模塊三特種電機的性能測試及其使用方法

1、課題一課題一 直流伺服電動機的使用與測試直流伺服電動機的使用與測試1直流伺服電動機的基本結構直流伺服電動機的基本結構 直流伺服電動機有傳統(tǒng)式結構及低慣直流伺服電動機有傳統(tǒng)式結構及低慣量型兩大類。量型兩大類。 傳統(tǒng)式直流伺服電動機的結構與普通傳統(tǒng)式直流伺服電動機的結構與普通的直流電動機基本相同，由定子、轉子兩的直流電動機基本相同，由定子、轉子兩大部分組成，按定子的勵磁方式又可分為大部分組成，按定子的勵磁方式又可分為永磁式和他勵式兩種。永磁式和他勵式兩種。 低慣量型直流伺服電動機，為減少其低慣量型直流伺服電動機，為減少其轉動慣量，常見形式有盤形、空心杯形及轉動慣量，常見形式有盤形、空心杯形及無槽電

2、樞型。無槽電樞型。（1）電樞控制方式）電樞控制方式（2）磁極控制方式）磁極控制方式u操作一操作一 調節(jié)直流伺服電動機的轉速調節(jié)直流伺服電動機的轉速 采用電樞控制方式進行控制，直流伺采用電樞控制方式進行控制，直流伺服電動機的接線如圖服電動機的接線如圖1.3.3所示。所示。圖圖1.3.3 1.3.3 直流伺服電動機的接線圖直流伺服電動機的接線圖 按圖連接直流伺服電動機的接線，將直按圖連接直流伺服電動機的接線，將直流伺服電動機與渦流測功機同軸連接，保流伺服電動機與渦流測功機同軸連接，保持同軸度一致，安裝完畢后轉動一下電動持同軸度一致，安裝完畢后轉動一下電動機，檢查轉動是否靈活。機，檢查轉動是否靈活。

3、調節(jié)直流伺服電動機勵磁回路電阻調節(jié)直流伺服電動機勵磁回路電阻Rf2為最小，將勵磁電壓為最小，將勵磁電壓Uf調節(jié)到額定值調節(jié)到額定值220 V。 調節(jié)渦流測功機給直流伺服電動機加載。調節(jié)渦流測功機給直流伺服電動機加載。調節(jié)勵磁回路電阻調節(jié)勵磁回路電阻Rf2的同時調節(jié)電樞電壓的同時調節(jié)電樞電壓為額定值，即令為額定值，即令Ua= UN= 220 V，電樞電流，電樞電流為額定值，為額定值，Ia = IN，電動機轉速為額定值，電動機轉速為額定值n= nN，此時電動機勵磁電流即為額定勵，此時電動機勵磁電流即為額定勵磁電流，電動機處于額定負載運行狀態(tài)。磁電流，電動機處于額定負載運行狀態(tài)。 直流伺服電動機在額

4、定負載運行狀態(tài)直流伺服電動機在額定負載運行狀態(tài)下，逐漸減小電樞電壓值，從下，逐漸減小電樞電壓值，從Ua=220 V減減小到小到0 V，用轉速表測量其轉速。，用轉速表測量其轉速。 u操作二操作二 測試機械特性曲線測試機械特性曲線（1）保持電動機的勵磁電流為額定勵磁電）保持電動機的勵磁電流為額定勵磁電流，讓電動機處于不同負載狀態(tài)，測試電流，讓電動機處于不同負載狀態(tài)，測試電動機在不同的電樞電壓狀態(tài)下的機械特性動機在不同的電樞電壓狀態(tài)下的機械特性曲線。曲線。 （2）保持電動機的勵磁電流為額定勵磁電）保持電動機的勵磁電流為額定勵磁電流流If = IfN電樞電壓電樞電壓Ua = 220V。先調節(jié)渦流。先調

5、節(jié)渦流測功機，使電樞電流測功機，使電樞電流Ia = 1A，再調節(jié)渦流，再調節(jié)渦流測功機減載，一直到空載，其間記錄測功機減載，一直到空載，其間記錄78組試驗數據。組試驗數據。 根據數據，畫出電動機的第一條機械根據數據，畫出電動機的第一條機械特性曲線。特性曲線。 （3） 將電樞電壓減小到將電樞電壓減小到Ua = 160V，保持電，保持電動機的勵磁電流為額定勵磁電流動機的勵磁電流為額定勵磁電流If = IfN不變。不變。 先調節(jié)渦流測功機，使電樞電先調節(jié)渦流測功機，使電樞電Ia = 0.8A，再調節(jié)渦流測功機減載，一直到空載，其間再調節(jié)渦流測功機減載，一直到空載，其間記錄記錄78組試驗數據。根據數據

6、，畫出電動組試驗數據。根據數據，畫出電動機的第二條機械特性曲線。機的第二條機械特性曲線。1交流伺服電動機的類型及性能要求交流伺服電動機的類型及性能要求 交流伺服電動機有三相繞組式感應電動機、交流伺服電動機有三相繞組式感應電動機、二相電動機、以及交流換向器電動機二相電動機、以及交流換向器電動機 3種類型。種類型。 在交流伺服系統(tǒng)中，二相籠型電動機是應在交流伺服系統(tǒng)中，二相籠型電動機是應用最多的一種。用最多的一種。 2交流伺服電動機的基本結構交流伺服電動機的基本結構 當勵磁繞組接通電流當勵磁繞組接通電流I1，控制繞組接，控制繞組接通同頻率、相位與通同頻率、相位與I1相差相差90的電流時，在的電流時

7、，在氣隙里便產生一個旋轉磁場。氣隙里便產生一個旋轉磁場。 在轉子導體中產生感應電勢和電流，在轉子導體中產生感應電勢和電流，此電流與旋轉磁場相互作用，產生電磁轉此電流與旋轉磁場相互作用，產生電磁轉矩，驅動轉子旋轉。矩，驅動轉子旋轉。 二相交流伺服電動機的基本結構主要二相交流伺服電動機的基本結構主要由定子和轉子兩大部分組成，其定子結構由定子和轉子兩大部分組成，其定子結構與交流測速發(fā)電機的基本相同，它的兩個與交流測速發(fā)電機的基本相同，它的兩個定子繞組在空間相隔定子繞組在空間相隔90電角度。電角度。 一個繞組作為勵磁繞組，另一繞組作一個繞組作為勵磁繞組，另一繞組作為控制繞組，輸入控制電壓，且控制電壓為

8、控制繞組，輸入控制電壓，且控制電壓與勵磁電壓為同頻率，因此是一種兩相交與勵磁電壓為同頻率，因此是一種兩相交流電動機。流電動機。（1）幅值控制）幅值控制（2）相位控制）相位控制（3）幅值相位控制）幅值相位控制u操作一操作一 測試交流伺服電機幅值控制方法測試交流伺服電機幅值控制方法時的機械特性時的機械特性（1）幅值控制方式的交流伺服電動機接線）幅值控制方式的交流伺服電動機接線如圖如圖1.3.10所示。所示。（2）機械特性曲線測試。）機械特性曲線測試。 圖圖1.3.10 1.3.10 交流伺服電動機幅值控制接線圖交流伺服電動機幅值控制接線圖 1） 第一條機械特性曲線測試。第一條機械特性曲線測試。 調

9、節(jié)勵磁電壓調節(jié)勵磁電壓Uf=220 V，控制電壓，控制電壓Uc=UN=220 V，調節(jié)渦流測功機給交流伺，調節(jié)渦流測功機給交流伺服電動機逐步加載，記錄力矩服電動機逐步加載，記錄力矩T，轉速，轉速n的的數據數據78組。組。 2） 第二條機械特性曲線測試。第二條機械特性曲線測試。 保持勵磁電壓保持勵磁電壓Uf = 220 V，調節(jié)控制電，調節(jié)控制電壓壓Uc = 0.75UN = 165 V，調節(jié)渦流測功機給，調節(jié)渦流測功機給交流伺服電動機逐步加載，記錄力矩交流伺服電動機逐步加載，記錄力矩T，轉，轉速速n的數據的數據78組。組。3） 根據記錄的數據畫出交流伺服電機的根據記錄的數據畫出交流伺服電機的機

10、械特性曲線。機械特性曲線。u操作二操作二 測試調節(jié)特性曲線測試調節(jié)特性曲線 （1）交流伺服電動機接線如圖）交流伺服電動機接線如圖1.3.10所示。所示。（2）調節(jié)勵磁電壓）調節(jié)勵磁電壓Uf = 220 V，電動機空，電動機空載（渦流測功機不給電動機加載）。調節(jié)載（渦流測功機不給電動機加載）。調節(jié)單相調壓器單相調壓器T2，使控制電壓，使控制電壓UC從從220 V逐逐漸減小到漸減小到0 V，記錄控制電壓，記錄控制電壓UC，轉速，轉速n的的數據數據78組。組。（3）根據記錄的數據畫出交流伺服電機的）根據記錄的數據畫出交流伺服電機的調節(jié)特性曲線。調節(jié)特性曲線。u操作三操作三 觀察交流伺服電機觀察交流伺

11、服電機“自轉自轉”現象現象（1）交流伺服電動機接線如圖）交流伺服電動機接線如圖1.3.10所示。所示。（2）調節(jié)調壓器使）調節(jié)調壓器使Uf = 220V，UC = 220V，再令再令UC開路，觀察交流伺服電機有無開路，觀察交流伺服電機有無“自轉自轉”現象。現象。（3）調節(jié)調壓器，使）調節(jié)調壓器，使Uf = 220V，UC = 220V，再令再令UC從從220V逐漸下降，直到逐漸下降，直到0V，觀察交流伺，觀察交流伺服電機有無服電機有無“自轉自轉”現象?，F象。1直流測速發(fā)電機的基本結構直流測速發(fā)電機的基本結構 直流測速發(fā)電機是一種微型直流發(fā)電直流測速發(fā)電機是一種微型直流發(fā)電機，一般多為二極電機，

12、其基本結構與普機，一般多為二極電機，其基本結構與普通的直流發(fā)電機相同。通的直流發(fā)電機相同。 直流測速發(fā)電機的工作原理與直流發(fā)直流測速發(fā)電機的工作原理與直流發(fā)電機相似，氣隙里有一個恒定的磁場，當電機相似，氣隙里有一個恒定的磁場，當電機旋轉時，電樞中將產生感應電動勢電機旋轉時，電樞中將產生感應電動勢Eo = Ce on。 u操作一操作一 連接試驗電路連接試驗電路（1）將一臺驅動直流電動機與直流測速發(fā)）將一臺驅動直流電動機與直流測速發(fā)電機同軸連接，轉動要靈活。電機同軸連接，轉動要靈活。（2）按圖）按圖1.3.15接線。接線。圖圖1.3.15 1.3.15 直流測速發(fā)電機接線圖直流測速發(fā)電機接線圖 u

13、操作二操作二 u 測量直流測速發(fā)電機的空載輸出電壓測量直流測速發(fā)電機的空載輸出電壓（1）調節(jié)驅動直流電動機的勵磁回路，把）調節(jié)驅動直流電動機的勵磁回路，把Rf調整到使輸出勵磁電壓最大的位置，電調整到使輸出勵磁電壓最大的位置，電壓表選擇壓表選擇20 V檔，斷開開關檔，斷開開關S，使直流測速，使直流測速發(fā)電機處于空載狀態(tài)。發(fā)電機處于空載狀態(tài)。 （2）驅動電機的調速運行。先接通勵磁電）驅動電機的調速運行。先接通勵磁電源，再接通電樞電源。并將電樞電壓調至源，再接通電樞電源。并將電樞電壓調至220V，使電動機運行。，使電動機運行。 然后調節(jié)勵磁電阻然后調節(jié)勵磁電阻Rf使轉速達到使轉速達到2 400r/m

14、in，再減小勵磁電阻，再減小勵磁電阻Rf和電樞電壓和電樞電壓使電動機逐漸減速，每次下降使電動機逐漸減速，每次下降300r/min。 驅動電機的轉速不能超過測速發(fā)電機驅動電機的轉速不能超過測速發(fā)電機的額定轉速，以免損壞發(fā)電機的額定轉速，以免損壞發(fā)電機 。（3）直流測速發(fā)電機的輸出電壓測量，記）直流測速發(fā)電機的輸出電壓測量，記錄上面的每一組轉速值及其相對應的直流錄上面的每一組轉速值及其相對應的直流測速發(fā)電機的輸出電壓值，共測取測速發(fā)電機的輸出電壓值，共測取89組組數據。根據數據畫出數據。根據數據畫出U=f（n）的輸出特性）的輸出特性曲線。曲線。u操作二操作二 u 測試直流測速發(fā)電機的負載時輸出電測

15、試直流測速發(fā)電機的負載時輸出電壓壓（1）合上開關）合上開關S，接入負載電阻，接入負載電阻RZ，使直，使直流測速發(fā)電機處于負載狀態(tài)。流測速發(fā)電機處于負載狀態(tài)。（2）調節(jié)驅動電動機轉速，重復上面操作）調節(jié)驅動電動機轉速，重復上面操作二的（二的（2）（）（3）中步驟，測量）中步驟，測量89組數組數據。據。（3）根據數據畫出）根據數據畫出U= f（n）負載時的輸）負載時的輸出特性曲線。出特性曲線。1步進電動機的分類及基本結構步進電動機的分類及基本結構 按勵磁方式，步進電動機可分為反應按勵磁方式，步進電動機可分為反應式、永磁式、感應子式等類別。式、永磁式、感應子式等類別。 其中，反應式步進電動機應用最為

16、廣其中，反應式步進電動機應用最為廣泛。泛。 圖圖1.3.17為一種四相反應式步進電動機為一種四相反應式步進電動機結構圖。結構圖。 定子每對極上有一相繞組，定子鐵心定子每對極上有一相繞組，定子鐵心由硅鋼片疊成，由硅鋼片疊成，8個磁極上又有許多小齒。個磁極上又有許多小齒。圖圖1.3.17 1.3.17 四相反應式步進電動機結構四相反應式步進電動機結構 轉子上沒有繞組，也由疊片鐵心或軟轉子上沒有繞組，也由疊片鐵心或軟磁性鋼片構成，沿圓周上也有多小齒。磁性鋼片構成，沿圓周上也有多小齒。 定子磁極上小齒的齒距和轉子上小齒定子磁極上小齒的齒距和轉子上小齒的齒距必須相等，而且轉子的齒數也有一的齒距必須相等，

17、而且轉子的齒數也有一定的限制。定的限制。 圖圖1.3.18所示為三相反應式步進電動機所示為三相反應式步進電動機斷面圖。斷面圖。 圖圖1.3.18所示的轉子齒數為所示的轉子齒數為40齒，每個齒，每個齒距對應的空間角度為齒距對應的空間角度為9。圖圖1.3.18 1.3.18 三相反應式步進電動機斷面圖三相反應式步進電動機斷面圖 當當U相通電時，相通電時，V、W兩相繞組不通電，兩相繞組不通電，即氣隙磁場與即氣隙磁場與U相繞組軸線相重合。相繞組軸線相重合。 由于定子與轉子上都有齒和槽，磁路由于定子與轉子上都有齒和槽，磁路的磁導也不同，當定子齒與轉子齒對齊時，的磁導也不同，當定子齒與轉子齒對齊時，氣隙最

18、小，磁路的磁導為最大，磁拉力也氣隙最小，磁路的磁導為最大，磁拉力也最大。最大。 所以，當所以，當U相繞組通電時，轉子將受相繞組通電時，轉子將受磁拉力作用，使轉子轉動到與磁拉力作用，使轉子轉動到與U相繞組軸相繞組軸線對齊。線對齊。 轉子上只有徑向力而無軸向切力，故轉子上只有徑向力而無軸向切力，故此位置使轉子具有自鎖能力。此位置使轉子具有自鎖能力。 V相繞組的軸線與相繞組的軸線與U相繞組軸線的夾角相繞組軸線的夾角為為120電角度，中間包含的齒距數為電角度，中間包含的齒距數為120/9= 13 + 1/3，U相繞組磁極上定子相繞組磁極上定子與轉子齒對齊時，與轉子齒對齊時，V相磁極上定子齒的軸相磁極上

19、定子齒的軸線超前轉子齒的軸線線超前轉子齒的軸線1/3齒距。齒距。 同理，同理，W相定子齒的軸線超前轉子齒相定子齒的軸線超前轉子齒的軸線的軸線2/3的齒距。的齒距。 當當U相繞組斷電而相繞組斷電而V相繞組通電時，建相繞組通電時，建立以立以V相繞組為軸線的磁場，轉子受磁拉相繞組為軸線的磁場，轉子受磁拉力的作用沿力的作用沿U-V-W方向轉過方向轉過1/3齒距。齒距。 同理，同理，V相斷電，相斷電，W相繞組通電時，相繞組通電時，轉子又轉過轉子又轉過1/3齒距。齒距。 轉子轉動的角度，稱為步距角。轉子轉動的角度，稱為步距角。1/3齒齒距角為距角為3，即步距角為，即步距角為3。 從一相通電換接到另一相通電

20、，稱為從一相通電換接到另一相通電，稱為一拍。按一拍。按U-V-W方式運行稱為三相單三方式運行稱為三相單三拍運行。拍運行。 三相反應式步進電動機也可以兩相繞三相反應式步進電動機也可以兩相繞組同時通電，通電方式為組同時通電，通電方式為UV-VW-WU-UV.此種換接方式稱為三相雙三拍運此種換接方式稱為三相雙三拍運行，其步距角仍為行，其步距角仍為3。 如果步進電動機把一相通電和二相通如果步進電動機把一相通電和二相通電結合起來，按電結合起來，按U-UV-VW-W-WU-U方式通電，就稱為三相方式通電，就稱為三相6拍運行方式，即換拍運行方式，即換接接6次完成一個循環(huán)，則其步距角相應地為次完成一個循環(huán)，則

21、其步距角相應地為三拍方式的一半，即步距角三拍方式的一半，即步距角1.5。 根據上述分析可知，步距角的大小與根據上述分析可知，步距角的大小與運行的方式拍數、定轉子的齒數均有關。運行的方式拍數、定轉子的齒數均有關。步距角為式中：步距角為式中： b 為步距角；為步距角；ZR 為轉子齒數；為轉子齒數；N 為運行方式為運行方式“拍數拍數”。NZRob360 當外加一個控制脈沖，即每改變一次通當外加一個控制脈沖，即每改變一次通電狀態(tài)，轉子轉過的角度是整個圓周角電狀態(tài)，轉子轉過的角度是整個圓周角的的 。NZR1 設脈沖電源的頻率為設脈沖電源的頻率為f，則步進電動機，則步進電動機的轉速為的轉速為 （r/min

22、）。）。 NZfnR60 步進電動機運行時，要求相當功率的步進電動機運行時，要求相當功率的電脈沖，按所要求的邏輯關系供給各個控電脈沖，按所要求的邏輯關系供給各個控制繞組，而不能直接將交流電源接到控制制繞組，而不能直接將交流電源接到控制繞組上。繞組上。 對步進電動機的驅動器來說，必須滿對步進電動機的驅動器來說，必須滿足下列條件：有一定的相數、拍數、電壓足下列條件：有一定的相數、拍數、電壓值、電流值和頻率等，而且輸出脈沖的頻值、電流值和頻率等，而且輸出脈沖的頻率是可調的。率是可調的。u操作一操作一 接線和運行步進電動機接線和運行步進電動機 控制電源選擇三相單三拍運行方式?？刂齐娫催x擇三相單三拍運行

23、方式。通過調節(jié)步進電動機控制電源箱上的單步通過調節(jié)步進電動機控制電源箱上的單步按鈕，每按一次，步進電機走一個步距角，按鈕，每按一次，步進電機走一個步距角，不斷的按動該鍵，步進電機轉子不斷作步不斷的按動該鍵，步進電機轉子不斷作步進運動。改變電機轉向，電機作反向步進進運動。改變電機轉向，電機作反向步進運動。運動。 u操作二操作二 觀察角位移和脈沖數的關系觀察角位移和脈沖數的關系 （1）設置運行步數，也就是通過調節(jié)步進）設置運行步數，也就是通過調節(jié)步進電動機控制電源箱上的相應按鈕使步進電電動機控制電源箱上的相應按鈕使步進電機連續(xù)運行若干步例如機連續(xù)運行若干步例如10步。步。（2）按下執(zhí)行按鈕，步進電機連續(xù)步進轉）按下執(zhí)行按鈕，步進電機連續(xù)步進轉動動10次。次。（3）通過電機轉軸上固定帶有指針的刻度）通過電機轉軸上固定帶有指針的刻度盤觀察步進電機轉過的角度。盤觀察步進電機轉過的角度。u操作三操作三 平均轉速和脈沖頻率的關系平均轉速和脈沖頻率的關系（1）步進電機按三相單三拍方式運行，正）步進電機按三相單三拍方式運行，正確接線。確接線。（2）設置運行步數