步進(jìn)電動(dòng)機(jī)-交流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)講訴

1、微特電機(jī)及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電機(jī)，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種重要的執(zhí)行元件，它 是將脈沖信號(hào)變換成轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)， 其角位移量與輸入電脈沖數(shù)成正 比。在負(fù)載能力范圍內(nèi)，這些關(guān)系將不受電源電壓、負(fù)載、環(huán)境、溫度等因素的 影響，還可在很寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)調(diào)速、快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。隨著數(shù)字技術(shù)和 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展， 使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制更加簡(jiǎn)便、 靈活和智能化。 現(xiàn)已廣泛用 于各種數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、自動(dòng)化儀表、計(jì)算及外設(shè)，數(shù)、模變換等數(shù)學(xué)控制系 統(tǒng)中作為元件。一、 使用說(shuō)明D54步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置由步進(jìn)電機(jī)智能控制箱和實(shí)驗(yàn)裝置兩部分構(gòu)成。（一）步進(jìn)電機(jī)智能控制箱 本控制箱用以

2、控制步進(jìn)電機(jī)的各種運(yùn)行方式，它的控制功能是由單片機(jī)來(lái) 實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)鍵盤的操作和不同的顯示方式來(lái)確定步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行情況。本控制箱可適用于三相、四相、五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行方式的控制。因?qū)嶒?yàn)裝置又提供三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，故控制箱只提供三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 的驅(qū)動(dòng)電源，面板上也只裝有三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組接口。1、面板示意圖（見(jiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)）2、技術(shù)指標(biāo)功 能：能實(shí)現(xiàn)單步運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行和預(yù)置數(shù)運(yùn)行；能實(shí)現(xiàn)單拍、雙拍及 電機(jī)的可逆運(yùn)行。電脈沖頻率： 50Hz 1KHz工作條件：供電電源 AC220V 10%，50Hz環(huán)境溫度 -5 C 40C相對(duì)濕度 80%重 量： 6Kg尺 寸：390X 200X 230mm3、

3、使用說(shuō)明（1）開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)，面板上的三位數(shù)字頻率計(jì)將顯示“ 000”；由六位 LED數(shù)碼管組成的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)顯示器自動(dòng)進(jìn)入“999 8888 7777 6666微特電機(jī)及系統(tǒng)555544443333222211110000”動(dòng)態(tài)自檢過(guò)稱，而后停顯在系統(tǒng)的初態(tài).3”。（2）控制鍵盤功能說(shuō)明設(shè)置鍵：手動(dòng)單步運(yùn)方式和連續(xù)運(yùn)行方式的選擇拍數(shù)鍵：?jiǎn)稳摹㈦p三拍、三相六拍等運(yùn)行方式的選擇。相數(shù)鍵：電機(jī)相數(shù)（三相、四相、五相）的選擇。轉(zhuǎn)向鍵：電機(jī)正、反轉(zhuǎn)選擇。數(shù)位鍵：預(yù)置步數(shù)的數(shù)據(jù)位設(shè)置。數(shù)據(jù)?。侯A(yù)置步數(shù)位的數(shù)據(jù)位設(shè)置。執(zhí)行鍵：執(zhí)行當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。復(fù)位鍵：由于意外原因?qū)е孪到y(tǒng)死機(jī)時(shí)可按此鍵，經(jīng)動(dòng)態(tài)自檢過(guò)程

4、后返回系統(tǒng)初態(tài)。（ 3）控制系統(tǒng)試運(yùn)行 暫不接步進(jìn)電機(jī)繞組，開(kāi)啟電源進(jìn)入系統(tǒng)初態(tài)后，即可進(jìn)入運(yùn)行操作。1 ）單步操作運(yùn)行：每按一次“執(zhí)行鍵” ，完成一拍的運(yùn)行，若連續(xù)按執(zhí)行 鍵，狀態(tài)顯示器的末位將依次循環(huán)顯示“ B C A B” ；由五只LED發(fā)光二極管組成的繞組通電狀態(tài)指示器 B、C、A、將依次循環(huán)點(diǎn)亮，以示電脈沖分配 規(guī)律。2）連續(xù)運(yùn)行：按設(shè)置鍵，狀態(tài)顯示器顯示“T 3000 ”，稱此狀態(tài)為連續(xù)運(yùn)行 狀態(tài)。此時(shí)，可分別操作“拍數(shù)” 、“轉(zhuǎn)向”和“相數(shù)”三個(gè)鍵，以確定步進(jìn)電機(jī) 當(dāng)前所需運(yùn)行方式。最后按“執(zhí)行”鍵，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。三個(gè)鍵具體操作如下（注：在狀態(tài)顯示器顯示“T 3000”狀態(tài)下

5、操作）：a、按“拍數(shù)”鍵：狀態(tài)顯示首位數(shù)碼管顯示“T”、“”、“”之間切換，分別表示三相單拍、三相六拍和三相雙三拍運(yùn)行方式。b、 按“相數(shù)”鍵：狀態(tài)顯示器的第二位，在“ 3、4、5”之間切換，分別表 示為三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。c、 按“轉(zhuǎn)向”鍵：狀態(tài)顯示器的首位在“T”與“卜”之間切換，“T”表 示正轉(zhuǎn)，“卜”表示反轉(zhuǎn)。3）預(yù)置數(shù)運(yùn)行：設(shè)定“拍數(shù)” 、“轉(zhuǎn)向”和“拍數(shù)”后，可進(jìn)行預(yù)置數(shù)設(shè)定，其步驟如下：a、操作“數(shù)位”鍵，可使?fàn)顟B(tài)顯示器逐位顯示“ 0”，出現(xiàn)小數(shù)點(diǎn)的位即為選中位。b、操作“數(shù)據(jù)”鍵，寫入該位所需的數(shù)字。c、根據(jù)所需的總步數(shù)，分別操作“數(shù)位”鍵和“數(shù)據(jù)”鍵，將總步數(shù)的各位

6、寫入顯示器的相應(yīng)位。至此，預(yù)置數(shù)設(shè)定操作結(jié)束。d、按“執(zhí)行”鍵，狀態(tài)顯示器做自動(dòng)減1運(yùn)算，直減至0后，自動(dòng)返回連續(xù) 運(yùn)行的初態(tài)。4）步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與電脈沖頻率顯示 調(diào)節(jié)面板上的“速度調(diào)節(jié)”電位器旋鈕，即可改變電脈沖的頻率，從而改變了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。同時(shí)，由頻率器顯示出輸入序列脈沖的頻率。5）脈沖波形觀測(cè)在面板上設(shè)有序列脈沖和步進(jìn)電機(jī)三相繞組驅(qū)動(dòng)電源的脈沖波形觀測(cè)點(diǎn)， 分 別將各觀測(cè)點(diǎn)接到示波器的輸入端，即可觀測(cè)到相應(yīng)的脈沖波形。經(jīng)控制系統(tǒng)試運(yùn)行無(wú)誤后， 即可接入步進(jìn)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置， 以完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 書所規(guī)定的各項(xiàng)內(nèi)容。（二）BSZ1 型步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置 該裝置系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)、刻度盤、指針以

7、及彈簧測(cè)力鉅機(jī)構(gòu)組成。1 、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)：70BF10C相數(shù)：三相每相繞組電阻：1.2 Q每相靜態(tài)電流： 3A直流勵(lì)磁電壓： 24V最大靜電矩： 6Kgf.cm2、裝置結(jié)構(gòu)（1）本裝置已將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)緊固在實(shí)驗(yàn)架上， 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組已按星行 （“Y “行）接好并以將四個(gè)引出線接在裝置的四個(gè)接線端上。 運(yùn)行時(shí)只需將四個(gè)接線 端與智能控制箱的對(duì)應(yīng)輸入端相連接即可。（2） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上固定有紅色指針及力矩測(cè)量盤，底面是刻度盤（刻度 盤的最小分度為1）（3） 本裝置門型支架的上端，裝有定滑輪和一固定支點(diǎn)（采用卡簧結(jié)構(gòu)）， 20N的彈簧秤通過(guò)絲線與下滑輪、測(cè)量盤、棘輪結(jié)構(gòu)等連接。裝置的下

8、方設(shè)有棘 輪結(jié)構(gòu)。整套系統(tǒng)由絲繩把棘輪結(jié)構(gòu)、定滑輪、彈簧秤、力矩測(cè)量盤等連接起來(lái) 構(gòu)成一套完整的力矩測(cè)量系統(tǒng)。二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源和電機(jī)工作情況的了解。2、掌握步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本特性的測(cè)定方法。（二）預(yù)習(xí)要點(diǎn)1、了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作情況和驅(qū)動(dòng)電源。2、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有哪些基本特性？怎樣測(cè)定？（三）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1、單步運(yùn)行狀態(tài)2、角位移和脈沖數(shù)的關(guān)系3、空載突跳頻率的測(cè)定4、空載最高連續(xù)工作頻率的測(cè)定5、轉(zhuǎn)子震蕩狀態(tài)的觀察6、定子繞組中電流和頻率的關(guān)系7、平均轉(zhuǎn)速和脈沖頻率的關(guān)系8矩頻特性的測(cè)定及最大靜力矩特性的測(cè)定（四）試驗(yàn)線路及操作步驟1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)型號(hào)

9、名稱數(shù)量1D54 (BSZH1)步進(jìn)電機(jī)控制箱1臺(tái)2BSZH1步進(jìn)電機(jī)試驗(yàn)裝置1臺(tái)3D41三相可調(diào)電阻器1件4D31直流電壓、毫安、安培表1件5雙蹤示波器（另購(gòu)）1臺(tái)2、屏上掛件排列順序D54 D31、D413、基本實(shí)驗(yàn)電路的外部接線4、步進(jìn)電機(jī)組件的使用說(shuō)明及實(shí)驗(yàn)操作步驟（1）單步運(yùn)行狀態(tài)接通電源，將控制系統(tǒng)設(shè)置與單步運(yùn)行狀態(tài)，或復(fù)位后，按執(zhí)行鍵，步進(jìn) 電機(jī)走一步距角，繞組相應(yīng)的發(fā)光管發(fā)亮，再不斷按執(zhí)行鍵，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子也不 斷做步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，電機(jī)做反向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。（2）角位移和脈沖數(shù)的關(guān)系控制系統(tǒng)接通電源，設(shè)置好預(yù)置步數(shù)，按執(zhí)行鍵，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，觀察并記錄電 機(jī)偏轉(zhuǎn)角度于表7 3、表74

10、中，并利用公式計(jì)算電機(jī)偏轉(zhuǎn)角度與實(shí)際值是否一致。表73步數(shù)=步序號(hào)實(shí)際電機(jī)偏轉(zhuǎn)角度理論電機(jī)偏轉(zhuǎn)角度表74步數(shù)=步序號(hào)實(shí)際電機(jī)偏轉(zhuǎn)角度理論電機(jī)偏轉(zhuǎn)角度（3）空載突跳頻率的測(cè)定控制系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，按執(zhí)行鍵，電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)旋鈕使頻率 提高到某頻率（自動(dòng)指示當(dāng)前頻率）。按設(shè)置鍵讓步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)，再重新啟動(dòng)電 機(jī)（按執(zhí)行鍵），觀察電機(jī)能否運(yùn)行正常，如正常，則繼續(xù)提高頻率，直至電機(jī) 不失步啟動(dòng)的最咼頻率，則該頻率為步進(jìn)電機(jī)的空載突跳頻率。記為 Hz。（4）空載最高連續(xù)工作頻率的測(cè)定步進(jìn)電機(jī)空載連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后緩慢調(diào)節(jié)旋鈕使頻率提高， 仔細(xì)觀察電機(jī)是否不失 步，如不失步，則緩慢提高頻率，直至電機(jī)能連

11、續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高頻率，則該頻率為步進(jìn)電機(jī)空載最高連續(xù)工作頻率。記為 Hz。（5）轉(zhuǎn)子震蕩狀態(tài)的觀察步進(jìn)電機(jī)空載連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，調(diào)節(jié)并降低脈沖頻率，直至步進(jìn)電機(jī)聲音異?；?出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)回偏擺即為步進(jìn)電機(jī)的振蕩狀態(tài)。（6）定子繞組中電流和頻率的關(guān)系在步進(jìn)電機(jī)電源的輸出端串接一支直流電流表 （注意+、-端）使步進(jìn)電機(jī)連 續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，由低到高逐漸改變步進(jìn)電機(jī)的頻率，讀取并記錄56組電流表的平均值、頻率值于表75中，觀察示波器波形，并作好記錄表7 5序號(hào)f(Hz)1(A)（7）平均轉(zhuǎn)速和脈沖頻率的關(guān)系接通電源，將控制系統(tǒng)設(shè)置于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)， 在按執(zhí)行鍵，電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),改變速度調(diào)節(jié)旋鈕，測(cè)量頻率f與對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速n,即

12、n=f（f）。記錄5 62、有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出直流伺服電動(dòng)機(jī)的三條機(jī)械特性和三條調(diào)節(jié)特性曲線。3、求該直流伺服電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)。實(shí)驗(yàn)二交流伺服機(jī)電動(dòng)機(jī)（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察交流伺服電動(dòng)機(jī)的自制動(dòng)過(guò)程2、掌握用實(shí)驗(yàn)方法配圓形磁場(chǎng)3、掌握交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及調(diào)節(jié)特性的測(cè)量方法（二）預(yù)習(xí)要點(diǎn)1、對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)有什么技術(shù)要求？2、交流伺服電動(dòng)機(jī)有幾種控制方式？3、何謂交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性？（三）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1、用實(shí)驗(yàn)方法配堵轉(zhuǎn)圓形磁場(chǎng)2、測(cè)交流伺服電動(dòng)機(jī)幅值控制時(shí)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性3、測(cè)交流伺服電動(dòng)機(jī)幅值相位控制時(shí)的機(jī)械特性4、觀察自轉(zhuǎn)現(xiàn)象（四）試驗(yàn)方法1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)型號(hào)名稱數(shù)量備注

13、1D57交流伺服電機(jī)控制箱1件2JSZ-1交流伺服電機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置1件圓盤半徑為3cm3D32交流電流表1件4D33交流電壓表1件5D41三相可調(diào)電阻器1件6示波器1臺(tái)另配2、屏上掛件排列順序D57 D33 D32、D413、幅值控制1)實(shí)驗(yàn)交流伺服電動(dòng)機(jī) a =1 (即Uc=Un=220V時(shí)的機(jī)械特性(1) 關(guān)斷三相交流電源，按圖77連線。圖中T1、T2選用D57掛件，VI、V2選用D33掛件。(2) 啟動(dòng)三相交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使Uf=220V,再調(diào)節(jié)單相調(diào)節(jié)器 T2使 Uc=Un=220V.表 722Uf=V Uc= V序號(hào)F10 (N)F2 (N)T=( F10-F2) X3 (N.cm

14、)N(r / min) 調(diào)節(jié)幾輪機(jī)構(gòu)，逐次增大力矩TT=(F10-F2) X 3，將彈簧稱讀數(shù)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速記錄于表7 22中。2)實(shí)測(cè)交流伺服電動(dòng)機(jī) a =0.75 (即Uc=0.75Un=165V時(shí)的機(jī)械特性(1) 保持Uf=220V不變，調(diào)節(jié)單相調(diào)節(jié)器 T2使Uc=0.75Un=165V(2) 重復(fù)上述步驟，將所測(cè)數(shù)據(jù)記錄于表 723中。表 723Uf=V Uc=V序號(hào)F10 (N)F2(N)T=( F10-F2) X3 (N.cm)N(r / min)3)實(shí)測(cè)交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性(1) 調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器使 Uf=220V,松開(kāi)棘輪結(jié)構(gòu)，即電機(jī)空載。逐次調(diào)節(jié) 單相調(diào)壓器T2。使控制電壓Uc

15、從220V逐次減小直到0V。(2) 將每次所測(cè)的控制電壓Uc與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n記錄于表7 24中表 724Uf=220VU (V)n(r / min)4、幅值相位控制1)用實(shí)驗(yàn)方法使電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為圓形磁場(chǎng)(1)關(guān)斷三相交流電源，按圖78接線。圖中T1、T2、C選用D57掛件A1、A2表選用D32上1A檔。VI、V2、V3選用D33上的300V檔。R1、R2選用D41掛件上90Q共45Q阻值并用萬(wàn)用表調(diào)節(jié)在5Q阻值。示波器再探頭地線應(yīng)接圖 中N線，X蹤和丫蹤幅值量程一致，并設(shè)在迭加狀態(tài)。(2) 合上三相交流電電源，調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器使 U仁127V再調(diào)節(jié)單相調(diào)壓 器T2使Uc=U1=127V調(diào)節(jié)

16、棘輪機(jī)構(gòu)使電機(jī)堵轉(zhuǎn)。(3) 調(diào)節(jié)可變電容C,觀察A1和A2表；使lf=lc，此時(shí)觀察示波器軌跡 應(yīng)為圓形旋鈕磁場(chǎng)。并且此時(shí) Uf應(yīng)等于Uco2)實(shí)測(cè)交流伺服電機(jī)U1=127V a =1 (即Uc=Un=220V時(shí)的機(jī)械特性。(1) 調(diào)節(jié)單相調(diào)壓器T2使Uc=Un=220V松開(kāi)棘輪結(jié)構(gòu)，再調(diào)節(jié)棘輪機(jī)構(gòu) 手柄逐次增大力矩。(2) 記錄電機(jī)從空載至堵轉(zhuǎn)時(shí)，10N彈簧稱和2N彈簧稱讀數(shù)及電機(jī)轉(zhuǎn)速 于表725中。表 725U1=V Uc= V序號(hào)F10 (N)F2(N)T=( F10-F2) X3 (N.cm)N(r / min)3)實(shí)測(cè)交流伺服電機(jī) U1=127V, a =0.75 (即Uc=075Un=165V時(shí)的機(jī)械特性。 調(diào)節(jié)三相交流電源和單相調(diào)壓器使 Uc=075Un=165V重復(fù)上面實(shí)驗(yàn)，將數(shù)據(jù)記錄于表726中表 7