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1 是步进电机? 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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。2.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。 3.什么是步进电机的持转矩（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。 4.什么是步进电机的DETENT TORQUE? 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。 5.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。 6.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。 7.为什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。 8.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）。 9.如何克服两相混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。 10.细分步进电机的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。 11.四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。 12.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。 13.混合式步进电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。 14.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。关于驱动器的细分原理及一些相关说明（转载）在国外,对于步进系统,主要采用二相混合式步进电机及相应的细分驱动器。但在国内,广大用户对“细分”还不是特别了解,有的只是认为,细分是为了提高精度,其实不然,细分主要是改善电机的运行性能,现说明如下：步进电机的细分控制是由驱动器精确控制步进电机的相电流来实现的,以二相电机为例,假如电机的额定相电流为3A,如果使用常规驱动器（如常用的恒流斩波方式）驱动该电机,电机每运行一步,其绕组内的电流将从0突变为3A或从3A突变到0,相电流的巨大变化,必然会引起电机运行的振动和噪音。如果使用细分驱动器,在10 细分的状态下驱动该电机,电机每运行一微步,其绕组内的电流变化只有0.3A而不是3A,且电流是以正弦曲线规律变化,这样就大大的改善了电机的振动和噪音,因此,在性能上的优点才是细分的真正优点。由于细分驱动器要精确控制电机的相电流,所以对驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求,成本亦会较高。注意,国内有一些驱动器采用“平滑”来取代细分,有的亦称为细分,但这不是真正的细分,望广大用户一 定要分清两者的本质不同： 15“平滑”并不精确控制电机的相电流,只是把电流的变化率变缓一些,所以“平滑”并不产生微步,而细分的微步是可以用来精确定位的。 16电机的相电流被平滑后,会引起电机力矩的下降,而细分控制不但不会引起电机力矩的下降,相反,力矩会有所增加。 17.两相和五相的混合式步进电机的应用场合有何不同？ 问题解答：一般来说,两相电机步距角大,高速特性好,但是存在低速振动区。而五相电机步距角小,低速运行平稳。所以,在对电机的 运转精度要求较高 ,且主要在中低速段（一般低于600转/分）的场合应选用五相电机;反之,若追求电机的高速性能,对精度及平稳性无太多要求的场合应选用成本较低的两相电机。另外,五相电机的力矩通常在2NM以上, 对小力矩的应用,一般采用两相电机,而低速平稳性的问题可以通过采用细分驱动器的 方式解决。 和步进电机相比,伺服电机有以下几点优势： 1、实现了位置,速度和力矩的闭环控制;克服了步进电机失步的问题; 2、高速性能好,一般额定转速能达到20003000转; 3、抗过载能力强,能承受三倍于额定转矩的负载,对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用; 4、低速运行平稳,低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合; 5、电机加减速的动态相应时间短,一般在几十毫秒之内;6、发热和噪音明显降低。 第1页第2页 附：步进电机动态指标及术语： 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、步进电机失步： 电机运转时运转的步数,不等于理论上的步数。称之为失步。 3、步进电机失调角： 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、步进电机最大空载起动频率： 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、步进电机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、步进电机运行矩频特性： 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、四相感应子式步进电机的共振区一般在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-CA-BC-AB或()时为反转。常用电机与控制直流电动机（一）作者：佚名来源：本站整理发布时间：2006-11-16 13:52:01发布人：电气在线减小字体 增大字体 设备中常用的电机主要分两类：一类是驱动电机，一类是控制电机。驱动电机是设备的主要动力源，包括各种类型的交、直流电动机。交流异步电动机较之其它类型的电动机结构简单，价格便宜，运行可靠，维护方便，某些设备或者辅助用电动机在不要求调速时可采用；要求调节转速，则可选用直流电动机、整流子式电动机或电磁调速异步电动机（滑差电动机）。控制电机也叫特种电动机，常见的有步进电动机、伺服电动机、测速发电机等，这些电机不是作为动力来使用的，它的主要任务是转换和传递控制信号，能量的传递是次要的。直流电动机直流电动机是将直流电能转换为机械能的旋转机械。它与交流电动机（如三相异步电动机）相比，虽然因结构比较复杂、生产成本较高、故障较多等，目前已不如交流电动机应用普遍，但由于它具有优良的调速性能和较大的起动转矩，得到广泛应用。本节仅就直流电动机的结构与工作原理、直流电动机的分类及在印刷设备中的应用、直流电动机的起动与调速做一简单介绍。一、直流电动机的结构与工作原理1直流电动机的结构 直流电动机主要由磁极、电枢、换向器三部分组成，其结构如图1所示。 图1 直流电动机的主要结构 （1）磁极。磁极是电动机中产生磁场的装置，如图2所示。它分成极心1和极掌2两部分。极心上放置励磁绕组3，极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度的分布最为合适，并用来挡住励磁绕组；磁极是用钢片叠成的，固定在机座4（即电机外壳）上；机座也是磁路的一部分。机座常用铸钢制成。 图2 直流电动机的磁极及磁路 1极心 2极掌 3励磁绕组 4机座 （2）电枢。电枢是电动机中产生感应电动势的部分。直流电动机的电枢是旋转的，电枢铁心呈圆柱状，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放有电枢绕组，如图3所示。 图3 直流电动机的电枢 （3）换向器（整流子）。换向器是直流电动机的一种特殊装置，其外形如图4所示，主要由许多换向片组成，每两个相邻的换向片中间是绝缘片。在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路联接。换向器是直流电动机的结构特征，易于识别。 图4 换向器 2、直流电动机的工作原理 图5 直流电动机原理图 图5是直流电动机的示意图。若在A、B之间外加一个直流电压，A接电源正极，B接负极，则线圈中有电流流过。当线圈处于图5所示位置时，有效边ab在N极下，cd在S极上，两边中的电流方向为ab，cd。由安培定律可知，ab边和cd边所受的电磁力为： FBLI 式中，I为导线中的电流，单位为安（A）。根据左手定则知，两个F的方向相反，如图5所示，形成电磁转矩，驱使线圈逆时针方向旋转。当线圈转过180时，cd边处于N极下，ab边处于S极上。由于换向器的作用，使两有效边中电流的方向与原来相反，变为dc、ba，这就使得两极面下的有效边中电流的方面保持不变，因而其受力方向，电磁转矩方向都不变。 由此可见，正是由于直流电动机采用了换向器结构，使电枢线圈中受到的电磁转矩保持不变，在这个电磁转矩作用下使电枢按逆时针方向旋转。这时电动机可作为原动机带动生产机械旋转，即由电动机向机械负载输出机械功率。 二、直流电动机的分类及其特性 在直流电动机中，除了必须给电枢绕组外接直流电源外，还要给励磁绕组通以直流电流用以建立磁场。电枢绕组和励磁绕组可以用两个电源单独供电，也可以由一个公共电源供电。按励磁方式的不同，直流电动机可以分为他励、并励、串励和复励等形式。由于励磁方式不同，它们的特性也不同。 1、他励电动机 他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电，如图6所示。他励电动机由于采用单独的励磁电源，设备较复杂。但这种电动机调速范围很宽，多用于主机拖动中。 图6 他励电动机 2、并励电动机 并励电动机的励磁绕组是和电枢绕组并联后由同一个直流电源供电，如图7所示，这时电源提供的电流I等于电枢电流Ia和励磁电流If之和，即I=Ia+If。 图7 并励电动机 并励电动机励磁绕组的特点是导线细、匝数多、电阻大、电流小。这是因为励磁绕组的电压就是电枢绕组的端电压，这个电压通常较高。励磁绕电阻大，可使If减小，从而减小损耗。由于If较小，为了产生足够的主磁通，就应增加绕组的匝数。由于If较小，可近似为I=Ia。 并励直流电动机的机械特性较好，在负载变时，转速变化很小，并且转速调节方便，调节范围大，启动转矩较大。因此应用广泛。 3、串励电动机 串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联之后接直流电源，如图8所示。串励电动机励磁绕组的特点是其励磁电流If就是电枢电流Ia，这个电流一般比较大，所以励磁绕组导线粗、匝数少，它的电阻也较小。 图8 串励电动机 串励电动机多于负载在较大范围内变化的和要求有较大起动转矩的设备中。 4、复励电动机 这种直流电动机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，另一个与电枢绕组并联，如图9所示，所以复励电动机的特性兼有串励电动机和并励电动机的特点，所以也被广泛应用。 图9 复励电动机 在以上四种类型的直流电动机中，以并励直流电动机和他励直流电动机应用最为广泛。常用电机与控制直流电动机（二）作者：佚名来源：本站整理发布时间：2006-11-16 13:54:04发布人：电气在线减小字体 增大字体 三、直流电动机的起动与调速 直流电动机的使用主要包括起动、调速、反转和制动等。这里首先讨论直流电动机的电磁特性，然后以并励直流电动机为例讨论其起动和调速情况。 1、直流电动机的电磁特性 直流电动机的电枢绕组电流Ia与磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩。电磁转矩T的大小为： T=KTIa 式中：KT与电机结构有关的常数；磁极磁通量，单位是韦伯（Wb）；Ia电枢电流，单位是安（A）；T电磁转矩。 在这个电磁转矩T作用下电枢转动，这时电枢因切割磁力线而产生电动势E。 E=KEn 式中：磁极磁通量，单位韦伯（Wb）；n电枢转速，单位是r/min；KE与电机结构有关的常数；E感生电动势，单位是伏特（V）。 显然这个电动势E是一反电动势，故加在电枢绕组的端电压分为两部分：其一是用来平衡反电动势；其二为电枢绕组的电压降，如图10所示。 图10 直流电动机的电枢 因此直流电动机电枢的电压平衡方程式为： U=E+IaRa 式中：U电枢外加电源电压；Ra，Ia电枢绕组的电阻和电流。 电动机的电磁转矩是驱动转矩。因此，电动机的电磁转矩T必须与机械负载矩及空载损耗转矩相平衡。当轴上的机械负载转矩发生变化时，则电动机的转速、反电动势、电流及电磁转矩将自动进行调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。例如，当负载增加时，电动机的电磁转矩便暂时小于阻转矩，所以转速下降。当磁通不变时，反电动势E必将减小，而电枢电流Ia将增加，于是电磁转矩也随着增加。直到电磁转矩达到新的平衡后转速不再下降，而电动机则以较原先更低的转速运行。在电源电压U和励磁电路的电阻Rf不变的情况下，电动机的转速n与转矩T的关系n=f(T)称为电动机的机械特性。 由上面讨论的电磁关系可知： n=E/KE=（U-IaRa）/KE=U/KE-Ra/KTKET=n0-n 在上式中，n0E/KE，是T0时的转速，实际上是不存在的，因为即使电动机轴上没有加机械负载，电动机的输出转矩也不可能为零，它还要平衡空载损耗转矩。所以n0称为理想空载转速。 式中的nRa/KTKET是转速降。它表示：当负载增加时，电动机的转速下降。转速降是电枢电阻Ra引起的。当负载增加时，Ia增大，IaRa增大，由于电源电压U是一定的，这就使反电动势E减小，也就是转速n降低了。 并励电动机的机械特性曲线如图11所示。由于Ra很小，在负载变化时，转速的变化不大。因此并励电动机具有硬的机械特性。 图11 并励电动机的机械特性曲线 2、并励电动机的起动 电动机接通电源，转子从静止状态开始转动起来最后达到稳定运行。由静止状态到稳定状态这段过程称为起动过程。 并励电动机在稳定运行时，其电枢电流为： Ia（UE）/Ra 因为电枢电阻Ra很小，所以电源电压U和反电动势E极为接近。 在电动机起动的初始瞬间，n=0，E=KEn=0。这时的电枢电流为：Iast=U/Ra 由于Ra很小，起动电流将达到额定电流的1020倍，这是不允许的。因为并励电动机的转矩正比电枢电流，所以它的起动转矩也太大，会产生机械冲击，使传动机械（例如齿轮）遭受损坏，因此，必须限制起动电流。限制起动电流的方法是起动时在电枢电路中串接起动电阻Rst（图12）。这时电枢中的起动电流初始值为： Iast=U/（Ra+Rst） 而起动电阻则可由上式确定，即：RstR/IastRa 图12 电枢电路串入电阻起动 一般规定起动电流不应超过额定电流的1.52.5倍。起动时，应将起动电阻放在最大值处，待起动后，随着电动机转速的上升，将它逐段切除。起动电阻是按短期使用设计的，不能长期接在电枢电路中。 例如1 Z261型并励电动机，Pn=10kW,U=220V,In=53.8A,nn=1500r/min,Ra=0.3,最大励磁功率Pfm=260W。试求（1）直接起动时起动电流为额定电枢电流的几倍；（2）起动电限制在额定电枢电流2倍时的起动电阻值。 解： 起动时励磁电流为最大值： Ifm=Pfm/U=260/220=1.18(A) 电枢额定电流： Ian=In-Ifm=53.8-1.18=52.6(A) 直接起动时起动电流为： Is=U/Ra=220/0.3=733(A) 起动电流为额定电枢电流的倍数Is/Ian=733/52.6=13.9 若将起动电流限制为额定电枢电流的2倍，即： U/（Ra+Rs）=2Ian 则起动电阻值为： Rs=U/2Ian-Ra=220/252.6-0.3=1.79() 这种电阻起动法广泛应用于小型直流电动机，较大容量和经常起动的电动机常采用降压起动去，依靠降低电动机端电压来限制起动电流。降压起动需要一套调压供电装置作为电动机电源，常用于他励电动机，只降低电枢两端电压，励磁电压保持不变。 需注意的是，直流电动机在起动或工作时，励磁电路必须保持接通装态，不能让它断开（起动时要满励磁）。否则，由于磁路中只有很小的剩磁，可能发生下述事故。 （1）如果电动机是静止的，因转矩太小(T=KTIa)，不能起动；由于反电动势为零，电枢电流很大，电枢绕组有被烧坏的危险。 （2）如果电动机在有载运行时断开励磁电路，电动势立即减小而使电枢电流增大；同时由于所产生的转矩不能满足负载需要，电动机必将减速而停车，更加促使电枢电流的增大，以致烧毁电枢和换向器。 （3）如果电动机空载运行，它的转速可能上升到很高的值（这种事故叫“飞车”），使电机遭受严重的机械损伤，而且还会因电枢电流过大将绕组烧毁。 3、直流电动机的调速 并励或他励直流电动机与交流异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维修也不方便，但是在调速性能上有其独特的优点。因为鼠笼式电动机在一般情况下是不能调速的，更不能无级调速，因此，对调速要求高的设备，均采用直流电动机。这是因为直流电动机能无级调速，机械传动机构比较简单。 由直流电动机的转速公式： n=（U-IaRa）/KE 可知，Ra、和U中的任意一个值，都可使转速改变，改变电枢电路中外电阻的方法也可进行调速。但其缺点是耗电多，电机机械特性软，调速范围小，且只能进行有级调速，故这种方法目前已较少采用。现常用的对直流电动机调速的方法有调磁法和调压法。 （1）调磁法 即改变磁通量。当保持电源电压U为额定值时，调节Rf，改变励磁电流If以改变磁通量，如图13所示。由于 n=U/KE-Ra/KTKET 可知磁通减少时，n0升高，转速降n增大，但后者与2成反比，所以磁通愈小，机械特性曲线愈陡，但仍具有一定硬度，如图14所示。在一定负载下，愈小，则n愈高。由于电动机在额状态运行时，它的磁路已接近饱和，所以通常都是减小磁通（n），将转速往上调（nnn）。 图13 改变电动机磁通调速 图14 改变磁通量时的机械特性曲线 调速的过程是：当电压U保持恒定时，减小磁通。由于机械惯性，转速产立即发生变化，于是反电动势E=KEn就减小，Ia随之增加。由于Ia增加的影响超过减小的影响，所以转矩T=KTIa也就增加。如果阻转矩Tc未变，则TTc转速n上升。随着n的升高，反电动势E增大，Ia和T也着减小，直到T=Tc时为止。但这时转速已比原来升高了。 必须指出，若电动机在额定状态下运行，则电枢电流Ia为额定值，如果调速时负载转矩仍旧保持不变（为额定值），由于T=KTIa，故减小磁通量后Ia必然超过额定值，因此调速后负载转矩必须减小。这种调速方法适用于转矩与转速成反比而输出功率基本不变（恒功率调速）的场合。 这种调速方法有3个优点： 调速平滑，可无级调速； 调速经济，控制方便； 机械特性较硬，稳定性较好。 这种调速方法的局限是转速只能升高，即调速后的转速要超过额定转速。因为电机不允许超速太多，因此限制了它的调速范围。在实际工作中，这种方法常作为电压调速的一种补充手段。例如2 有一并励电动机，已知U=110V，E=90V，Ra=20，Ia=1A，n=300r/min，为了提高转速，调节励磁电阻Rf增加，使磁通减小10，如负载转矩不变，问转速如何变化？解：令减小10%，即=0.9，所以电流必须增大到Ia，以维持转矩不变，即：KTIa=KTIaIa=Ia/=1/0.9=1.11(A)磁通减小后的转速n对原来的转速n之比为：n/n=(E/KE)/(E/KE)=E/E=(U-IaRa)/(U-IaRa)=(110-1.1120)1/(110-120)0.9=1.08即转速增加了8%。（2）调压法即改变电压U。当保持他励电动机的励磁电流If为额定值时，降低电枢电压U，则由n=U/KT-Ra/KEKT2T可见，n0变低了，但n未改变。因此改变U可得出一组平行的机械特性曲线。在一定负载下，U愈低，则n愈低。由于改变电枢电压只能向小于电动机额定电压的方向改变，所以转速将下调(nn)。调速的过程是：当磁通保持不变时，减小电压U由于转速不立即发生变化，反电动势E便暂不变化，于是电流Ia减小，转矩T也减小。如果阻转矩Tc未变，则TTc，转速n下降。随着n的降低，反电动势E减小，Ia和T增大，直到T=Tc时为止。但这时转速已比原来降低了。由于调速时磁通不变，如在一定的额定电流下调速，则电动机的输出转矩便是一定的（恒转矩调速）。这种调速方法有下列优点： 机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性较好； 调速幅度大； 可均匀调节电枢电压；得到平滑的无级调速。 这种调速方法的缺点是调压需用专门的设备，投资较高。近年来由于采用了可控硅整流电源对电动机进行调压和调速，使这种方法得到了广泛应用。印刷设备中直流电动机的调速多采用这种方法。例如3 有一他励电动机，已知：U=220V,I=53.8A，n=1500r/min，Ra=0.7，今将电枢电压降低一半，而负载转矩不变，问转速降低多少？设励磁电流保持不变。解：由T=KTIa可知，在保持负载转矩和励磁电流不变的条件下，电流也保持不变。电压降低后的转速n对原来的转速n之比n/n=(E/KE)/(E/KE)=E/E=(U-IaRa)/U-IaRa)=(110-53.80.7)/(220-53.80.7)=0.4即在保持负载转矩不变的条件下，转速降低到原来的40%。常用电机与控制伺服电动机作者：佚名来源：本站整理发布时间：2006-11-16 14:00:27发布人：电气在线减小字体 增大字体 伺服电动机又叫执行电动机，或叫控制电动机。在自动控制系统中，伺服电动机是一个执行元件，它的作用是把信号（控制电压或相位）变换成机械位移，也就是把接收到的电信号变为电机的一定转速或角位移。其容量一般在0.1-100W,常用的是30W以下。伺服电动机有直流和交流之分。一、交流伺服电动机交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似，如图1所示。其定子上装有两个位置互差90的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子，如图2所示。空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。图1 交流伺服电动机原理图图2 空心杯形转子伺服电动机结构交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：1、起动转矩大由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S01，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。图3 伺服电动机的转矩特性2、运行范围较宽如图3所示，较差率S在0到1的范围内伺服电动机都能稳定运转。3、无自转现象正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1S1、T2S2曲线）以及合成转矩特性（TS曲线）如图4所示，与普通的单相异步电动机的转矩特性（图中TS曲线）不同。这时的合成转矩T是制动转矩，从而使电动机迅速停止运转。图4 伺服电动机单相运行时的转矩特性图5是伺服电动机单相运行时的机械特性曲线。负载一定时，控制电压Uc愈高，转速也愈高，在控制电压一定时，负载增加，转速下降。图5 伺服电动机的机械特性交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、26V、36V、115V等多种。交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。二、直流伺服电动机直流伺服电动机的结构和一般直流电动机一样，只是为了减小转动惯量而做得细长一些。它的励磁绕组和电枢分别由两个独立电源供电。也有永磁式的，即磁极是永久磁铁。通常采用电枢控制，就是励磁电压f一定，建立的磁通量也是定值，而将控制电压Uc加在电枢上，其接线图如图6所示。图6 直流伺服电动机接线图直流伺服电动机的机构特性（n=f(T)）和直流他励电动机一样，也用下式表示：n=Uc/KE-Ra/KEKTT图7 是直流伺服电动机在不同控制电压下（Uc为额定控制电压）的机械特性曲线。由图可见：在一定负载转矩下，当磁通不变时，如果升高电枢电压，电机的转速就升高；反之，降低电枢电压，转速就下降；当Uc0时，电动机立即停转。要电动机反转，可改变电枢电压的极性。图7 直流伺服电动机的n=f(T)曲线直流伺服电动机和交流伺服电动机相比，它具有机械特性较硬、输出功率较大、不自转，起动转矩大等优点。常用电机与控制电磁调速异步电动机（滑差电机）作者：佚名来源：本站整理发布时间：2006-11-16 13:57:30发布人：电气在线减小字体 增大字体 电磁调速异步电动机又称滑差电机，它是一种恒转矩交流无级变速电动机。由于它具有调速范围广、速度调节开滑、起动转矩大、控制功率小、有速度负反馈的自动调节系统时机械特性硬度高等一系列优点，因此得到广泛应用。带有速度负反馈的电磁调速异步电动机的主要缺点是：在空载或轻载（小于10额定转矩）时，由于反馈不足，会造成失控现象；在调速时，随着转速降低，离合器的输出功率和效率也相应地按比例下降。所以此电机适用于长期高速运转和短时间低速运转。为适应低速运转的需要，在采用电磁调速异步电动机作主驱动中往往再配装一台三相异步电动机作为低速电机使用。一、电磁调速异步电动机结构与工作原理电磁调速异步电动机是由普通鼠笼式异步电动机、电磁滑差离合器和电气控制装置三部分组成。异步电机作为原动机使用，当它旋转时带动离合器的电枢一起旋转，电气控制装置是提供滑差离合器励磁线圈励磁电流的装置。这里主要介绍电磁滑差离合器，图1是其结构示意图。它包括电枢、磁极和励磁线圈三部分。电枢为铸钢制成的圆筒形结构，它与鼠笼式异步电动机的转轴相连接，俗称主动部分；磁极做成爪形结构，装在负载轴上，俗称从动部分。主动部分和从动部分在机械上无任何联系。当励磁线圈通过电流时产生磁场，爪形结构便形成很多对磁极。此时若电枢被鼠笼式异步电动机拖着旋转，那么它便切割磁场相互作用，产生转矩，于是从动部分的磁极便跟着主动部分电枢一起旋转，前者的转速低于后者，因为只有当电枢与磁场存在着相对运动时，电枢才能切割磁力线。磁极随电枢旋转的原理与普通异步电动机转子跟着定子绕组的旋转磁场运动的原理没有本质区别，所不同的是：异步电动机的旋转磁场由定子绕组中的三相交流电产生，而电磁滑差离合器的磁场则由励磁线圈中的直流电流产生，并由于电枢旋转才起到旋转磁场的作用。图1 电磁滑差离合器基本结构示意图1-原动机 2-工作气隙 3-主轴 4-输出轴 5-磁极 6-电枢电磁滑差离合器的机械特性可近似地用下列经验公式表示：n=n0-KT2/If4式中：n0离合器主动部分（鼠笼电动机）的转速；n离合器从动部分（磁极）的转速；If励磁电流；K与离合器结构有关的系数；T离合器的电磁转矩。当稳定运行时，负载转矩与离合器的电磁转矩相等。由上述公式可知：1、当负载一定时，励磁电流If的大小决定从动部分转速的高低，励磁电流愈大，转速愈高；反之，励磁电流愈小，转速就愈低。根据这一特性，可以利用电气控制电路非常方便地调节从动部分的转速。2、当励磁电流一定时，从动部分转速将随着负载转矩增加而急剧降低，并且这种下降在弱励磁电流的情况下更加严重，如图2a所示，它具有较软的机械特性，这种软的机械特性在许多情况下，不能满足生产机械的要求。为了获得范围较广，平滑而稳定的的调速特性，通常采用速度负反馈的措施，使电磁滑差离合器具有如图2b所示的硬机械特性。图2 电磁调速异步电动机机械特性曲线图3为带有速度负反馈的电磁调速异步电动机原理框图。它是利用测速发电机把离合器的输出速度n换成交流电压U，再经整流器变成直流电压U。将U送入比较元件，与给定直流励磁电压Uf进行比较。得电压差UfU。所以输入离合器的励磁电流If不是正比于励磁电压Uf，而是正比于电压U。由于U（U）的大小与转速n有关，n增大，U（U）变大。n减小，U（U）变小。因此，在给定直流励磁电压Uf有变情况下，输入的励磁电流If的大小与转速n有关，即随着n的下降或上升，励磁电流If将自动增加或减小，由于负反馈的作用，提高了电磁离合器机械特性的硬度，这时调速的参数不再是电流If将自动增加或减小，由于负反馈的作用，提高了电磁离合器机械特性的硬度，这时调速的参数不再是电流If而是电压Uf。显然，给定励磁电压Uf愈高，则转速n愈高；反之则转速愈低，如图2b所示。图3 带有速度负反馈的电磁调速异步电动机框图从图中可以看出：在空载或轻载（小于10%额定转矩）时，由于反馈量不足，会造成失控现象，此外，在调速时，随着转速降低，离合器的输出功率和效率也相应地按比例下降。二、电磁调速异步电动机的起动与调速1、电磁调速异步电动机的起动该电动机与转运惯量较大的工作机械之间装有滑差离合器，起动时可以逐渐增加电流，能很平滑地起动。在阻力较大的拖动系统中，电动机往往不能带负载直接起动，这时可在起动前先断开离合器的励磁电源，使鼠笼电动机先空载起动，然后再接上励磁电源就可起动了。2、电磁调速异步电动机的调速由电磁调速异步电动机的工作原理知，电磁调速异步电动机的速度调节，可通过调节滑差离合器的励磁电流来实现。下面介绍两种调节滑差离合器励磁电流的电路。（1）用调压器调速。在图1中，是用调压变压器来改变励磁电流的整流器电源电压，以达到调速的目的。在此系统中，没有速度负反馈，电机的机械特性较软，一般可用于要求不高的调速差系统中。图1 用调压变压器控制的调速电路由于这种控制线路结构简单，便于维护，所以仍有实用意义。在图1中，TC是单机调压变压器，初级电压220V，次级电压为0250V。整流元件是2CZ型硅二极管，型号的选择应根据离合励磁线圈的功率或电流来确定。从电路图可看出，只要改变调压变压器的次级电压，就能改变整流输出直流电压，即改变滑差离合器励磁电流，这样就能调节电机的转速。（2）速度负反馈电磁调速异步电动机控制电路现在广泛采用具有速度负反馈的滑差离合器的控制装置，来实现宽范围无级调速，它比起其它调速电动机来说，具有以下主要优点： 交流无级调速，机械特性硬度较高； 结构简单、工作可靠、维护方便、价格低廉； 调速范围大，用在像印刷机这样的恒转矩负载时，一般可达10：1，有特殊要求（如轮转机）时亦可达50：1； 可调节转矩。在现代化的联合轮转机中，都应用了自动化的纸张拉紧机械，它可以达到随着卷筒纸直径的变化，调节离合器的转矩经保持拉力不变。 下面以ZLK10型调速装置为例，说明电磁调速异步电动机的调速线路的组成及其工作原理。图2为ZLK10自动调速系统的方框图，由图可知，它由给定电压、速度负反馈、放大器、触发电路、可控硅(晶闸管）整流等环节组成，图3是其原理图。下面对它的基本环节进行分析。图2 ZLK10自动调速系统的基本组成 给定电压环节给定电压环节起始于变压器TC副边5端、6端间的绕组。24V的交流电压经VD2、整流并经C2、R2、C3滤波和VZ稳压，得到16V的直流电压。最后由R5和RP4“定速”档的转速。“运转”、“定速”由中间继电器KA3控制。 转速反馈环节ZLK10自动调速系统是采用三相交流测速发电机BR对转速进行采样。所得交流经VD8VD13整流和C8、R13、RP2、RP3滤液后，得到反馈电压，经过R8传至放大器的输入端。由于不同测速发电机灵敏度之间存在差异，所以采