不足，會造成失控現(xiàn)象，此外，在調(diào)速時，隨著轉(zhuǎn)速降低，離合器的輸出功率和效率也相應(yīng)地按比例下降。二、電磁調(diào)速異步電動機(jī)的起動與調(diào)速1．電磁調(diào)速異步電動機(jī)的起動。該電動機(jī)與轉(zhuǎn)動慣量較大的工作機(jī)械之間裝有滑差離合器，起動時可以逐漸增加電流，能很平滑地起動。在阻力較大的拖動系統(tǒng)中，例如J2203膠印機(jī)，電動機(jī)往往不能帶負(fù)載直接起動，這時可在起動前先斷開離合器的勵磁電源，使鼠籠電動機(jī)先空載起動，然后再接上勵磁電源就可起動了。2．電磁調(diào)速異步電動機(jī)的調(diào)速。由電磁調(diào)速異步電動機(jī)的工作原理知，電磁調(diào)速異步電動機(jī)的速度調(diào)節(jié)，可通過調(diào)節(jié)滑差離合器的勵磁電流來實現(xiàn)。下面介紹兩種調(diào)節(jié)滑差離合器勵磁電流的電路。(1)用調(diào)壓器調(diào)速。在圖3-22中，是用調(diào)壓變壓器來改變勵磁電流的整流器電源電壓，以達(dá)到調(diào)速的目的。在此系統(tǒng)中沒有速度負(fù)反饋，電機(jī)機(jī)械特性較軟，一般可用于要求不高的調(diào)速系統(tǒng)中。例如，制銅鋅版使用的無粉腐蝕機(jī)，膠印制版的烘版機(jī)等。由于這種控制線路結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)，所以在印刷機(jī)械中仍有實用意義。在圖3-22中，TC是單相調(diào)壓變壓器，初級電壓220V，次級電壓為0～250V。整流元件是2CZ型硅二極管，型號的選擇應(yīng)根據(jù)離合器勵磁線圈的功率或電流來確定。從電路圖可看出，只要改變調(diào)壓變壓器的次級電壓，就能改變整流輸出直流電壓，即改變滑差離合器勵磁電流，這樣就能調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。(2)速度負(fù)反饋電磁調(diào)速異步電動機(jī)控制電路。現(xiàn)在廣泛采用具有速度負(fù)反饋的滑差離合器的控制裝置，來實現(xiàn)寬范圍無級調(diào)速，它比起其它調(diào)速電動機(jī)來說，具有以下主要優(yōu)點:①交流無級調(diào)速，機(jī)械特性硬度較高;②結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護(hù)方便、價格低廉;③調(diào)速范圍大，用在像印刷機(jī)這樣的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，一般可達(dá)10:1，有特殊要求(如輪轉(zhuǎn)機(jī))時亦可達(dá)50:1;④可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩。在現(xiàn)代化的聯(lián)合輪轉(zhuǎn)機(jī)中，都應(yīng)用了自動化的紙張拉緊機(jī)械，它可以達(dá)到隨著卷筒紙直徑的變化，調(diào)節(jié)離合器的轉(zhuǎn)矩以保持拉力不變。下面以ZLK-l0型調(diào)速裝置為例，說明電磁調(diào)速異步電動機(jī)的調(diào)速線路的組成及其工作原理。圖3-23為ZLK-l0自動調(diào)速系統(tǒng)的方框圖，由圖可知它由給定電壓、速度負(fù)反饋、放大器、觸發(fā)電路、可控硅(晶閘管)整流等環(huán)節(jié)組成，圖3-24是其原理圖。下面對它的基本環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。①給定電壓環(huán)節(jié)。給定電壓環(huán)節(jié)起始于變壓器TC副邊5端、6端間的繞組。24V的交流電壓經(jīng)VD2整流并經(jīng)C2、R2、C3濾波和VZ穩(wěn)壓，得到l6V的直流電壓。最后由R5和RP4分壓輸出的給定電壓可獲得電動機(jī)“運轉(zhuǎn)”檔的轉(zhuǎn)速;而由RP1分壓輸出的給定電壓可獲得“定速”檔的轉(zhuǎn)速。“運轉(zhuǎn)”、“定速”由中間繼電器KA3控制。②轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)。ZLK-l0自動調(diào)速系統(tǒng)是采用三相交流測速發(fā)電機(jī)BR對轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣。所得交流經(jīng)VD8～VD13整流和C8、R13、RP2、RP3濾波后，得到反饋電壓，經(jīng)過R8傳至放大器的輸入端。由于不同測速發(fā)電機(jī)靈敏度之間存在差異，所以采用RP2對反饋電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速表PV的刻度值依靠RP3調(diào)節(jié)。電容器C7用于減輕反饋電壓的脈動，有利于調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的提高。③放大器。放大器是以晶體管V2為核心組成。二極管VD4、VD5、VD6用作雙向限幅保護(hù)，以避免V2的發(fā)射結(jié)承受過高的電壓。給定電壓與轉(zhuǎn)速反饋電壓通過電阻R6、R7和R8進(jìn)行組合，形成輸入信號，其值正比于上述兩個電壓之差。這個差值經(jīng)V2放大后可影響V2的集電極電位，對單結(jié)晶體管觸發(fā)脈沖形成電路進(jìn)行控制。④觸發(fā)電路。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的電源是由V1、VD3、R4與變壓器TC的6、7繞組組成。TC的6、7端輸出3V交流電壓，當(dāng)為負(fù)半周期時，V1截止，V1集射極間電壓為16V，如圖3-25b所示；當(dāng)7、6端輸出為正半周期時，經(jīng)VD3整流后加到V1的集射極上使V1飽和導(dǎo)通，Vce1=0，放大器與觸發(fā)電路不能工作，如圖3-25b所示。由V3和R11組成的恒流源，再加上電容器C6,能產(chǎn)生鋸齒波用作移相，如圖3-25c所示。其成理是這樣的：設(shè)V3和R11恒流源的恒定電流是I0，恒定電流向C6充電，Uc6=l/C6∫t0Iodt，使C6的電壓上升，當(dāng)上升到單結(jié)管VU的峰值時單結(jié)管導(dǎo)通C6放電。放電到VU的谷值時又重新充電。而恒定電流I0的大小又受放大器V2輸出電壓的控制。如當(dāng)V2的輸入電壓增大，V3的基極電壓就降低，V3更加導(dǎo)通，V3集電極電流I0增大，這樣充放電速度加快，可控硅觸發(fā)提前，如圖3-25d所示，導(dǎo)通角增大，導(dǎo)致勵磁電壓增大，如圖3-25e所示;同理V2的輸入電壓減小時，I。減小，導(dǎo)致導(dǎo)通角減小，勵磁電壓減小?？梢娸斎腚妷旱拇笮】梢钥刂瓶煽毓璧挠|發(fā)時刻。觸發(fā)器最終在VU的第一基極通過脈沖變壓器TV輸給晶閘管控制極。二極管VD7用以短路負(fù)脈沖，防止可控硅因控制極出現(xiàn)負(fù)脈沖而擊穿。⑤可控硅整流電路。該系統(tǒng)采用可控硅單相半波整流電路，波形如圖3-25e所示。整流電路的輸出控制轉(zhuǎn)差離合器的勵磁線圈來產(chǎn)生勵磁電流并最終影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖中R1、C1和熱敏電阻RV均對可控硅有過壓保護(hù)作用。VD1為續(xù)流二極管，其作用是，正半周時由于可控硅導(dǎo)通而使離合器工作；負(fù)半周時可控硅不導(dǎo)通，勵磁線圈產(chǎn)生的反向電動勢可經(jīng)VD1形成放電回路，使線圈中的電流連續(xù)，從而使離合器工作穩(wěn)定。綜合上述，當(dāng)ZLK-l0自動調(diào)速系統(tǒng)處于“運轉(zhuǎn)”狀態(tài)，也就是調(diào)速狀態(tài)時，通過調(diào)節(jié)電位器RP4改變電壓給定環(huán)節(jié)的電壓，來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。例如調(diào)節(jié)RP4使給定電壓Uf增大，這時轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)給出的電壓U-保持不變，輸入到V2的電壓ΔU增加，由V3和R11組成的等效電阻減小，V6充電速度變快，單結(jié)晶體管的觸發(fā)時刻提前，可控硅整流電路的輸出增大，滑差離合器的勵磁電流增大，最終電動機(jī)轉(zhuǎn)速變快。調(diào)速過程如下:Uf↑→ΔU↑→Uc充電加快→Ug觸發(fā)提前→If↑→n↑當(dāng)ZLK-l0調(diào)速系統(tǒng)置于“定速”狀態(tài)，也就是穩(wěn)速狀態(tài)時，通過調(diào)速系統(tǒng)可以穩(wěn)定由于負(fù)載RL變化而引起的轉(zhuǎn)速變化。例如當(dāng)負(fù)載變小時，電機(jī)轉(zhuǎn)速將變快，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電路給出的電壓U-將增大，經(jīng)過R6、R7、R8給出的比較電壓ΔU將減小，這樣C6充電速度變慢，單結(jié)晶體管的觸發(fā)時刻滯后，可控硅整流電路的輸出變小，滑差離合器的勵磁電流減小，電動機(jī)轉(zhuǎn)速變饅。經(jīng)過這洋的反饋過程將使電機(jī)的轉(zhuǎn)速基本不變。穩(wěn)速過程如下:RL↓→n↑→U-↑→ΔU↓→Uc充電變慢→Ug觸發(fā)滯后→If↓n↓第四節(jié)印刷設(shè)備中常用的特種電動機(jī)隨著生產(chǎn)過程機(jī)械化、電氣化和自動化的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了各種類型的特種電動機(jī)。這些電動機(jī)的工作原理，一般與普通的異步電動機(jī)和直流電動機(jī)的基本原理近似，但是它們在性能、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝上各有其特殊性，多用于自動控制過程中。一般來說，這些電動機(jī)的功率不大，小的只有幾分之一瓦，大的也不過幾十瓦或幾百瓦，屬于微型電動機(jī)的范圍。由于印刷機(jī)械的自動化、規(guī)范化和數(shù)據(jù)化迅速發(fā)展，印刷機(jī)械對特種電動機(jī)的需求越來越多。本節(jié)將介紹目前在印刷設(shè)備中應(yīng)用較廣的步進(jìn)電動機(jī)、伺服電動機(jī)和測速發(fā)電機(jī)這三種電動機(jī)。一、步進(jìn)電動機(jī)

一般電動機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電動卻是一步一步轉(zhuǎn)動的，故叫步進(jìn)電動機(jī)。每輸入一個脈沖信號，該電動機(jī)就轉(zhuǎn)過一定的角度(有的步進(jìn)電動機(jī)可直接輸出線位移，稱為直線電動機(jī))。因此步進(jìn)電動機(jī)是一種把脈沖變?yōu)榻嵌任灰?或直線位移)的執(zhí)行元件。步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子為多極分布，定子上嵌有多相星形連接的控制繞組，由專門電源輸入電脈沖信號，每輸入一個脈沖信號，步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子就前進(jìn)一步。由于輸入的是脈沖信號，輸出的角位移是斷續(xù)的，所以又稱為脈沖電動機(jī)。隨著數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展，步進(jìn)電動機(jī)在印刷機(jī)械上的應(yīng)用將逐漸擴(kuò)大。例如德國海德堡膠印機(jī)上的CPCI控制裝置中，就用了四組各36只步進(jìn)電動機(jī)來代替原有的墨斗螺絲。步進(jìn)電動機(jī)的種類很多，按結(jié)構(gòu)可分為反應(yīng)式和激勵式兩種;按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。圖3-26是反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)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組，聯(lián)法如圖所示。下面介紹反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)單三拍、六拍及雙三拍通電方式的基本原理。1．單三拍通電方式的基本原理

設(shè)A相首先通電(B、C兩相不通電)，產(chǎn)生A-A′軸線方向的磁通，并通過轉(zhuǎn)子形成閉合回路。這時A、A′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A、A′極的位置(圖3-27a);接著B相通電(A、C兩相不通電)，轉(zhuǎn)子便順時針方向轉(zhuǎn)過30o，它的齒和B、B′對齊(圖3-27b)，隨后C相通電(A、B兩相不通電)，轉(zhuǎn)子又順時針方向轉(zhuǎn)過30o，它的齒和C、C′極對齊(圖3-27c)。不難理解，當(dāng)脈沖信號一個一個發(fā)來時，如果按A→B→C→A→…的順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子沿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(jìn)了一個齒距角(轉(zhuǎn)子四個齒距為90o)。如果按A→C→B→A→…的順序通電，則電機(jī)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。2．六拍通電方式的基本原理

設(shè)A相首先通電，轉(zhuǎn)子齒與定子A、A′對齊(圖3-28a)。然后在A相繼續(xù)通電的情況下接通B相。這時定子B、B′極對轉(zhuǎn)子齒2、4產(chǎn)生磁拉力，使轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動，但是A、A′極繼續(xù)拉住齒1、3，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩個磁拉力平衡為止。這時轉(zhuǎn)子的位置如圖3-28b所示，即轉(zhuǎn)子從圖(a)位置順時針轉(zhuǎn)過了15o。接著A相斷電，B相繼續(xù)通電。這時轉(zhuǎn)子齒2、4和定子B、B′極對齊(圖3-28c)，轉(zhuǎn)子從圖(b)的位置又轉(zhuǎn)過了15o。而后接通C相，B相仍繼續(xù)通電，這時轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過了15o，其位置如圖3-28d所示。這樣，如果按A→A、B→B→B、C→C→C、A→A…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15o。電流換接六次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進(jìn)了一個齒距角。如果按A→A、C→C→C、B→B→B、A→A→…的順序通電，則電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動。這種通電方式稱為六拍方式。

圖3-28六拍通電時轉(zhuǎn)子位置

a.A相通電b.A、B相通電c.B相通電d.B、C相通電

3．雙三拍通電方式的基本原理

如果每次都是兩相通電，即按A、B→B、C→C、A→A、B→…的順序通電，則稱為雙三拍方式，從圖3-28b和圖3-28d可見，步距角也是30o。因此，采用單三拍和雙三拍方式時轉(zhuǎn)子走三步前進(jìn)了一個齒距角，每走一步前進(jìn)了三分之一齒距角;采用六拍方式時，轉(zhuǎn)子走六步前進(jìn)了一個齒距角，每走一步前進(jìn)了六分之一齒距角。因此步距角θ可用下式計算:θ=360o/(Zr·m)（式中Zr是轉(zhuǎn)子齒數(shù);m是運行拍數(shù)）圖3-29三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖

一般步進(jìn)電動機(jī)最常見的步距角是3o或1.5o。由上式可知，轉(zhuǎn)子上不只4個齒(齒距角90o)，而有40個齒(齒距角為90o)。為了使轉(zhuǎn)子齒與定子齒對齊，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(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖3-29所示。由上面介紹可知，步進(jìn)電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、精確度高、起動靈敏、停車準(zhǔn)確等性能。此外，步進(jìn)電動機(jī)的圖3-29三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速決定于電脈沖頻率，并與頻率同步。4．步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源

步進(jìn)電動機(jī)需配置一個專用的電源供電，電源的作用是讓電動機(jī)的控制繞組按照特定的順序通電，即受輸入的電脈沖控制而動作，這個專用電源稱為驅(qū)動電源。步進(jìn)電動機(jī)及其驅(qū)動電源是一個互相聯(lián)系的整體，步進(jìn)電動機(jī)的運行性能是由電動機(jī)和馭動電源兩者配合所形成的綜合效果。(1)對驅(qū)動電源的基本要求。①驅(qū)動電源的相數(shù)、通電方式和電壓、電流都要滿足步進(jìn)電動機(jī)的需要;②要滿足步進(jìn)電動機(jī)的起動頻率和運行頻率的要求;③能最大限度地抑制步進(jìn)電動機(jī)的振蕩;④工作可靠，抗干擾能力強(qiáng);⑤成本低、效率高、安裝和維護(hù)方便。(2)驅(qū)動電源的組成。步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源基本上由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和脈沖放大器(也稱功率放大器)三部分組成，如圖3-30所示。指令→脈沖發(fā)生器→脈沖分配器→脈沖放大器→步行電動機(jī)→工作機(jī)構(gòu)圖3-30步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電源的方框圖①脈沖發(fā)生器。脈沖發(fā)生器是一個脈沖頻率由幾赫到幾十千赫可連續(xù)變化的脈沖信號發(fā)生器。脈沖發(fā)生器可以采用多種線路，最常見約有多諧振蕩器和單結(jié)晶體管構(gòu)成的張弛振蕩器兩種，它們都是通過調(diào)節(jié)電阻R和電容C的大小來改變電容器充放電的時間常數(shù)，以達(dá)到改變脈沖信號頻率的目的。圖3-31是兩種實用的多諧振蕩電路，它們分別由反相器和或非門構(gòu)成，振蕩頻率由RC決定，改變R值即可改變脈沖頻率。②脈沖分配器。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)指令把脈沖信號按一定的邏輯關(guān)系加在脈沖放大器上，使步進(jìn)電動機(jī)按確定的運行方式工作。下面著重介紹CH250環(huán)形脈沖分配器。CH250環(huán)形脈沖分配器是三相步進(jìn)電動機(jī)的理想脈沖分配器，通過其控制端的不同接法可以組成三相雙三拍和三相六拍的不同工作方式，如圖3-32、圖3-33所示。

J3r、J3L兩端子是三相雙三拍的控制端，J6r、J6L而是三相六拍的控制端，三相雙三拍工作時，若J3r=“1”，而J3L=“0”，則電機(jī)正轉(zhuǎn)；若J3r=“0”，J3L=“1”，則電機(jī)反轉(zhuǎn)；三相六拍供電時，若J6r=“1”，J6L=“0”，則電機(jī)正轉(zhuǎn)；若J6r=“0”，J6L=“1”，電機(jī)反轉(zhuǎn)。R2是雙三拍的復(fù)位端，R1是六拍的復(fù)位端，使用時，首先將其對應(yīng)復(fù)位端接入高電平，使其進(jìn)入工作狀態(tài)，然后換接到工作位置。CL端是時鐘脈沖輸入端，EN是時鐘脈沖允許端，用以控制時鐘脈沖的允許與否。當(dāng)脈沖CP由CL端輸入，只有EN端為高電平時，時鐘脈沖的上升沿才起作用。CH250也允許以EN端作脈沖CP的輸入端，此時，只有CL為低電平時，時鐘脈沖的下降沿才起作用。A。、B。、C。為環(huán)形分配器的三個輸出端，經(jīng)過脈沖放大器(功率放大器)后分別接到步進(jìn)電動機(jī)的三相線上。③脈沖放大器(功率放大器)。由于脈沖分配器輸出端A。、B。、C。的輸出電流很小，如CH250脈沖分配器的輸出電流大約為200～400μA，而步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電流較大，如75BFOO1型步進(jìn)電動機(jī)每相靜態(tài)電流為3A，為了滿足驅(qū)動要求，脈沖分配器輸出的脈沖需經(jīng)脈沖放大器(即功率放大器)后才能驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。圖3-34是一個實用的脈沖放大電路，圖中使用三級晶體管放大，第一級用3DG6小功率管，第二級用3DK4中功率管，第三級用3DDl5大功率管，R6為步進(jìn)電動機(jī)限流電阻，隨所配電機(jī)不同而異。圖3-34所示電路是單電壓型驅(qū)動電源，它的特點是:線路簡單，電阻R6與控制繞組串聯(lián)后，可以減小回路的時間常數(shù);但是由于R6上要消耗功率，使電源的效率降低，用這種電源供電的步進(jìn)電動機(jī)的起動和運行頻率都不會太高。為了提高電源效率及工作頻率，可采用高、低壓切換型電源，其原理如圖3-35所示。高壓供電是用來加速電流的增長速度，而低壓是用來維持穩(wěn)定的電流值。低壓電源中串聯(lián)一個數(shù)值較小的電阻，其目的是為了調(diào)節(jié)控制繞組的電流，使各相電流平衡。二、伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)又叫執(zhí)行電動機(jī)，或叫控制電動機(jī)。在自動控制系統(tǒng)中，伺服電動機(jī)是一個執(zhí)行元件，它的作用是把信號(如控制電壓或相位)變換成機(jī)械位移，也就是把接收到的電信號變?yōu)殡姍C(jī)的一定轉(zhuǎn)速或角位移。其容量一般在0.1～1OOW，常用的是30W以下。伺服電動機(jī)有直流和交流之分，目前在印刷機(jī)中交直流伺服電動機(jī)都有應(yīng)用，以直流伺服電動機(jī)用的最多。1.交流伺服電動機(jī)

交流伺服電動機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動機(jī)相似，如圖3-36所示。其定子上裝有兩個位置互差90o的繞組，一個是勵磁繞組Rf,它始接在交流電源Uf上；另一個是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機(jī)又稱兩相伺服電動機(jī)。交流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式:一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長;另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很薄，僅0.2～0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子，如圖3-37所示?？招谋无D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小，反應(yīng)迅速，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。交流伺服電動機(jī)在沒有控制電壓時，定子內(nèi)只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場，轉(zhuǎn)子靜止不動。當(dāng)有控制電壓時，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋磚，在負(fù)載恒定的，情況下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時，伺服電動機(jī)將反轉(zhuǎn)。交流伺服電動機(jī)的工作原理與分相式單相異步電動機(jī)雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動機(jī)與單相異步電動機(jī)相比，有三個顯著特點:①起動轉(zhuǎn)矩大。由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖3-38中曲線1所示，與普通異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線2相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率S>1，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性(機(jī)械特性)更接近于線性，而且具有較大的起動轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，即具有起動快、靈敏度高的特點。②運行范圍較寬。如圖3-38所示，轉(zhuǎn)差率S在0到l的范圍內(nèi)伺服電動機(jī)都能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。③無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。正常運轉(zhuǎn)的伺服電動機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運轉(zhuǎn)。當(dāng)伺服電動機(jī)失去控制電壓后，它處于單相運行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個轉(zhuǎn)矩特性(T1～S1、T2～S2曲線)以及合成轉(zhuǎn)矩特性(T-S曲線)如圖3-39所示，與普通的單相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性(圖中T′～S曲線)不同。這時的合成轉(zhuǎn)矩T是制動轉(zhuǎn)矩，從而使電動機(jī)迅速停止運轉(zhuǎn)。圖3-40是伺服電動機(jī)單相運行時的機(jī)械特性曲線。負(fù)載一定時，控制電壓Uc愈高，轉(zhuǎn)速也愈高，在控制電壓一定時，負(fù)載增加，轉(zhuǎn)速下降。交流伺服電動機(jī)的輸出功率一般是0.1～100W。當(dāng)電源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220V、380V；當(dāng)電源頻率為400Hz，電壓有20V、Z6V、36V、115V等多種。交流伺服電動機(jī)運行平穩(wěn)、噪音小。但控制特性是非線性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率低，因此與同容量直流伺服電動機(jī)相比，體積大、重量重，所以只適用于0.5～100W的小功率控制系統(tǒng)。2.直流伺服電動機(jī)

直流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和一般直流電動機(jī)一樣，只是為了減小轉(zhuǎn)動慣量而做得細(xì)長一些。它的勵磁繞組和電樞分別由兩