第 8 章 控 制 电 机第 8 章 控 制 电实训 8 直流伺服电动机调速系统实训实训 9 三相步进电动机控制实训习题与思考题 8
第 8 章 控 制 电 机
1．
（ 1） 了解直流伺服电动机和直流测速发电机的基本结构,工作原理和作用；
（ 2） 了解开环调速系统和恒速自动控制闭环系统的工作过程；
（ 3） 掌握上述两种控制电机的接线和使用方法。
实训 8 直流伺服电动机调速系统实训第 8 章 控 制 电 机
2．
（ 1） 直流伺服电动机 1
（ 2） 直流（负载）发电机 1
（ 3） 直流测速发电机 1
（ 4） 专用可控整流直流电源 1
（ 5） 直流放大器 1
（ 6） 转速表,电流表,电压表 各 1
（ 7） 灯泡,导线等第 8 章 控 制 电 机
3．
实训线路如图 8 - 1（ a）所示，它是一个直流伺服电动机调速控制系统。当开关 S合上时为闭环系统； S断开时为开环系统。图中,SM为直流伺服电动机，其励磁绕组由固定的直流电源供电；转子绕组由专用可控整流直流电源供电。 TG为永久磁铁式测速发电机，它与直流伺服电动机同轴相连，将转速信息转换成电压信号输出； FM为直流发电机，作为伺服电动机的负载，其转子绕组串联一组并联的灯泡作为可调负载电阻，通过改变灯泡的个数来调节负载转矩的大小。
第 8 章 控 制 电 机控制电压
U
g
调节放大器
R
g
U
g
＋
U
f
专用可控整流电源
－
V
SM
＋
－
U
a
＋
I
a
FM R
L
＋
－
TG
U
tg
S
n
直流放大器
U
σ
专用直流电源直流伺服电动机机械负载直流测速发电机
U
f
( a ) 接线原理图
( b ) 组成方框图图 8-1 直流伺服电动机调速系统第 8 章 控 制 电 机
4．
(1） 准备工作。
(2） 连接线路。
(3） 开环测试,
(4） 闭环测试,
第 8 章 控 制 电 机
5,分析与讨论
（ 1） 在开环系统和闭环系统中，都能通过改变控制电压 Ug的大小调节电机的转速 n
（ 2） 当控制电压 Ug固定，改变负载时，开环系统中伺服电动机的转速变化较大，而闭环系统中电动机的转速几乎不变，
（ 3） 测速发电机的输出电压 Utg随转速 n的变化呈线性
（ 4） 伺服电动机的反应非常灵敏。接通电源立即启动；
断开电源立即停止；当改变 Ug的大小时，转速 n立即随之变化,不像普通的直流电动机那样惯性较大。
第 8 章 控 制 电 机图 8-2 空心杯转子结构第 8 章 控 制 电 机图 8-3 直流伺服电动机转子控制接线图及机械特性放大器
U
a
I
a
U
f
I
f
( a )
SM
O
U
f
＝常数
n
M
U
a ＝
U
0
,8
U
0
,6
U
0
,4
U
( b )
第 8 章 控 制 电 机图 8-4 脉冲调速原理
U
a
U
1
( a )
M
S
V
D
t
O
U
( b )
U
a1
U
a2
U
1
τ
1
τ
2
T T
第 8 章 控 制 电 机图 8-5 测速发电机电路图及输出特性
0
n
( b )
U
f
( a )
I
f
I
a
U
R
L
n
U 虚线—理想特性实线—实际特性
R
L1
R
L2
R
L
→ ∞
＞R
L1
R
L2
第 8 章 控 制 电 机实训 9 三相步进电动机控制实训
1．
（ 1） 了解步进电动机的结构与工作原理；
（ 2） 了解步进电动机的控制过程与控制方法；
（ 3） 掌握步进电动机的使用及其控制电路的连接。
第 8 章 控 制 电 机
2,实训器材
（ 1） 步进电动机 1
（ 2） 脉冲分配和驱动电路板 1
（ 3） 直流稳压电源 1
（ 4） 脉冲信号发生器 1
（ 5） 脉冲示波器 1
（ 6） 数字万用表 1
第 8 章 控 制 电 机
3．
脉冲发生器
A脉冲分配器放大驱动电路
B
C
A
B
C
三相步进电动机转向控制信号图 8 – 6 三相步进电动机的转速控制电路第 8 章 控 制 电 机
4．
1） 准备工作
2）
3）
4） 转向调节
5）
第 8 章 控 制 电 机
5,实训总结
（ 1） 当脉冲频率很低或采用单脉冲时,可看出每输入一个脉冲信号,步进电动机就向前转动一小步。当输入若干个脉冲信号后，
步进电动机旋转一周。当脉冲频率较高时，似乎步进电动机在连续转动。
（ 2） 当改变转向控制信号时，用示波器观察到三路脉冲信号的相序发生了改变，与此同时步进电动机的转动方向也发生了改变。
（ 3） 待步进电动机连续转动后，增大脉冲信号的频率，电动机的转速也随之升高；减小脉冲信号频率，电动机的转速将随之下
（ 4） 步进电动机的反应非常灵敏，脉冲信号输入时，电动机立即转动；脉冲信号过去后，电动机立即停转。电动机改变速度和方向的过程也同样迅速。
第 8 章 控 制 电 机
6,步进电动机的结构一般按运行方式分为旋转式和直线式步进电动机两类。常用的旋转式步进电动机又可分为反应式,永磁式和感应式 3 种。步进电动机是一种最常用的三相反应式步进电动机,其基本结构如图 8 - 7（ a）所示。
第 8 章 控 制 电 机图 8-7 三相反应式步进电动机的结构图第 8 章 控 制 电 机
7、步进电动机的工作原理图 8-8 单三拍控制方式原理图
1
2
3
4
B
B ′ C ′
A
A ′
C
( a ) A 相通电
1
2
3
4
B
B ′ C ′
A
A ′
C
( b ) B 相通电
1
2
3
4
B
B ′ C ′
A
A ′
C
( c ) C 相通电第 8 章 控 制 电 机图 8-9 三相六拍控制方式原理图
1
2
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4
B
B ′ C ′
A
A ′
C
( b ) A,B 相通电
1
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B
B ′ C ′
A
A ′
C
( a ) A 相通电
1
2
3
4
B
B ′ C ′
A
A ′
C
( c ) B 相通电
B
B ′ C ′
A
A ′
C
( d ) B,C 相通电
1
2
3
4
第 8 章 控 制 电 机
8,步进电动机的步距角与转速公式
mz rs
360?
m in/60260 rmz ffn
r
s
4033360rz
第 8 章 控 制 电 机
9,步进电动机应用举例图 8-10 数字程序控制线切割机原理示意图第 8 章 控 制 电 机习题与思考题 8
1,当直流伺服电动机的转子电压,励磁电压不变时，如果将负载转矩减小，
2,为了适应自动控制系统的需要，
3,一台直流伺服电动机带有一恒定转矩负载,保持励磁电压不变,测得启动电压为 4V，当转子电压 Uf=100 V时，其转速为 1500r/min，若要求转速达到 3000r/min，试求要加多大的控制电压。
4,简要叙述直流测速发电机的工作原理。
5,
6,步进电动机为何有两个运行步距角？五相步进电动机怎样实现两种步距
7,步距角为 3° /1.5° 的三相反应式步进电动机的转子齿数是多少？当运行频率为 1 kHz 时，步进电动机的转速是多少？
第 8 章 控 制 电 机
1．
（ 1） 了解直流伺服电动机和直流测速发电机的基本结构,工作原理和作用；
（ 2） 了解开环调速系统和恒速自动控制闭环系统的工作过程；
（ 3） 掌握上述两种控制电机的接线和使用方法。
实训 8 直流伺服电动机调速系统实训第 8 章 控 制 电 机
2．
（ 1） 直流伺服电动机 1
（ 2） 直流（负载）发电机 1
（ 3） 直流测速发电机 1
（ 4） 专用可控整流直流电源 1
（ 5） 直流放大器 1
（ 6） 转速表,电流表,电压表 各 1
（ 7） 灯泡,导线等第 8 章 控 制 电 机
3．
实训线路如图 8 - 1（ a）所示，它是一个直流伺服电动机调速控制系统。当开关 S合上时为闭环系统； S断开时为开环系统。图中,SM为直流伺服电动机，其励磁绕组由固定的直流电源供电；转子绕组由专用可控整流直流电源供电。 TG为永久磁铁式测速发电机，它与直流伺服电动机同轴相连，将转速信息转换成电压信号输出； FM为直流发电机，作为伺服电动机的负载，其转子绕组串联一组并联的灯泡作为可调负载电阻，通过改变灯泡的个数来调节负载转矩的大小。
第 8 章 控 制 电 机控制电压
U
g
调节放大器
R
g
U
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＋
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f
专用可控整流电源
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SM
＋
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FM R
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直流放大器
U
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专用直流电源直流伺服电动机机械负载直流测速发电机
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( a ) 接线原理图
( b ) 组成方框图图 8-1 直流伺服电动机调速系统第 8 章 控 制 电 机
4．
(1） 准备工作。
(2） 连接线路。
(3） 开环测试,
(4） 闭环测试,
第 8 章 控 制 电 机
5,分析与讨论
（ 1） 在开环系统和闭环系统中，都能通过改变控制电压 Ug的大小调节电机的转速 n
（ 2） 当控制电压 Ug固定，改变负载时，开环系统中伺服电动机的转速变化较大，而闭环系统中电动机的转速几乎不变，
（ 3） 测速发电机的输出电压 Utg随转速 n的变化呈线性
（ 4） 伺服电动机的反应非常灵敏。接通电源立即启动；
断开电源立即停止；当改变 Ug的大小时，转速 n立即随之变化,不像普通的直流电动机那样惯性较大。
第 8 章 控 制 电 机图 8-2 空心杯转子结构第 8 章 控 制 电 机图 8-3 直流伺服电动机转子控制接线图及机械特性放大器
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( a )
SM
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＝常数
n
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( b )
第 8 章 控 制 电 机图 8-4 脉冲调速原理
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第 8 章 控 制 电 机图 8-5 测速发电机电路图及输出特性
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U 虚线—理想特性实线—实际特性
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＞R
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第 8 章 控 制 电 机实训 9 三相步进电动机控制实训
1．
（ 1） 了解步进电动机的结构与工作原理；
（ 2） 了解步进电动机的控制过程与控制方法；
（ 3） 掌握步进电动机的使用及其控制电路的连接。
第 8 章 控 制 电 机
2,实训器材
（ 1） 步进电动机 1
（ 2） 脉冲分配和驱动电路板 1
（ 3） 直流稳压电源 1
（ 4） 脉冲信号发生器 1
（ 5） 脉冲示波器 1
（ 6） 数字万用表 1
第 8 章 控 制 电 机
3．
脉冲发生器
A脉冲分配器放大驱动电路
B
C
A
B
C
三相步进电动机转向控制信号图 8 – 6 三相步进电动机的转速控制电路第 8 章 控 制 电 机
4．
1） 准备工作
2）
3）
4） 转向调节
5）
第 8 章 控 制 电 机
5,实训总结
（ 1） 当脉冲频率很低或采用单脉冲时,可看出每输入一个脉冲信号,步进电动机就向前转动一小步。当输入若干个脉冲信号后，
步进电动机旋转一周。当脉冲频率较高时，似乎步进电动机在连续转动。
（ 2） 当改变转向控制信号时，用示波器观察到三路脉冲信号的相序发生了改变，与此同时步进电动机的转动方向也发生了改变。
（ 3） 待步进电动机连续转动后，增大脉冲信号的频率，电动机的转速也随之升高；减小脉冲信号频率，电动机的转速将随之下
（ 4） 步进电动机的反应非常灵敏，脉冲信号输入时，电动机立即转动；脉冲信号过去后，电动机立即停转。电动机改变速度和方向的过程也同样迅速。
第 8 章 控 制 电 机
6,步进电动机的结构一般按运行方式分为旋转式和直线式步进电动机两类。常用的旋转式步进电动机又可分为反应式,永磁式和感应式 3 种。步进电动机是一种最常用的三相反应式步进电动机,其基本结构如图 8 - 7（ a）所示。
第 8 章 控 制 电 机图 8-7 三相反应式步进电动机的结构图第 8 章 控 制 电 机
7、步进电动机的工作原理图 8-8 单三拍控制方式原理图
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( a ) A 相通电
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( c ) C 相通电第 8 章 控 制 电 机图 8-9 三相六拍控制方式原理图
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( b ) A,B 相通电
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( c ) B 相通电
B
B ′ C ′
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( d ) B,C 相通电
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第 8 章 控 制 电 机
8,步进电动机的步距角与转速公式
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第 8 章 控 制 电 机
9,步进电动机应用举例图 8-10 数字程序控制线切割机原理示意图第 8 章 控 制 电 机习题与思考题 8
1,当直流伺服电动机的转子电压,励磁电压不变时，如果将负载转矩减小，
2,为了适应自动控制系统的需要，
3,一台直流伺服电动机带有一恒定转矩负载,保持励磁电压不变,测得启动电压为 4V，当转子电压 Uf=100 V时，其转速为 1500r/min，若要求转速达到 3000r/min，试求要加多大的控制电压。
4,简要叙述直流测速发电机的工作原理。
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6,步进电动机为何有两个运行步距角？五相步进电动机怎样实现两种步距
7,步距角为 3° /1.5° 的三相反应式步进电动机的转子齿数是多少？当运行频率为 1 kHz 时，步进电动机的转速是多少？
