《电机与电气控制技术》课件 第五章特殊电动机及其控制线路

知识点：直流伺服电动机结构1

目录2控制方式2特性分析3结构1

直流伺服电动机结构和原理与普通直流电动机的结构和原理没有根本区别。按照励磁方式的不同，直流伺服电动机分为永磁式直流伺服电动机和电磁式直流伺服电动机。

按照转子结构的不同，直流伺服电动机分为空心杯形转子直流伺服电动机和无槽电枢直流伺服电动机。控制方式2

由于电枢控制的特性好，电枢控制中回路电感小，响应快，在自动控制系统中多采用电枢控制。1）电枢控制方式下的工作原理与特性在电枢控制方式下，作用于电枢的控制电压为Uc，励磁电压Uf保持不变，如图5-1所示。特性分析3谢谢！知识点：交流伺服电动机结构1

目录8工作原理2控制方法3结构1空心杯转子交流伺服电动机结构示意图如图5-3所示。1

交流伺服电动机在结构上类似于单相异步电动机，它的定子铁心中安放着空间相差90º电角度的两相绕组，一相称为励磁绕组，一相称为控制绕组。工作原理2交流伺服电动机的工作原理示意图如图5-4所示。

当转子电阻较小（临界转差率Sm<1）时，电磁转矩的方向与转速的方向相同，电动机仍然能够转动。当转子电阻较大（Sm≥1）时，电磁转矩与转速的方向相反，在电磁转矩的作用下，电动机能够迅速地停止转动，从而消除了交流伺服电动机的“自转”。控制方法3

在交流伺服电动机中，除了要求电动机不能“自转”外，还要求改变加在控制绕组上的电压的大小和相位，能够改变电动机转速的大小和方向。幅值控制的接线如图5-5所示。控制方法3

相位控制是通过改变控制电压的相位。

幅相控制是指通过同时改变控制电压的幅值及控制电流与励磁电流之间的相位角来控制电机的转速。

在三种控制方法中，虽然幅相控制的机械特性和调节特性最差，但由于这种方法所采用的控制设备简单，不用移相装置，应用最为广泛。谢谢！知识点：进给伺服系统中伺服电动机的常见故障排查常见故障排查1

目录15常见故障排查11．通电后电动机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟。

（1）故障原因①电源未通（至少两相未通）；②熔丝熔断（至少两相熔断）；③过流继电器调得过小；④控制设备接线错误。

（2）故障排除①检查电源回路开关，熔丝、接线盒处是否有断点，修复；②检查熔丝型号、熔断原因，换新熔丝；③调节继电器整定值与电动机配合；④改正接线。

2．通电后电动机不转有嗡嗡声

（l）故障原因①转子绕组有断路（一相断线）或电源一相失电；②绕组引出线始末端接错或绕组内部接反；③电源回路接点松动，接触电阻大；④电动机负载过大或转子卡住；⑤电源电压过低；⑥小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬；⑦轴承卡住。

常见故障排查1（2）故障排除①查明断点予以修复；②检查绕组极性；判断绕组末端是否正确；③紧固松动的接线螺丝，用万用表判断各接头是否假接，予以修复；④减载或查出并消除机械故障，⑤检查是否把规定的面接法误接；是否由于电源导线过细使压降过大，予以纠正，⑥重新装配使之灵活；更换合格油脂；⑦修复轴承。

3．电动机起动困难，额定负载时，电动机转速低于额定转速较多

(1)故障原因：①电源电压过低；②面接法电机误接；③转子开焊或断裂；④转子局部线圈错接、接反；③修复电机绕组时增加匝数过多；⑤电机过载。

(2)故障排除：①测量电源电压，设法改善；②纠正接法；③检查开焊和断点并修复；④查出误接处，予以改正；⑤恢复正确匝数；⑥减载。

4．电动机空载电流不平衡，三相相差大

（1）故障原因：①绕组首尾端接错；②电源电压不平衡；③绕组存在匝间短路、线圈反接等故障。

（2）故障排除：①检查并纠正；②测量电源电压，设法消除不平衡；③消除绕组故障。

常见故障排查15．电动机运行时响声不正常，有异响

（1）故障原因：①轴承磨损或油内有砂粒等异物；②转子铁芯松动；③轴承缺油；④电源电压过高或不平衡。

（2）故障排除：①更换轴承或清洗轴承；②检修转子铁芯；③加油；④检查并调整电源电压。

6．运行中电动机振动较大

（1）故障原因：①由于磨损轴承间隙过大；②气隙不均匀；③转子不平衡；④转轴弯曲；⑤联轴器（皮带轮）同轴度过低。

（2）故障排除：①检修轴承，必要时更换；②调整气隙，使之均匀；③校正转子动平衡；④校直转轴；⑤重新校正，使之符合规定。

常见故障排查17．轴承过热

（1）故障原因：①滑脂过多或过少；②油质不好含有杂质；③轴承与轴颈或端盖配合不当（过松或过紧）；④轴承内孔偏心，与轴相擦；⑤电动机端盖或轴承盖未装平；⑥电动机与负载间联轴器未校正，或皮带过紧；⑦轴承间隙过大或过小；⑧电动机轴弯曲。（2）故障排除：①按规定加润滑脂（容积的1/3-2/3）；②更换清洁的润滑滑脂；③过松可用粘结剂修复，过紧应车，磨轴颈或端盖内孔，使之适合；④修理轴承盖，消除擦点；⑤重新装配；⑥重新校正，调整皮带张力；⑦更换新轴承；⑧校正电机轴或更换转子。

8．电动机过热甚至冒烟

（1）故障原因：①电源电压过高；②电源电压过低，电动机又带额定负载运行，电流过大使绕组发热；③修理拆除绕组时，采用热拆法不当，烧伤铁芯；④电动机过载或频繁起动；⑤电动机缺相，两相运行；⑥重绕后定于绕组浸漆不充分；常见故障排查1⑦环境温度高电动机表面污垢多，或通风道堵塞；

（2）故障排除：①降低电源电压（如调整供电变压器分接头）；②提高电源电压或换粗供电导线；③检修铁芯，排除故障；④减载；按规定次数控制起动；⑤恢复三相运行；⑥采用二次浸漆及真空浸漆工艺；⑦清洗电动机，改善环境温度，采用降温措施；谢谢！知识点：步进电动机结构步进电动机结构1

目录23步进电动机结构1

三相磁阻式步进电动机模型的结构示意图如图5-7所示。它的定、转子铁心都由硅钢片叠压而成。定子上有六个磁极，每两个相对的磁极上有同一相控制绕组，同一相控制绕组可以并联或串联；转子铁心上没有绕组，只有四个齿，齿宽等于极靴宽。谢谢！知识点：步进电动机工作原理步进电动机工作原理1

目录27步进电动机工作原理1

三相磁阻式步进电动机的工作原理图如图5-8所示。

上面的通电方式的特点是，每次只有一相控制绕组通电，切换三次为一个循环，称为三相单三拍控制方式。步进电动机工作原理1

设转子齿数为Zr，转子转过一个齿距需要的拍数为N，则步距角为:

每输入一个脉冲，转子转过

转，若脉冲电源的频率为f，则步进电动机转速为

可见，磁阻式步进电动机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，与电压和负载等因素无关。在转子齿数一定时，转速与输入脉冲频率成正比，与拍数成反比。步进电动机工作原理1

图5-9所示的步进电动机的齿距角为9º，采用三相单三拍通电时，通电方式循环一轮需要三拍，则步距角θb为3º，我们也可由步距角计算公式计算得出步距角为

设控制脉冲的频率为f，则转子转速为如果采用三相六拍通电时，步距角为步进电动机工作原理1设控制脉冲的频率为f，则转子转速为

转子转过一个齿距所需的运行拍数取决于电机的相数和通电方式，增加相数也可以减小步距角。但相数增多，所需驱动电路就越复杂。常用的步进电机除了三相以外，还有四相，五相和六相。谢谢！知识点：主要技术指标和运行特性步距角和静态步距误差1

目录34最大静转矩2矩频特性3起动频率和连续运行频率4步距角和静态步距误差1

步距角也称为步距，是指步进电动机改变一次通电方式转子转过的角度。步距角与定子绕组的相数、转子的齿数和通电方式有关。最大静转矩2

步进电动机的静特性，是指步进电动机在稳定状态（即步进电动机处于通电状态不变，转子保持不动的定位状态）时的特性，包括静转矩、矩角特性及静态稳定区。静转矩是指步进电动机处于稳定状态下的电磁转矩。矩频特性3

当步进电动机的控制绕组的电脉冲时间间隔大于电机机电过渡过程所需的时间，步进电动机进入连续运行状态，这时电动机产生的转矩称为动态转矩。步进电动机的动态转矩和脉冲频率的关系称为矩频特性。起动频率和连续运行频率4步进电动机起动频率fst是指在一定负载转矩下能够不失步起动的最高脉冲频率。fst的大小与驱动电路和负载大小有关。步距角θb越小，负载越小，则起动频率越高。

步进电动机连续运行频率f是指步进电动机起动后，当控制脉冲连续上升时，能不失步运行的最高频率，负载越小，连续运行频率越高。在带动相同负载时，步进电动机的连续运行频率比起动频率高得多。谢谢！知识点：步进电机的控制步进电机的控制1

目录41步进电机的控制1

步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。

步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。步进电机的控制1

步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：(1)控制换相顺序

通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，

其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C,D相的通断。步进电机的控制1(2)控制步进电机的转向

如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

(3)控制步进电机的速度

如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。谢谢！知识点：打印机中步进电机的常见故障排查打印机中步进电机的常见故障排查1

目录47打印机中步进电机的常见故障排查1

步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。打印机中步进电机的常见故障排查1

打印机步进电机的制造精度较高，其故障主要表现为不进纸。判断该类电机是否损坏，可采用以下方法：

1.根据步进电机上所标注的阻值测量其电阻。

2.测量时可先用万用表将引线分为两组(各引线相通的为一组)，再用测电阻的方法找出每一组的中心抽头端，中心端应对其他两端等电阻且与标注电阻值相符。

3.用步进电机上所标注的电源电压(或电路中电机的工作电压)进行试验。

4.有的步进电机具有两个相同的绕组，但无中心抽头端。谢谢！知识点：本章小结本章小结1

目录52本章小结1本章介绍了伺服电动机和步进电动机两种特殊电机的结构特点、工作原理、性能特点以及电气控制线路的维修等内容。掌握特殊电机及其控制线路的基本知识、基本原理及应用维修方法，为进一步学习电力拖动技术、电气控制设备的安装及其应用奠定坚实的基础。本章小结1本章小结1本章小结1

习题一、单选题1、伺服电动机不仅具有起动和停止的伺服性，而且还须具有（

）的大小和方向的可控性A转速B定子C转子D绕组2、交流伺服电机通常转子采用空心杯结构，并且转子电阻较大是因为_。A减小能量损耗B克服自转,减小转动惯量,消除剩余电压C改善机械特性的非线性D提高转速

3、（

）控制时，直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是线性的。A电压B电流C电枢D电阻4、()控制时，直流伺服电动机的调节特性不是线性的。A电压B电流C电枢D磁场5、交流伺服电动机的稳定性高是指随（

）的增加而均匀下降。A绕组B电压C电流D转矩

本章小结16、某五相步进电机在脉冲电源频率为2400Hz时，转速为1200rpm，则可知此时步进电机的步距角为()。A、1.5°B.3°C.6°D.4°7、某步进电机转子40齿，拍数为6，通电频率400HZ，则步距角为（

）,转速为（

）。A：100r/minB：12.5r/minC：5°D：1.5°8、步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的（

）的一种特殊电机A角位移或直线位移B磁场C转速D转矩9、步进电机它可以在开环系统中在很宽的范围内通过改变（

）来调节电机的转速A电压B电流C脉冲的频率D电阻105、步进电机按三相单三拍运行时θ=（

）

A20°B30°C40°D50°本章小结111、步进电机的三相双三拍通电方式是：AAB-BC-CA-ABBAB-BA-CB-ACCBA-CA-BC-ABDAB-CA-AB-BC12、步进电机的拍数越多，步距角越（

），动稳定区就越接近静稳定区。A大B小C快D慢13、步进电机三相单双六拍运行时步距角为（

）A20°B1.5°C40°D50°14、增加（

）和转子的齿数可以减小步距角A拍数B绕组C电极D电压15、混合式步进电机也称为（

）式步进电机A感应B步进C步距角D混合二、填空题1、对伺服电动机的基本要求是______________、______________和______________2、直流伺服电动机的励磁方式有_______和_______两种。本章小结13、直流伺服电动机的控制方式有_______和_______两种．4、交流伺服电动机的控制方式有_______和_______两大类。5、伺服电机又称（

）电机，在自动控制系统中作为（

）元件。它将输入的电压信号变换成（

）和()输出，以驱动控制对象。6、交流伺服电机的转子电阻一般都做得较大，其目的是使转子在转动时产生（

），使它在控制绕组不加电压时，能及时制动，防止自转。7、伺服电机的结构及原理类似单相电机。不同处在于是否有（

）。8、交流伺服电机和测速发电机的（

）电阻均较大9、对一台结构已确定的步进电机，改变_可以改变其步距角。10、某步进电机采用6拍供电，电源频率为400HZ，转子齿数为40齿，则步距角为_____,转速为

11、三相六拍供电时步距角（

），运行平稳，起动转矩（

），经济性较好12、步角距是指步进电机每次切换控制绕组脉冲时，转子（

）。本章小结113、单三拍：单是指每次只有（

）相绕组通电，三拍是指经过（

）次切换控制绕组的电脉冲为一个循环。14、双三拍：双即每次有（

）相绕组通电。六拍：是指经过（

）次切换控制绕组的电脉冲为一个循环。15、步进电动机的种类很多主要有（

）式、（

）式、和（

）式谢谢！知识点：步进电动机线路的连接与调试步进电动机线路的连接与调试1

目录63步进电动机线路的连接与调试1一.工具器材（1）实验台主控制屏。（2）电机导轨及测速表（3）直流电压、电流、毫安表（NMEL-06A）（4）三相可调电阻器90Ω（NMEL-04A）（5）步机电机驱动电源（NMEL-10）（6）步进电机M10（7）双踪示波器二.步进电动机线路的连接步骤1．驱动波形观察不接电机。a．合上控制电源船形开关，分别按下“连续”控制开关和“正转/反转”、“三拍/六拍”，“启动/停止”开关，使电机处于三拍正转连续运行状态。步进电动机线路的连接与调试1b．用示波器观察电脉冲信号输出波形（CP波形），改变“调频”电位器旋钮，频率变化范围应不小于5HZ~1KHZ，可从频率计上读出此频率。c．用示波器观察环形分配器输出的三相A、B、C波形之间的相序及其与CP脉冲波形之间的关系。d．改变电机运行方式，使电机处于正转、六拍运行状态，重复C的实验。（注意，每次改变电机运行，均需先弹出“启动/停止”开关，再按下“复位”按钮，再重新起动。）e．再次改变电机运行方式，使电机处于反转状态，重复C的实验。2．步进电机特性的测定和动态观察。按图5-10接线，注意接线不可接错，且接线时需断开控制电源。a．单步运行状态接通电源，按下述步骤操作：按下“单步”琴键开关，“复位”按钮，“清零”按钮，最后按下“单步”按钮。每按一次“单步”按钮，步进电机将走一步距角，绕组相应的发光管发亮，不断按下“单步”按钮，电机转子也不断作步进运行，改变电机转向，电机作反向步进运动。步进电动机线路的连接与调试1b．角位移和脉冲数的关系按下“置数”琴键开关，给拔码开关预置步数，分别按下“复位”、“清零”按钮（操作以上步骤须让电