一、双速电动机简介

一、双速电动机简介

双速电动机属于异步电动机变极调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。 根据公式； n1=60f/p 可知异步电动机的同步转速与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，同步转速 n1 下降至原转速的一半，电动机额定转速 n 也将下降近似一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。这种调速方法是有级的，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼式电动机。 下图介绍的是最常见的单绕组双速电动机，转速比等于磁极倍数比，如 2 极／ 4 极、 4 级／ 8 极，从定子绕组△接法变为 YY

接法，磁极对数从 p ＝ 2 变为 p=1 。

控制电路分析 1、合上空气开关 QF 引入三相电源 2、按下起动按钮 SB2 ，交流接触器 KM1 线圈回路通电并自锁， KM1 主触头闭合，为电动机引进三相电源， L1 接 U1 、 L2 接 V1 、 L3 接 W1;U2 、 V2 、 W2

悬空。电动机在△接法下运行，此时电动机 p=2 、 n1 ＝ 1500 转／分。 3、若想转为高速运转，则按 SB3 按钮， SB3 的常闭触点断开使接触器 KM1 线圈断电， KM1 主触头断开使 U1 、 V1 、 W1 与三相电源 L1 、 L2 、 L3 脱离。其辅助常闭触头恢复为闭合，为 KM2 线圈回路通电准备。同时接触器 KM2 线圈回路通电并自锁，其常开触点闭合，将定子绕组三个首端 U1 、 V1 、 W1 连在一起，并把三相电源 L1 、 L2 、 L3 引入接 U2 、 V2 、 W2 ，此时电动机在 YY

接法下运行，这时电动机 p=1 ， n1 ＝ 3000 转／分。 KM2 的辅助常开触点断开，防 KM1 误动。4、 FR1 、 FR2 分别为电动机△运行和 YY 运行的过载保护元件。 5、此控制回路中 SB2 的常开触点与 KM1 线圈串联， SB2 的常闭触点与 KM2

线圈串联，同样 SB3 按钮的常闭触点与 KM1 线圈串联， SB3 的常开于 KM2 线圈串联，这种控制就是按钮的互锁控制，保证△与 YY 两种接法不可能同时出现，同时 KM2 辅助常闭触点接入 KM1 线圈回路， KM1 辅助常闭触点接入 KM2 线圈回路，也形成互锁控制。

定子接线图如下

二、步进电动机的工作原理及驱动方法及应用

步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。

一、步进电动机的种类　　目前常用的有三种步进电动机：　　 (1) 反应式步进电动机 (VR) 。反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。　　 (2) 永磁式步进电动机 (PM) 。永磁式步进电动机出力大，动态性能好；但步距角大。　　 (3) 混合式步进电动机 (HB) 。混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。

二、步进电动机的工作原理

所以每个齿的齿距为 θE=360º/40=9º ，而定子每个磁极的极弧上也有 5 个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。由于定子和转子的小齿数目分别是 30 和 40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。若以 A 相磁极小齿和转子的小齿对齐，如图 1 ，那么 B 相和 C 相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即 3º 。因此， B 、 C 极下的磁阻比 A 磁极下的磁阻大。若给 B 相通电， B 相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越 B 相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到 B 磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过 3º ；此时 A 、 C 磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。接着停止对 B 相绕组通电，而改为 C 相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺时针方向再转过 3º 。

右图为三相反应式步进电动机的结构示意图 ，其中：

1— 定子 2— 转子 3— 定子绕组

图 1 是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是 60º 。各磁极上套有线圈，按图 1 连成 A 、 B 、 C 三相绕组。转子上均布 40 个小齿。

依次类推，当三相绕组按 A→B→C→A顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动 3º 的规律步进式转动起来。若改变通电顺序，按 A→C→B

→A顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动 3º 的规律转动。因为每一瞬间只有一相绕组通电，并且按三种通电状态循环通电，故称为单三拍运行方式。单三拍运行时的步矩角 θb 为 30º 。三相步进电动机还有两种通电方式，它们分别是双三拍运行，即按 AB→BC→CA→AB顺序循环通电的方式，以及单、双六拍运行，即按 A→AB→B→BC→C→CA→A顺序循环通电的方式。六拍运行时的步矩角将减小一半。反应式步进电动机的步距角可按下式计算：                          θb=360º/NEr                                 (1)

式中 Er—— 转子齿数；       N—— 运行拍数， N=km ， m 为步进电动机的绕组相数， k=1 或 2 。

三、两相混合式步进电机的控制

1 、步进电动机是将输入的电脉冲信号转换成角位移的特殊同步电动机，它的特点时每输入一个电脉冲，电动机转子便转动一步，转一步的角度称为步距角，步距角愈小，表明电机控制的精度愈高。由于转子的角位移与输入的电脉冲个数成正比，因此电动机转子转动的速度便与电脉冲频率成正比。改变通电频率，即可改变转速。改动电机各相绕组通电的顺序（即相序）即可改变电动机的转向。如果不改变绕组通电的状态，步进电动机还具有自锁能力（即能抵御负载的波动，而保持位置不变），而且从理论上说其步距误差也不会积累。因此步进电动机主要用于开环控制系统的进给驱动。步进电动机的主要缺点是在大负载和高转速情况下，会产生失步，同时输出的功率也不够大。2 、步进电动机按工作原理分类由可分为磁阻式（即反应式）、永磁式和混合式（兼有永磁和磁阻）三种。按绕组相数又可分为两、三、四、五等不同的相数，按电压等级又可分为 24V 、 30V 、 80V 、 80V/12V 、 80V/18V 等。（工作原理可参见附录 I）

型号 相数 步距角（ °）

静态相电流（ A）

相电阻（ Ω）

相电感（mH）

保持转矩

（mN•m）

定位转矩

（mN•m）

转动惯量g•cm2

重量kg

35BYG250

2 1． 8 0． 8 5． 7 7 110 12 14 0． 18

4 、步进电动机 A 、 B 两相绕组的接线端如下图所示：A+(红)

A- (蓝)

(绿) B+

(黑) B-

3 、我们介绍的步进电动机为两相混合式步进电动机，电压为 10～ 40V 。其型号为 35BYG250[ 其中 35（ mm）—机座尺寸， BYG— 为混合式， 2— 两相，50— 转子齿数 ] ，其技术参数如下表所示 ：

5 、步进电动机驱动器

驱动器型号为 SH—20403 ，它是两相混合式步进电动机细分驱动器，它的特点是能适应较宽电压范围 10V～ 40VDC（容量 30VA），采用恒电流控制，它的电气性能如下表所示 ：

供电电源 10V～ 40VDC（ 30VA）

输出电流 峰值 3A/相（Max）（由面板拨码开关设定）

驱动方式 恒相电流 PWM控制（ H桥双极）

励磁方式 整步，半步， 4、 8、 16、 32、 64细分（七种）

输入信号（参见图 6-1）

“光电隔离，（共阳单脉冲接口），提供 0”信号输入信号包括：步进脉冲、方向变换和脱机保持等三个

四、两相混合式步进电机的 PLC 控制

步进电机的驱动主要是通过专用驱动器来实现的，所以这里主要是通过 PLC 控制驱动器从而实现对步进电机的控制，简单的驱动器与 PLC 相连就只要两个输出端口，这两个输出口只能用 Y0 、 Y1 高速输出口。这两个口分别与脉冲输入 CP 和 方向输入 DIR 相连。 OPTO 公共端应该接入 5V 直流电源， PLC内部提供 24V 直流电源，所以需串联一个 2KΩ 的限流电阻。

注意：（ 1）调节驱动器的最大输出电流为 0.7A ；（说明：电流的调节查看驱动器面板丝印上的白色方块对应开关的实际位置） 。（ 2）调节驱动器的细分为“ 1” ； （ 3）梯形图解释 ：（ a）当控制机的控制端 X0 闭合时， PLC 在 4s内给步进电机驱动器发射 400

个脉冲，电机正好转 2 周停止。（ b）控制端 X2 是控制步进电机的旋转方向，控制端 X1 是复位 PLC给驱动

器发射脉冲。 。

三、变频器简介 变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向，而作为变频调速系统的核心—变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素，除了变频器本身制造工艺的“先天”条件外，对变频器采用什么样的控制方式也是非常重要的。 1 、变频器的基本结构 ： 变频器是把工频电源 (50Hz 或 60Hz) 变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的 CPU 以及一些相应的电路。 2 、变频器的分类 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为 PAM 控制变频器、 PW

M 控制变频器和高载频 PWM 控制变频器；按照工作原理分类，可以分为 V/f

控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

3 、变频器中常用的控制方式： V/f 控制是为了得到理想的转矩 - 速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。 V/f 控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。

矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在 d 、 q 、 0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。 转差频率控制、直接转矩控制 、

最优控制 、智能控制方式等等

电机多段转速控制

1 、接通电源；2 、在 PU模式下按 MODE键；3 、使 Pr79=2 、 Pr180=0 、Pr181=1 、 Pr182=2 ；4 、设置 Pr3=50 、 Pr4=30 、Pr5=10 ；5 、通过 PLC 控制变频器的多段速；

梯形图意思是：当按钮SB1 闭合时，驱动输入继电器 X0 ， X0 的动合触点闭合，使输出继电器 Y

0得电，同时 Y1 和时间继电器 T0 也得电。电动机在 10HZ 下工作，当时间到达 3S 时， Y1 断电，Y2 和 T1得电，电动机在30HZ 下工作，又过 3S ，Y1 、 Y2都断电 Y3 、 T2

工作，电动机在 50HZ 下正常工作，当时间继电器T2计时到 3S 时开始循环以上动作。 停止时，按下按钮 SB2

驱动输入继电器 X1 ， X1

的动断触点断开，变频器停止工作。