電機(jī)控制與調(diào)速技術(shù)課件 項(xiàng)目五 其他用途電機(jī)簡(jiǎn)介

項(xiàng)目五

其他用途電機(jī)簡(jiǎn)介電機(jī)控制與調(diào)速【項(xiàng)目工作場(chǎng)景】電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)的主要?jiǎng)恿υ?，被廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)、國(guó)防、醫(yī)療等領(lǐng)域。本項(xiàng)目介紹幾種特殊用途的特種電機(jī)，主要包括在自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中作檢測(cè)、放大、執(zhí)行和校正元件使用的電機(jī)，如測(cè)速發(fā)電機(jī)、自整角機(jī)等。測(cè)速發(fā)電機(jī)廣泛用于各種速度或位置控制系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為檢測(cè)速度的元件，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或通過(guò)反饋來(lái)提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度；在結(jié)算裝置中，可作為微分、積分元件，也可作為加速或延遲信號(hào)，或用來(lái)測(cè)量各種運(yùn)動(dòng)機(jī)械在擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)以及直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度。自整角機(jī)在軍用及民用產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，如自動(dòng)火炮、雷達(dá)天線的方位角、俯仰角的控制和指示，飛機(jī)、艦船平臺(tái)控制和指示，冶金、航海等位置和方位同步指示系統(tǒng)中?！鞠嚓P(guān)知識(shí)和技能】特種電機(jī)通常是指在工作原理、結(jié)構(gòu)、性能或設(shè)計(jì)方面比傳統(tǒng)電機(jī)有獨(dú)特之處，且已有或?qū)⒁袕V泛應(yīng)用場(chǎng)合的電機(jī)。特種電機(jī)還可以理解為容量和尺寸都比較小的特殊用途電機(jī)。根據(jù)用途不同大體可以分為驅(qū)動(dòng)用特種電機(jī)、控制用特種電機(jī)和電源用特種電機(jī)。驅(qū)動(dòng)用特種電機(jī)主要作為驅(qū)動(dòng)機(jī)械或裝備之用?？刂朴锰胤N電機(jī)主要是在自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中作檢測(cè)、放大、執(zhí)行和校正元件使用的電動(dòng)機(jī)。目錄CONTENTS任務(wù)一、測(cè)速發(fā)電機(jī)應(yīng)用技術(shù)任務(wù)二、自整角機(jī)應(yīng)用技術(shù)任務(wù)一測(cè)速發(fā)電機(jī)應(yīng)用技術(shù)目錄CONTENTS【任務(wù)目標(biāo)】1.了解測(cè)速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理。2.了解測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性。3.學(xué)會(huì)測(cè)速發(fā)電機(jī)的選用和應(yīng)用?！局R(shí)準(zhǔn)備】一、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)按照勵(lì)磁方式不同，可分為電磁式和永磁式兩大類。電磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)

永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)2.永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)主要結(jié)構(gòu)由定子、轉(zhuǎn)子和電刷組成。直流永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)的定子用永久磁鋼激磁，一般為凸極式。轉(zhuǎn)子上由電樞繞組和換向器，用電刷與外電路相連。電樞電動(dòng)勢(shì)E與轉(zhuǎn)速成正比。因?yàn)槎ㄗ硬捎糜谰么盆F勵(lì)磁，永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)的氣隙磁通總是保持恒定的（忽略電樞反應(yīng)影響）。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的原理與小型直流發(fā)電機(jī)相同，不同的是直流測(cè)速發(fā)電機(jī)通常不對(duì)外輸出功率或者對(duì)外輸出很小的功率。3.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)的輸出特性是指輸出電壓與輸入轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。測(cè)速發(fā)電機(jī)原理電路在恒定磁場(chǎng)中，當(dāng)電樞以轉(zhuǎn)速n切割磁通Φ時(shí)，電刷兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：稱為電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，當(dāng)Φ恒定時(shí)為常數(shù)。式中?？蛰d時(shí)，即Ia=0,輸出電壓Ua與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，故輸出電壓與轉(zhuǎn)速度成正比。當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)接上負(fù)載RL時(shí)，電壓平衡方程式為Ua=E-Ra*Ia，Ia=Ua/RL，可得：不同負(fù)載時(shí)的理想輸出特性可見(jiàn)，只要保持Φ、Ra、RL不變，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓Ua與轉(zhuǎn)速n之間成正比關(guān)系，只要測(cè)出直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓，就可以測(cè)得被測(cè)機(jī)械的轉(zhuǎn)速。當(dāng)負(fù)載RL變化時(shí)，將使輸出特性斜率發(fā)生變化。4.直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要性能參數(shù)

直流測(cè)速發(fā)電機(jī)具有靈敏度高、可適用的負(fù)載阻抗小、溫度補(bǔ)償簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)與維護(hù)復(fù)雜，正向與反向輸出特性對(duì)稱性和一致性稍差，摩擦轉(zhuǎn)矩較大，換向過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一定的電磁干擾。主要性能參數(shù)：（1）最大線性轉(zhuǎn)速范圍(nmax)（2）比電動(dòng)勢(shì)(△U/△n)。也稱為靈敏度，是指直流測(cè)速發(fā)電機(jī)在額定勵(lì)磁條件下單位轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的輸出電壓值。（3）線性誤差(δx)。規(guī)定工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的實(shí)際輸出電壓與理想輸出的最大差值占最大理想輸出電壓的百分?jǐn)?shù)。（4）最小負(fù)載電阻(Rmin)（5）特性的不對(duì)稱度(k)。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的正反向特性在相同轉(zhuǎn)速下輸出電壓的差值占兩輸出電壓平均值的百分?jǐn)?shù)。（6）紋波系數(shù)。輸出電壓交流分量的最大值與直流分量的百分比。5.直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)由于存在電刷和換向器，所以容易對(duì)無(wú)線通訊產(chǎn)生干擾，且壽命較短，使其應(yīng)用受到了限制。近年來(lái)，由于無(wú)刷測(cè)速發(fā)電機(jī)的發(fā)展，改善了它的性能，提高了使用可靠性，使它又獲得了較多的應(yīng)用。我國(guó)生產(chǎn)的直流測(cè)速發(fā)電機(jī)CY為永磁系列，ZCF為電磁系列，另外還有CYD系列高靈敏度直流測(cè)速發(fā)電機(jī)。二、交流測(cè)速發(fā)電機(jī)1.交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的分類根據(jù)工作原理不同交流測(cè)速發(fā)電機(jī)可分為同步測(cè)速發(fā)電機(jī)和異步測(cè)速發(fā)電機(jī)兩大類。同步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率與轉(zhuǎn)速同時(shí)變化，電機(jī)本身的阻抗及負(fù)載也隨轉(zhuǎn)速變化，因此它的輸出電壓不再與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。異步測(cè)速發(fā)電機(jī)與直流測(cè)速發(fā)電機(jī)一樣，是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速或傳遞轉(zhuǎn)速信號(hào)的元件，它可以將轉(zhuǎn)速信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，輸出電壓與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系。2.交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)定子上嵌有空間互差90°電角度的兩相繞組，其中一個(gè)繞組W1為勵(lì)磁繞組，接到頻率和大小都不變的交流勵(lì)磁電壓U1上，另一個(gè)繞組W2為輸出繞組。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就可以從輸出繞組兩端得到一個(gè)與轉(zhuǎn)速n成正比的輸出電壓U2?？招谋无D(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)交流測(cè)速發(fā)電機(jī)電磁結(jié)構(gòu)1-端蓋，2-機(jī)殼，3-外定子，2-內(nèi)定子，5-杯形轉(zhuǎn)子空心杯形轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3.交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)，即n=0時(shí)，若在勵(lì)磁繞組中加上頻率為f1的勵(lì)磁電壓U1，則在勵(lì)磁繞組中就會(huì)有電流通過(guò)，并在內(nèi)外定子間的氣隙中產(chǎn)生頻率與電源頻率f1相同的脈振磁場(chǎng)。脈振磁場(chǎng)的軸線與勵(lì)磁繞組的軸線一致，它所產(chǎn)生的脈振磁通與勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)子杯導(dǎo)體相匝鏈并隨時(shí)間進(jìn)行交變。由變壓器的電壓平衡方程式看出，電源電壓U1與勵(lì)磁繞組中的感應(yīng)電勢(shì)E1相平衡，電源電壓的值近似地等于感應(yīng)電勢(shì)的值，即：U1≈E1因?yàn)楦袘?yīng)電勢(shì)E1∝Φ10，Φ10∝U1，所以當(dāng)電源電壓一定時(shí)，磁通Φ10也保持不變。由于勵(lì)磁繞組與輸出繞組相互垂直

因此磁通Φ10與輸出繞組W2的軸線也互相垂直。磁通Φ10不會(huì)在輸出繞組W2中感應(yīng)出電勢(shì)，所以轉(zhuǎn)速n=0時(shí)，輸出繞組也就沒(méi)有電壓輸出。交流測(cè)速發(fā)電機(jī)原理圖當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),沿著勵(lì)磁繞組軸線脈振的磁通不變，仍為Φ10。由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子杯導(dǎo)體就要切割磁通Φ10而產(chǎn)生切割電勢(shì)ER2，同時(shí)也就產(chǎn)生電流IR2。流過(guò)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流IR2產(chǎn)生磁通Φ2，Φ2的值與電流IR2成正比，即Φ2∝

IR2。當(dāng)磁通Φ2交變時(shí)，就要在輸出繞組W2中感應(yīng)出電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)就產(chǎn)生測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓U2，它的值正比于Φ2，便可得到：U2∝U1*n

4.交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要參數(shù)（1）最大線性轉(zhuǎn)速范圍(nmax)（2）輸出電壓斜率(即靈敏度)。（3）線性誤差(δx)（4）相位誤差。在規(guī)定的工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，輸出電壓與勵(lì)磁電壓最大的超前或滯后相位差的絕對(duì)值之和。（5）剩余電壓。異步測(cè)速發(fā)電機(jī)在額定勵(lì)磁條件下，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)輸出的電壓值。5.交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用空心杯轉(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，頻率有50Hz和400Hz兩種，電壓等級(jí)有36V、110V等。三、應(yīng)用實(shí)例直流測(cè)速發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖

當(dāng)負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩由于某種偶然因素增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將減小，此時(shí)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓也隨之減小，而使放大器輸入△U增加，電動(dòng)機(jī)電壓增加，轉(zhuǎn)速增加。

反之，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速增加，則測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓增大，放大器輸入電壓減小，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降?？梢?jiàn)，負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩發(fā)生擾動(dòng)，由于測(cè)速發(fā)電機(jī)的速度負(fù)反饋所起的調(diào)節(jié)作用，使旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速變化很小，近似于恒速，起到轉(zhuǎn)速校正的作用?！救蝿?wù)實(shí)施】1.按圖5-11接線。2.先接通勵(lì)磁電源，再接通電樞電源，并將電樞電源調(diào)至220V，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電阻Rf1使轉(zhuǎn)速達(dá)1600r/min，然后減小勵(lì)磁電阻Rf1和電樞電源輸出電壓使逐漸電機(jī)減速，每200r/min記錄對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速和輸出電壓。3.共測(cè)取8~9組，記錄于表5-1中。4.合上雙刀雙擲開(kāi)關(guān)S，重復(fù)上面步驟，記錄8~9組數(shù)據(jù)于表5-2中。

5.作出U=f(n)曲線?！救蝿?wù)總結(jié)】自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)測(cè)速發(fā)電機(jī)的基本要求是：1.發(fā)電機(jī)的輸出電壓與被測(cè)機(jī)械的轉(zhuǎn)速保持嚴(yán)格的正比關(guān)系，應(yīng)不隨外界條件的變化而改變。2.發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡量小，以保證反應(yīng)迅速、快捷。3.發(fā)電機(jī)的靈敏度要高。4.對(duì)無(wú)線通信的干擾小、噪音小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕和工作可靠。任務(wù)二自整角機(jī)應(yīng)用技術(shù)目錄CONTENTS【任務(wù)目標(biāo)】1.了解力矩式自整角機(jī)的工作原理。2.了解控制式自整角機(jī)的工作原理。3.學(xué)會(huì)自整角機(jī)的選用與應(yīng)用?！局R(shí)準(zhǔn)備】自整角機(jī)是一種感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)元件，也是一種對(duì)角位移或角速度的偏差自動(dòng)調(diào)整的控制類電動(dòng)機(jī)。它能將轉(zhuǎn)角變換成電壓信號(hào)，或?qū)㈦妷盒盘?hào)變成轉(zhuǎn)角。通常是兩臺(tái)或多臺(tái)自整角機(jī)組合使用。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，主令軸上裝的自整角機(jī)稱為發(fā)送機(jī)，它將軸上的轉(zhuǎn)角變換為電信號(hào)；輸出軸上的自整角機(jī)稱為接收機(jī)，將發(fā)送機(jī)發(fā)送的電信號(hào)變換為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)角度的傳輸、變換和接收。一、自整角機(jī)的功能與分類自整角機(jī)可分為控制式和力矩式兩大類?？刂剖阶哉菣C(jī)作用是用作檢測(cè)元件，將機(jī)械角度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或?qū)⒔嵌鹊臄?shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷耗M量，其接收機(jī)的轉(zhuǎn)軸上不帶負(fù)載，沒(méi)有力矩輸出，只輸出電壓信號(hào)。力矩式自整角機(jī)作用是直接達(dá)到轉(zhuǎn)角隨動(dòng)的目的，即將機(jī)械角度變換為力矩輸出，但沒(méi)有力矩放大作用，接收誤差較大，負(fù)載能力較差，其接收機(jī)軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩僅能轉(zhuǎn)動(dòng)指針、刻度盤等輕載荷，多用于同步指示系統(tǒng)中。二、自整角機(jī)結(jié)構(gòu)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子鐵心的內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子鐵心的外圓之間存在有很小的氣隙。自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖定子鐵心沖片定子鐵心上嵌有三相星型連結(jié)的對(duì)稱繞組，稱為整部繞組，轉(zhuǎn)子為凸極或陰極式，放置有單相或三相勵(lì)磁繞組，轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)電刷和滑環(huán)裝置與外電路相連。隱極式自整角機(jī)定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)三、力矩式自整角機(jī)工作原理力矩式自整角機(jī)工作原理兩臺(tái)完全相同的力矩式自整角機(jī)的勵(lì)磁繞組接到同一單相交流電源上，三相整步繞組對(duì)應(yīng)相接。左側(cè)為發(fā)送機(jī)，右側(cè)為接收機(jī)。當(dāng)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的轉(zhuǎn)子位置一致時(shí)，由于雙方的整部繞組回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等、方向相反，所以回路中無(wú)電流流過(guò)，因此不產(chǎn)生整步轉(zhuǎn)矩，此時(shí)兩機(jī)處于穩(wěn)定的平衡位置。當(dāng)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為θ1，接收機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為θ2，力矩式自整角機(jī)工作時(shí)電機(jī)內(nèi)磁勢(shì)情況可以看成發(fā)送機(jī)勵(lì)磁繞組與接收機(jī)勵(lì)磁繞組分別單獨(dú)接電源時(shí)所產(chǎn)生的磁勢(shì)的線性疊加，則在整步繞組回路中將出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，引起均衡電流。此均衡電流與勵(lì)磁繞組所建立的相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使接收機(jī)偏轉(zhuǎn)相同角度。四、控制式自整角機(jī)工作原理用來(lái)發(fā)送轉(zhuǎn)角信號(hào)，它的勵(lì)磁繞組接到單相交流電源上，稱為自整角發(fā)送機(jī)。用來(lái)接收轉(zhuǎn)角信號(hào)并將轉(zhuǎn)角信號(hào)轉(zhuǎn)換成勵(lì)磁繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出，稱之為自整角接收機(jī)。控制式自整角機(jī)的輸出電動(dòng)勢(shì)的大小反映了發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角度，輸出電動(dòng)勢(shì)的極性反映了發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)方向，從而實(shí)現(xiàn)了將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。在自整角發(fā)送機(jī)的勵(lì)磁繞組中通入單相交流電流時(shí)，兩臺(tái)自整角機(jī)的氣隙中都將產(chǎn)生脈振磁場(chǎng)，脈振磁場(chǎng)使自整角發(fā)送機(jī)整步繞組的各相繞組生成時(shí)間上同相位的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的大小取決于整步繞組中各相繞組的軸線與勵(lì)磁繞組軸線之間的相對(duì)位置。當(dāng)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)轉(zhuǎn)子之間存在角度差（即失調(diào)角）時(shí)，接收機(jī)將輸出與失調(diào)角呈正弦函數(shù)規(guī)律的電壓?？刂剖阶哉菣C(jī)工作原理五、力矩式自整角機(jī)的應(yīng)用1.力矩式自整角機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合力矩式自整角機(jī)本身不能放大力矩，要帶動(dòng)接收機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載，必須由自整角機(jī)一方的驅(qū)動(dòng)裝置供給轉(zhuǎn)矩。力矩式自整角機(jī)系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，用在角度傳輸精度要求不高的系統(tǒng)，如遠(yuǎn)距離指示液面的高度、閥門的開(kāi)度、電梯和礦井提升機(jī)的位置等。2.應(yīng)用舉例由于發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的轉(zhuǎn)子是同步旋轉(zhuǎn)的，所以接收機(jī)轉(zhuǎn)子上所固定的指針能準(zhǔn)確地指向刻度盤所對(duì)應(yīng)的角度——也就是發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子所旋轉(zhuǎn)的角度。若將角位移換算成線位移，就可方便地測(cè)出水面的高度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量目的。六、控制式自整角機(jī)的應(yīng)用1.控制式自整角機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合控制式自整角機(jī)接收機(jī)的轉(zhuǎn)軸不直接帶動(dòng)負(fù)載，即沒(méi)有力矩輸出，當(dāng)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)轉(zhuǎn)子之間存在角度差（即失調(diào)角）時(shí)，接收機(jī)將輸出與失調(diào)角呈正弦函數(shù)規(guī)律的電壓，將此電壓加給伺服放大器，用放大后的電壓來(lái)控制伺服電動(dòng)機(jī)，再驅(qū)動(dòng)負(fù)載。由于接收機(jī)是工作在變壓器狀態(tài)，通常稱其為自整角變壓器。控制式自整角機(jī)系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)，它應(yīng)用于負(fù)載較大及精度要求高的隨動(dòng)系統(tǒng)。2.應(yīng)用舉例控制式自整角機(jī)的典型應(yīng)用是組成同步伺服系統(tǒng)。自整角發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)軸為輸入端，用自整角變壓器將自整角發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角變化信號(hào)變換成電信號(hào)，經(jīng)伺服放大器放大后，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行位置角控制，再經(jīng)過(guò)減速齒輪減速后，帶動(dòng)自整角變壓器轉(zhuǎn)子和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，直到自整角變壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)與自整角發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子相同的角度后，自整角變壓器輸出電壓為零，整個(gè)系統(tǒng)才停止轉(zhuǎn)動(dòng)?！救蝿?wù)實(shí)施】1.測(cè)定控制式自整角機(jī)變壓器輸出電壓與失調(diào)角的關(guān)系U2＝f（

）（1）按圖接線；控制式自整角機(jī)實(shí)驗(yàn)接線圖（2）發(fā)送機(jī)加額定電壓，旋轉(zhuǎn)發(fā)送機(jī)刻度盤至0o位置并固緊；（3）用手緩慢旋轉(zhuǎn)自整角機(jī)變壓器的指針圓盤，接在L1、L2兩端的數(shù)字電壓表就會(huì)有相應(yīng)讀數(shù)，找到輸出電壓為最小值的位置，即初始零點(diǎn)；（4）然后，用手緩慢旋轉(zhuǎn)自整角機(jī)變壓器的指針圓盤，在指針每轉(zhuǎn)過(guò)10o時(shí)測(cè)量一次自整角機(jī)變壓器的輸出電壓U2；（5）測(cè)取各點(diǎn)U2及

值并記錄2.測(cè)定比電壓U

3.作自整角機(jī)變壓器輸出電壓與失調(diào)角的關(guān)系U2＝f（

）?！救蝿?wù)總結(jié)】1.自整角機(jī)的選用注意事項(xiàng)（1）自整角機(jī)的勵(lì)磁電壓和頻率必須與使用的電源符合。（2）相互聯(lián)接使用的自整角機(jī)，其對(duì)接繞組的額定電壓和頻率必須相同。（3）在電源容量允許的情況下，應(yīng)選用輸入阻抗較低的發(fā)送機(jī)，以便獲得較大的負(fù)載能力。(4）選用自整角變壓器時(shí)，應(yīng)選輸入阻抗較高的產(chǎn)品，以減輕發(fā)送機(jī)的負(fù)載。2.力矩式和控制式自整角機(jī)各有不同的特點(diǎn)，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)電源情況、負(fù)載種類、精度要求、系統(tǒng)造價(jià)等方面綜合考慮，可參照下表：項(xiàng)目控制式自整角機(jī)力矩式自整角機(jī)負(fù)載能力自整角變壓器只輸出信號(hào)，負(fù)載能力取決于系統(tǒng)中伺服電動(dòng)機(jī)及放大器的功率接收機(jī)的負(fù)載能力受到精度及比整步轉(zhuǎn)矩的限制，故只能帶動(dòng)指針、刻度盤等輕負(fù)載精度較高較低系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需要用伺服電動(dòng)機(jī)、放大器、減速齒輪等較簡(jiǎn)單，不需要用其它輔助元件系統(tǒng)造價(jià)較高較低【任務(wù)目標(biāo)】1.了解步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向與速度控制技術(shù)。2.掌握步距角的計(jì)算和轉(zhuǎn)速的計(jì)算。3.會(huì)根據(jù)工作需要選用合適的步進(jìn)電機(jī)。【知識(shí)準(zhǔn)備】一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與速度控制步進(jìn)電機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。1.步進(jìn)電機(jī)加減速過(guò)程控制技術(shù)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)。其角速度與脈沖頻率成正比,而且在時(shí)間上與脈沖同步。步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率是不高的。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)借助它的同步力矩而啟動(dòng)的,當(dāng)啟動(dòng)頻率越大時(shí)，啟動(dòng)力矩越小，帶動(dòng)負(fù)載的能力越差，容易產(chǎn)生失步現(xiàn)象。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行一般要經(jīng)過(guò)加速、勻速、減速三個(gè)階段。步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率特性使步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不能直接達(dá)到運(yùn)行頻率,而要有一個(gè)啟動(dòng)過(guò)程,即從一個(gè)低的轉(zhuǎn)速逐漸升速到運(yùn)行轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)停止時(shí)，高速運(yùn)行的電機(jī)有著較大的慣性，運(yùn)行頻率不能立即降為零,而要有一個(gè)高速逐漸降速到零的過(guò)程。步進(jìn)電機(jī)的過(guò)沖現(xiàn)象是指步進(jìn)電機(jī)在停止時(shí)，由于系統(tǒng)慣性作用，轉(zhuǎn)過(guò)了控制器所要求的平衡位置。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)

2.步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)由于受到自身制造工藝的限制,如步距角的大小由轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)決定,但轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)是有限的,因此步進(jìn)電機(jī)的步距角一般較大并且是固定的,步進(jìn)的分辨率低、缺乏靈活性、在低頻運(yùn)行時(shí)振動(dòng),噪音比其他微電機(jī)都高,使物理裝置容易疲勞或損壞。細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)：通過(guò)改變A、B相電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角，從而將一個(gè)步距角細(xì)分為多步。二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)參數(shù)1.步距角與轉(zhuǎn)速的計(jì)算（1）步距角每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角。步距角的大小由轉(zhuǎn)子的齒數(shù)Z，運(yùn)行相數(shù)m所決定，它們之間的關(guān)系可表示為：齒距角：步距角：式中C為控制系數(shù)，是拍數(shù)與相數(shù)的比例系數(shù)，也稱為通電狀態(tài)系數(shù)。采用m相m拍通電運(yùn)行方式時(shí)，C=1；采用m相2m拍通電運(yùn)行方式時(shí)，C=2；(2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角的大小是由轉(zhuǎn)子的齒數(shù)Zr，控制繞組的相數(shù)m和通電方式所決定。它們之間的關(guān)系為：若步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電脈沖的脈沖頻率為f，由于轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)個(gè)脈沖旋轉(zhuǎn)一周，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為：式中，f的單位為1/s；n的單位是r/min?！救蝿?wù)實(shí)施】

一、工具、儀表及電氣元件1.工具:測(cè)試筆、螺釘旋具、斜口鉗、尖嘴鉗、剝線鉗、電工刀等。2.儀表:MF47型萬(wàn)用表、5050型兆歐表。3.器材:35BYG250步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，SH—20403驅(qū)動(dòng)器。

二、任務(wù)內(nèi)容1.認(rèn)識(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

實(shí)驗(yàn)采用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，電壓為10～40V。其型號(hào)為35BYG250[其中35（mm）—機(jī)座尺寸，BYG—為混合式，2—兩相，50—轉(zhuǎn)子齒數(shù)]，其技術(shù)參數(shù)如表所示：型號(hào)35BYG250相數(shù)2步距角（°）1．8靜態(tài)相電流（A）0．8相電阻（Ω）5．7相電感（mH）7保持轉(zhuǎn)矩（mN?m）110定位轉(zhuǎn)矩（mN?m）12轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（g?cm2）14重量（kg）0．18步進(jìn)電動(dòng)機(jī)接線端2.認(rèn)識(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器（1）驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為SH—20403，它是兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，它的特點(diǎn)是能適應(yīng)較寬電壓范圍10V～40VDC（容量30VA），采用恒電流控制，它的電氣性能如表所示。供電電源10V～40VDC（30VA）輸出電流峰值3A/相（Max）（由面板撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定）驅(qū)動(dòng)方式恒相電流PWM控制（H橋雙極）勵(lì)磁方式整步，半步，4、8、16、32、64細(xì)分（七種）輸入信號(hào)（參見(jiàn)圖4-10）光電隔離，（共陽(yáng)單脈沖接口），提供“0”信號(hào)輸入信號(hào)包括：步進(jìn)脈沖、方向變換和脫機(jī)保持等三個(gè)（2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線圖步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接線圖（3）輸入信號(hào)說(shuō)明：①公共端：本驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)采用共陽(yáng)極接線方式，用戶應(yīng)將輸入信號(hào)的電源正極連接到該端子上，將輸入的控制信號(hào)連接到對(duì)應(yīng)的信號(hào)端子上。②脈沖信號(hào)輸入：共陽(yáng)極時(shí)該脈沖信號(hào)下降沿被驅(qū)動(dòng)器解釋為一個(gè)有效脈沖，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行一步。③方向信號(hào)輸入：該端信號(hào)的高電平和低電平控制電機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)向。④脫機(jī)信號(hào)輸入：該端接受控制機(jī)輸出的高/低電平信號(hào)，共陽(yáng)極時(shí)低電平時(shí)電機(jī)相電流被切斷，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）。共陽(yáng)極時(shí)高電平或懸空時(shí)，轉(zhuǎn)子處于鎖定狀態(tài)。（4）輸出電流選擇輸出電流選擇567567

567

567

ONONONONOFFON0.7AONONOFF0.6AONOFFOFF0.9AOFFONONOFFOFFON1.3AOFFONOFF1.2AOFFOFFOFF1.5A123

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ONONON保留ONOFFON32細(xì)分ONONOFF8細(xì)分ONOFFOFF半步OFFONON64細(xì)分OFFOFFON16細(xì)分OFFONOFF4細(xì)分OFFOFFOFF整步3.按照任務(wù)要求完成接線，接線圖如下所示；步進(jìn)控制系統(tǒng)接線圖調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的最大輸出電流為1.8A；調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分為“1”；接通電源，給PLC（控制機(jī)）寫入程序如下；【任務(wù)總結(jié)】步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈神信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。任務(wù)二實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速應(yīng)用實(shí)例目錄CONTENTS【任務(wù)目標(biāo)】1.了解PLC控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的兩種方式。2.掌握PLC與步進(jìn)電機(jī)連接的方法，會(huì)進(jìn)行簡(jiǎn)單程序高度?！局R(shí)準(zhǔn)備】

一、控制方式常見(jiàn)的有下列兩種控制方式：PLC直接輸出脈沖控制和PLC通過(guò)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。1.PLC直接輸出脈沖信號(hào)控制

這種控制方式是PLC的輸出口Y直接和電機(jī)相連。PLC必須通過(guò)編制程序使PLC脈沖輸出口Y1，Y2，Y3的脈沖輸出時(shí)序符合三相步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)要求。特點(diǎn)：不適用于精度較高的定位控制。二、PLC通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制一般情況下，PLC是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器去控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行的。PLC只管發(fā)出脈沖，通過(guò)控制脈沖的頻率對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行精確調(diào)整，通過(guò)方向信號(hào)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行換向。PLC通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)集功率放大、脈沖分配和步進(jìn)細(xì)分為一體的電子裝置。它把PLC發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移。三菱FX系列的脈沖輸出指令PLSY，PLSR和定位指令ZRN，DRVI，DRVA均可使用，這對(duì)步進(jìn)電機(jī)的定位控制程序編