工业互联网技术与应用 课件 项目2：电动机拖动技术

项目2电动机拖动技术项目2电动机拖动技术【知识目标】了解电动机的分类和应用场景熟悉典型电动机的组成结构和工作原理掌握典型型号电动机的接线和安装理解电动机在工业生产和工业互联网中的作用【能力目标】具备电动机安装和使用工艺的综合能力具备电动机运行数据分析的能力具备组装工业互联网相关设备的综合能力项目2电动机拖动技术【项目情景】电动机可以将电能转换成为机械能，用来驱动各种用途的机械。在现代工业生产中，电动机技术是推动生产进步的一项关键技术，是工业向数字化和智能化发展必不可少的一部分，也是工业互联网部署和应用的重要环节。【知识储备】直流电动机步进电动机项目2电动机拖动技术任务1电动机概述任务2认识直流电动机任务3认识步进电动机任务1电动机和电机拖动概述【电动机的作用】

电动机作为大部分设备的动力来源，是将电能转换为机械能，为设备提供动力。

用电动机作为原动机拖动生产机械运行的系统，称为电力拖动系统。电力拖动是机电设备中的一个重要组成部分。除小部分生产机械采用气动或液压拖动外，绝大多数的生产机械都采用电力拖动。

任务1电动机和电机拖动概述【电动机的定义】电动机是电机的一种，它是利用电磁感应定律和电磁力定律，将能量或信号进行转换或变换的电设备。简单来说，电动机是把电能转换成机械能的设备。电机按功能分，有变压器、直流电机、交流电机和控制电机四大类。

任务1电动机和电机拖动概述【电机拖动技术的优点】电能的远距离输送简便经济，分配简单，检测方便；电力拖动比其他形式的拖动效率高，电动机与被拖动机械的联接简便；电动机的形式和种类很多，具有各种各样的特性，可适应不同生产机械的需要，且电力拖动的起动、制动与调速等控制简便迅速，调节性能好；可实现远距离控制与自动调节，并进而实现生产过程的自动化。任务1电动机和电机拖动概述【电机拖动技术在工业互联网中的作用】

工业互联网的应用主要在于工业控制领域，其目的是将机器智能化，实现机器与机器、人与机器之间的无缝连接，从而重构全球工业体系，激发生产力。电动机作为工业互联网推广和使用的有效执行者，其电动机驱动技术可按照人们的意愿对设备进行有效的驱动控制。一个现代化的大中型企业，通常要装备几千乃至几万台不同类型的电动机。因此，电动机在工业互联网中具有不可替代的重要作用。任务2直流电动机【直流电动机工作原理】直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。如图下所示，把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极，此时电枢线圈中有电流流过。任务2直流电动机【直流电动机工作原理】在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S极下导体cd受力方向从左向右，如图下所示。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电动机转子逆时针方向旋转。任务2直流电动机【直流电动机工作原理】当电枢旋转到图示位置时，原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左，该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。任务2直流电动机【直流电动机工作原理】实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。任务2直流电动机【直流电动机结构】主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成换向磁极：改善换向。电刷装置：与换向片配合,完成直流与交流的互换机座和端盖：起支撑和固定作用。定子转子换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换。电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。转轴：由钢铁做成。轴承：支撑转子任务2直流电动机【直流电动机结构】任务2直流电动机【直流电动机换向】直流电动机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时,元件里的电流方向发生改变，即换向。假定换向片的宽度等于电刷的宽度。如下图所示，电刷与换向片1接触时，元件1中的电流大小为i=ia。电枢移到电刷与换向片2接触时，元件1的被短路，电流被分流。电刷仅与换向片2接触时，元件1中的电流大小为i=-ia。任务2直流电动机【直流电动机换向】元件从开始换向到换向结束所经历的时间，称为换向周期。换向周期通常只有千分之几秒。直流电动机在运行过程中，电枢绕组每个元件在经过电刷时都要经历换向过程。换向问题很复杂，换向不良会使得电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能损坏电刷和换向器表面，使电动机不能正常工作。产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。任务2直流电动机【拓展提升】775直流电动机介绍输出轴：不同规格的电动机都有其固定的输出轴。775电动机输出轴径为8mm。安装法兰：每种电动机都有其安装方式，法兰安装是最常用的。齿轮减速器：利用减速器能够降低电动机的输出转速，提高输出扭矩，不同的减速比有不同的输出速度和扭矩。铭牌：包含电动机的基本信息，如转速、电压、型号等。电动机：直流电动机本身，包含壳体、线圈、转子等。接线柱：有2个接线柱，分别连接所需电源的正负极，改变正负极接线实现正反转。任务2直流电动机【拓展提升】775直流电动机接线将12V直流电源的正负极，直接连接到电动机的接线柱上，电动机即可转动，改变正负极接线，电动机反转，如图所示。任务3步进电动机【步进电机工作原理】步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的直线位移或角位移的一种特殊电动机。电脉冲由专用驱动电源供给。步进电动机的种类主要有反应式步进电动机、永磁式步进电动机、直线步进电动机和平面步进电动机等。其中反应式步进电动机具有步距角小、结构简单和寿命长等特点，应用比较广泛。任务3步进电动机【步进电机工作原理】步进电动机定子铁心为凸极式，共三对（六个）磁极，每两个相对的磁极上绕有控制绕组，组成一相。转子用软磁材料制成，也是凸极结构，只有四个齿，齿宽等于定子的极靴宽，没有绕组。任务3步进电动机【步进电机结构】步进电动机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，以三相为例，其定子和转子上分别有六个、四个磁极，如图所示。步进电动机又称为磁阻式步进电动机，由定子和转子组成，其定子、转子均由软磁材料冲制、迭压而成。定子上安装多相励磁绕组，转子上无绕组，转子圆周外表面均匀分布若干齿和槽。定子上均匀分布若干个大磁极，每个大磁极上有若干小齿和槽。任务3步进电动机【步进电机控制方式】步进电动机的控制方式主要有三种：

三相单三拍工作方式，U-V-W-U；

三相单、双六拍工作方式，U-UV-V-VW-WU-U；

三相双三拍工作方式，UV-VW-WU-UV。任务3步进电动机【步进电机控制方式】步距角：步进电动机每改变一次通电状态（一拍）转子所转过的角度称为步距角。其计算公式为式中，m为步进电机的相数；C为通电状态系数，单拍或双拍工作时C=1，单双拍混合方式工作时C=2；Zr为步进电动机转子的齿数。任务3步进电动机【步进电机控制方式】步进电动机的转速，计算公式为式中，f为步进电动机每秒的拍数，称为步进电动机通电脉冲频率。任务3步进电动机【拓展提升】以二相56步进电动机为例，介绍步进电动机与驱动器，通过动手安装加深对步进电动机的理解。任务3步进电动机【拓展提升】二相56步进电动机的规格。同一规格的步进电动机因为长度不一样，对应的型号与技术参数也不一样。如FY56TM500A，电动机长度54mm，静力矩0.9N.m，电流5A型号步距角电机长度静力矩电流相电阻相电感转动惯量电机重量电机线数DegL/mmN.mA/phaseΩ/phasemH/phaseg.cm2KgLeadFY56TS450A1.2410.64.50.321.02800.53FY56TM500A1.2540.95.00.351.13000.73FY56TL520A1.2761.55.20.551.74801.03FY56TC520A1.21062.55.20.571.27201.83任务3步进电动机【拓展提升】二相56步进电动机驱动器型号有多种，在这里选择驱动器型号FYQM806A。任务3步进电动机【拓展提升】二相56步进电动机驱动器各接线端子定义。任务3步进电动机【拓展提升】二相56步进电动机驱动器各接线端子定义。标记符号名称注释PWR电源指示灯通电时，绿色指示灯亮。ALARM过流/欠压指示灯电流过高或者电压过低时，红色指示灯亮。PUL+脉冲信号光电隔离正端接信号电源，+5V至+24V均可驱动，高于+5V需在PUL—端接限流电阻。PUL—脉冲信号光电隔离负端下降沿有效，每当脉冲由高变低时电机走一步。输入电阻220Ω，要求：低电平0至0.5V，高电平4至5V，脉冲宽度>2.5usDIR+方向信号光电隔离正端接信号电源，+5V至+24V均可驱动，高于+5V需在DIR—端接限流电阻。DIR—方向信号光电隔离负端用于改变电机转向。输入电阻220Ω，要求：低电平0至0.5V，高电平4至5V，脉冲宽度>2.5usENA+电机释放信号光电隔离正端接信号电源，+5V至+24V均可驱动，高于+5V需在ENA—端接限流电阻。ENA—电