2010北化聚合物制備工程答案

1、北京化工大學(xué)2009 2010學(xué)年第二學(xué)期聚合物制備工程期末考試試卷課程代碼PSE3830T班基：姓名：學(xué)號(hào)：分?jǐn)?shù)：題號(hào)一二三四五總分得分一、填空（20分）1一般而言聚合物的生產(chǎn)過(guò)程由單體精制與準(zhǔn)備、催化劑體系準(zhǔn)備與精制、聚合過(guò)程、分離過(guò)程、后處理過(guò)程、回收過(guò)程組成。2、 常見(jiàn)的聚合反應(yīng)器按照結(jié)構(gòu)分類包括釜式、管式 、塔式、流化床 、擠岀機(jī)、特殊形式的聚合反應(yīng)器。3、 釜式反應(yīng)釜的除熱方式有 夾套冷卻、夾套附加內(nèi)冷管、 內(nèi)冷管、反應(yīng)物料釜外循環(huán)、回流冷凝器、反應(yīng)物料部分閃蒸、反應(yīng)介質(zhì)預(yù)冷。4、 懸浮聚合體系由 單體、 水、分散劑I和引發(fā)劑I組成。5、 ESBR采用乳液聚合方法生產(chǎn)，其聚合機(jī)理是

2、 自由基聚合 ，SSBR采用 溶液聚合 方法生產(chǎn)，其聚合機(jī)理是陰離子聚合。6可采用、等聚合方法制備聚氯乙烯。7、我國(guó)鎳系順丁橡膠催化劑的主要成分是 環(huán)烷酸鎳、三異丁基鋁和 三氟化硼乙醚絡(luò)合物。8 尼龍66可采用熔融縮聚和方法生產(chǎn)。9、反應(yīng)器的基本設(shè)計(jì)方程是 :（反應(yīng)物流入量）一（反應(yīng)物流出量）一（反應(yīng)消失量）一（反應(yīng)物累積量）=0。10、 PET熔融縮聚主要生產(chǎn)工藝是熔融縮聚和固相縮聚 。二、簡(jiǎn)述題（ 20 分）1寫出以下縮寫的聚合物中文名稱，并指出其聚合機(jī)理和工業(yè)實(shí)施方法。 PET、LDPE、SBS、GPPS、CR 答：PET 對(duì)苯二甲酸乙二酯，縮合聚合，熔融縮聚 /固相縮聚LDPE 低密度

3、聚乙烯，自由基聚合，本體聚合SBS聚苯乙烯b-丁二烯b 苯乙烯嵌段共聚物，陰離子聚合，溶液聚合GPPS 通用聚苯乙烯，自由基聚合，本體聚合 /懸浮聚合CR 氯丁橡膠，自由基聚合，乳液聚合2分離和后處理過(guò)程對(duì)聚合物性能有何影響？答：分離就是指聚合物從聚合介質(zhì)分開(kāi)的過(guò)程，不同的聚合實(shí)施方法可能采取的分離 方法不同。 分離過(guò)程將脫除絕大部分的殘留單體、 溶劑， 這些物質(zhì)不僅降低聚合物產(chǎn)品的性 能，而且對(duì)于人體有害、污染環(huán)境。聚合物后處理工序包括分離、干燥、脫揮、脫灰、加入 助劑及形狀處理等幾方面； 但是樹(shù)脂與橡膠后處理略有區(qū)別， 樹(shù)脂后處理主要包括脫水、 干 燥、加入添加劑、直接得到粉狀樹(shù)脂；或者經(jīng)

4、過(guò)脫水、干燥、加入添加劑、混煉、切粒、混 合均化、 包裝得到顆粒狀樹(shù)脂； 橡膠后處理根據(jù)用途也不同， 乳液用于涂料或其他直接使用 乳液的場(chǎng)合，乳液可以直接使用或濃縮后包裝、使用；需要得到固體橡膠時(shí)則需要凝聚、脫 水、水洗、擠壓干燥、壓塊、包裝。在這些后處理工序中，最關(guān)鍵的十脫灰和干燥工序，這 些工序所使用的設(shè)備若不合理， 仍會(huì)出現(xiàn)廢品。 橡膠產(chǎn)品導(dǎo)致凝膠含量高， 塑料樹(shù)脂導(dǎo)致分 子量降低或交聯(lián)。3簡(jiǎn)述采用管式和釜式反應(yīng)器生產(chǎn)低密度聚乙烯 （LDPE）的特點(diǎn)及產(chǎn)生差異的 原因。答：兩種反應(yīng)器所生產(chǎn) LDPE 的特點(diǎn)：? 釜式反應(yīng)器物料接近理想混合狀態(tài)，溫度均勻，可分區(qū)控制，從而可獲得較窄分子 量

5、分布的聚乙烯；支化多，凝膠微粒多，通用產(chǎn)品；有利共聚：共聚產(chǎn)品多，可以 生產(chǎn) VA 達(dá) 40%的 EVA 。? 管式反應(yīng)器的物料在管內(nèi)呈平推流流動(dòng)，反應(yīng)溫度沿管程有變化，因而反應(yīng)溫度有 最高峰，因此所合成聚乙烯相對(duì)分子質(zhì)量分布較寬。支鏈較少，適于薄膜產(chǎn)品，共 聚產(chǎn)品少。產(chǎn)生差異的原因：兩種反應(yīng)器的流動(dòng)形態(tài)不同，釜式反應(yīng)器物料接近理想混合狀態(tài),管式反應(yīng)器的物料在管內(nèi)呈平推流流動(dòng)，存在顯著的濃度差異。4簡(jiǎn)述停留時(shí)間分布函數(shù)(F(t)與停留時(shí)間密度函數(shù)(E(t)的測(cè)試方法，以 及兩者之間的關(guān)系。停留時(shí)間分布的測(cè)定方法、原理：(1) 階躍示蹤法：在待測(cè)定系統(tǒng)穩(wěn)定后， 將原來(lái)反應(yīng)器中流動(dòng)的流體切換為另一

6、種在某些性質(zhì)上與原來(lái)流體有所不同，而對(duì)流體流動(dòng)沒(méi)有影響的另一種含示蹤劑的流體。該方法測(cè)定的是停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)。(2) 脈沖示蹤法：在待測(cè)定系統(tǒng)穩(wěn)定后，在入口瞬間加入少量示蹤劑Q，此時(shí)t=0，同時(shí)開(kāi)始測(cè)定出口流體中示蹤物的含量C(t)。由于示蹤物不影響流體流動(dòng)，加入時(shí)間為瞬間，故示蹤物在系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)形態(tài)可以代表整個(gè)系統(tǒng)的流動(dòng)形態(tài)。該法測(cè)定的是 時(shí)間分布密度函數(shù) E(t)停留時(shí)間分布函數(shù)(F(t)與停留時(shí)間密度函數(shù)(E(t)之間的關(guān)系:tF(t)0E(t)dt。5 反應(yīng)器按照操作方式分類有哪幾類？各自的特點(diǎn)是什么？答：反應(yīng)器按操作方式可分為間歇反應(yīng)器、連續(xù)反應(yīng)器和半連續(xù)反應(yīng)器間歇反應(yīng)器是指

7、操作時(shí)， 反應(yīng)前將反應(yīng)物一次加入反應(yīng)器內(nèi)， 當(dāng)反應(yīng)達(dá)到規(guī) 定轉(zhuǎn)化率后取出反應(yīng)產(chǎn)物。特點(diǎn)： (1)物料濃度隨時(shí)間不斷變化，為非穩(wěn)態(tài)過(guò)程； (2)操作靈活，彈性大，投資??； (3)需較多輔助時(shí)間，設(shè)備利用率低 (4). 產(chǎn)品質(zhì)量 不易均勻連續(xù)反應(yīng)器是指反應(yīng)按規(guī)定的加料速度和出料速度進(jìn)行的反應(yīng)， 通過(guò)反應(yīng)器 體積大小或串連的級(jí)數(shù)多少來(lái)控制最終轉(zhuǎn)化率。其特點(diǎn)是： ：(1)物料濃度不隨時(shí) 間變化，為穩(wěn)態(tài)過(guò)程； (2) 操作彈性效能，投資大； (3)不需輔助時(shí)間，設(shè)備利用 率較高 (4).產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)小。半連續(xù)反應(yīng)器是指某一種或某一類物料按規(guī)定的加料速度連續(xù)進(jìn)入， 整個(gè)反 應(yīng)器并無(wú)物料采出，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到規(guī)定

8、轉(zhuǎn)化率后，一次采出。其特點(diǎn)是：(1) 物料濃度隨時(shí)間變化，為非穩(wěn)態(tài)過(guò)程； (2) 操作彈性大，投資??； (3)輔助時(shí)間長(zhǎng)，設(shè) 備利用率較高 (4). 易于控制反應(yīng)物濃度及產(chǎn)物組成，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)小。三、選擇題( 30 分)1. 下列資源屬于可再生資源的是( B )。C. 煤炭D. 廢塑料A.石油B. 淀粉2. ESBR 通過(guò)（ C)控制聚合物分子量，聚氯乙烯工業(yè)生產(chǎn)通過(guò) ( A )調(diào)節(jié)聚合物分子量。A .反應(yīng)溫度B. 轉(zhuǎn)化率C.鏈轉(zhuǎn)移劑D.分散劑3. 在聚合物制備過(guò)程中需要避免產(chǎn)生旋渦，消除旋渦的方法包括 ( C )A. 提高攪拌轉(zhuǎn)速 B. 升高聚合溫度 C. 安裝擋板 D. 改變體系配方4.

9、苯乙烯常壓乳液聚合轉(zhuǎn)化率不能達(dá)到 95 以上的原因是( D )。A. 凝膠效應(yīng) B. 鏈轉(zhuǎn)移 C. 反應(yīng)時(shí)間短 D. 玻璃化效應(yīng)5. 用于 LDPE 生產(chǎn)的催化劑(引發(fā)劑)是( A )，用于 HDPE 生產(chǎn)的 催化劑(引發(fā)劑)是( D )。A.有機(jī)過(guò)氧化物B.環(huán)烷酸鎳催化劑C.茂金屬催化劑D.齊格勒-納塔催化劑6. 目標(biāo)聚合物產(chǎn)品采用何種實(shí)施方法由（ ABC ）決定。A. 單體的結(jié)構(gòu)性質(zhì) B. 催化劑的性質(zhì) C. 產(chǎn)品的性能 D. 聚合機(jī)理7. 反應(yīng)器流動(dòng)模型接近于理想混合流模型的是（ C ），反應(yīng)器流動(dòng)模型接近 于平推流模型的是（ BD ）。A.間歇釜式反應(yīng)器B.管式反應(yīng)器 C.單級(jí)連續(xù)釜式

10、反應(yīng)器 D.塔式反應(yīng)器8. 聚苯乙烯本體聚合最后階段提高聚合溫度將使（ ACD ）。A.轉(zhuǎn)化率提高；B.分子量提高；C.熔體粘度下降D.分子量降低9. 溶劑在溶液聚合中可以起到（ ABC ）作用。A.鏈轉(zhuǎn)移劑；B.縮合劑；C.傳熱介質(zhì)；D.鏈終止劑10. 在進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)時(shí)可采用（ BF ）增大產(chǎn)品乳膠粒的粒徑。A. 加入電解質(zhì)； B. 增加攪拌強(qiáng)度； C. 增加水油比； D. 提高溫度；E.增加乳化劑濃度 F.種子乳液聚合11. 氯乙烯懸浮聚合按照（ D ）成粒，氯乙烯乳液聚合按照（ C ）成粒。A.單體液滴成粒機(jī)理；B.珠狀成粒機(jī)理；C.膠束成粒機(jī)理；D.粉狀成粒機(jī)理12. ABS 的主

11、要生產(chǎn)工藝包括（ AD ）。A. 本體聚合； B. 溶液聚合； C. 懸浮聚合； D. 乳液接枝聚合13. 順丁橡膠工業(yè)過(guò)程的攪拌選取（ C ）,PET熔融縮聚的攪拌選?。―）A. 錨式攪拌槳 B. 平槳 C. 雙螺帶攪拌槳 D. 表面更新型攪拌槳E.推進(jìn)式攪拌槳F.渦輪式攪拌槳14. 使用了離子型和非離子型乳化劑配方的乳液聚合體系,其聚合溫度應(yīng)高于（D）,低于（ AB ）。A.濁點(diǎn) B.轉(zhuǎn)相點(diǎn) C.單體的沸點(diǎn) D.三相點(diǎn)15. 在生產(chǎn)過(guò)程中依靠攪拌推動(dòng)聚合體系發(fā)生相翻轉(zhuǎn)的聚合物是（ BD ）A. EPS B. HIPSC. MBSD. ABS E.SBS四、流程與工藝（ 15 分） 用流程框

12、圖和文字簡(jiǎn)述乳液丁苯橡膠生產(chǎn)工藝過(guò)程, 并簡(jiǎn)述其產(chǎn)品質(zhì)量的控制方 法。去離子水廠亞甲基雙萘磺酸鈉KC1或磷酸鉀嚴(yán)歧化松香酸鉀苯乙烯硬脂酸鈉丁二烯EDTA叔十二烷基硫醇硫酸亞鐵 111水相油相1配制槽配制槽去離子水 對(duì)孟烷過(guò)氧化氫流程敘述:(1)在水相配制槽中加入計(jì)量的去離子水，擴(kuò)散劑亞甲基雙萘磺酸鈉，粒徑調(diào)節(jié)劑氯化鉀，乳化劑歧化松香酸鈉和硬脂酸鈉，活化劑刁白塊和硫酸亞鐵劑螯合劑EDTA ,開(kāi)啟攪拌配制好備用。(2) 在油相配制槽中加入計(jì)量的新鮮苯乙烯、丁二烯劑回收的苯乙烯和丁二烯及硫醇調(diào)節(jié)劑；攪拌均勻備用。(3) 在引發(fā)劑配制槽中，加入計(jì)量的去離子水和對(duì)孟烷過(guò)氧化氫(或過(guò)氧化異丙苯)；(4)

13、聚合：將水相配制槽和油相配制槽的混合料連續(xù)打入預(yù)乳化槽中，并開(kāi)啟聚合物攪拌，將引發(fā)劑配制槽中的引發(fā)劑溶液連續(xù)打入聚合物A中，這樣引發(fā)及聚合就開(kāi)始，嚴(yán)格控制聚合溫度在 56C,當(dāng)終止釜開(kāi)始流出時(shí)加入終止劑，并卸壓，氣相進(jìn)入分離回收工序，液相進(jìn)行脫苯乙烯工序，脫出單體后的乳液進(jìn)入凝聚工序(5) 凝聚：將膠乳按比例進(jìn)行稀釋，連續(xù)打入凝聚釜中，同時(shí)打入硫酸及凝聚劑溶液，產(chǎn)物經(jīng)震動(dòng)篩后進(jìn)入水洗工序，洗滌兩次后，進(jìn)行擠壓脫水工序；(6) 擠出干燥：經(jīng)擠壓脫水的生膠在經(jīng)擠出干燥后，就可得到合格產(chǎn)品;(7) 包 裝：得到的合格產(chǎn)品，經(jīng)壓塊機(jī)壓塊、包裝即可。產(chǎn)品質(zhì)量的控制方法:共聚組成：直接影響力學(xué)性能、磨耗、

14、滾動(dòng)阻力、抗?jié)窕阅艿龋婚T尼粘度：受到共聚組成、分子量、分子量分布、支化度等影響； 直接影響加工性能；控制單體轉(zhuǎn)化率和聚合反應(yīng)溫度：控制轉(zhuǎn)化率 60%左右的目的：控制共聚組成；控制溫度：控制分子量及其分布、交聯(lián)和支化評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：流程框圖5分，過(guò)程描述5分，質(zhì)量控制5分，按照要點(diǎn)給分 五、計(jì)算題(15分)一化工企業(yè)準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)脂肪族聚酯產(chǎn)品，請(qǐng)某化工設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)聚合反應(yīng) 裝置，要求如下：要求每天反應(yīng) 6000kg的己二酸，且反應(yīng)過(guò)程嚴(yán)格控制與己二 醇等摩爾比反應(yīng)，在343K下，以硫酸為催化劑的動(dòng)力學(xué)方程為：rA = kCA，其 中：rA消耗己二酸反應(yīng)速度，kmoles/l?min ； k反應(yīng)速度常數(shù)

15、，l/kmole?min； CA己二酸的瞬時(shí)濃度，kmole/l。70C，k=1.97l/kmole?min,己二酸的初始濃度 CA0 = 0.004kmoles/l；最終 轉(zhuǎn)化率為85%。設(shè)計(jì)院分別采用間歇反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器、單級(jí)理想混合反 應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，請(qǐng)計(jì)算各反應(yīng)器體積，并歸納三種反應(yīng)器的體積變化規(guī)律。其中 間歇反應(yīng)器的操作時(shí)間為1.5小時(shí)，裝料系數(shù)為0.8，己二酸分子量為146。 答：在外加酸催化下，這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二級(jí)反應(yīng)，且副產(chǎn)物水在體系中一直維持在0的情況，因此可采用A + B-R的二級(jí)不可逆積分方程式。(1)對(duì)于采用間歇反應(yīng)器的設(shè)計(jì)：tR 1 ( XA )0.85719.12m

16、in =12hrkCA0 1-xA1.97 0.004 (1 -0.85)計(jì)算反應(yīng)器所需的容積每小時(shí)的進(jìn)料量Fa0為每小時(shí)己二酸的體積流量:F A0600024 146=1.71kmol/hrVa0F A01.71A00.004= 428L/hr每批生產(chǎn)操作周期tT為:許二 tR ta =12 1.5 =13.5hr故反應(yīng)器的有效容積為:Vr 二 vA0 tT 二 428 13.5 二 5778L 二 5.778m3Vr _ 5.7780.80二 7.22m反應(yīng)器的實(shí)際容積V為：(2) 對(duì)于平推流反應(yīng)器的設(shè)計(jì)反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程與間歇相同，只是沒(méi)有輔助時(shí)間而已，故tR = 1 ( Xa)： 0.85

17、=719.12min =12hrkCA0 1-xA 1.97 0.004 (1 0.85)每小時(shí)己二酸的體積流量：FA0 = 6000 =1.71kmol/hr24燈46故反應(yīng)器的有效容積為：VR =Vao tT =428 12 = 5136L =5.14m kC A0 (1 - Xa )(3) 對(duì)于單級(jí)理想混合反應(yīng)器的設(shè)計(jì)：F 1 71反應(yīng)器流量：Va0 = 428L / hrCA0 0.004VVoCA0 _ C A _ CA0XAA5V0CA0XAV0C A0XA2 2kCA。(10.85)VXa0.428 漢 0.85 = 35.27m31.97 60 0.004 (1-0.85)通過(guò)

18、三種類型反應(yīng)器設(shè)計(jì)及體積的比較可知， 在控制最終轉(zhuǎn)化率相同、單位 時(shí)間處理物料相同下，以平推流反應(yīng)器所用體積最小，以理想緩和反應(yīng)器所需體 積最大。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：基本參數(shù)計(jì)算3分，每種反應(yīng)器計(jì)算各3分，反應(yīng)器比較3分；列出相關(guān)方程給一定分?jǐn)?shù)；計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤，扣 1分。永磁交流伺服電機(jī)位置反饋傳感器檢測(cè)相位與電機(jī)磁極相位的對(duì)齊方式2008-11-07來(lái)源：in ternet瀏覽：504主流的伺服電機(jī)位置反饋元件包括增量式編碼器，絕對(duì)式編碼器，正余弦編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器等。為支持永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)的矢量控制， 這些位置反饋元件 就必須能夠?yàn)樗欧?qū)動(dòng)器提供永磁交流伺服電機(jī)的永磁體磁極相位，或曰電機(jī)電角度信息，為

19、此當(dāng)位置反饋元件與電機(jī)完成定位安裝時(shí)， 就有必要調(diào)整好位置反 饋元件的角度檢測(cè)相位與電機(jī)電角度相位之間的相互關(guān)系，這種調(diào)整可以稱作電角度相位初始化，也可以稱作編碼器零位調(diào)整或?qū)R。下面列出了采用增量式編 碼器，絕對(duì)式編碼器，正余弦編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器等位置反饋元件的永磁交流伺 服電機(jī)的傳感器檢測(cè)相位與電機(jī)電角度相位的對(duì)齊方式。增量式編碼器的相位對(duì)齊方式在此討論中，增量式編碼器的輸出信號(hào)為方波信號(hào)， 又可以分為帶換相信號(hào) 的增量式編碼器和普通的增量式編碼器，普通的增量式編碼器具備兩相正交方波 脈沖輸出信號(hào)A和B，以及零位信號(hào)Z ；帶換相信號(hào)的增量式編碼器除具備 ABZ 輸出信號(hào)外，還具備互差120

20、度的電子換相信號(hào)UVW，UVW各自的每轉(zhuǎn)周期 數(shù)與電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極對(duì)數(shù)一致。帶換相信號(hào)的增量式編碼器的 UVW電子換相信 號(hào)的相位與轉(zhuǎn)子磁極相位，或曰電角度相位之間的對(duì)齊方法如下：1用一個(gè)直流電源給電機(jī)的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V 出，將電機(jī)軸定向至一個(gè)平衡位置；2用示波器觀察編碼器的U相信號(hào)和Z信號(hào)；3調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機(jī)軸的相對(duì)位置；4. 一邊調(diào)整，一邊觀察編碼器 U相信號(hào)跳變沿，和Z信號(hào)，直到Z信號(hào)穩(wěn) 定在高電平上（在此默認(rèn)Z信號(hào)的常態(tài)為低電平），鎖定編碼器與電機(jī)的相對(duì) 位置關(guān)系；5. 來(lái)回扭轉(zhuǎn)電機(jī)軸，撒手后，若電機(jī)軸每次自由回復(fù)到平衡位置時(shí)，Z信號(hào) 都能穩(wěn)定在高電平上，則

21、對(duì)齊有效。撤掉直流電源后，驗(yàn)證如下：1用示波器觀察編碼器的U相信號(hào)和電機(jī)的UV線反電勢(shì)波形；2. 轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸，編碼器的U相信號(hào)上升沿與電機(jī)的UV線反電勢(shì)波形由低到 高的過(guò)零點(diǎn)重合，編碼器的Z信號(hào)也出現(xiàn)在這個(gè)過(guò)零點(diǎn)上。上述驗(yàn)證方法，也可以用作對(duì)齊方法。需要注意的是，此時(shí)增量式編碼器的 U相信號(hào)的相位零點(diǎn)即與電機(jī)UV線 反電勢(shì)的相位零點(diǎn)對(duì)齊，由于電機(jī)的 U相反電勢(shì)，與UV線反電勢(shì)之間相差30 度，因而這樣對(duì)齊后，增量式編碼器的 U相信號(hào)的相位零點(diǎn)與電機(jī)U相反電勢(shì) 的-30度相位點(diǎn)對(duì)齊，而電機(jī)電角度相位與 U相反電勢(shì)波形的相位一致，所以此 時(shí)增量式編碼器的U相信號(hào)的相位零點(diǎn)與電機(jī)電角度相位的-30度

22、點(diǎn)對(duì)齊。有些伺服企業(yè)習(xí)慣于將編碼器的 U相信號(hào)零點(diǎn)與電機(jī)電角度的零點(diǎn)直接對(duì) 齊，為達(dá)到此目的，可以：1. 用3個(gè)阻值相等的電阻接成星型，然后將星型連接的3個(gè)電阻分別接入電 機(jī)的UVW三相繞組引線；2. 以示波器觀察電機(jī)U相輸入與星型電阻的中點(diǎn)，就可以近似得到電機(jī)的U 相反電勢(shì)波形；3. 依據(jù)操作的方便程度，調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機(jī)軸的相對(duì)位置，或者編碼器 外殼與電機(jī)外殼的相對(duì)位置；4. 一邊調(diào)整，一邊觀察編碼器的 U相信號(hào)上升沿和電機(jī)U相反電勢(shì)波形由 低到高的過(guò)零點(diǎn)，最終使上升沿和過(guò)零點(diǎn)重合，鎖定編碼器與電機(jī)的相對(duì)位置關(guān) 系，完成對(duì)齊。由于普通增量式編碼器不具備 UVW相位信息，而Z信號(hào)也只能反映

23、一圈內(nèi) 的一個(gè)點(diǎn)位，不具備直接的相位對(duì)齊潛力，因而不作為本討論的話題。絕對(duì)式編碼器的相位對(duì)齊方式絕對(duì)式編碼器的相位對(duì)齊對(duì)于單圈和多圈而言， 差別不大，其實(shí)都是在一圈 內(nèi)對(duì)齊編碼器的檢測(cè)相位與電機(jī)電角度的相位。早期的絕對(duì)式編碼器會(huì)以單獨(dú)的 引腳給出單圈相位的最高位的電平，利用此電平的0和1的翻轉(zhuǎn)，也可以實(shí)現(xiàn)編 碼器和電機(jī)的相位對(duì)齊，方法如下：1用一個(gè)直流電源給電機(jī)的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V 出，將電機(jī)軸定向至一個(gè)平衡位置；2用示波器觀察絕對(duì)編碼器的最高計(jì)數(shù)位電平信號(hào)；3調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機(jī)軸的相對(duì)位置；4. 一邊調(diào)整，一邊觀察最高計(jì)數(shù)位信號(hào)的跳變沿，直到跳變沿準(zhǔn)確出現(xiàn)在電 機(jī)軸

24、的定向平衡位置處，鎖定編碼器與電機(jī)的相對(duì)位置關(guān)系；5. 來(lái)回扭轉(zhuǎn)電機(jī)軸，撒手后，若電機(jī)軸每次自由回復(fù)到平衡位置時(shí)，跳變沿 都能準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，則對(duì)齊有效。這類絕對(duì)式編碼器目前已經(jīng)被采用 EnDAT, BiSS, Hyperface等串行協(xié)議， 以及日系專用串行協(xié)議的新型絕對(duì)式編碼器廣泛取代，因而最高位信號(hào)就不符存在了，此時(shí)對(duì)齊編碼器和電機(jī)相位的方法也有所變化，其中一種非常實(shí)用的方法是利用編碼器內(nèi)部的EEPROM，存儲(chǔ)編碼器隨機(jī)安裝在電機(jī)軸上后實(shí)測(cè)的相位， 具體方法如下：1. 將編碼器隨機(jī)安裝在電機(jī)上，即固結(jié)編碼器轉(zhuǎn)軸與電機(jī)軸，以及編碼器外 殼與電機(jī)外殼；2用一個(gè)直流電源給電機(jī)的UV繞組通以小于額定電

25、流的直流電，U入，V 出，將電機(jī)軸定向至一個(gè)平衡位置；3. 用伺服驅(qū)動(dòng)器讀取絕對(duì)編碼器的單圈位置值，并存入編碼器內(nèi)部記錄電機(jī) 電角度初始相位的EEPROM中；4. 對(duì)齊過(guò)程結(jié)束。由于此時(shí)電機(jī)軸已定向于電角度相位的-30度方向，因此存入的編碼器內(nèi)部 EEPROM中的位置檢測(cè)值就對(duì)應(yīng)電機(jī)電角度的-30度相位。此后，驅(qū)動(dòng)器將任意 時(shí)刻的單圈位置檢測(cè)數(shù)據(jù)與這個(gè)存儲(chǔ)值做差，并根據(jù)電機(jī)極對(duì)數(shù)進(jìn)行必要的換 算，再加上-30度，就可以得到該時(shí)刻的電機(jī)電角度相位。這種對(duì)齊方式需要編碼器和伺服驅(qū)動(dòng)器的支持和配合方能實(shí)現(xiàn)，日系伺服的編碼器相位之所以不便于最終用戶直接調(diào)整的根本原因就在于不肯向用戶提供 這種對(duì)齊方式的

26、功能界面和操作方法。 這種對(duì)齊方法的一大好處是，只需向電機(jī) 繞組提供確定相序和方向的轉(zhuǎn)子定向電流， 無(wú)需調(diào)整編碼器和電機(jī)軸之間的角度關(guān)系，因而編碼器可以以任意初始角度直接安裝在電機(jī)上，且無(wú)需精細(xì)，甚至簡(jiǎn)單的調(diào)整過(guò)程，操作簡(jiǎn)單，工藝性好。如果絕對(duì)式編碼器既沒(méi)有可供使用的 EEPROM，又沒(méi)有可供檢測(cè)的最高計(jì) 數(shù)位引腳，則對(duì)齊方法會(huì)相對(duì)復(fù)雜。如果驅(qū)動(dòng)器支持單圈絕對(duì)位置信息的讀出和 顯示，則可以考慮：1用一個(gè)直流電源給電機(jī)的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V 出，將電機(jī)軸定向至一個(gè)平衡位置；2. 利用伺服驅(qū)動(dòng)器讀取并顯示絕對(duì)編碼器的單圈位置值；3調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機(jī)軸的相對(duì)位置；4. 經(jīng)過(guò)上

27、述調(diào)整，使顯示的單圈絕對(duì)位置值充分接近根據(jù)電機(jī)的極對(duì)數(shù)折算 出來(lái)的電機(jī)-30度電角度所應(yīng)對(duì)應(yīng)的單圈絕對(duì)位置點(diǎn)，鎖定編碼器與電機(jī)的相對(duì) 位置關(guān)系；5. 來(lái)回扭轉(zhuǎn)電機(jī)軸，撒手后，若電機(jī)軸每次自由回復(fù)到平衡位置時(shí)，上述折 算位置點(diǎn)都能準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，則對(duì)齊有效。如果用戶連絕對(duì)值信息都無(wú)法獲得，那么就只能借助原廠的專用工裝，一邊 檢測(cè)絕對(duì)位置檢測(cè)值，一邊檢測(cè)電機(jī)電角度相位，利用工裝，調(diào)整編碼器和電機(jī) 的相對(duì)角位置關(guān)系，將編碼器相位與電機(jī)電角度相位相互對(duì)齊，然后再鎖定。這 樣一來(lái)，用戶就更加無(wú)從自行解決編碼器的相位對(duì)齊問(wèn)題了。個(gè)人推薦采用在EEPROM中存儲(chǔ)初始安裝位置的方法，簡(jiǎn)單，實(shí)用，適應(yīng) 性好，便于向用

28、戶開(kāi)放，以便用戶自行安裝編碼器，并完成電機(jī)電角度的相位整 定。正余弦編碼器的相位對(duì)齊方式普通的正余弦編碼器具備一對(duì)正交的 sin，cos 1Vp-p信號(hào)，相當(dāng)于方波信號(hào) 的增量式編碼器的AB正交信號(hào)，每圈會(huì)重復(fù)許許多多個(gè)信號(hào)周期，比如2048等；以及一個(gè)窄幅的對(duì)稱三角波Index信號(hào)，相當(dāng)于增量式編碼器的Z信號(hào)，一 圈一般出現(xiàn)一個(gè)；這種正余弦編碼器實(shí)質(zhì)上也是一種增量式編碼器。另一種正余 弦編碼器除了具備上述正交的sin、cos信號(hào)外，還具備一對(duì)一圈只出現(xiàn)一個(gè)信號(hào) 周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信號(hào)，如果以C信號(hào)為sin，則D信號(hào) 為cos，通過(guò)sin、cos信號(hào)的高倍率細(xì)分技術(shù)，不僅

29、可以使正余弦編碼器獲得比原始信號(hào)周期更為細(xì)密的名義檢測(cè)分辨率， 比如2048線的正余弦編碼器經(jīng)2048 細(xì)分后，就可以達(dá)到每轉(zhuǎn)400多萬(wàn)線的名義檢測(cè)分辨率，當(dāng)前很多歐美伺服廠家 都提供這類高分辨率的伺服系統(tǒng)，而國(guó)內(nèi)廠家尚不多見(jiàn)；此外帶C、D信號(hào)的正余弦編碼器的C、D信號(hào)經(jīng)過(guò)細(xì)分后，還可以提供較高的每轉(zhuǎn)絕對(duì)位置信息，比 如每轉(zhuǎn)2048個(gè)絕對(duì)位置，因此帶C、D信號(hào)的正余弦編碼器可以視作一種模擬 式的單圈絕對(duì)編碼器。采用這種編碼器的伺服電機(jī)的初始電角度相位對(duì)齊方式如下：1用一個(gè)直流電源給電機(jī)的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V 出，將電機(jī)軸定向至一個(gè)平衡位置；2用示波器觀察正余弦編碼器的 C

30、信號(hào)波形；3調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機(jī)軸的相對(duì)位置；4. 一邊調(diào)整，一邊觀察C信號(hào)波形，直到由低到高的過(guò)零點(diǎn)準(zhǔn)確出現(xiàn)在電機(jī) 軸的定向平衡位置處，鎖定編碼器與電機(jī)的相對(duì)位置關(guān)系；5. 來(lái)回扭轉(zhuǎn)電機(jī)軸，撒手后，若電機(jī)軸每次自由回復(fù)到平衡位置時(shí)，過(guò)零點(diǎn) 都能準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，則對(duì)齊有效。撤掉直流電源后，驗(yàn)證如下：1用示波器觀察編碼器的C相信號(hào)和電機(jī)的UV線反電勢(shì)波形；2. 轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸，編碼器的C相信號(hào)由低到高的過(guò)零點(diǎn)與電機(jī)的 UV線反電勢(shì) 波形由低到高的過(guò)零點(diǎn)重合。這種驗(yàn)證方法，也可以用作對(duì)齊方法。此時(shí)C信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)與電機(jī)電角度相位的-30度點(diǎn)對(duì)齊。如果想直接和電機(jī)電角度的0度點(diǎn)對(duì)齊，可以考慮：1. 用3個(gè)阻值相

31、等的電阻接成星型，然后將星型連接的3個(gè)電阻分別接入電 機(jī)的UVW三相繞組引線；2. 以示波器觀察電機(jī)U相輸入與星型電阻的中點(diǎn)，就可以近似得到電機(jī)的U 相反電勢(shì)波形；3. 調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機(jī)軸的相對(duì)位置;4. 一邊調(diào)整，一邊觀察編碼器的 C相信號(hào)由低到高的過(guò)零點(diǎn)和電機(jī) U相反 電勢(shì)波形由低到高的過(guò)零點(diǎn)，最終使2個(gè)過(guò)零點(diǎn)重合，鎖定編碼器與電機(jī)的相對(duì) 位置關(guān)系，完成對(duì)齊。由于普通正余弦編碼器不具備一圈之內(nèi)的相位信息， 而Index信號(hào)也只能反 映一圈內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)位，不具備直接的相位對(duì)齊潛力，因而在此也不作為討論的話 題。如果可接入正余弦編碼器的伺服驅(qū)動(dòng)器能夠?yàn)橛脩籼峁腃、D中獲取的單圈絕對(duì)位置信息

32、，則可以考慮：1用一個(gè)直流電源給電機(jī)的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V 出，將電機(jī)軸定向至一個(gè)平衡位置；2. 利用伺服驅(qū)動(dòng)器讀取并顯示從 C、D信號(hào)中獲取的單圈絕對(duì)位置信息；3. 調(diào)整旋變軸與電機(jī)軸的相對(duì)位置；4. 經(jīng)過(guò)上述調(diào)整，使顯示的絕對(duì)位置值充分接近根據(jù)電機(jī)的極對(duì)數(shù)折算出來(lái) 的電機(jī)-30度電角度所應(yīng)對(duì)應(yīng)的絕對(duì)位置點(diǎn)，鎖定編碼器與電機(jī)的相對(duì)位置關(guān) 系；5. 來(lái)回扭轉(zhuǎn)電機(jī)軸，撒手后，若電機(jī)軸每次自由回復(fù)到平衡位置時(shí)，上述折 算絕對(duì)位置點(diǎn)都能準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，則對(duì)齊有效。此后可以在撤掉直流電源后，得到與前面基本相同的對(duì)齊驗(yàn)證效果：1用示波器觀察正余弦編碼器的 C相信號(hào)和電機(jī)的UV線反電勢(shì)波形

33、；2. 轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸，驗(yàn)證編碼器的C相信號(hào)由低到高的過(guò)零點(diǎn)與電機(jī)的 UV線 反電勢(shì)波形由低到高的過(guò)零點(diǎn)重合。如果利用驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的EEPROM等非易失性存儲(chǔ)器，也可以存儲(chǔ)正余弦編 碼器隨機(jī)安裝在電機(jī)軸上后實(shí)測(cè)的相位，具體方法如下：1. 將正余弦隨機(jī)安裝在電機(jī)上，即固結(jié)編碼器轉(zhuǎn)軸與電機(jī)軸，以及編碼器外 殼與電機(jī)外殼；2用一個(gè)直流電源給電機(jī)的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V 出，將電機(jī)軸定向至一個(gè)平衡位置；3用伺服驅(qū)動(dòng)器讀取由C、D信號(hào)解析出來(lái)的單圈絕對(duì)位置值，并存入驅(qū)動(dòng) 器內(nèi)部記錄電機(jī)電角度初始安裝相位的 EEPROM等非易失性存儲(chǔ)器中；4.對(duì)齊過(guò)程結(jié)束。由于此時(shí)電機(jī)軸已定向于電角度相位的

34、-30度方向，因此存入的驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部 EEPROM等非易失性存儲(chǔ)器中的位置檢測(cè)值就對(duì)應(yīng)電機(jī)電角度的 -30度相位。此 后，驅(qū)動(dòng)器將任意時(shí)刻由編碼器解析出來(lái)的與電角度相關(guān)的單圈絕對(duì)位置值與這 個(gè)存儲(chǔ)值做差，并根據(jù)電機(jī)極對(duì)數(shù)進(jìn)行必要的換算，再加上-30度，就可以得到該時(shí)刻的電機(jī)電角度相位。這種對(duì)齊方式需要伺服驅(qū)動(dòng)器的在國(guó)內(nèi)和操作上予以支持和配合方能實(shí)現(xiàn)， 而且由于記錄電機(jī)電角度初始相位的 EEPROM等非易失性存儲(chǔ)器位于伺服驅(qū)動(dòng) 器中，因此一旦對(duì)齊后，電機(jī)就和驅(qū)動(dòng)器事實(shí)上綁定了，如果需要更換電機(jī)、正 余弦編碼器、或者驅(qū)動(dòng)器，都需要重新進(jìn)行初始安裝相位的對(duì)齊操作，并重新綁定電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的配套關(guān)系。旋轉(zhuǎn)

35、變壓器的相位對(duì)齊方式旋轉(zhuǎn)變壓器簡(jiǎn)稱旋變，是由經(jīng)過(guò)特殊電磁設(shè)計(jì)的高性能硅鋼疊片和漆包線 構(gòu)成的，相比于采用光電技術(shù)的編碼器而言， 具有耐熱，耐振。耐沖擊，耐油污， 甚至耐腐蝕等惡劣工作環(huán)境的適應(yīng)能力，因而為武器系統(tǒng)等工況惡劣的應(yīng)用廣泛 采用，一對(duì)極（單速）的旋變可以視作一種單圈絕對(duì)式反饋系統(tǒng)，應(yīng)用也最為廣 泛，因而在此僅以單速旋變?yōu)橛懻搶?duì)象， 多速旋變與伺服電機(jī)配套，個(gè)人認(rèn)為其 極對(duì)數(shù)最好采用電機(jī)極對(duì)數(shù)的約數(shù)，一便于電機(jī)度的對(duì)應(yīng)和極對(duì)數(shù)分解。旋變的信號(hào)引線一般為6根，分為3組，分別對(duì)應(yīng)一個(gè)激勵(lì)線圈，和2個(gè)正 交的感應(yīng)線圈，激勵(lì)線圈接受輸入的正弦型激勵(lì)信號(hào)， 感應(yīng)線圈依據(jù)旋變轉(zhuǎn)定子 的相互角位置關(guān)

36、系，感應(yīng)出來(lái)具有SIN和COS包絡(luò)的檢測(cè)信號(hào)。旋變SIN和COS 輸出信號(hào)是根據(jù)轉(zhuǎn)定子之間的角度對(duì)激勵(lì)正弦信號(hào)的調(diào)制結(jié)果，如果激勵(lì)信號(hào)是sint，轉(zhuǎn)定子之間的角度為9，貝U SIN信號(hào)為sintxsinB，J則COS信號(hào)為sin CD tx cos 9，根據(jù)SIN，COS信號(hào)和原始的激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)必要的檢測(cè)電路，就 可以獲得較高分辨率的位置檢測(cè)結(jié)果，目前商用旋變系統(tǒng)的檢測(cè)分辨率可以達(dá)到 每圈2的12次方，即4096,而科學(xué)研究和航空航天系統(tǒng)甚至可以達(dá)到 2的20 次方以上，不過(guò)體積和成本也都非?？捎^。商用旋變與伺服電機(jī)電角度相位的對(duì)齊方法如下：1用一個(gè)直流電源給電機(jī)的UV繞組通以小于額定電流的

37、直流電，U入，V 出；2. 然后用示波器觀察旋變的SIN線圈的信號(hào)引線輸出；3依據(jù)操作的方便程度，調(diào)整電機(jī)軸上的旋變轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸的相對(duì)位置，或 者旋變定子與電機(jī)外殼的相對(duì)位置；4. 一邊調(diào)整，一邊觀察旋變SIN信號(hào)的包絡(luò)，一直調(diào)整到信號(hào)包絡(luò)的幅值完 全歸零，鎖定旋變；5. 來(lái)回扭轉(zhuǎn)電機(jī)軸，撒手后，若電機(jī)軸每次自由回復(fù)到平衡位置時(shí)，信號(hào)包絡(luò)的幅值過(guò)零點(diǎn)都能準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，則對(duì)齊有效。撤掉直流電源，進(jìn)行對(duì)齊驗(yàn)證：1用示波器觀察旋變的SIN信號(hào)和電機(jī)的UV線反電勢(shì)波形；2.轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸，驗(yàn)證旋變的SIN信號(hào)包絡(luò)過(guò)零點(diǎn)與電機(jī)的 UV線反電勢(shì)波形 由低到高的過(guò)零點(diǎn)重合。這個(gè)驗(yàn)證方法，也可以用作對(duì)齊方法。此時(shí)SI

38、N信號(hào)包絡(luò)的過(guò)零點(diǎn)與電機(jī)電角度相位的-30度點(diǎn)對(duì)齊。如果想直接和電機(jī)電角度的0度點(diǎn)對(duì)齊，可以考慮：1. 用3個(gè)阻值相等的電阻接成星型，然后將星型連接的3個(gè)電阻分別接入電 機(jī)的UVW三相繞組引線；2. 以示波器觀察電機(jī)U相輸入與星型電阻的中點(diǎn)，就可以近似得到電機(jī)的U 相反電勢(shì)波形；3. 依據(jù)操作的方便程度，調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機(jī)軸的相對(duì)位置，或者編碼器外殼與電機(jī)外殼的相對(duì)位置；4. 一邊調(diào)整，一邊觀察旋變的SIN信號(hào)包絡(luò)的過(guò)零點(diǎn)和電機(jī) U相反電勢(shì)波形 由低到高的過(guò)零點(diǎn)，最終使這2個(gè)過(guò)零點(diǎn)重合，鎖定編碼器與電機(jī)的相對(duì)位置關(guān) 系，完成對(duì)齊。需要指出的是，在上述操作中需有效區(qū)分旋變的SIN包絡(luò)信號(hào)中的正

39、半周和負(fù)半周。由于SIN信號(hào)是以轉(zhuǎn)定子之間的角度為B的sin B值對(duì)激勵(lì)信號(hào)的調(diào) 制結(jié)果，因而與sinB的正半周對(duì)應(yīng)的SIN信號(hào)包絡(luò)中，被調(diào)制的激勵(lì)信號(hào)與原 始激勵(lì)信號(hào)同相，而與sinB的負(fù)半周對(duì)應(yīng)的SIN信號(hào)包絡(luò)中，被調(diào)制的激勵(lì)信號(hào)與原始激勵(lì)信號(hào)反相，據(jù)此可以區(qū)別和判斷旋變輸出的SIN包絡(luò)信號(hào)波形中的正半周和負(fù)半周。對(duì)齊時(shí)，需要取 sinB由負(fù)半周向正半周過(guò)渡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 SIN 包絡(luò)信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)，如果取反了，或者未加準(zhǔn)確判斷的話，對(duì)齊后的電角度有可 能錯(cuò)位180度，從而造成速度外環(huán)進(jìn)入正反饋。如果可接入旋變的伺服驅(qū)動(dòng)器能夠?yàn)橛脩籼峁男冃盘?hào)中獲取的與電機(jī) 電角度相關(guān)的絕對(duì)位置信息，則可以考慮：1用一個(gè)直流電源給電機(jī)的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V 出，將電機(jī)軸定向至一個(gè)平衡位置；2. 利用伺服驅(qū)動(dòng)器讀取并顯示從旋變信號(hào)中獲取的與電機(jī)電角度相關(guān)的絕 對(duì)位置信息；3. 依據(jù)操作的方便程度，調(diào)整旋變軸與電機(jī)軸的相對(duì)位置，或者旋變外殼與電機(jī)外殼的相對(duì)位置；4. 經(jīng)過(guò)