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1、机电相关知识机电相关知识机电相关知识安徽蚌埠机电技师学院机电工程系李伟传感器基础知识2步进电机基础知识31电力拖动基础知识气动控制基础知识4主要内容主要内容主要内容机电相关知识机电相关知识学习目标学习目标步进电机基础知识步进电机基础知识1、了解二相混合步进电机的结构2、了解二相混合步进电机的原理3、能识读PLC、步进控制器、步进电机基本控制线路图1. 两相混合式步进电机结构电机的定子定子上有八个绕有线圈的铁心磁极；八个线圈串接成A、B两相绕组；每个定子磁极边缘有多个小齿，一般多为五或六齿。n转子由两段有齿环形转子铁心、装在转子铁心内部的环形磁钢及轴承、轴组成。n将环形磁钢沿轴向充磁，两段转子铁
2、心的一端呈N极性，另一端呈S极性，分别称之为N段转子段转子和S段转子段转子。n转子铁心的边缘加工有小齿，一般为50个，齿距为7.2。n两段转子的小齿相互错开1/2齿距。2. 两相混合式步进电机工作原理n定子上有四个绕有线圈的磁极（齿），相对磁极的线圈串联 组成两相绕组。n由于同一相绕组两个线圈绕线的方向相反，通过同一电流时所 产 生的磁场方向也相反。n电流从相反方向流过同一相绕组产生的磁场方向也相反。n转子由两段永磁体组成，一段呈N极性，一段呈S极性。n每段永磁体有3个齿，齿距为120度，N极齿和S极齿彼此 错开1/2齿距。每转每转12步的模型电机步的模型电机1）不通电状态n 在绕组不通电时，
3、由于磁通总是沿磁阻最小的路径通过， 磁通从N极性转子经定子极回到S极性转子。n由于转子磁场的吸引作用，当外力力图使轴转动时，会有一个反向力矩阻止这种转动，称为自锁力矩自锁力矩。2）单四拍工作状态n初始状态，A相通电产生保持力矩保持力矩；nB相通电，定子磁场旋转90度，吸引转子旋转1/4齿距（30度）；n/A 相通电、 /B相、 A相通电定子磁场各旋转90度，各吸引转子旋转1/4齿距（30度）；n4步一个循环后共转过一个齿距120度，12步后转子旋转一周。n每一次仅一相绕组通电，四拍一个循环，称之为单四拍工作状态单四拍工作状态3）双四拍工作状态n初始状态， A相、B相同时通电，由于两个定子齿的吸
4、引，转子移动1/8齿距15度，停在一个中间的位置；nB/A相通电，定子磁场旋转90度吸引转子旋转1/4齿距30度； n/A/B、/BA、AB各相通电，定子磁场各旋转90度，各吸引转子旋转1/4齿距30度；n4步一个循环后共转过一个齿距120度， 12步后转子旋转一周；n每一次两相绕组通电，四拍一个循环，称之为双四拍工作状态双四拍工作状态n因为两个线圈同时通电，产生的力矩比单四拍要大。 n在单四拍工作方式基础上，在每两个单拍之间插入一个双拍工作状态，就成为单、双八拍工作方式。 n交替使一个线圈和两个线圈通电，每一步转子旋转1/8齿距即15度，经过这8拍以后，转子转过一个齿距120度。n旋转一周需
5、24步。步进电动机步进电动机1112结构分析结构分析定子定子结构分析结构分析转子转子13电机转动的工作原理总结：错齿是步进电动机旋转的根本原因总结：错齿是步进电动机旋转的根本原因14典型的步进电机控制系统的组成典型的步进电机控制系统的组成15旋转方向的控制旋转方向的控制166、运动小车装置介绍7、运动控制与步进电机 1、运动控制 （1）运动控制系统简介 运动控制系统是一门有关如何对物体位置和速度进行精密控制的技术，典型的运动控制系统由三部分组成：控制部分、驱动部分和执行部分。 步进电机的运行要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号，加以放大以驱动步进电机
6、。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制步进电机脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位。 （2）常用术语 步进角：每输入一个电脉冲信号时转子转过的角度称为步进角。步进角的大小可直接影响电机的运行精度。 整步：最基本的驱动方式，这种驱动方式的每个脉冲使电机移动一个基本步矩角。例如：标准两相电机的一圈共有200个步矩角，则整步驱动方式下，每个脉冲使电机移动1.8。 半步：在单相激磁时，电机转轴停至整步位置上，驱动器收到下一个脉冲后，如给另一相激磁且保持原来相继续处在激磁状态，则电机转轴将移动半个基本步矩角，停在相邻两个整步位置的中间。如此循环地对两相线圈进行
7、单相然后两相激磁，步进电机将以每个脉冲半个基本步矩角的方式转动。 细分：细分就是指电机运行时的实际步矩角是基本步矩角的几分之一。如：驱动器工作在10细分状态时，其步矩角只为电机固有步矩角的十分之一，也就是说：当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8，而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18。细分功能完全是由驱动器靠精度控制电机的相电流所产生的，与电机无关。2、步进电机 （1）步进电机的选型 a、驱动器的电流。电流是判断驱动器能力大小的依据，是选择驱动器的重要指标之一，通常驱动器的最大额定电流要略大于电机的额定电流。 b、驱动器的供电电压。供电电
8、压是判断驱动器升速能力的标志。 c、驱动器的细分。细分是控制精度的标志，通过增大细分能改善精度。步进电机都有低频振荡的特点，如果电机需要工作在低频共振区工作，细分驱动器是很好的选择。（2）步进电机驱动器本系统中采用两相混合式步进电机驱动器 YKA2404MC 细分驱动器，其外形如图所示。 （3）步进电机驱动器的端子与接线8、基于PLC与步进电机的小车自动往返控制项目一：步进电机正反转控制 用S7-200 PLC控制步进电机正转与反转。把步进电机驱动器的D2设置为OFF，即PU为步进脉冲信号，DR为方向控制信号。PLC的输出高速脉冲至步进电机驱动器的PU端，控制步进电机反转。对应小车的运行各输出
9、点分配如下：正转启动，；反转启动，；向左运行，发脉冲，为OFF；向右运行，发脉冲，为ON；停止，停止发脉冲，为OFF。学习目标学习目标气动控制基础知识气动控制基础知识1、了解常见基本气动元件2、识读气动基本回路3、能搭接基本气动回路 气源系统气源系统气源系统气源系统 常见的常见的常见的常见的空气压空气压空气压空气压打气筒打气筒牙科设备牙科设备喷涂装置喷涂装置公交车自动门公交车自动门喷气枪喷气枪气垫气垫 气源系统气源系统气源系统气源系统 空气压的应用空气压的应用空气压的应用空气压的应用AIR CYLAIR CYL夹紧夹紧AIR CYLAIR CYLAIR CYLAIR CYL推出推出推出推出提升
10、提升提升提升压缩压缩膨胀膨胀空气压空气压空气压空气压ENERGYENERGY吸吸吸吸入入入入排排排排气气气气大气大气大气大气 气源系统气源系统气源系统气源系统 空气压特性空气压特性空气压特性空气压特性气动自动化控制技术气动自动化控制技术利用压缩空气作为传递动力或信号的工作介质，配合气动利用压缩空气作为传递动力或信号的工作介质，配合气动控制系统的主要气动元件，与机械、液压、电气、电子控制系统的主要气动元件，与机械、液压、电气、电子（包括（包括PLC控制器和微电脑）等部分或全部综合构成的控控制器和微电脑）等部分或全部综合构成的控制回路，使气动元件按生产工艺要求的工作状况，自动按制回路，使气动元件按
11、生产工艺要求的工作状况，自动按设定的顺序或条件动作的一种自动化技术。设定的顺序或条件动作的一种自动化技术。气源系统气源系统：包括有空气压缩机、贮气罐、空气净化设备和输气管道等。它为气动设备提供 清洁、干燥、恒压和足够流量的压缩空气，它是气动系统的能源装置。气源的核心是空气 压缩机，它将原动机 的机 械能转换为气体的压力能。 FRLFRL 空气压缩机空气压缩机气罐气罐冷冻式干燥机冷冻式干燥机主管路过滤器主管路过滤器电磁阀电磁阀调速阀调速阀 气缸气缸后冷却器后冷却器三联件三联件气源系统气源系统气源系统气源系统 空气压系统的基本构成空气压系统的基本构成空气压系统的基本构成空气压系统的基本构成气动三联
12、件是在气动控制系统的入口所必须的器件。它的组成是由过滤器、减 压阀、油雾器三位一体。气源系统气源系统气源系统气源系统 气动三联件气动三联件气动三联件气动三联件 气源系统气源系统气源系统气源系统 气动三联件气动三联件气动三联件气动三联件压力表减压阀过滤器排放杂质油污和水分过滤器的作用是将压缩空气里的杂质，油污，水份等过滤掉，存放在过滤器里，达到使压缩空气干燥，清洁的目的。过滤器应定期排污气源系统气源系统气源系统气源系统 气动三联件气动三联件气动三联件气动三联件_ _过滤器的过滤器的过滤器的过滤器的作用作用作用作用气源系统气源系统气源系统气源系统 气动三联件气动三联件气动三联件气动三联件_ _过滤
13、器的过滤器的过滤器的过滤器的原理原理原理原理压缩空气进入过滤器内部后，因导流板的导向，产生了强烈的旋转，在离心力作用下，压缩空气中混有的大颗粒固体杂质和液态水滴等被甩到滤杯内表面上，在重力作用下沿壁面沉降至底部，然后，经过这样预净化的压缩空气通过滤芯流出。为防止造成二次污染，滤杯中每天都应该是空的。气源系统气源系统气源系统气源系统 气动三联件气动三联件气动三联件气动三联件_ _过滤器的过滤器的过滤器的过滤器的原理原理原理原理1、减压阀的作用是用来调整压缩空气压力的。2、减压阀调整到合适的压力后，应将锁定装置锁定，避免误操作。气源系统气源系统气源系统气源系统 气动三联件气动三联件气动三联件气动三
14、联件_ _减压阀的作用减压阀的作用减压阀的作用减压阀的作用解锁锁定气源系统气源系统气源系统气源系统 气动三联件气动三联件气动三联件气动三联件_ _减压阀的减压阀的减压阀的减压阀的作用作用作用作用 若工作压力增大，膜片打开压缩空气就经阀体上的溢流孔排出气源系统气源系统气源系统气源系统 气动三联件气动三联件气动三联件气动三联件_ _减压阀的减压阀的减压阀的减压阀的原理原理原理原理因气动控制系统里，很多气缸需用油润滑，所以在气路里，就加入了油雾器，目的是将油雾器里的油通过气管送到气缸里，达到润滑气缸的目的；油雾器可以根据需要调节滴油的快慢；油雾器应定期加油，加油时不要超过油线。气源系统气源系统气源系
15、统气源系统 气动三联件气动三联件气动三联件气动三联件_ _油雾器的油雾器的油雾器的油雾器的作用作用作用作用滴油快慢调节气源系统气源系统气源系统气源系统 气动三联件气动三联件气动三联件气动三联件_ _油雾器的油雾器的油雾器的油雾器的作用作用作用作用当压缩空气通过油雾器时，其在油室与视油器之间产生一个压降，该压降使油液经吸油管上升，并经喷嘴引射到压缩空气中，油滴被雾化，随压缩空气流出。必须仔细调节油滴数。气气气气源系统源系统源系统源系统 气动三联件气动三联件气动三联件气动三联件_ _油雾器的油雾器的油雾器的油雾器的原理原理原理原理它它包包括括有有压压力力、流流量量、方方向向等等动动力力控控制制元元
16、件件和和传传感感器器、逻逻辑辑元元件件、伺伺服服阀阀等等信信 号号转转换换、逻逻辑辑运运算算和和放放大大的的一一类类元元件件。它它们决定着气动系统的运动规律。们决定着气动系统的运动规律。气动控制元件气动控制阀连续控制断续控制压力控制阀(如减压阀)流量控制阀(如截流阀)方向控制阀(如电磁阀)逻辑控元件(如阀岛)压力比例控制阀流量比例控制阀伺服控制阀气动控制阀连续控制断续控制压力比例控制阀流量比例控制阀伺服控制阀气动控制元件分类气动控制元件方向控制阀定义定义: :能改变气体流动方向或通断的控制阀能改变气体流动方向或通断的控制阀. .电磁控制阀电磁控制阀控制方式控制方式气控阀气控阀人力控制阀人力控制
17、阀机械控制阀机械控制阀分类分类作动方式作动方式直动式直动式先导式先导式根据通口根据通口/ /位数位数2 2通阀通阀 2 2位位3 3通阀通阀 3 3位位4 4通阀通阀5 5通阀通阀气动控制元件方向控制阀_ _电磁控制阀电磁控制阀电磁控制阀电磁控制阀( (非通电时非通电时) )入口入口入口入口 出口出口出口出口B B B B出口出口出口出口A A A A 排气排气排气排气A A A A入口入口入口入口排气排气排气排气B B B B排气排气排气排气A A A A入口入口入口入口排气排气排气排气B B B B排气排气排气排气A A A A出口出口出口出口A A A A出口出口出口出口B B B B出
18、口出口出口出口A A A A出口出口出口出口B B B B( (通电时通电时) )入口入口入口入口 出口出口出口出口A A A A出口出口出口出口B B B B 排气排气排气排气B B B B气动控制元件方向控制阀_ _气控阀气控阀气控阀气控阀气动控制元件方向控制阀_ _人力控制阀人力控制阀人力控制阀人力控制阀4/3 Rotary Valve 4/3 Rotary Valve (Exhaust (Exhaust center)center)气动控制元件方向控制阀_ _人力控制阀人力控制阀人力控制阀人力控制阀MONO STABLE MONO STABLE 手动操作按钮手动操作按钮手动操作按钮手动
19、操作按钮BISTABLE BISTABLE 手动操作按钮手动操作按钮手动操作按钮手动操作按钮气动控制元件方向控制阀_ _机械控制阀机械控制阀机械控制阀机械控制阀机械式作动装置机械式作动装置机械式作动装置机械式作动装置气动控制元件方向控制阀_2_2通阀通阀通阀通阀出口出口入口入口压缩机压缩机出口出口出口出口AIRAIR入口入口入口入口N N2 2气动控制元件方向控制阀_3_3通阀通阀通阀通阀出口出口出口出口排氣排氣排氣排氣入口入口入口入口壓縮器壓縮器壓縮器壓縮器气动控制元件方向控制阀_3_3通阀通阀通阀通阀排氣排氣排氣排氣气动控制元件方向控制阀_5_5通阀通阀通阀通阀2/22/22/22/2ON
20、/OFF气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位2 2通阀通阀通阀通阀二位三通电磁阀二位三通阀结构原理二位三通电磁阀原理上图为直动式二位三通电磁阀，图示位置为阀处于断电关闭状态。此时，1，2不通，2，3相通，阀没有输出。当通电时，铁芯受电磁力作用被吸向上，1，2相通，排气口封闭，阀有输出。3/23/23/23/2N.C.N.C.气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位3 3通阀通阀通阀通阀3/23/23/23/2N.O.N.O.气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位3 3通阀通阀通阀通阀4/24/24/24/2出口出口A，B使用共同的排气口使用共同的排气口气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位4
21、4通阀通阀通阀通阀气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀电磁线圈得电电磁线圈失电气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀带记忆(在电气回路中设电气联锁,防止同时通电,线圈烧毁）Y1得电Y2得电气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀电磁阀运行情况检查+在通气的状态下，按动电磁阀的手动 按钮，观察该电磁阀是否有切换。+如果没有切换，更换该电磁阀。+更换电磁阀前应查看铭牌,注意型号,规格是否相符,包括电源,工作电压,通
22、径,螺纹接口等.+安装后应进行通气,通电试验,检查阀换向动作是否正常,手动装置正常.5/25/25/25/2出口出口A，B使用各自的排气口使用各自的排气口气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀5/35/35/35/3中泄式中泄式AB气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀5/35/35/35/3中泄式中泄式AB气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀5/35/35/35/3AB中泄式中泄式气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀5/35/35/35/3中封式中封式AB气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通
23、阀通阀通阀通阀5/35/35/35/3AB中封式中封式气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀5/35/35/35/3AB中封式中封式气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀5/35/35/35/3AB中压式中压式气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀5/35/35/35/3中压式中压式AB气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀5/35/35/35/3AB中压式中压式气动控制元件方向控制阀_2_2位位位位5 5通阀通阀通阀通阀气动控制元件单向阀气动控制元件梭阀气动控制元件快速排气阀它它是是把把气气体体的的压压力
24、力能能转转变变成成机机械械能能，实实现现气气动动系系统统对对外外做做功功的的机机 械械运运动动装装置置。 作作直直线线运运动动的的是是气气缸缸，作作摆摆动动或或回回 转转运运动的是气马达。动的是气马达。气动执行元件 气缸气缸单作用双作用双作用单作用单活塞杆双活塞杆磁性耦合机械耦合绳索,钢缆有杆无杆单活塞双活塞活塞式平膜式滚动膜片皮囊膜片式气动执行元件分类气动执行元件单作用气缸进气口原理：这种气缸在缸盖一端气口输入压缩空气使活塞杆伸出（或退回），而另一端靠弹簧，自重或其它外力等使活塞杆恢复到初始位置。气动执行元件单作用气缸押入型押入型押出型押出型气动执行元件双作用气缸气动执行元件双作用气缸气缸一
25、般由缸筒，前后缸盖，活塞，活塞杆，密封件和紧固件等零件组成。缸有与活塞杆相连的活塞，活塞上装有密封圈。为防止漏气和外部灰尘的侵入，前缸盖上装有密封圈和防尘圈。双作用气缸被活塞分为两个腔室：有活塞杆的称为有杆腔（前腔），无活塞的称为无杆腔（后腔）。气动执行元件双作用气缸当从无杆腔端的气口输入压缩空气时，推动活塞前进，使活塞杆伸出。同样，当有杆腔气口输入压缩空气时，活塞杆退回到初始位置。通过交替进气和排气，活塞杆伸出和退回，气缸实现往复直线运动。气动执行元件双作用气缸基本型基本型脚座型脚座型气动执行元件气缸的安装方式1无杆侧法兰型无杆侧法兰型杆侧法兰型杆侧法兰型气动执行元件气缸的安装方式2耳环型耳
26、环型耳轴型耳轴型单耳环单耳环双耳环双耳环气动执行元件气缸的安装方式3搬运工件时夹工件用的气动元件。气动执行元件手爪气动执行元件手爪气动执行元件气缸的缓冲方式Meter-out Meter-out 控制控制控制控制气动执行元件气缸的缓冲方式气动执行元件气缸的缓冲方式1、使用清洁干燥的压缩空气 。2、安装时，不要出现拧扭状态，要避免在活塞杆上施加横向负载和偏心负载。 3、应配置流量合适的油雾器，给油润滑气缸 4、环境温度：560度。气动执行元件气缸的使用及注意事项气动辅件元件它们是保证气动系统正常工作不可缺少的元件。有气动三联件、消声器、管接头等将上述各类元件用符号和联线进行绘制成图，称为气动控制原理图 气动常用元件HE-1/2-D-MIDI气源安全启动阀HE-D-MIDI气源安全启动阀MA-40-10-1/8-EN压力表识读气动回路图祝大家祝大家工作愉快！工作愉快！
