某天然氣有限責(zé)任公司工藝培訓(xùn)資料

巴彥淖爾華油天然氣有限責(zé)任公司

工藝培訓(xùn)資料

公司簡介

巴彥淖爾華油天然氣有限責(zé)任公司于2009年8月20日成立，是昆侖能源有限公司控股的華油天然氣股份有限公司的全資子公司。

公司主要從事液化天然氣（LNG）的生產(chǎn)、銷售、LNG加氣站的開發(fā)利用和建設(shè)，LNG技術(shù)的咨詢服務(wù)，石油化工貨物運輸?shù)?。公司目前建成并運行一座日處理天然氣30×104Nm3/d液化天然氣廠。廠區(qū)總占地面積為75910.20m2，約合113.8654畝。廠內(nèi)布置主要分為五部分：生活辦公區(qū)、生產(chǎn)裝置區(qū)、儲罐區(qū)、公用工程區(qū)、裝卸區(qū)。⑴生活辦公區(qū)位于廠區(qū)的東南部，該區(qū)緊鄰廠外道路，便于人員出行，在緊急狀態(tài)下利于人員疏散，該區(qū)布置綜合辦公樓。⑵生產(chǎn)裝置區(qū)位于廠址的中部，罐區(qū)的西側(cè)，成東西走向，工藝流程順暢。⑶儲罐區(qū)位于廠址的北部，工藝裝置以東。該區(qū)地勢較為平坦，地質(zhì)條件相對良好。該區(qū)布置了兩座LNG儲罐。⑷公用工程區(qū)位于廠區(qū)的西部，緊鄰工藝裝置布置。該區(qū)布置了循環(huán)水泵房、變配電站，消防水泵房位于罐區(qū)南側(cè)；廠區(qū)的西偏北側(cè)布置放空火炬，廠區(qū)的最北側(cè)布置事故水池。⑸裝卸區(qū)位于廠址的東北側(cè)布置，靠近廠區(qū)道路，距離儲罐區(qū)較短，使低溫管線的長度比較短，便于槽車運輸，該區(qū)設(shè)有單獨的出入口，設(shè)置了4個裝車位，其中3個LNG裝車位，1個重?zé)N裝車位。一、LNG基礎(chǔ)知識二、LNG工廠的主要組成三、工藝流程一、LNG基礎(chǔ)知識天然氣在常壓下，當(dāng)冷卻至約-162℃時，則由氣態(tài)變成液態(tài)，稱為液化天然氣（英文

LiquefiedNaturalGas,簡稱LNG）。

天然氣是一種混和物，其組分隨氣田不同而異，主要成分有甲烷、氮氣及C2～C5的飽和烷烴，另外還含有微量的氦、二氧化碳及硫化氫等，通過制冷液化后，LNG就成為含甲烷（96％以上）和乙烷（4％）及少量C3～C5烷烴的低溫液體。LNG是由天然氣轉(zhuǎn)變的另一種能源形式。LNG的物化性質(zhì)1）LNG的主要成份為甲烷，化學(xué)名稱為CH4，還有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮氣等其他成份組成2）沸點為-162.5℃，熔點為-182℃，著火點為650℃。3）爆炸范圍：上限為15%，下限為5%。4）無色、無味、無毒且無腐蝕性。5）體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625。

LNG的六大優(yōu)點1）LNG體積比同質(zhì)量的天然氣小625倍，所以可用汽車輪船很方便地將LNG運到?jīng)]有天然氣的地方使用。2）LNG儲存效率高，占地少。投資省，10m3LNG儲存量就可供1萬戶居民1天的生活用氣。3）LNG作為優(yōu)質(zhì)的車用燃料，與汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、發(fā)動機壽命長。燃料費用低。環(huán)保性能好等優(yōu)點。它可將汽油汽車尾氣中HC減少72%，NOx減少39%，

CO減少90%，SOx、Pb降為零。。4）LNG汽化潛熱高，液化過程中的冷量可回收利用。5）由于LNG汽化后密度很低，只有空氣的一半左右，稍有泄漏立即飛散開來，不致引起爆炸6）由于LNG組分較純，燃燒完全，燃燒后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清潔燃料，有利于保護環(huán)境，減少城市污染。

天然氣液化調(diào)峰型液化站基本負(fù)荷型液化工廠2、LNG工業(yè)鏈LNG儲存用戶管網(wǎng)LNG船LNG儲存氣化站LNG儲存接收站氣化管網(wǎng)用戶LNG加注站LNG汽車LNG生產(chǎn)鏈LNG的主要用途

1）作為清潔燃料汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特點。2）作代用汽車燃料使用。采用LNG作為汽車發(fā)動機燃料，發(fā)動機僅需作適當(dāng)變動，運行不僅安全可靠，而且噪聲低污染小，特別是在排放法規(guī)日益嚴(yán)格的今天，以LNG作為燃料的汽車，排氣明顯改善。據(jù)資料報道：與壓縮天然氣（CNG）比較，在相同的行程和運行時間條件下，對于中型和中重型車輛而言，LNG汽車燃料成本要低20%，重量要輕2/3，同時，供燃系統(tǒng)裝置的成本也至少低2/3?？梢宰C明，將天然氣液化并以液態(tài)儲運是促使它在運輸燃料中應(yīng)用的最經(jīng)濟有效的方法。3）作為冷源用于生產(chǎn)速冷食品，以及塑料，橡膠的低溫粉碎等，也可用于海水淡化和電纜冷卻等。4）作為工業(yè)氣體燃料，工藝玻璃廠等。

二、LNG工廠的主要組成

1、原料氣壓縮機(根據(jù)入廠壓力而定)2、胺(MDEA)脫碳脫硫裝置，以脫除CO2至小于50PPM(V)，H2S至小于4PPM(V)。3、分子篩脫水系統(tǒng)(雙塔系統(tǒng))，以將水含量脫至小于1PPM(V)并同時將汞脫除。4、混合冷劑制冷壓縮機(電機驅(qū)動離心式)5、冷箱系統(tǒng)(鋁制板翅式)6、冷劑罐區(qū)7、儲運系統(tǒng)（儲罐、裝車臺）8、空壓機及制氮系統(tǒng)9、循環(huán)水系統(tǒng)（軟化水裝置、脫鹽水裝置、冷卻塔）10、放空及火炬系統(tǒng)11、消防系統(tǒng)12、變電站原料氣壓縮機電機吸收塔解析塔脫碳脫酸系統(tǒng)分子篩脫水系統(tǒng)分子篩塔分子篩塔脫汞塔冷機壓縮機組電機液力耦合器齒輪箱壓縮機冷箱冷箱高位油箱乙烯罐冷劑罐丙烷罐異戊烷罐重?zé)N中間罐干燥床冷劑罐區(qū)冷劑罐區(qū)主要用于儲存各種冷劑。這個區(qū)域中有兩個干燥床，用于除去丙烷和異戊烷中的水分。

LNG儲罐裝車臺空壓機及制氮系統(tǒng)空壓機無熱再生吸附式干燥機制氮機無熱再生型吸附式干燥機無熱再生型吸附式干燥機是一種利用多孔性固體物質(zhì)表面的分子力來吸取氣體中的水份，從而獲得較低露點溫度、更干燥、潔凈氣體的凈化設(shè)備。根據(jù)變壓吸附原理(PSA)，利用干燥劑表面與空氣中水蒸汽分壓取得平衡的特性，將空氣中的水分吸附，從而達(dá)到去除壓縮空氣中水份的目的。干燥機為雙塔結(jié)構(gòu)，當(dāng)空氣流經(jīng)一個塔被干燥時，另一個塔則通以微量干燥壓縮空氣，采用降壓、吹洗的方法，使已經(jīng)吸附了水份的干燥劑進行解吸再生，即干燥劑解吸并將水份排出機外。雙塔交替連續(xù)工作輸出干燥潔凈的壓縮空氣。其凈化空氣含水量可達(dá)露點-40℃以下,從而獲得深度干燥的無水無油的高純度的壓縮空氣滿足用氣的需要。制氮機工作原理碳分子篩變壓吸附制氮是：應(yīng)用PSA氣體分離技術(shù)，以碳分子篩為吸附劑，以壓縮空氣為原料，利用碳分子篩在一定時間內(nèi)對N2、O2的吸附速度差異，在密閉容器內(nèi)進行加壓吸O2產(chǎn)N2，減壓脫附O2的循環(huán)操作過程。制氮機液氮罐液氮罐空氣復(fù)熱器水域復(fù)熱器液氮泵循環(huán)水系統(tǒng)

本裝置的循環(huán)水系統(tǒng)，采用閉式循環(huán)系統(tǒng)。來自工藝裝置的冷卻水回水進入冷卻塔（M-1201A/B），出塔的冷卻水經(jīng)工藝循環(huán)水泵（P-1201A/B/C）加壓送至循環(huán)水給水管網(wǎng)。循環(huán)水的補充水為軟化水，經(jīng)軟化水供水泵（P-1206）和穩(wěn)壓泵進入循環(huán)水系統(tǒng)。軟化水裝置脫鹽水裝置循環(huán)水泵石英砂過濾器活性炭過濾器冷卻水塔我廠冷卻水塔是由煙臺荏原空調(diào)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的密閉橫流式冷卻水塔，實現(xiàn)循環(huán)水的閉式循環(huán)。來自工藝裝置的冷卻水回水進入冷卻塔（M-1201A/B），出塔的冷卻水經(jīng)工藝循環(huán)水泵（P-1201A/B/C）加壓送至循環(huán)水給水管網(wǎng)。循環(huán)水的補充水為軟化水，經(jīng)軟化水供水泵（P-1206）和穩(wěn)壓泵進入循環(huán)水系統(tǒng)?；鹁嫦到y(tǒng)包括主管、分液罐、小火燃燒器、火炬點火器及火焰檢測裝置?；鹁嫘阅軈?shù)如下：最大泄放量

3.0X105Nm3/d火炬頂高度:25m。火炬及放空系統(tǒng)消防系統(tǒng)35kv變電站三、工藝流程原料天然氣過濾增壓系統(tǒng)脫二氧化碳系統(tǒng)脫水脫汞系統(tǒng)天然氣預(yù)處理液化系統(tǒng)天然氣制冷液化LNG產(chǎn)品產(chǎn)品儲運重?zé)N產(chǎn)品-145.9℃，400kpa（a），9605kg/h1、過濾增壓系統(tǒng)天然氣門站原將入廠原料天然氣調(diào)壓至1.6MPa（表壓）。原料天然氣1.6MPa（表壓）、30℃經(jīng)入口過濾器（F-1100）除去粒徑大于1μm的顆粒和游離態(tài)液體后進入天然氣壓縮機入口緩沖罐，分離出可能存在的游離介質(zhì)。入口過濾器和壓縮機入口緩沖罐分離出來的液體排至氣液分離器（V-1100）。原料天然氣與再生氣分離器返回的再生氣均進入天然氣壓縮機（C-1100A/B），增壓至4.0MPa（表壓）后經(jīng)壓縮機后冷卻器（E-1100）冷卻和壓縮機出口過濾器（F-1115）過濾，在3.98MPa（表壓），40℃條件下進入脫二氧化碳系統(tǒng)。甲烷0.9208乙烯0.0000乙烷0.0486丙烷0.0090異丁烷0.0014正丁烷0.001522-mpropane0.0001異戊烷0.0006戊烷0.0002正己烷0.0003正庚烷0.0002正辛烷0.0001苯0.0000環(huán)己烷0.0001氮氣0.0074CO20.0096O20.0002H2S20mg/Nm3H2O飽和水汞0.02μg/Nm3原料氣中各組分2、脫二氧化碳系統(tǒng)根據(jù)二氧化碳脫除要求（二氧化碳含量低于50ppm，硫化氫含量低于4ppm），結(jié)合MDEA溶劑的特性，選擇MDEA吸收法脫二氧化碳工藝流程。該工藝主要包括吸收和解吸兩部分，分別描述如下：吸收：設(shè)計天然氣在3.98MPa（表壓），40℃條件下自中下部進入吸收塔（T-2120）。貧胺溶液（濃度40-50wt%）自貧胺罐（V-2190）經(jīng)貧胺增壓泵（P-2200/2210）、貧胺冷卻器（E-2260）、活性炭過濾器（F-2230）、貧胺過濾器（F-2245）、貧胺進料泵（P-2170/2180）后在4.4MPa（表壓）50℃條件下自上部進入吸收塔（T-2120）。天然氣自下而上與貧胺（MDEA水溶液）逆向接觸，充分反應(yīng)吸收天然氣中的二氧化碳。自塔頂出來的氣體先經(jīng)塔頂分離器（V-2140）分離出可能夾帶的水和胺，再經(jīng)脫酸氣體冷卻器（E-2130）降溫至35℃后進入過濾分離器（F-2145）去除雜質(zhì)微粒及液滴后送入脫水脫汞系統(tǒng)。在過濾分離器（F-2145）出口設(shè)取樣管線，監(jiān)測二氧化碳指標(biāo)。解吸：吸收了大量二氧化碳的富胺溶液在58℃進入富胺閃蒸罐（V-2150）閃蒸出少量二氧化碳和溶解烴類經(jīng)富胺過濾器（F-2220）后進入貧富胺換熱器（E-2160），與來自解吸塔底再沸器的115℃貧胺溶液換熱，被預(yù)熱至104℃左右后自中上部進入解吸塔（T-2300）。富胺溶液在填料表面下落的過程中與塔底上升蒸汽充分接觸，逆向反應(yīng)釋放出二氧化碳。二氧化碳隨蒸汽上升至塔頂后經(jīng)塔頂冷卻器（E-2250）、塔頂回流罐（V-2240）冷卻分離后高點放空，冷凝液由回流泵（P-2270/2280）送回塔頂。解吸塔內(nèi)下落的貧胺溶液自塔底流出進入塔底再沸器（E-2290）。加熱產(chǎn)生的蒸汽作為解吸所需的熱源返回解吸塔。貧胺溶液先與富胺溶液在貧富胺換熱器（E-2160）換熱降溫后進入貧胺罐（V-2190）儲存。3、脫水脫汞系統(tǒng)

脫水目的：由于LNG原料氣中的飽和水分在一定條件下可能形成碳?xì)渌衔?，?yán)重時可能堵塞液化系統(tǒng)的管道與設(shè)備，最終影響LNG生產(chǎn)。另外，對于含CO2,、H2S的天然氣，由于水分的作用，它們將形成具有腐蝕性的酸液，從而造成設(shè)備與管線的嚴(yán)重腐蝕。所以對LNG原料氣必須進行脫水處理。

脫水方法：低溫冷凝法、溶劑吸收脫水法、固體吸附脫水法、膜法脫水。脫汞目的：天然氣中的汞將嚴(yán)重腐蝕鋁制設(shè)備，比如1973年12月在斯基柯達(dá)天然氣液化裝置的低溫?fù)Q熱器鋁管中就曾發(fā)現(xiàn)過嚴(yán)重的汞腐蝕現(xiàn)象，致使該液化系統(tǒng)停工14個月之久。當(dāng)LNG原料氣中存在汞（包括單質(zhì)汞、汞離子以及有機汞化合物）時，鋁將與水反應(yīng)生成白色粉末狀的腐蝕產(chǎn)物，嚴(yán)重破壞鋁的性質(zhì)。極微量的汞足以使鋁制設(shè)備嚴(yán)重破壞，而且造成環(huán)境污染和壞境污染和檢修人員傷害，所以LNG原料氣中汞的含量應(yīng)嚴(yán)格限制到允許范圍之內(nèi)。從脫二氧化碳系統(tǒng)出來后的工藝氣體先進入脫水系統(tǒng)，再進入脫汞系統(tǒng)。脫水系統(tǒng)的目標(biāo)是將水含量降至1ppm以下，脫汞系統(tǒng)的目標(biāo)是將汞含量降至<0.01μg/Nm3。從脫碳系統(tǒng)出來的氣體進入分子篩塔（T-3100/3200），該塔為硅酸鋁固定床的分子篩塔。通過分子篩塔將入口天然氣中的水脫除，使出口氣體中水含量降至1ppm以下。脫水系統(tǒng)的設(shè)計基于兩個分子篩塔，一個塔運行，另一個塔再生。再生氣來自脫水系統(tǒng)的出口干燥氣，將分子篩塔再生后經(jīng)過冷卻分離，返回至原料氣入口過濾器入口。脫水后的干燥天然氣經(jīng)粉塵過濾器（F3140/3145）由頂部進入裝填載硫活性碳的脫汞塔（T-3410），氣體在脫汞塔內(nèi)緩慢通過時，微量汞分子與活性炭表面的硫反應(yīng)生成硫化汞后被吸附在活性炭上。底部排出的凈化氣經(jīng)脫汞塔出口粉塵過濾器（F-3410/3420）去除可能堵塞下游LNG裝置中板翅式換熱器的雜質(zhì)后進入液化系統(tǒng)。4、液化系統(tǒng)天然氣液化流程從脫水、脫汞系統(tǒng)出來的天然氣（3.91MPa（表壓），35℃左右）先與重?zé)N換熱器（E-5305）換熱后進入冷箱（ET-5301），與冷劑進行充分換熱被冷卻到-50℃后進入重?zé)N分離器（V-5304），分離出的液相重?zé)N經(jīng)節(jié)流、換熱后（2.08MPa（表壓），30℃）進入儲運系統(tǒng)；分離出的氣相甲烷再次送入冷箱（ET-5301）進一步深冷到-147℃后液化節(jié)流到0.3MPa（表壓）自流至LNG儲罐。

脫重?zé)N的目的：重?zé)N常指天然氣中C5以上的烴類。在烴類組分中，當(dāng)其相對分子質(zhì)量由小到大時，相應(yīng)的沸點則由低到高變化，所以在冷凝天然氣的循環(huán)中，重?zé)N總是先被冷凝下來。若不事先將其脫除，則重?zé)N將在天然氣液化過程中可能凍結(jié)而堵塞設(shè)備或管道。盡管天然氣中C6以上餾分的含量極少，但是其特性的微小變化將顯著影響天然氣相特性的預(yù)測。究其原因，主要是天然氣混合物得露點受其重組分的影響較大，重組分的變化將直接影響天然氣露點溫度或露點壓力。在-183.3℃以上時，乙烷和丙烷能以任意濃度溶解于LNG中，而C6以上烴類（特別是環(huán)狀化合物）則難以溶解。因此，必須設(shè)法脫除LNG原料氣中的重?zé)N。事實上，天然氣在分子篩、活性氧化鋁或硅膠吸附脫水的同時，可部分脫除重?zé)N，其脫除程度主要取決于吸附劑的負(fù)荷和再生的形式。當(dāng)吸附法不能使重?zé)N含量降到所要求的最低濃度時，可采用深冷分離法進一步脫除重?zé)N。通常，余下的重?zé)N可在一個或多個低溫分離器中脫除。此外，活性炭可用于脫除天然氣中的液態(tài)烴類。冷劑循環(huán)

制冷方式主要有：級聯(lián)式液化流程；混合制冷劑液化流程，包括閉式、開式、丙烷預(yù)冷、CII等；帶膨脹機的液化流程，包括天然氣膨脹、氮氣膨脹、氮-甲烷膨脹等。按一比例混合而成的冷劑（甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷、氮氣）進入冷劑壓縮機入口分離器（V-5301），盡可能的分離出液體，氣相通過冷劑壓縮機（C-5301）一級增壓至1.65MPa（表壓）后，經(jīng)級間水冷器（E-5302）冷卻至35℃后，進入級間分離器（V-5302），分離出的氣相進入冷劑壓縮機（C-5301）進行二級增壓，分離出的液相經(jīng)級間泵（P-5301A/B）打入出口分離器（V-5303）。經(jīng)二級增壓至3.91MPa（表壓）后的冷劑被出口水冷器（E-5303）冷卻至35℃后進入出口分離器（V-5303）分離出的氣相進入冷箱D-IN流道進行預(yù)冷，冷卻后從冷箱D-OUT流道出來經(jīng)節(jié)流（0.33MPa（表壓），-152.3℃）進入冷劑1#分離器，分離出來的氣、液再進入冷箱F-IN流道，從冷箱F-OUT流道出來，進入冷劑2#分離器；從出口分離器（V-5303）分離出的液相進入冷箱C-IN流道進行預(yù)冷，冷卻后從冷箱C-OUT流道出來經(jīng)節(jié)流（0.32MPa（表壓），-50℃左右）與冷箱F-OUT流道出來的冷劑混合進入冷劑2#分離器，分離出來的氣、液再返回冷箱。冷劑與冷箱內(nèi)的熱LNG到儲罐凈化后天然氣重?zé)N冷箱5、儲運系統(tǒng)

自液化系統(tǒng)節(jié)流降壓后的產(chǎn)品液化天然氣在0.3MPa（表壓）、-145.9℃時進入LNG儲罐（V-6100A/B），LNG通過裝車泵（P-6300A/B）以80m3/h的流量打入槽車外運銷售。該系統(tǒng)的儲罐閃蒸氣和裝車時回氣進入閃蒸氣水浴復(fù)熱器（E-6100）復(fù)熱后送入燃料氣系統(tǒng)。安全閥泄放氣體進入火炬系統(tǒng)。天然氣預(yù)處理的目的天然氣預(yù)處理的主要目的有：避免低溫下水與烴類組分凍結(jié)而堵塞設(shè)備和管道，降低管線的輸送能力；提高天然氣的熱值，滿足氣體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；保證天然氣在深冷條件下液化裝置能正常運行；避免腐蝕性雜質(zhì)腐蝕管道及設(shè)備。結(jié)束語

歡迎大家來到我們巴彥淖爾華油天然氣有限責(zé)任公司，希望各位同行，在這段時間有所收獲。也希望大家在這里有一段美好的回憶！謝謝！2009電子大賽電機部分培訓(xùn)一、直流電機（）匯報人姓名圖4為采用內(nèi)部集成有兩個橋式電路的專用芯片L298所組成的電機驅(qū)動電路。驅(qū)動芯片L298是驅(qū)動二相和四相步進電機的專用芯片，我們利用它內(nèi)部的橋式電路來驅(qū)動直流電機，這種方法有一系列的優(yōu)點。每一組PWM波用來控制一個電機的速度，而另外兩個I/O口可以控制電機的正反轉(zhuǎn)，控制比較簡單，電路也很簡單，一個芯片內(nèi)包含有8個功率管，這樣簡化了電路的復(fù)雜性，如圖所示IOB10、IOB11控制第一個電機的方向，IOB8輸入的PWM控制第一個電機的速度；IOB12、IOB13控制第二個電機的方向，IOB9輸入的PWM控制第二個電機的速度。

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步進電機是利用電磁鐵的作用原理，將脈沖信號轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機。每來一個電脈沖，步進電機轉(zhuǎn)動一定角度，帶動機械移動一小段距離。特點:（1）來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。（2）控制脈沖頻率，可控制電機轉(zhuǎn)速。（3）改變脈沖順序，可改變轉(zhuǎn)動方向。應(yīng)用：由于步進電動機的這一工作職能正好符合數(shù)字控制系統(tǒng)要求，因此它在數(shù)控機床、鐘表工業(yè)及自動記錄儀等方面都有很廣泛的應(yīng)用二、步進電動機及其控制種類：勵磁式和反應(yīng)式兩種。勵磁式步進電機的轉(zhuǎn)子上有勵磁線圈，依靠電磁轉(zhuǎn)矩工作。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子上沒有勵磁線圈。依靠變化的的磁阻生成磁阻轉(zhuǎn)矩工作。應(yīng)用最廣泛，它有兩相、三相、多相之分。三相反應(yīng)式步進電動機的原理結(jié)構(gòu)圖如下：ABCIAIBIC

定子內(nèi)圓周均勻分布著六個磁極，磁極上有勵磁繞組，每兩個相對的繞組組成一相。采用Y連接，轉(zhuǎn)子有四個齒。定子轉(zhuǎn)子1、步進電機的結(jié)構(gòu)2、步進電機的工作原理

由于磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合，因此會在磁力線扭曲時產(chǎn)生切向力，而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。現(xiàn)以BCIAIBIC的通電順序，使三相繞組輪流通入直流電流，觀察轉(zhuǎn)子的運動情況。ABCA（1）三相單三拍（FLASH）CA'BB'C'A3412

A相繞組通電，B、C相不通電。氣隙產(chǎn)生以A-A為軸線的磁場，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過，故電動機轉(zhuǎn)子受到一個反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，在此轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：1、3齒與A、A′極對齊?！叭唷敝溉嗖竭M電機；“單”指每次只能一相繞組通電；“三拍”指通電三次完成一個通電循環(huán)。CA'BB'C'A3412

同理，B相通電時，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過30角，2、4齒和B、B′磁極軸線對齊；當(dāng)C相通電時，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過30角，1、3齒和C′、C磁極軸線對齊。1C'342CA'BB'ACA'BB'C'A3412

這種工作方式下，三個繞組依次通電一次為一個循環(huán)周期，一個循環(huán)周期包括三個工作脈沖，所以稱為三相單三拍工作方式。按ABCA……的順序給三相繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動起來。每一拍轉(zhuǎn)過30°(步距角)，每個通電循環(huán)周期(3拍)磁場在空間旋轉(zhuǎn)了360°而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90°(一個齒距角)。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412

A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒與A、A'對齊。

A、B相同時通電，A、A'磁極拉住1、3齒，B、B'磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15，到達(dá)左圖所示位置。按AABBBCC

CA的順序給三相繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控制特性。（2）三相六拍（FLASH）CA'BB'C'A3412B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒與B、B′對齊,又轉(zhuǎn)過15。3412CA'BB'C'AB、C相同時通電，C'、C

磁極拉住1、3齒，B、B'磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過15。三相反應(yīng)式步進電動機的一個通電循環(huán)周期如下：AABBBCC

CA，每個循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15（步距角），一個通電循環(huán)周期(6拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90(齒距角)。與單三拍相比，六拍驅(qū)動方式的步進角更小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。AB通電CA'BB'C'A3412BC通電3412CA'BB'C'ACA通電CA'BB'C'A3412與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動時每個通電循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30(步距角)，一個通電循環(huán)周期(3拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90(齒距角)。（3）三相雙三拍（FLASH）按ABBCCA的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時通電。

從以上對步進電機三種驅(qū)動方式的分析可得步距角計算公式：—步距角Zr

—轉(zhuǎn)子齒數(shù)m—每個通電循環(huán)周期的拍數(shù)實用步進電機的步距角多為3和1.5。為了獲得小步距角，電機的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的。相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度/（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。3.步進電機的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過分采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。1)步距角精度

步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)。2)失步

電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。3)失調(diào)角

轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。4)最大空載起動頻率

4.步進電機動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。5)最大空載的運行頻率

電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。6)運行矩頻特性

電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。如圖2所示：圖2力矩與頻率曲線圖環(huán)形分配器、功率放大器以及其它控制線路組合構(gòu)成步進電機的驅(qū)動系統(tǒng)，其方框圖如圖4，在下一節(jié)的方案選擇時，也是按照驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來進行。5.步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖4步進電機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖基本原理作用如下：

(1)控制換相順序

通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的三拍工作方式，其各相通電順序為A-B-C,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C相的通斷。

(2)控制步進電機的轉(zhuǎn)向

如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。

(3)控制步進電機的速度

如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。

主要元件：恒壓恒流橋式2A驅(qū)動芯片L298N、光電耦合器TLP521-4

工作電壓方式：直流

工作電壓：信號端4~6V、控制端5~36V

調(diào)速方式：直流電動機采用PWM信號平滑調(diào)速。

特點：

1、可實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。

2、啟動性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大。3、工作電壓可達(dá)到36V，4A。

4、可同時驅(qū)動兩臺直流電機。

5、適合應(yīng)用于機器人設(shè)計及智能小車的設(shè)計中。

實例一：用L298驅(qū)動兩臺直流減速電機的電路。引腳A，B可用于PWM控制。如果機器人項目只要求直行前進，則可將IN1，IN2和IN3，IN4兩對引腳分別接高電平和低電平，僅用單片機的兩個端口給出PWM信號控制A，B即可實現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、加減速等動作。

實例二：用L298實現(xiàn)二相步進電機控制。將IN1，IN2和IN3，IN4兩對引腳分別接入單片機的某個端口，輸出連續(xù)的脈沖信號。信號的快慢決定了電機的轉(zhuǎn)速。改變繞組脈沖信號的順序即可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。圖13L298驅(qū)動步進電機伺服電動機又稱執(zhí)行電動機。其功能是將輸入的電壓控制信號轉(zhuǎn)換為軸上輸出的角位移和角速度，驅(qū)動控制對象。伺服電動機可控性好，反應(yīng)迅速。是自動控制系統(tǒng)和計算機外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。伺服電動機可分為兩類：交流伺服電動機和直流伺服電動機三、伺服電動機及其控制1、交流伺服電動機

交流伺服電動機就是一臺兩相交流異步電機。它的定子上裝有空間互差90的兩個繞組：勵磁繞組和控制繞組，其結(jié)構(gòu)如圖所示。勵磁繞組控制繞組杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)定子交流伺服電動機結(jié)構(gòu)圖~Uf~UcC其旋轉(zhuǎn)速度n為:n=60f(1-s)/p=n0(1-s)f:交流電源頻率(HZ)p:為磁級對數(shù)n0:電動機旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速(r/min),

n0=60f/ps:轉(zhuǎn)差率,s=(n0-n)/n0圖5—21.基本工作原理:交流伺服電動機以單相異步電動機原理為基礎(chǔ)，從圖5—2可以看出，勵磁繞組WF接到電壓為Uf的交流電網(wǎng)上，控制繞組WC接到控制電壓Uc上，當(dāng)有控制信號輸入時，兩相繞組便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。該磁場與轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場以一定的轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)動起來.放大器檢測元件控制信號+–+–控制繞組勵磁繞組+++–––11(b)相量圖交流伺服電動機的接線圖和相量圖(a）接線圖交流伺服電動機的接線圖和相量圖放大器檢測元件控制信號+–+–控制繞組勵磁繞組+++–––1勵磁繞組串聯(lián)電容C,是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流相位差接近90,從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場。控制電壓與電源電壓頻率相同，相位相同或反相。勵磁繞組固定接在電源上，當(dāng)控制電壓為零時，電機無起動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)。放大器檢測元件控制信號+–+–控制繞組勵磁繞組+++–––1

若有控制電壓加在控制繞組上，且勵磁電流和控制繞組電流不同相、相位相差90度、幅值相等i1=Ikmsinωti2=Ikmsin(ωt-90)Bk=BmsinωtBj=Bmsin(ωt-90)因此便產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動起來。交流伺服電動機的特點：不僅要求它在靜止?fàn)顟B(tài)下，能服從控制信號的命令而轉(zhuǎn)動，而且要求在電動機運行時如果控制電壓變?yōu)榱悖妱訖C立即停轉(zhuǎn)。如果交流伺服電動機的參數(shù)選擇和一般單相異步電動機相似，電動機一經(jīng)轉(zhuǎn)動，即使控制等于零，電動機仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動，電動機失去控制，這種現(xiàn)象稱為“自轉(zhuǎn)”。什么是“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象？2.消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施由三相異步電動機的特性可知，轉(zhuǎn)子電阻值對電動機的機械特性有較大的影響，如圖5—4所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子阻值增大到一定程度，例如圖中r23時，最大轉(zhuǎn)矩可出現(xiàn)在s=l附近。為此目的，把伺服電動機的轉(zhuǎn)子電阻r2設(shè)計得很大，使電動機在失去控制信號單相運行時，正轉(zhuǎn)矩或負(fù)轉(zhuǎn)矩的最大值均出現(xiàn)在Sm>1的地方，這樣可得出圖5—5所示的機械特性曲線。

圖5—5中曲線l為有控制電壓時伺服電機的機械特性曲線，曲線T+和T-為去掉控制電壓后，脈動磁場分解為正、反兩個旋轉(zhuǎn)磁場對應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩曲線。曲線T為去掉控制電壓后單相供電時的合成轉(zhuǎn)矩曲線。從圖中可看出，它與異步電動機的機械特性曲線不同，是在第二和第四象限內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)速n為正時，電磁轉(zhuǎn)矩T為負(fù)，當(dāng)n為負(fù)時，T為正，即去掉控制電壓后，單相供電時的電磁轉(zhuǎn)矩的方向總是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，所以，是一個制動轉(zhuǎn)矩。由于制動轉(zhuǎn)矩的存在，可使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動，從而避免“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。電機停止轉(zhuǎn)動所需要的時間，比兩相電壓Uf和Uc同時取消、單靠摩擦等制動方法所需的時間要短得多。這正是兩相交流伺服電動機在工作時，勵磁繞組始終接在電源上