电机的分类及功能特性

1、电机分类电机的种类1 .按工作电源种类 划分：可分为 直流电机 和交流电机。1.1 直流电动机 按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机 和有刷直流电动机。1.1.1 有刷直流电动机 可划分：永磁直流电动机 和电磁直流电动机。1.1.1.1 电磁直流电动机 划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机 和复励直流电 动机。1.1.1.2 永磁直流电动机 划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机 和铝馍钻永磁直流电 动机。1.1 其中交流电机 还可分：单相电机 和三相电机。2 .按结构和工作原理 划分：可分为 直流电动机、异步电动机、同步电动机。2.1 同步电机可划分：永磁同步电动机

2、、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。2.2 异步电机 可划分：感应电动机 和交流换向器电动机。2.2.1 感应电动机 可划分：三相异步电动机、单相异步电动机 和罩极异步电动机 等。2.2.2 交流换向器电动机 可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机3 .按起动与运行方式 划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机 、电容起动运转式单相异步电动机 和分相式单相异步电动机。4 .按用途划分：驱动用电动机 和控制用电动机。4.1 驱动用电动机划分：电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、 家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影

3、碟机、吸尘器、照相机、电吹风、 电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。4.2 控制用电动机 又划分：步进电动机 和伺服电动机 等。5 .按转子的结构 划分：笼型感应电动机 （旧标准称为 鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机 （旧标准称为 绕线型异步电动机）。6 .按运转速度划分：高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。1、什么是直流电机？答：输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机2、什么是交流电机答：输出或输入为交流电能的旋转电机，称为交流电机。3、什么是步进电机答：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构

4、。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的； 同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机分三种：永磁式（ PM ,反应式（VR）和混合式（HB。永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相： 两相步进角一般为1.8度而五相步进角一

5、般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。4、什么是伺服电机答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。 分为直流和交流伺服电动机两大类， 其主要特点是，当信号电压为零 时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，防爆电机？防爆电机 是一种可以在易燃易爆厂所使用的一种电机，运行时不产生电火花。防爆电机主要用于煤矿、石油天然气、石油化工和化学工业。此外，在纺织、冶金、城市煤气、交 通、粮油加工、造纸、医药等部门也被广泛应用。防爆电机作为主要的动力设备，通常用于驱动泵、风 机、压缩机和其他传动机械。随着科技、生产的发展，存在

6、爆炸危险的场所也在不断增加。例如，食用油生产过去是用传统的压榨法工艺，20世纪70年代以后，我国开始引进国外先进的浸出油工艺，但此工艺中要使用含有己烷的 化学溶剂，己烷是易燃易爆物质； 因此浸出油车间就成了爆炸危险场所，需要使用防爆电机和其他防爆电气产品。又如，近年来我国公路发展迅速，一大批燃油加油站出现，也给防爆电机 提供了新的市场。防爆电机产品分类：1 .按电机原理分可分为防爆异步电机、防爆同步电机及防爆直流电机等。2 .按使用场所分可分为煤矿井下用防爆电机及工厂用防爆电机。3 .按防爆原理分可分为隔爆型电机、增安型电机、正压型电机、无火花型电机及粉尘防爆电机等。4 .按配套的主机分可分为

7、煤矿运输机用 防爆电机、煤矿绞车用防爆电机、装岩机用防爆电机、煤矿局部扇风机用 画爆 电机、阀门用防爆电机、风机用防爆电机、船用防爆电机、起重冶金用 防爆电机 及加氢装置配套用增安 型无刷励磁同步电机等。此外，还可以按额定电压、效率等技术指标来分，如高压 防爆电机、高效防爆 电机、高转差率 防爆电机 及高起动转矩 防爆电机等。本文按防爆原理分类介绍。 防爆电机 产品系列及其特点:1 .隔熄型电机它采用隔爆外壳把可能产生火花、电弧和危险温度的电气部分与周围的爆炸性气体混合物隔开。但 是，这种外壳并非是密封的，周围的爆炸性气体混合物可以通过外壳的各部分接合面间隙进入电机内部。当与外壳内的火花、电弧

8、、危险高温等引燃源接触时就可能发生爆炸，这时电机的隔爆外壳不仅不会损坏或变形，而且爆炸火焰或炽热气体通过接合面间隙传出时，也不能引燃周围的爆炸性气体混合物。我国当前广泛应用的低压隔爆型电机产品的基本系列是YB系列隔爆型三相异步电机，它是 丫系列（IP44）三相异步电机的派生产品。防爆性能符合GB3836. 183爆炸性环境用防爆电气设备通用要求和GB3836 . 283爆炸性环境用防爆电气设备隔爆型电气设备“d；的规定；电机功率范围为O. 55-200kW,相对应的机座号范围是机座中心高为80315nun；防爆标志为 dl、dIIAT4、dIIBT4 ,分别适用于煤矿井下固定式设备或工厂IIA

9、、IIB级，温度组别为T1T4组的可燃性气体或蒸气与空气形成的爆炸性混合物的场所；主体外壳防护等级为IP44,也可制成IP%4,接线盒防护等级为IP54;额定频率为50Hz,额定电压为 380、1660、1140、380/660、660/140V;电机绝缘等级为 F级，但按B 级考核定子绕组的温升，具有较大的温升裕度。低压隔爆型三相异步电机派生系列的主要型号有：YB系列（dIIcT4）（机座中心高为 80-315mm）, YBSO系列（小功率，机座中心高为 63-90mm）, YBF系列（风 机用，机座中心高为 63160mm）, YBH系列（船用，机座中心高为 80280mm）, YB系列（

10、中型，机 座中心高为 355450mm）, YBK系列（煤矿用，机座中心高为 100 315mm） ,YBW、B TH、YBWTH 系列（机座中心高为80315mm） , YBDF -WF系列（户外防腐隔爆型电动阀门用，机座中心高为80315mm）及YBDC系列（隔爆型电容起动单相异步电机，机座中心高为 71 100mm）和YBZS系列起重用隔爆型双速三相异步电机。另外，还有YB系列高压隔爆型三相异步电机（机座中心高为355450mm, 560 710mm）。行业联合设计的 YB2系列已于1四年底通过了全国鉴定，将逐步取代 YB系列，成为我国隔爆型三相异步电机的基本系列。YB2系列共15个机座

11、号（机座中心高为63、355nmm）,功率范围为O. 12-315kWo其主要特点是：（1）功率等级、安装尺寸及转速的对应关系与DIN42673 一致，同时考虑到与YB系列的继承性和Y2系列的互换性，作了必要调整，更加有效和适用。（2）全系列采用F级绝缘，温升按 B级考核。（3）噪声限值比YB系列低，接近 YB系列的I级噪声，振动限值与 YB系列相当。（4）外壳防护等级提高到IP55。（5）全系列选用低噪声深沟球轴承，机座中心高在180mm以上电机设注排油装置。（6）电机散热片有平行水平分布和辐射分布两种，以平行水平分布为主。（7）主要性能指标达到20世纪90年代初国际先进水平。2 .增安型电

12、机它是在正常运行条件下不会产生电弧、火花或危险高温的电机结构上，再采取一些机械、电气和热 的保护措施，使之进一步避免在正常或认可的过载条件下出现电弧、火花或高温的危险，从而确保其防爆安全性。我国当前应用的低压增安型的基本系列是YA系列增安型三相异步电动机，它是 丫系列（IP44）三相异步电机的派生产品。防爆性能符合GB3836 . 1 83爆炸性环境用防爆电气设备通用要求和GB3836 . 383爆炸性环境用防爆电气设备增安型电气设备的规定；功率范围为 O. 5590kW ,相对应的机座中心高为 80280mm；防爆标志为ellTl、eIIT2、eIIT3 ,分别适用于工厂中具有温度组 别为T

13、1-T3组爆炸性混合物并具有轻微腐蚀介质的场所；主体外壳的防护等级为IP54,接线盒防护等级为IP55;额定频率为50Hz,额定电压为380V;电机采用F级绝缘。低压增安型电机派生系列的主要型号有：YASO系列小功率增安型三相异步电机(机座中心高为56-90mm), YAW、YA-WF1系列户外、户内防腐增安型三相异步电机(机座中心高为 80280mm)。目前，已完成YA2、系列的行业联合设计工作，并正在组织试制，以取代 YA系列。YA2全系列共 15个机座号(机座中心高为63-355mm),功率范围为0. 12400kW,将使我国增安型电机达到国际上 同类产品20世纪80年代先进水平。高压(

14、6kV)增安型三相异步电机系列有：YA355 450 ,功率 160 450kW ; YA560 900 ,功率5001800kW; YAm355630 水冷，功率 220 2500kw ; YAKK355630 空一空冷，功率 185 2000kW。 1999年试制生产的 TAKW4000 20/2600、4000kW增安型无刷励磁同步电机，是适应炼油厂石油深 加工加氢装置需要而发展的新型防爆电机。其特点是：(1)满足增安型防爆电机的要求，采取一系列可靠的防止火花、电弧和危险高温的措施，可以安全 运行于2区爆炸危险场所。(2)采用无刷励磁，设置旋转整流盘和静态励磁柜，励磁控制系统可靠；顺极性

15、转差投励准确，无 冲击；励磁系统失步保护可靠，再整步能力强；线路设计合理，放电电阻在工作中不发热；励磁电流调 节范围宽。(3)同步机、交流励磁机及旋转整流盘同轴。整流盘位于主电机和励磁机之间，或置于轴承座之外。(4)外壳防护等级为IP54。(5)采用F级绝缘，温升按 B级考核。(6)改变传统的下水冷为上水冷，即水冷却器置于电机上部。(7)设增安型防潮加热器，固定在电机底部的罩内，用于停机时加热防潮用。(8)选优质原材料，电气及机械计算留有较大裕度，能满足运行可靠性和增安型电机的温度要求。(9)设置有完善的监控措施；主接线盒内设置用于差动保护的增安型自平衡电流互感器；定子绕组 埋设工作和备用的钳

16、热电阻，分度号为Pt100;设漏水监控仪，监控水冷却器的泄漏；两端座式滑动轴承分别设现场温度显示仪表和远传信号端子。3 .正压型电机是正压型电气设备的一种。其结构特点是：(1)配置有一套完整的通风系统，电机内部不存在可能影响通风的结构死角。(2)外壳和管道由不燃材料制成，并具有足够的机械强度。(3)外壳及主管道内相对于外界大气保持足够大的正压。(4)电机须有安全保护装置(如时间继电器和流量监测器)，以保证足够的换气量，还必须有壳内气压欠压的自动保护或报警装置。(5)外壳上的快开门或盖须有与电源联锁的装置。我国目前尚无统一的正压型电机系列产品4 .无火花型电机 是指在正常运行条件下，不会点燃周围

17、爆炸性混合物，且一般又不会发生点燃故障的电机。与增安型电机相比，除对绝缘介电强度试验电压、绕组温升、te(在最高环境温度下达到额定运行最终温度后的交流绕组，从开始通过起动电流时计起至上升到极限温度的时间)以及起动电流比不像增安型那样有特殊规定外，其他方面与增安型电机的设计要求一样。无火花型电机符合 GB3836 183和GB3836 887爆炸性环境用防爆电气设备无火花型电气设备“n” »的规定。设计上注重电机的密封措施，主体外壳防护等级为IP54、IP55,接线盒为IP55。额定电压在660V以上的电机，其空间加热器或其他辅助装置的连接件应置于单独的接线盒内。目前，国内已研制、生产

18、了YW系列无火花型电机产品(机座中心高度为 80315mm)防爆标志为nIIT3 ,适用于工厂含有温度组别为T1-T3组的可燃性气体或蒸气与空气形成的爆炸性混合物的2区场所。额定频率为50Hz,额定电压为380、660、380/660V,电机采用F绝缘，但按B级考核定子绕组的 温升限值，具有较大的温升裕度及较高的安全可靠性，功率为 0. 55200kW5 . 粉尘防爆电机：指其外壳按规定条件设计制造，能阻止粉尘进入电机外壳内或虽不能完全阻止 粉尘进入，但其进入量不妨碍电机安全运行，且内部粉尘的堆积不易产生点燃危险，使用时也不会引起周围爆炸性粉尘混合物爆炸的电机。其特点是：(1)外壳具有较高的密

19、封性，以减少或阻止粉尘进入外壳内，即使进入，其进入量也不致于形成点 燃危险。(2)控制外壳最高表面允许温度不超过规定的温度组别。目前，已用于国家粮食储备库的机械化设 备上。粉尘防爆电气设备的国家标准为GBl2476. 1 90爆炸性粉尘环境用防爆电气设备 。防爆电机发展趋势：1.矿用防爆电机(1)发展大功率电机：目前世界上采煤机的最大装机容量已超过 1200kw,其驱动电机功率达 600kVV 相适应的采区工作面刮板输送机的最大装机容量已超过1500kW其驱动电机功率已达 725kW)国内目前的采煤机驱动电机最大功率是 400kW刮板输送机驱动电机最大功率是 315kW(2)发展3. 3kV、

20、6kV和IOkV级电压的矿用电机：这是因为普及综合机械化采煤机组后采区走向 加长，导致电压降增大，同时大功率电机的使用也要求提高电压等级。(3)发展矿用双速电机：为了适应煤矿输送机低速起动和高速运行的工作需要，国外矿用刮板输送机都是采用双速电机驱动的。但目前国产矿用双速电机的功率范围、性能指标及配套控制开关的性能等与国外先进水平相比均有一定差距。(4)提高矿用电机的可靠性：矿用防爆电机的工况条件较差，电机频繁大负荷起动、负荷变化大、 电压波动大、环境温度高且有一定的腐蚀性等，这些都影响电机的使用可靠性和寿命。(5)加快矿用防爆电机的更新换代。(6)统一矿用防爆电机的标准。2.石化系统用防爆电机

21、(1)增安型和无火花型电机的需求将呈上升趋势。石化系统的用户在使用实践中；已认识到发展我 国增安型和无火花型电机的必要性。此外，大量 20世纪70年代弓进装置中配套的增安型、无火花型 电机目前已到了采用合适的国产品替代的时候。(2)防爆电机的可靠性已越来越被石化系统用户关注。石化企业发展日趋装置大型化、运行连续化，要求系统运行实现长周期、免维修或少维修。因此，防爆电机就成为保证上述要求的关键设备。(3)防爆和高效变频调速电机已成为石化用户迫切要求开发的节能产品。近年已系列生产了YBxYAX防爆高效电机，投入市场后很受用户欢迎。防爆电机节能有两方面工作：一是研制高效率防爆电机产品，二是大量开发各

22、种防爆调速电机的专用产品，尤其是将具有巨大节能潜力的风机、泵和压缩机配套的电机设计为调速电机。(4)沿海石化企业的发展带来的新要求。 我国沿海一带将建一批炼油厂， 原油均需进口，而进口原 油含硫量高、腐蚀性严重，因而要求防爆电机提高防腐性能；另外进口原油均需海运， 其储油罐就需要配套高扬程大流量油泵的防爆电机。(5)我国西部石油工业的大发展，要求开发适于沙漠干热环境的防爆电机产品。加氢装置配套用的中大容量的增安型无刷励磁同步电机的市场需要将逐年增长。步进电机是将电匣史信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、 停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化

23、的影响，即给电机加一个脉冲 信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机是一种 感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多 相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电 机分时供电的，多相时序控制器虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机 在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机 却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。目

24、前，生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、 二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用 中造成许多麻烦。鉴于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作 原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。二、感应子式步进电机工作原理(一)反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。1、结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/32/3 T,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿

25、距以乙表示)，即A 与齿1相对齐，B与齿2向右错开 1/3 T, C与齿3向右错开 2/3 T, A'与齿5相对齐，（A'就 是A,齿5就是齿1 ）下面是定转子的展开图：2、旋转： 如A相通电，B, C相不通电时，由于磁场作用，齿 1与A对齐，（转子不受任 何力以下均同）。 如B相通电，A, C相不通电时，齿 2应与B对齐，此时转子向右移过1/3T,此时齿 3与C偏移为1/3 乙齿 4与A偏移（乙-1/3。=2/3 To 如C相通电，A, B 相不通电，齿 3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3 T,此时齿 4与A偏移为1/3乙对齐。如A相通电，B, C相不通电，齿 4与A对齐

26、，转子又向右移过1/3 T 这样经过 A、B、C、A分别通电状态，齿4 （即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按 A,B, C, A 通电，电机就每步（每脉冲） 1/3 ,向右旋转。如按 A, C, B, A 通电，电机 就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC - C-CA-A 这种导电状态，这样将原来每步1/3乙改变为1/6 To甚至于通过二相电流不同的组合，使其 1/3乙变为1/12 T, 1/24 T,这就是电机细分驱动的基本理论

27、依据。不难推出：电机定子上有 m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m（m -1）/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制一一这是旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。3、力矩：电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量）当转子与定子错开一定角度产生力 F与（d/d。）成正比 S其磁通量 =Br*S Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br 成正比 L为铁芯有效长度，D为转子直径Br=NI - I/R N I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径 力矩与电机有效体积

28、*安匝数*磁密 成正比（只考虑线性状态）因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。（二）感应子式步进电机1、特点：感应子式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高， 电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其 在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。感应子式某种程度上可以看作是低速同步的电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运行（ A-

29、AB-B-BC-C-CD-D-DA-A ）完全可以采用二相八拍 运行方式.不难发现其条件为C=,D=. 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往 将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。2、分类感应子式电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电、57BYG、86BYG、110BYG、（国际机外径）可分为：42BYG（BYG 为感应子式步进电机代号） 标准），而像 70BYG、90BYG、130BYG 等均为国内标准

30、。3、步进电机的静态指标术语相数：产生不同对极 N、S磁场的激磁线圈又数。常用 m表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB ,四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用。表示。=360度（转子齿数 J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为 。=360度/ （50*4 ） =1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为0 =360度/ （50*8）=0.9度（俗称半步）。 定位

31、望型：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形 的谐波以及机械误差造成的）静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加 激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。4、动态指标及术语：1、步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100% 。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。2、失步：电机运转时运转的步

32、数，不等于理论上的步数。称之为失步。3、失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。4、最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。5、最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。6、运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。如下图所示：其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力

33、矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。如下图所示：其中，曲线 3电流最大、或电压最高；曲线1电流最小、或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。7、电机的共振点：步进电机均有固定的共振区域，二、四相感应子式的共振区一般在180 -250pps之间（步距角 1.8度）或在400Pps左右（步距角为 0.9度），电机驱动电压越高，电机 电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较

34、多。8、电机正反转控制：当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA 或（）时为正转，通电时序为DA-CD-BC-AB 或（）时为反转。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有 应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为 步距角”，）它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可 以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，

35、从而达到调速的目的。步进电机可以作 为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB ）和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化 产生转矩。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般

36、为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。步进电机的一些基本参数：电机固有步距角：它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如 86BYG250A 型电机给出的值为0.9°/1.8。（表示半步工作时为0.9 °、整步工作时为1.8。 ），这个步距角可以称之为电机固有步距角；它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.

37、8 °、三相的为 0.75 °/1.5 °、五相的为 0.36 /0.72。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要 求。如果使用细分驱动器，则 相数将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以 改变步距角。保持转矩（HOLDING TORQUE ）:是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一， 通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说 2N.m的步进

38、电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。DETENT TORQUE :是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没 有 DETENT TORQUE 。步进电机特点：1 . 一般步进电机的精度为步进角的3-5% ,且不累积。2 .步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电 机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都 在摄氏130度以上，有的甚至高达

39、摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。3 .步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势 越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。4 .步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲 频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下， 启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低， 然后按一

40、定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。步进电动机 以其显著的特点,在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化 技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。步进电机小知识= = = = = = = = = = = = = = =1、步进电机分哪几种？步进电机分三种：永磁式（ PM）,反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相， 转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又

41、分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 2、什么是保持转矩（ HOLDING TORQUE ） ?保持转矩（HOLDING TORQUE ）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。 它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机 的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。3、什么是 DETENT TORQUE?DETENT TO

42、RQUE 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是 永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。4、步进电机精度为多少？是否累积 ？一般步进电机的精度为步进角的3-5% ,且不累积。5、步进电机的外表温度允许达到多少？步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。6、为什

43、么步进电机的力矩会随转速的升高而下降？当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。7、为什么步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声？步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下， 启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低， 然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。8、如何克服两相混

44、合式步进电机在低速运转时的振动和噪声？步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，一般可采用以下方案来克服：A.如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比等机械传动避开共振区；B.采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法；C.换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机；D.换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高；E.在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大。9、 .细分驱动器的细分数是否能代表精度？步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术（请参考有关文献），其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一

45、个附带功能。比如对于步进角为1.8。的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为4,那么电机的运转分辨率为每个脉冲 0.45。,电机的精度能否达到或接近0.45。,还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大；细分数越大精度越难控制。10、 .四相混合式步进电机与驱动器的串联接法和并联接法有什么区别？四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此，连接时可以采用串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。串联接法一般在电机转速较低的场合使用，此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的0.7倍，因而电机发热小；并联接法一般在电机转速较高的场合使用（又称高速

46、接法），所需要的驱动器输出电流为电机相电流的1.4倍，因而电机发热较大。11、 .如何确定步进电机驱动器的直流供电电源？A.电压的确定混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围（比如IM483的供电电压为1248VDC ）,电源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也高，但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压，否则可能损坏驱动器。B.电流的确定供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。如果采用线性电源，电源电流一般可取I的1.11.3倍；如果采用开关电源，电源电流一般可取I的1.52.0倍。12、 .混合式步进电

47、机驱动器的脱机信号FREE 一般在什么情况下使用？当脱机信号 FREE为低电平时，驱动器输出到电机的电流被切断，电机转子处于自由状态（脱机状态）。在有些自动化设备中，如果在驱动器不断电的情况下要求直接转动电机轴（手动方式），就可以将 FREE信号置低，使电机脱机，进行手动操作或调节。手动完成后，再将FREE信号置高，以继续自动控制。13、 .如果用简单的方法调整两相步进电机通电后的转动方向？只需将电机与驱动器接线的A+和A-（或者B+和B-）对调即可。步进电机的主要特性：1步进电机必须加驱动才可以运转，驱动型号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角

48、度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。2腾龙版步进电机的步进角度为7.5度，一圈360度，需要48个脉冲完成。 3步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。4改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。因此，目前打印机， 绘图仪，机器人，等等设备都以步进电机为动力核心。步进电机原理= = = = = = = =通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一 步。它输出的角位移与输入的脉冲数成

49、正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序， 电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的 转动。我们使用的单极四相步进电机为例。其结构如图1:四个绕组引出四相（相A1相A2相B1相B2）和两个公共线（接到电源的正机 ）。把绕组的某一相接到电源的地线。这样该绕组就会受到激励。我们采用四相八拍的控制方式，即1相与2相交替导通，这样可提高分辨率。每一步可转0.9。控制电机正转的励磁顺序如下表：若要求电机反转，将励磁信号倒过来传送即可。2控制方案控制系统的框图如下本方案采用 AT89S51作为主控制器件。它与 AT89C51兼容，同时还增加了 SPI接口和看

50、 门狗模块，这不但使程序调试变得方便而且也使程序运行更加稳定。在方案中该单片机主要实现现场信号的采集并计算出步进电机运转的方向和速度信息。然后传送给CPLD。CPLD 采用EPM7128SLC84-15, EPM7128 是可编程的大规模逻辑器件，为ALTERA 公司的MAX7000系列产品。具有高阻抗、电可擦等特点，可用单元为2500个，工作电压为 +5V。CPLD接收到单片机发送过来的信息后，转换成对应的控制信号输出给步进电机驱动器。驱动器则把控制信号处理后输入电机绕组，实现了电机的有效控制。2.1电机驱动器硬件结构电机的驱动器采用如下电路： 其中R1-R8 的电阻值为 320a 。 R9

51、-R12 的电阻值为 2.2KQ。 Q1-Q4 为达林顿管 D401A , Q5-Q8为S8550。J1、J2与步进电机的六条引线相连伺服电动机伺服电动机 servomotor用作自动控制装置中执行元件 的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。伺服：一词源于希腊语奴隶”的意思。人们想把伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的伺服”性能，因此而得名。伺服电动机分类伺服电动机分交、直流两类。交流伺服电动机的工作原理与交流感应电动机相同。在定子上有两个

52、相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组 WcoWf接一恒定交流电压，利用施加到 Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电动机运行的目的。交流伺服电动机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格（要求分别小于10 %15 %和小于 15 %25 %）等特点。直流伺服电动机的工作原理与一般直流电动机相同。电动机转速n为n= E/ K1j = ( Ua IaRa ) / K1j式中E为电枢反电动势；K为常数；j为每极磁通；Ua ,Ia为电枢电压和电枢电流；Ra为电枢电阻。改变 Ua或改变 弧 均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电

53、压的方法。在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取 代，磁通()恒定。直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。伺服电动机伺服电动机(或称执行电动机)是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件。其作用为把接受的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度。按电流种类的不同，伺服电动机可分为直流和交流两大类。一、交流伺服电动机1、结构和原理交流伺服电动机的定子绕组和单相异步电动机相似，它的定子上装有两个在空间相差90°电角度的绕组，即励磁绕组和控制绕组。 运行时励磁绕组始终加上一定的交流励磁电压，控制绕组上则加大小或相位随信号变化的控制电压。转子的结构形式笼型转子和

54、空心杯型转子两种。笼型转子的结构与一般笼型异步电动机的转子相同，但转子做的细长，转子导体用高电阻率的材料作成。其目的是为了减小转子的转动惯量， 增加启动转矩对输入信号的快速反应和克服自转现象。空心杯形转子交流伺服电动机的定子分为外定子和内定子两部分。外定子的结构与笼型交流伺服电动机的定子相同，铁心槽内放有两相绕组。空心杯形转子由导电的非磁性材料(如铝)做成薄壁筒形，放在内、 外定子之间。杯子底部固定于转轴上， 杯臂薄而轻，厚度一般在 0.2 -0.8mm ,因而转动惯量小， 动作快且灵敏。交流伺服电动机的工作原理和单相异步电动机相似，LL是有固定电压励磁的励磁绕组，LK是有伺服放大器供电的控制

55、绕组，两相绕组在空间相差90。电角度。如果IL与Ik的相位差为90。，而两相绕组的磁动势幅值又相等， 这种状态称为对称状态。 与单相异步电动机一样， 这时在气隙中产 生的合成磁场为一旋转磁场， 其转速称为同步转速。旋转磁场与转子导体相对切割，在转子中产生感应电流。转子电流与旋转磁场相互作用产生转矩，使转子旋转。如果改变加在控制绕组上的电流的大小或相位差，就破坏了对称状态，使旋转磁场减弱，电动机的转速下降。电机的工作状态越不 对称，总电磁转矩就越小，当除去控制绕组上信号电压以后，电动机立即停止转动。这是交流伺服电动机在运行上与普通异步电动机的区别。交流伺服电动机有以下三种转速控制方式：(1)幅值

56、控制控制电流与励磁电流的相位差保持90°不变，改变控制电压的大小。(2)相位控制 控制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变，改变控制电压的相位。(3)幅值一相位控制 同时改变控制电压幅值和相位。交流伺服电动机转轴的转向随控制电压相 位的反相而改变。2、工作特性和用途伺服电动机的工作特性是以机械特性和调节特性为表征。在控制电压一定时，负载增加，转速下降;它的调节特性是在负载一定时，控制电压越高，转速也越高。伺服电动机有三个显著特点：(1 )启动转矩大 由于转子导体电阻很大，可使临界转差率S m> 1 ,定子一加上控制电压，转 子立即启动运转.(2 )运行范围宽在转差率从0到1的范围内都能稳定运转.(3)无自转现象 控制信号消失后，电动机旋转不停的现象称u自转u .自转现象破坏了伺服性，显然要避免.正常运转的伺服电动机只要失去控制电压后，伺服电动机就处于单相运行状态。由于转子导体电阻足够大，使得总电磁转矩始终是制动性的转矩，当电动机正转时失去Uk (控制电压)，产生的转 矩为负(0VSV1)。而反转时失去 UK,产生的转矩为正(1S2时，不会产生自转现象， 可以自行制动，迅速停止运转，这也是交