控制电机的运行与应用

4模块四交流电机的拖动与检修3模块三变压器的应用与检修1模块一电机拖动安全运行管理6模块六交流电动机的变频调速5模块五控制电机的运行与应用2模块二直流电机的拖动与维护任务一伺服电动机的控制与应用5

模块五控制电机的运行与应用任务内容

解决占机械总加工量80%的左右的单件和小批量生产的自动化难题，50年代出现了数控机床，它是典型的机电一体化产品，其中伺服系统的性能是是决定数控机床加工精度和生产效率的主要因素之一。观察一下，你身边的数控机床中，进给伺服和控制伺服中主要用的是什么型号的伺服电机？主要内容步骤一认识伺服电动机步骤二交流伺服电动机的拆装与绕组绝缘的检查认识伺服电动机步骤一

现场观看或通过观看视频资料演示，观察XK7136数控铣床的伺服系统及进给电动机（或备用伺服电动机）外观，对其作出记录或描述，并识读伺服电动机铭牌上数据及其含义。一、交流异步伺服电动机简介伺服电动机也称执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件。自动控制系统对伺服电动机的要求：1．快速响应，灵敏度高；2．不能自转现象；3．具有线性机械特性和调节特性；4．调速范围要宽。步骤一伺服电机又称执行电机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度等机械信号输出。改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。例如数控车床，刀具由伺服电动机拖动，它会按照给定目标的形状拖动刀具进行切割器件。根据使用电源的不同，伺服电机可分为：交流异步伺服电机，交流同步伺服电机

，直流伺服电机

。

直流伺服电机输出功率较大，功率范围为1～600W，用于功率较大的控制系统；而交流伺服电机输出功率较小，功率范围一般为0.1～100W。用于功率较小的控制系统。交流伺服电机直流伺服电机步骤一永磁转子二、交流异步伺服电动机的结构、原理及应用步骤一

交流伺服电动机的定子结构和单相异步电机相似。其定子上装有空间互差90的两个绕组：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。转子的结构分为笼型转子和空心杯型转子两种。如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相异步电动机相似，那么电动机一经转动，即使控制等于零，电动机仍继续转动，电动机失去控制，这种现象称为“自转”。而伺服电机严格要求电机不能“自转”。（一）结构和原理放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组控制电压与电源电压频率相同，相位相同或反相。工作时两个绕组中产生的电流和的相位差近于90º，因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。工作原理的分析步骤一

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。

转子电阻比较小时当单相励磁时，在电动机运行范围0<S1<1时，转矩为正值，产生拖动转矩，使转子继续转动。反转时也为拖动转矩。

增大转子电阻，使Sm>1当单相励磁时，在电动机运行范围0<S1<1时，转矩为负值，产生制动转矩，使转子停转。反转也是，从而消除“自转”。步骤一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。内定子也用硅钢片叠成，仅作为主磁通的通路；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。步骤一永磁式同步电动机当电动机正常运行时，定子绕组产生的旋转磁场以同步转速n1旋转，转子也以同步转速n1旋转。与普通同步电机一样，永磁式微型同步电动机采用异步启动法：在启动过程中，转子上的鼠笼起动绕组在定子绕组产生的旋转磁场下产生异步转矩，使电机起动。当电机转子转速接近同步转速n1时，转子被“牵入同步”。永磁式同步电动机功率小，结构简单，在电气仪表中应用较多。交流同步伺服电动机在本质上就是一台微型同步电动机步骤一直流伺服电动机在本质上就是一台他励直流电动机，无自转现象，只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。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—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。加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励磁电压不变)，由于旋转磁场的旋转方向发生变化，使电动机转子反转。交流伺服电动机的控制方式步骤一（二）工作特性和应用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，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＂自转＂。自转现象破坏了伺服性，显然要避免。交流伺服电动机机械特性曲线交流伺服电动机单相运行T—S曲线步骤一（三）交流伺服电动机的主要特性参数序号数据名称数据功能描述1额定功率电动机长时间连续运行所能输出的最大功率，约为额定转矩与额定转速的乘积。2额定转矩电动机在额定转速以下所能输出的长时间工作转矩。4额定转速由额定功率和额定转矩决定，通常在额定转速以上工作时，随着转速的升高，电动机所能输出的长时问工作转矩要下降。5瞬时最大转矩电动机所能输出的瞬时最大转矩。6最高转速电动机的最高工作转速.7电动机转子惯量转子转动惯量小，可以满足快速启动和无“自转”的伺服要求。和直流伺服电动机相比，交流伺服电动机没有电刷和换向器，避免了火花产生；和异步电动机相比，由于交流伺服电动机的转子是永磁体，在很低的频率下也能运行，在相同的条件下，交流伺服电动机的调速范围比异步电动机更宽，同时对转矩扰动有更强的承受力，能作出更快的响应，满足数控机床对进给电动机的要求。因此，交流伺服电动机取代了直流伺服电动机，在数控机床进给驱动中得到了广泛应用。步骤一交流伺服电动机的拆装与绕组绝缘的检查步骤二1.交流伺服电动机的基本检修当发生碰撞、冲击时可能会引起故障，检修时应对电动机作如下检查：2.交流伺服电动机的拆装与绕组绝缘的检查观察交流伺服电动机的结构，抄录其铭牌数据用兆欧表测量伺服电动机绕组的绝缘情况，发现绝缘电阻小于要求值，拆开伺服电动机检查处理松开伺服电动机后端盖螺钉，取下后盖取出编码器连接螺钉，脱开编码器和电动机轴之间的连接松开安装座的连接螺钉，取下安装座，露出电动机绕组松开编码器。由于编码器和电动机轴之间是锥度啮合，取编码器时要使用专用工具，并特别小心检查电动机绕组和引出线的连接部分，发现绝缘已经老化，重新连接和处理装好安装座，固定编码器，装上后端盖用兆欧表测量伺服电动机绕组的绝缘电阻符合要求拓展任务查阅伺服电动机常用技术要求，谈谈自己对伺服电动机实际应用中技术指标的理解。了解交流伺服电动机的结构、伺服电动机的种类、铭牌数据、分类等基础知识交流伺服电动机的拆装与绕组绝缘的检查1.交流伺服电动机拆装与绕组绝缘查2.电动机工作原理及参数测量认识伺服电动机4模块四交流电机的拖动与检修3模块三变压器的应用与检修1模块一电机拖动安全运行管理6模块六交流电动机的变频调速5模块五控制电机的运行与应用2模块二直流电机的拖动与维护任务二步进电动机的控制与应用5

模块五控制电机的运行与应用任务内容

数控机床的开环伺服系统主要由驱动电路，执行元件和机床3大部分组成，常用的执行元件是步进电机。在数字控制系统中，大量使用的是反应式步进电机。步进电机是一种感应电机，驱动器就是为步进电机分时供电的、多相时序控制器。主要内容步骤一认识步进电动机步骤二步进电机进给驱动装置的连接与调试步骤三步进电机驱动系统的常见故障与检修认识步进电动机步骤一

以小组为单位，通过现场观看或通过观看视频资料演示，观察CK6130数控车床的伺服系统及进给电动机（或备用步进电动机）外观，对其作出记录或描述，并识读其铭牌上数据及其含义。一、了解步进电动机步进电动机本质上属于断续运转的同步电动机，同时它也是是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或直线位移的执行元件。(e)减速步进电机(f)微型步进电机(g)直线步进电机(h)同步电机步骤一步进电动机有很多种类，按运动方式可分为旋转式和直线式两类；按工作原理可分为反应式、永磁式和感应子式（又叫混合式）三种，而反应式步进电动机应用较多，反应式步进电动机也称为磁阻式步进电动机。(a)微型步进电机(b)57步进电机(c)精密减速步进电机(d)汽车怠速（直线）电机

励磁式步进电机和反应式步进电机的区别在于，励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，而反应式步进电机的转子上没有励磁线圈，依靠变化的的磁阻生成磁阻转矩工作。三相反应式步进电动机的原理结构图定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。转子有四个齿。二、步进电动机的工作原理步骤一三相单三拍：A

B

C

A

……CA'BB'C'A3412A相绕组通电，B、C相不通电。由于在磁场作用下，转子总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情况下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。步骤一CA'BB'C'A34121C'342CA'BB'A同理，B相通电时，转子会转过30

角，2、4齿和B、B´磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30

角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。与单三拍方式相似，步距角与三相单三拍相同，在平衡点的稳定性较好。三相双三拍：AB

BC

CA

……三相六拍：A

AB

B

BC

C

CA

……CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412A相通电，转子1、3齿与A、A'对齐。A、B相同时通电，A、A'磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子转过15

。CA'BB'C'A34123412CA'BB'C'AB相通电，转子2、4齿与B、B´对齐,又转过15

。B、C相同时通电，C'、C磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子再转过15

。

步距角是三拍一半，采用双极通电方式，其稳定性比单极要好。步骤一(a)展开图(b)结构图三相反应式步进电动机步进电动机转速为：步进电机步距角：三、步进电动机的驱动电源指令变频信号源脉冲分配器脉冲放大器工作机构步进电动机步骤一四、步进电动机驱动装置步进电机齿轮箱指令脉冲数控装置环形分配器步进电机功率放大器电源工作台开环控制伺服系统的结构示意图三相硬件环形分配器的驱动控制示意图步骤一步骤一五、步进电动机的应用用脉冲信号进行控制，一周的步数是固定的，只要不丢步，角位移误差不存在长期积累的情况，主要用于数字控制系统中，精度高，运行可靠。如采用位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。步进电动机广泛应用于数字控制系统中，如数模转换装置、数控机床、自动记录仪、钟表等之中，另外在工业自动化生产线、印刷设备等中亦有应用。数控装置步进电动机电位器放大器液压缸机械手电液伺服阀步进电机进给驱动装置的连接与调试步骤二进给驱动装置的接线图2.按图将步进电动机、M535型步进电动机驱动器与HNC-21TF数控系统连接；3.设定数控系统参数；4.设置步进电机驱动器参数。步进电动机进给驱动装置连接的基本步骤如下：1.测定步进电动机的绕组绝缘电阻，测定各绕组首尾端；步进电机驱动系统的常见故障与检修步骤三故障现象故障原因维修方法电动机不转动力线路有故障 检查线路并保证电源正常驱动器电路故障用替换法来确定是否驱动器本身，必要时更换驱动器驱动器报警按相关报警参数处理系统参数设置不当依据参数说明书重新设置接口信号线接触不良或无信号输出检查信号线重新连接、用示波器观察是否有脉冲指令电动机有故障检查电动机必要时更换工作中出现尖叫后停转输入频率过高降低输入脉冲频率输入脉冲突调频率过高引起堵转降低输入脉冲的突调频率输入脉冲的升速曲线不够理想调整输入脉冲的升速曲线工作中突然停转驱动器有故障用万用表测量驱动电源、检查脉冲是否正常，必要时更换驱动器电动机故障修理或更换电动机机械故障检查机械有无卡阻并排除步进电动机失步或多步负载过大调整加工中切削参数，调整加工条件等传动间隙过大检查机械传动的精度，进行螺距误差补偿电动机有故障修理或更换电动机驱动器有故障检查输入脉冲是否有丢失，修理或更换驱动器干扰检查接地，并做好屏蔽处理拓展任务查阅步进电动机常用技术要求，谈谈自己对步进电动机实际应用中技术指标的理解。步进电动机进给驱动装置的连接与调试了解步进电动机的种类、工作原理、分类等基础知识1.步进电动机的结构及原理2.步进电动机进给驱动装置的连接认识步进电动机步进电机驱动系统常见故障及其维修步进电动机的常见故障与检修方法4模块四交流电机的拖动与检修3模块三变压器的应用与检修1模块一电机拖动安全运行管理6模块六交流电动机的变频调速5模块五控制电机的运行与应用2模块二直流电机的拖动与维护任务三测速发电机的控制与应用5

模块五控制电机的运行与应用任务内容

观察电磁调速异步电动机，电磁调速异步电动机中实现速度负反馈的是三相交流测速发电机，用以提高调速系统的动态稳定性。测速发电机输出的电压对应的是电机转速，此信号主要是用于电机转速负反馈，完成速度调节闭环，其次是给显示仪表显示电机转速。测速发电机在有些场合正逐渐被旋转编码器所代替。主要内容步骤一认识测速发电机步骤二直流测速发电机的接线运行

以小组为单位，通过现场观看或通过观看视频资料演示，观察MG1432A高精度万能外圆磨床的头架电机（或备用测速发电机）外观，对其作出记录或描述，并识读其铭牌上数据及其含义。认识测速发电机步骤一

测速发电机是一种把机械转速变为电压信号输出的元件。要求输出的电压信号与转速成正比，即：交流测速发电机分为同步和异步两类，同步测速发电机就是永磁转子的单相同步发电机，由于输出电压的频率随转速而变化，故应用很少。应用最广的是异步测速发电机。一、交流异步测速发电机（一）结构和原理交流异步测速发电机是交流伺服电动机的一种逆运行，它在结构上与交流伺服电动机相似，它的定子上也有两个空间上互差90度电角度的绕组。不过，其中一个是励磁绕组；另一个用来输出电压，称为输出绕组。异步测速发电机转子笼型和空心杯型两种。空心杯转子异步测速发电机原理图步骤一工作原理（1）当转子静止不动时,异步测速发电机类似于一台变压器，输出绕组的输出电压

等于0。(2)当转子旋转时，转子导体因切割磁通而产生感应电流，转子电流又产生磁通,与输出绕组轴线相重合,由于,所以在输出绕组中感应出频率相同的输出电压,输出电压与转子的转速成正比。（二）工作特性

交流测速发电机的工作特性即输出特性，包括输出幅值特性和输出相位特性。

在一定的励磁电压下，交流测速发电机输出电压的幅值或有效值与转速的关系称为输出幅值特性步骤一(三）误差分析3.交流异步测速发电机的误差主要有三种：非线性误差、剩余电压和相位误差。1）非线性误差采用非磁性空心杯转子、电阻率大的磷青铜材料以及提高励磁电源频率可提高线性度，减小线性误差。2）剩余电压提高制造和加工的精度；或采用阻容电桥补偿法进行补偿。3）相位误差在励磁回路中串电容进行补偿

同步测速发电机就是永磁转子的单相同步发电机，由于输出电压的频率随转速而变化，故应用很少。同步测速发电机虽然感应电动势的大小与转速成正比，但感应电的频率随转速而变化，致使等效阻抗随转速而变。步骤一直流测速发电机直流测速发电机的结构与直流伺服电动机相同，分为永磁式和电磁式两大类。直流测速发电机实际上就是一台普通的直流发电机，在恒定磁场下，旋转的电枢切割磁通，在电刷之间产生直流电动势，其大小与转速成正比（E=CeΦn）。改变转子的旋转方向，输出电压的极性也随之改变。二、直流测速发电机（一）工作原理直流测速发电机的结构与直流伺服电动机相同，分为永磁式和电磁式两大类。按电枢结构不同，又可分为有槽式电枢、无槽式电枢、空心杯形电枢和印制绕组电枢等，常用的是有槽式电枢结构。步骤一（二）工作特性直流测速发电机的工作特性，主要是指输出电压与转速的关系。在励磁电压和负载电阻一定时，直流测速发电机的输出电压与转速的关系称为输出特性。直流测速发电机的工作原理直流测速发电机的输出特性步骤一步骤一（三）误差分析

直流测速发电机的输出电压与转速要严格地保持正比关系在实际生活中是难以做到的，造成这种误差的原因主要有以下几个方面。电枢反应温度接触电阻误差温度升得越高，斜率减小越明显，使特性向下弯曲。电流大，接触电阻则小而且基本上趋于稳定的数值，线性误差相对较小。电枢电