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1、模块三 特种电机的性能测试及其使用方法,课题一 直流伺服电动机的使用与测试 1直流伺服电动机的基本结构 直流伺服电动机有传统式结构及低惯量型两大类。,传统式直流伺服电动机的结构与普通的直流电动机基本相同，由定子、转子两大部分组成，按定子的励磁方式又可分为永磁式和他励式两种。,低惯量型直流伺服电动机，为减少其转动惯量，常见形式有盘形、空心杯形及无槽电枢型。,2直流伺服电动机的控制方式,（1）电枢控制方式 （2）磁极控制方式,操作一 调节直流伺服电动机的转速 采用电枢控制方式进行控制，直流伺服电动机的接线如图1.3.3所示。,图1.3.3 直流伺服电动机的接线图, 按图连接直流伺服电动机的接线，将
2、直流伺服电动机与涡流测功机同轴连接，保持同轴度一致，安装完毕后转动一下电动机，检查转动是否灵活。,（1）直流伺服电动机额定运行状态的调节,调节直流伺服电动机励磁回路电阻Rf2 为最小，将励磁电压Uf调节到额定值220 V。, 调节涡流测功机给直流伺服电动机加载。 调节励磁回路电阻Rf2的同时调节电枢电压为额定值，即令Ua= UN= 220 V，电枢电流为额定值，Ia = IN，电动机转速为额定值n = nN，此时电动机励磁电流即为额定励磁电流，电动机处于额定负载运行状态。,（2） 直流伺服电动机转速调节,直流伺服电动机在额定负载运行状态下，逐渐减小电枢电压值，从Ua=220 V减小到0 V，用
3、转速表测量其转速。,操作二 测试机械特性曲线 （1）保持电动机的励磁电流为额定励磁电流，让电动机处于不同负载状态，测试电动机在不同的电枢电压状态下的机械特性曲线。,（2）保持电动机的励磁电流为额定励磁电流If = IfN电枢电压Ua = 220V。先调节涡流测功机，使电枢电流Ia = 1A，再调节涡流测功机减载，一直到空载，其间记录78组试验数据。 根据数据，画出电动机的第一条机械特性曲线。,（3） 将电枢电压减小到Ua = 160V，保持电动机的励磁电流为额定励磁电流If = IfN不变。 先调节涡流测功机，使电枢电Ia = 0.8A，再调节涡流测功机减载，一直到空载，其间记录78组试验数据
4、。根据数据，画出电动机的第二条机械特性曲线。,课题二 交流伺服电动机的使用与测试,1交流伺服电动机的类型及性能要求 交流伺服电动机有三相绕组式感应电动机、二相电动机、以及交流换向器电动机 3种类型。 在交流伺服系统中，二相笼型电动机是应用最多的一种。 2交流伺服电动机的基本结构,3二相交流伺服电动机的工作原理,当励磁绕组接通电流I1，控制绕组接通同频率、相位与I1相差90的电流时，在气隙里便产生一个旋转磁场。 在转子导体中产生感应电势和电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动转子旋转。,二相交流伺服电动机的基本结构主要由定子和转子两大部分组成，其定子结构与交流测速发电机的基本相同，它
5、的两个定子绕组在空间相隔90电角度。,一个绕组作为励磁绕组，另一绕组作为控制绕组，输入控制电压，且控制电压与励磁电压为同频率，因此是一种两相交流电动机。,4交流伺服电动机的控制方式,（1）幅值控制 （2）相位控制 （3）幅值相位控制,操作一 测试交流伺服电机幅值控制方法时的机械特性 （1）幅值控制方式的交流伺服电动机接线如图1.3.10所示。 （2）机械特性曲线测试。,图1.3.10 交流伺服电动机幅值控制接线图,1） 第一条机械特性曲线测试。 调节励磁电压Uf=220 V，控制电压Uc=UN=220 V，调节涡流测功机给交流伺服电动机逐步加载，记录力矩T，转速n的数据78组。,2） 第二条机
6、械特性曲线测试。 保持励磁电压Uf = 220 V，调节控制电压Uc = 0.75UN = 165 V，调节涡流测功机给交流伺服电动机逐步加载，记录力矩T，转 速n的数据78组。,3） 根据记录的数据画出交流伺服电机的机械特性曲线。,操作二 测试调节特性曲线 （1）交流伺服电动机接线如图1.3.10所示。,（2）调节励磁电压Uf = 220 V，电动机空载（涡流测功机不给电动机加载）。调节单相调压器T2，使控制电压UC从220 V逐渐减小到0 V，记录控制电压UC，转速n的数据78组。,（3）根据记录的数据画出交流伺服电机的调节特性曲线。,操作三 观察交流伺服电机“自转”现象 （1）交流伺服电
7、动机接线如图1.3.10所示。,（2）调节调压器使Uf = 220V，UC = 220V，再令UC开路，观察交流伺服电机有无“自转”现象。,（3）调节调压器，使Uf = 220V，UC = 220V，再令UC从220V逐渐下降，直到0V，观察交流伺服电机有无“自转”现象。,课题三 直流测速发电机的使用与测试,1直流测速发电机的基本结构 直流测速发电机是一种微型直流发电机，一般多为二极电机，其基本结构与普通的直流发电机相同。,2直流测速发电机的工作原理,直流测速发电机的工作原理与直流发电机相似，气隙里有一个恒定的磁场，当电机旋转时，电枢中将产生感应电动势Eo = Ce on。,操作一 连接试验电
8、路 （1）将一台驱动直流电动机与直流测速发电机同轴连接，转动要灵活。 （2）按图1.3.15接线。,图1.3.15 直流测速发电机接线图,操作二 测量直流测速发电机的空载输出电压 （1）调节驱动直流电动机的励磁回路，把Rf调整到使输出励磁电压最大的位置，电压表选择20 V档，断开开关S，使直流测速发电机处于空载状态。,（2）驱动电机的调速运行。先接通励磁电源，再接通电枢电源。并将电枢电压调至220V，使电动机运行。 然后调节励磁电阻Rf使转速达到2 400r/min，再减小励磁电阻Rf和电枢电压使电动机逐渐减速，每次下降300r/min。,驱动电机的转速不能超过测速发电机的额定转速，以免损坏发
9、电机 。,（3）直流测速发电机的输出电压测量，记录上面的每一组转速值及其相对应的直流测速发电机的输出电压值，共测取89组数据。根据数据画出U=f（n）的输出特性曲线。,操作二 测试直流测速发电机的负载时输出电压 （1）合上开关S，接入负载电阻RZ，使直流测速发电机处于负载状态。,（2）调节驱动电动机转速，重复上面操作二的（2）（3）中步骤，测量89组数据。 （3）根据数据画出U = f（n）负载时的输出特性曲线。,课题四 步进电动机的使用与测试,1步进电动机的分类及基本结构 按励磁方式，步进电动机可分为反应式、永磁式、感应子式等类别。 其中，反应式步进电动机应用最为广泛。,图1.3.17为一种
10、四相反应式步进电动机结构图。 定子每对极上有一相绕组，定子铁心由硅钢片叠成，8个磁极上又有许多小齿。,图1.3.17 四相反应式步进电动机结构,转子上没有绕组，也由叠片铁心或软磁性钢片构成，沿圆周上也有多小齿。 定子磁极上小齿的齿距和转子上小齿的齿距必须相等，而且转子的齿数也有一定的限制。,2步进电动机的工作原理,图1.3.18所示为三相反应式步进电动机断面图。 图1.3.18所示的转子齿数为40齿，每个齿距对应的空间角度为9。,图1.3.18 三相反应式步进电动机断面图,当U相通电时，V、W两相绕组不通电，即气隙磁场与U相绕组轴线相重合。 由于定子与转子上都有齿和槽，磁路的磁导也不同，当定子
11、齿与转子齿对齐时，气隙最小，磁路的磁导为最大，磁拉力也最大。,所以，当U相绕组通电时，转子将受磁拉力作用，使转子转动到与U相绕组轴线对齐。 转子上只有径向力而无轴向切力，故此位置使转子具有自锁能力。,V相绕组的轴线与U相绕组轴线的夹角为120电角度，中间包含的齿距数为 120/9= 13 + 1/3，U相绕组磁极上定子 与转子齿对齐时，V相磁极上定子齿的轴 线超前转子齿的轴线1/3齿距。,同理，W相定子齿的轴线超前转子齿的轴线2/3的齿距。,当U相绕组断电而V相绕组通电时，建立以V相绕组为轴线的磁场，转子受磁拉力的作用沿U-V-W方向转过1/3齿距。,同理，V相断电，W相绕组通电时，转子又转过
12、1/3齿距。 转子转动的角度，称为步距角。1/3齿距角为3，即步距角为3。,从一相通电换接到另一相通电，称为一拍。按U-V-W方式运行称为三相单三拍运行。 三相反应式步进电动机也可以两相绕组同时通电，通电方式为UV-VW-WU- UV.此种换接方式称为三相双三拍运行，其步距角仍为3。,如果步进电动机把一相通电和二相通电结合起来，按U-UV-VW-W-WU-U方式通电，就称为三相6拍运行方式，即换接6次完成一个循环，则其步距角相应地为三拍方式的一半，即步距角1.5。 根据上述分析可知，步距角的大小与运行的方式拍数、定转子的齿数均有关。,步距角为式中： b 为步距角； ZR 为转子齿数； N 为运
13、行方式“拍数”。,当外加一个控制脉冲，即每改变一次通电状态，转子转过的角度是整个圆周角的 。,设脉冲电源的频率为f，则步进电动机的转速为 （r/min）。,步进电动机运行时，要求相当功率的电脉冲，按所要求的逻辑关系供给各个控制绕组，而不能直接将交流电源接到控制绕组上。,对步进电动机的驱动器来说，必须满足下列条件：有一定的相数、拍数、电压值、电流值和频率等，而且输出脉冲的频率是可调的。,操作一 接线和运行步进电动机 控制电源选择三相单三拍运行方式。通过调节步进电动机控制电源箱上的单步按钮，每按一次，步进电机走一个步距角，不断的按动该键，步进电机转子不断作步进运动。改变电机转向，电机作反向步进运动
14、。,操作二 观察角位移和脉冲数的关系 （1）设置运行步数，也就是通过调节步进电动机控制电源箱上的相应按钮使步进电机连续运行若干步例如10步。,（2）按下执行按钮，步进电机连续步进转动10次。 （3）通过电机转轴上固定带有指针的刻度盘观察步进电机转过的角度。,操作三 平均转速和脉冲频率的关系 （1）步进电机按三相单三拍方式运行，正确接线。 （2）设置运行步数X，为了便于计算，X为120的整数倍，例如可以将X设置为X = 600。设置脉冲频率f = 50 Hz 。,（3）按下操作按钮，步进电机连续步进转动，记录走完600步所需运转时间t（min）。 （4）通过换算可以得到转速 ( r/min),式
15、中： X为运行步数； t为运行X步所需的时间（单位min）。 b 为步距角；,操作四 三相六拍运行方式测试 （1）改变步进电机的运行方式，采用三相六拍运行方式，由平均转速和脉冲频率的关系，测量步进电机的转速。 （2）参照操作三的方法进行测量。,操作五 测定步进电机的有关频率 （1）空载突跳频率的测定 步进电机空载连续运行后，缓慢调节电源的频率，使频率提高。,观察电机能否正常运行。 如果正常，则继续提高频率，直至电机不失步的最高频率，即为空载突跳频率。,（2）空载最高连续工作频率的测定,步进电机空载连续运行后，缓慢调节电源的频率，调节旋钮使频率提高，仔细观察电动机是否不失步，如不失步，则再 缓慢提高频率，则该频率为步进电机空载 最高连续工作频率。,
