以具体电机分析的论文

以具体电机分析的论文

　　电机常见问题浅析及对策

　　简 介： 结合生产运行与检修实践对生产过程中电机常见的一些问题及解决方案检修工艺标准工艺卡作初步探讨。
　　关键字：电机绕组 绝缘破坏 问题附表 电机检修工艺卡

　　一、引言
　　某集团共有生产用电机10000余台，遍及集团公司生产装置的各个角落，在生产过程中发挥着极其重要的作用。但由于大部分电机使用年限较长，且不少电机长年累月运行在较恶劣的环境中，电机烧毁的事故常有发生，而且呈上升趋势，严重影响着生产的安全、可靠、长周期运行。现针对电机烧毁原因及相应对策做一简要分析和介绍，希望能对从事电气工作和安全管理工作的人员有所帮助。
　　二、电机绕组局部烧毁的原因及对策
　　1．由于电机本身密封不良，加之环境跑冒滴漏，使电机内部进水或进入其它带有腐蚀性液体或气体，电机绕组绝缘受到浸蚀，最严重部位或绝缘最薄弱点发生一点对地、相间短路或匝间短路现象，从而导致电机绕组局部烧坏。
　　相应对策：①尽量消除工艺和机械设备的跑冒滴漏现象；②检修时注意搞好电机的每个部位的密封，例如在各法兰涂少量704密封胶，在螺栓上涂抹油脂，必要时在接线盒等处加装防滴溅盒，如电机暴漏在易侵入液体和污物的地方应做保护罩；③对在此环境中运行的电机要缩短小修和中修周期，严重时要及时进行中修。
　　2．由于轴承损坏，轴弯曲等原因致使定、转子磨擦（俗称扫膛）引起铁心温度急剧上升，烧毁槽绝缘、匝间绝缘，从面造成绕组匝间短路或对地“放炮”。严重时会使定子铁心倒槽、错位、转轴磨损、端盖报废等。轴承损坏一般由下列原因造成：①轴承装配不当，如冷装时不均匀敲击轴承内圈使轴受到磨损，导致轴承内圈与轴承配合失去过盈量或过盈量变小，出现跑内圈现象，装电机端盖时不均匀敲击导致端盖轴承室与轴承外圈配合过松出现跑外圈现象。无论跑内圈还是跑外圈均会引起轴承运行温升急剧上升以致烧毁，特别是跑内圈故障会造成转轴严重磨损和弯曲。但间断性跑外圈一般情况下不会造成轴承温度急剧上升，只要轴承完好，允许间断性跑外圈现象存在。②轴承腔内未清洗干净或所加油脂不干净。例如轴承保持架内的微小刚性物质未彻底清理干净，运行时轴承滚道受损引起温升过高烧毁轴承。③轴承重新更换加工，电机端盖嵌套后过盈量大或椭圆度超标引起轴承滚珠游隙过小或不均匀导致轴承运行时磨擦力增加，温度急剧上升直至烧毁。④由于定、转子铁心轴向错位或重新对转轴机加工后精度不够，致使轴承内、外圈不在一个切面上而引起轴承运行“吃别劲”后温升高直至烧毁。⑤由于电机本体运行温升过高，且轴承补充加油脂不及时造成轴承缺油甚至烧毁。⑥由于不同型号油脂混用造成轴承损坏。⑦轴承本身存在制造质量问题，例如滚道锈斑、转动不灵活、游隙超标、保持架变形等。⑧备机长期不运行，油脂变质，轴承生锈而又未进行中修。
　　相应对策：①卸装轴承时，一般要对轴承加热至80℃~100℃，如采用轴承加热器，变压器油煮等，只有这样，才能保证轴承的装配质量。②安装轴承前必须对其进行认真仔细的清洗，轴承腔内不能留有任何杂质，填加油脂时必须保证洁净。③尽量避免不必要的转轴机加工及电机端盖嵌套工作。④组装电机时一定要保证定、转子铁心对中，不得错位。⑤电机外壳洁净见本色，通风必须有保证，冷却装置不能有积垢，风叶要保持完好。⑥禁止多种润滑油脂混用。⑦安装轴承前先要对轴承进行全面仔细的完好性检查。⑧对于长期不用的电机，使用前必须进行必要的解体检查，更新轴承油脂。
　　3．由于绕组端部较长或局部受到损伤与端盖或其它附件相磨擦，导致绕组局部烧坏。
　　相应对策：电机在更新绕组时，必须按原数据嵌线。检修电机时任何刚性物体不准碰及绕组，电机转子抽芯时必须将转子抬起，杜绝定、转子铁芯相互磨擦。动用明火时必须将绕组与明火隔离并保证有一定距离。电机回装前要对绕组的完好性进行认真仔细的检查确诊。
　　4．由于长时间过载或过热运行，绕组绝缘老化加速，绝缘最薄弱点碳化引起匝间短路、相间短路或对地短路等现象使绕组局部烧毁。
　　相应对策：①尽量避免电动机过载运行。②保证电动机洁净并通风散热良好。③避免电动机频繁启动，必要时需对电机转子做动平衡试验。
　　5．电机绕组绝缘受机械振动（如启动时大电流冲击，所拖动设备振动，电机转子不平衡等）作用，使绕组出现匝间松驰、绝缘裂纹等不良现象，破坏效应不断积累，热胀冷缩使绕组受到磨擦，从而加速了绝缘老化，最终导致最先碳化的绝缘破坏直至烧毁绕组。
　　相应对策：①尽可能避免频繁启动，特别是高压电机。②保证被拖动设备和电机的振动值在规定范围内。
　　三、三相异步电动机一相或两相绕组烧毁（或过热）的原因及对策
　　如果出现电动机一相或两相绕组烧坏（或过热），一般都是因为缺相运行所致。在这里不作深刻的理论分析，仅作简要说明。
　　如图1所示为三相异步电动机绕组为△接法的情况：

　　图2 Y接法电动机缺相运行示意图
　　当电机不论何种原因缺相后（如图1b所示），电动机虽然尚能继续运行，但转速下降，滑差变大，其中B、C两相变为串联关系后与A相并联，在负荷不变的情况下，A相电流过大，长时间运行，该相绕组必然过热而烧毁。
　　如图2所示为三相异步电动机绕组为Y接法的情况：电源缺相后（如图2b），电动机尚可继续运行，但同样转速明显下降，转差变大，磁场切割导体的速率加大，这时B相绕组被开路，A、C两相绕组变为串联关系且通过电流过大，长时间运行，将导致两相绕组同时烧坏。

　　图1 △ 接法电动机缺相运行示意图
　　这里需要特别指出，如果停止的电动机缺一相电源合闸时，一般只会发生嗡嗡声而不能启动，这是因为电动机通入对称的三相交流电会在定子铁心中产生圆形旋转磁场，但当缺一相电源后，定子铁心中产生的是单相脉动磁场，它不能使电动机产生启动转矩。因此，电源缺相时电动机不能启动。但在运行中，电动机气隙中产生的是三相谐波成分较高的椭圆形旋转磁场，所以，正在运行中的电动机缺相后仍能运转，只是磁场发生畸变，有害电流成分急剧增大，最终导致绕组烧坏。
　　相应对策：无论电动机是在静态还是动态，缺相运行带来的直接危害就是电机一相或两相绕组过热甚至烧坏。与此同时，由于动力电缆的过流运行加速了绝缘老化。特别是在静态时，缺相会在电机绕组中产生几倍于额定电流的堵转电流。其绕组烧坏的速度比运行中突然缺相更快更严重。所以在我们对电机进行日常维护和检修的同时，必须对电机相应的MCC功能单元进行全面的检修和试验。尤其是要认真检查负荷开关、动力线路、静动触点的可靠性。杜绝缺相运行。
　　四、常见问题汇总，详见附表。
　　五、为规范电机检修及保证检修质量，制定如下电机工艺卡
　　低压交流异步电动机检修工艺卡
　　设备名称 检修单位
　　KKS编码 工作负责人
　　设备型号 工作成员
　　检修时间 年 月 日 时 分 ---- 年 月 日 时 分
　　作业工具
　　序号 名称 型号规格 数量 单位 备注
　　1 □手拉葫芦 2 个
　　2 □钢丝绳 2 根
　　3 □U型卡环 4 个
　　4 □抽、装转子专用工具 1 套
　　5 □拔对轮及风扇叶专用工具 各1 套
　　6 □轴承拉马 1 套
　　7 □内六角扳手 1 套
　　8
　　□大锤 8磅 1 把
　　9 □手锤 1.5磅 1 把
　　10 □油盘 2 个
　　11 □铜棒 Ф60，紫铜 1 根
　　12 □电工组合工具 24件 1 套
　　13 □敲击扳手 1 把
　　14
　　□梅花扳手 8-12 1 套
　　15 □活扳手 18
　　16 □烤把 1 把
　　17 □撬棍 大、小 各2 把
　　18 □吹吸风机 220V、1000W 1 台
　　19 □电线轴 220 V带漏电保护器 1 个
　　20 □毛刷 2寸 2 把
　　21 □轴承加热器 DKQ-V，220V 1 个
　　22 □手电筒 1 把
　　23 □道木 2 根
　　24 □千斤顶 32T 1 个
　　25 □胀钳 1 套
　　26 □改锥 1 把
　　27 □内、外径千分尺 0.01mm，0-25mm～225-250mm 1 套
　　28 □摇表 3121，1000V 1 块
　　29 □测温仪 JIC6802 1 块
　　30
　　□测振仪 EMT220ANC 1 块
　　31 □听针 800mm，铜 1 根
　　消耗材料
　　序号 名称 型号 数量 单位 备注
　　1 □润滑脂 与电机所用润滑脂相同 4 Kg
　　2 □清洗剂 爱斯25 25 kg
　　3 □塑料布 宽1m 10 m
　　4 □绝缘塑料带 黄、绿、红 各1 卷
　　5 □高压自粘带 1 盘
　　6 □氧气、乙炔 各1 瓶
　　检修所需备品备件
　　序号
　　名称 型号 数量 单位 备注
　　1 □负荷侧轴承 1 盘
　　2 □非负荷侧轴承 1 盘
　　安全措施防范
　　序号 危险点 防范措施 签证点
　　1 □人身伤害 停电、验电挂警示牌，必要时设围栏。无电压后方可工作。不要误入带电间隔、与带电设备保持安全距离
　　2 □工器具伤人 正确使用工器具和防护用具
　　3 □设备损坏 不误碰无关设备
　　4 □无票作业 应办理工作票之后方可开展工作
　　5 □电子干扰 关闭手机等通讯工具

　　检修项目及工艺要求
　　序号 检修程序 工艺标准及注意事项 签证点
　　检修工序 □接线盒拆卸 首先确认隔离，做好准备工作，核对电机编号并抄录铭牌，将待拆动的部件做好相应的标记

　　□接线盒检查 检查是否有密封不严现象，应无污物，按顺序检查密封圈老化破损情况（必要时更换）
　　□引线检查 检查引线绝缘及铜鼻子和导线焊接情况，导线应无折断，绝缘良好。检查引线无过热、变色、变形、磨损和覆盖漆剥落现象。
　　□拆除地脚、对轮，起吊 起重作业由专业指挥。
　　□捋对轮 对轮加热时，温度不超过200℃。
　　□拆风扇罩，取下风扇 先将风扇罩拆除，之后用专用工具将风扇顶出。
　　□拆开负荷侧及非负荷侧端盖 将电机两侧轴伸吊住，防止端盖受力，用顶丝将端盖顶出。
　　□轴承检修 轴承内、外滑道、滚珠或滚柱无脱皮、无麻点、无锈斑、无过热、无划痕、无老化磨损。 W1
　　□电动机组装 按照与拆卸相反的顺序进行。 W2
　　回装检测 □电动机试验 绝缘电阻和直流电阻测试按照规程执行。
　　□电动机就位 就位后恢复接地线及电源线。
　　□空载试运电动机 押回工作票，试运时测量振动、温度及声音情况应符合规程要求，检测电机转向正确。 H1
　　检 修 记 录 卡
　　专业:__ 日期: 年_ _ 月_ _ 日
　　系统 设备名称
　　检修前工况：
　　检修情况：
　　发现的问题分析：
　　更换配件记录（规格型号）：
　　试转情况：

　　运行电流 A相 B相 C相
　　电机振动 负荷侧 ― ⊥ ⊙
　　非负荷侧 ― ⊥ ⊙
　　电机轴承温度 负荷侧 电机本体温度 电动机轴承声音 负荷侧
　　非负荷侧 非负荷侧

　　工作负责人签字：
　　工作审核人签字：
　　设备部负责人签字：
　　备注：

　　四、结论
　　某集团公司从1987年试生产至2002年3月15年间，累计烧毁电机达1300余台次，平均每年达80余台次，仅修理费用支出达200余万元。其中77%属于维护不良（如电机进水、轴承缺油、通风不畅等）、检修不当（如轴承拆装不当、缺陷消除不彻底、附件不全等）、机加工精度不符合要求（如对转轴堆焊后加工精度不够、端盖嵌套过盈量大等）、运行环境恶劣（如现场跑冒滴漏严重、水冲电机等）等原因所致。希望以上分析能够对从事电工工作的人员有所帮助和借鉴。
　　附表:三相异步电动机常见故障及处理方法
　　序号 故障现象 故障原因 处理方法
　　1 通电后电动机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟。 1． 电源未通（至少两相未通）；
　　2． 熔丝熔断（至少两相熔断）；
　　3． 控制设备接线错误；
　　4． 电机已经损坏。 1． 检查电源回路开关，熔丝、接线盒处是否有断点，修复；
　　2． 检查熔丝型号、熔断原因，更换熔丝；
　　3． 检查电机，修复。
　　2 通电后电动机不转，然后熔丝烧断。 1． 缺一相电源，或定子线圈一相反接；
　　2． 定子绕组相间短路；
　　3． 定子绕组接地；
　　4． 定子绕组接线错误；
　　5． 熔丝截面过小；
　　6． 电源线短路或接地。 1． 检查刀闸是否有一相未合好，或电源回路有一相断线；消除反接故障；
　　2． 查处短路点，予以修复；
　　3． 消除接地；
　　4． 查出误接，予以更正；
　　5． 更换熔丝；
　　6． 消除接地点。
　　3 通电后电动机不转，有嗡嗡声。 1． 定子、转子绕组有断路（一相断线）或电源一相失电；
　　2． 绕组引出线始末端接错或绕组内部接反；
　　3． 电源回路接点松动，接触电阻大；
　　4． 电动机负载过大或转子卡住；
　　5． 电源电压过低；
　　6． 小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬，轴承卡住。 1． 查明断点，予以修复；
　　2． 检查绕组极性；判断绕组首末端是否正确；
　　3． 紧固松动的接线螺栓，用万用表判断各接头是否假接，予以修复；
　　4． 减载或查出并消除机械故障；
　　5． 检查是否把规定的△接法误接为Y接法；是否由于电源导线过细使压降过大，予以纠正；
　　6． 重新装配使之灵活；更换合格油脂，修复轴承。
　　4 电动机起动困难，带额定负载时，电动机转速低于额定转速叫多。 1． 电源电压过低；
　　2． △接法误接为Y接法；
　　3． 笼形转子开焊或断裂；
　　4． 定子、转子局部线圈错接、接反；
　　5． 电机过载。 1． 测量电源电压，设法改善；
　　2． 纠正接法；
　　3． 检查开焊和断点并修复；
　　4． 查出误接处，予以改正；
　　5． 减载。
　　5
　　电动机空载电流不平衡，三相相差大。 1． 绕组首尾端接错；
　　2． 电源电压不平衡；
　　3． 绕组有匝间短路、线圈反接等故障。 1、检查并纠正；
　　2、测量电源电压，设法消除不平衡；
　　3、消除绕组故障。
　　6 电动机空载电流平衡，但数值大。 1． 电源电压过高；
　　2． Y接电动机误接为△接；
　　3． 气隙过大或不均匀。 1． 检查电源，设法恢复额定电压；
　　2． 改接为Y接；
　　3． 更换新转子或调整气隙。
　　7 电动机运行时响声不正常，有异响。 1． 转子与定子绝缘低或槽楔相擦；
　　2． 轴承磨损或油内有砂粒等异物；
　　3． 定子、转子铁心松动；
　　4． 轴承缺油；
　　5． 风道填塞或风扇擦风罩；
　　6． 定子、转子铁心相擦；
　　7． 电源电压过高或不平衡；
　　8． 定子绕组错接或短路。 1． 修剪绝缘，削低槽楔；
　　2． 更换轴承或清洗轴承；
　　3． 检查定子、转子铁心；
　　4． 加油；
　　5． 清理风道，重新安装风罩；
　　6． 消除擦痕，必要时车小转子；
　　7． 检查并调整电源电压；
　　8． 消除定子绕组故障。
　　8 运行中电动机振动叫大。 1． 由于磨损，轴承间隙过大；
　　2． 气隙不均匀；
　　3． 转子不平衡；
　　4． 转轴弯曲；
　　5． 铁心变形或松动；
　　6． 联轴器（皮带轮）中心未校正；
　　7． 风扇不平衡；
　　8． 机壳或基础强度不够；
　　9． 电动机地脚螺丝松动；
　　10．笼形转子开焊、断路、绕组转子断路；
　　11．定子绕组故障。 1． 检查轴承，必要时更换；
　　2． 调整气隙，使之均匀；
　　3． 校正转子动平衡；
　　4． 校直转轴；
　　5． 校正重叠铁心；
　　6． 重新校正，使之符合规定；
　　7． 检修风扇，校正平衡，纠正其几何形状；
　　8． 进行加固；
　　9． 紧固地脚螺栓；
　　10．修复转子绕组；
　　11．修复定子绕组。
　　9 轴承过热。 1． 润滑脂过多或过少；
　　2． 油质不好含有杂质；
　　3． 轴承与轴颈或端盖配合不当；
　　4． 轴承盖内孔偏心，与轴相擦；
　　5． 电动机与负载间联轴器未校正，或皮带过紧；
　　6． 轴承间隙过大或过小；
　　7． 电动机轴弯曲。 1． 按规定加润滑油脂（容积的三分之一至三分之二）；
　　2． 更换为清洁的润滑油脂；
　　3． 过松可用粘结剂修复；
　　4． 修理轴承盖，消除擦点；
　　5． 重新装配；
　　6． 重新校正，调整皮带张力；
　　7． 更换新轴承；
　　8． 矫正电机轴或更换转子。
　　10

　　10 电动机过热甚至冒烟。 1． 电源电压过高，使铁心发热大大增加；
　　2． 电源电压过低，电动机又带额定负载运行，电流过大使绕组发热；
　　3． 定子、转子铁心相擦，电动机过载或频繁起动；
　　4． 笼形转子断条；
　　5． 电动机缺相，两相运行；
　　6． 环境温度高，电动机表面污垢多，或通风道堵塞；
　　7． 电动机风扇故障，通风不良；
　　8． 定子绕组故障（相间、匝间短路；定子绕组内部连接错误）。 1． 降低电源电压（如调整供电变压器分接头），若是电机Y、△接法错误引起，则应改正接法。
　　2． 提高电源电压或换相供电导线；
　　3． 消除擦点（调整气隙或锉、车转子），减载，按规定次数控制起动；
　　4． 检查并消除转子绕组故障；
　　5． 恢复三相运行；
　　6． 清洗电动机，改善环境温度，采用降温措施；
　　7． 检查并修复风扇，必要时更换；
　　8． 检查定子绕组，消除故障，

电动机工作原理的论文

双相电动机原理
通电线圈在磁场中受力转动
就是说通电线圈会产生磁性，与原有磁场相斥，从而有力使其转动。
通电导线在磁场中受力运动的方向跟
电流
方向和
磁感线
（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受
力的作用
，使电动机转动。它是将电能转变为机械能的一种机器。
电动机使用了电流的磁效应原理，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机。
直流电动机原理

直流线圈在磁场中受力只能转半圈，要转一圈须要换向器，使其转过平衡位置自动改变电流方向。

三相交流异步电动机转子转动的原理
当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力f，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。

关于电机的毕业论文

电机已经没什么可论的了，d轴q轴的该分析的都分析了，能算出来的也都算出来了，反正直流有刷电机没的研究了，同步电机没得研究了，鼠笼电机也没意思，直流无刷都登峰造极了……，有个缺口——异步双馈电机，电机学与电子学的结合，强弱电的结合，值得你下番功夫。出了论文答辩的时候我管保你电机教授不敢提你的问题，因为他不懂电子；电子教授也不敢提你的问题，因为他不懂电机；能向你提问的只剩似懂非懂的三脚猫了，你只要知道点皮毛就可以轻松应付。

步进电机控制技术论文

　　步进电机作为执行元件， 是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。我为大家整理的电机控制技术论文，希望你们喜欢。
　　电机控制技术论文篇一
　　步进电机控制系统

　　摘要：步进电机作为执行元件， 是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展， 步进电机的需求量与日俱增， 在各个国民经济领域都有应用。

　　关键词：步进电机;执行元件;计算机;发展

　　1步进电机原理及特征

　　1.1步进电机的目前发展情况

　　步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。当步进驱动器接收到一个脉冲信号， 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)， 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量， 从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度， 从而达到调速的目的。在非超载的情况下， 电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数， 而不受负载变化的影响， 即给电机加一个脉冲信号， 电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在， 加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域使用步进电机进行控制变得非常简单。步进电机可以作为一种控制用的特种电机， 利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

　　1.2步进电机的特点

　　1.步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电， 而是按一定的规律轮流通电。 2.每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。 3.步进电机可以按特定指令进行角度控制， 也可以进行速度控制。角度控制时， 每输入一个脉冲， 定子绕组就换接一次， 输出轴就转过一个角度， 其步数与脉冲数一致， 输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时， 步进电机绕组中送入的是连续脉冲， 各相绕组不断地轮流通电， 步进电机连续动转， 它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序， 即改变定子磁场旋转方向， 就可以控制电机正转或是反转。

　　1.3步进电机的一些典型运用场合

　　①步进电机主要用于一些有定位要求的场合。例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台(毛孔定位)，包装机(定长度)。基本上涉及到定位的场合都用得到。

　　②广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。

　　③步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进电机的特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控制性能好、整机成本低。

　　目前用于电脑绣花机的步进电机多数为三相混合式步进电机，并采用细分驱动技术可以大大改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制振荡，降低噪音，提高步矩分辨率。

　　1.4 步进电机的运转原理及结构

　　步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

　　在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。

　　1.5 旋转

　　如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，(转子不受任何力，以下均同)。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移(て-1/3て)=2/3て。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て。

　　这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4(即齿1前一齿)移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步(每脉冲)1/3て，向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。

　　2电路设计分析

　　2.1 8253及8255驱动步进电机电路

　　①按图连接线路，利用8255 输出脉冲序列，开关K0～K6 控制步进电机转速，K7控制步进电机转向。8255 CS 接288H～28FH。PA0～PA3 接BA～BD;PC0～PC7 接K0～K7。

　　②编程：当K0～K6 中某一开关为“1”(向上拨)时步进电机启动，并且电机转动速度大小不同。K7 向上打电机正转，向下打电机反转。

　　2.2实验重要参数计算

　　由实际测试得，stepcount步数设定为约59步时。步进电机转动一圈。

　　由实验要求：先顺时针，每分钟6圈，转十分钟。约得stepcount=59*6*10=3540。

　　停止三秒：8086机器周期为1/5MHz.3s=1/5MHz*15*exp6即15M个机器周期的指令。

　　后逆时针，每分钟30圈，转十分钟。约得stepcount=59*30*10=17700。

　　2.3 实际问题及解决方法

　　①硬件连接及软件程序不够熟练，经多方面查资料，翻阅书籍，确定设计方案及硬件软件的具体设计内容。

　　②键盘及LED显示的控制不够理想，经程序的细心解读，最终达到了设计的目的。按10号键显示0。。。0030，按12号键显示1。。。0006，按14号键启动运行，按15号键停止运行。 　　③转速控制，开始不够精确。经反复测试，最终确定为59步每圈。并计算出6R/MIN，30R/MIN的设定步数。

　　3总结体会

　　首先，利用星研集成环境软件编辑并运行程序，在STAR ES598PCI实验仪上调试实验结果，分析实验程序及硬件电路;然后，在利用原有源程序进行实验时，电机的转速控制不是很明显，这就要求修改控制步速Takesetpcount的数值，及8253的分频数，以使电机转速达到6r/min和30r/min。其次，调节8259控制键盘及显示，最终达到实时显示转速及转动方向，并用键盘控制其启动与停止。由于步进电动机的运转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一个脉冲，步进电机就转动一个角度(步距角)或前进/倒退一步，所以希望清晰的看到电机的此特性。我们通过设定步速及转速，此时可以观测到电机的步进及转动一圈的步数。

　　参考文献

　　【1】王忠民，等。微型计算机原理(第二版)。西安：西安电子科技大学出版社，2007

　　【2】江晓安，董秀峰。模拟电子技术(第三版)。西安：西安电子科技大学出版社，2009

　　【3】李全利。单片机原理及接口技术。北京：高等教育出版社，2010

　　步进电机控制系统

　　韩 浩

　　(西安文理学院物理与机械电子工程系 陕西西安 710000)

　　摘要：步进电机作为执行元件， 是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展， 步进电机的需求量与日俱增， 在各个国民经济领域都有应用。

　　关键词：步进电机;执行元件;计算机;发展

　　1步进电机原理及特征

　　1.1步进电机的目前发展情况

　　步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。当步进驱动器接收到一个脉冲信号， 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)， 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量， 从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度， 从而达到调速的目的。在非超载的情况下， 电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数， 而不受负载变化的影响， 即给电机加一个脉冲信号， 电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在， 加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域使用步进电机进行控制变得非常简单。步进电机可以作为一种控制用的特种电机， 利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

　　1.2步进电机的特点

　　1.步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电， 而是按一定的规律轮流通电。 2.每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。 3.步进电机可以按特定指令进行角度控制， 也可以进行速度控制。角度控制时， 每输入一个脉冲， 定子绕组就换接一次， 输出轴就转过一个角度， 其步数与脉冲数一致， 输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时， 步进电机绕组中送入的是连续脉冲， 各相绕组不断地轮流通电， 步进电机连续动转， 它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序， 即改变定子磁场旋转方向， 就可以控制电机正转或是反转。

　　1.3步进电机的一些典型运用场合

　　①步进电机主要用于一些有定位要求的场合。例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台(毛孔定位)，包装机(定长度)。基本上涉及到定位的场合都用得到。

　　②广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。

　　③步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进电机的特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控制性能好、整机成本低。

　　目前用于电脑绣花机的步进电机多数为三相混合式步进电机，并采用细分驱动技术可以大大改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制振荡，降低噪音，提高步矩分辨率。

　　1.4 步进电机的运转原理及结构

　　步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

　　在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。

　　1.5 旋转

　　如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，(转子不受任何力，以下均同)。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移(て-1/3て)=2/3て。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て。

　　这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4(即齿1前一齿)移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步(每脉冲)1/3て，向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 　　2电路设计分析

　　2.1 8253及8255驱动步进电机电路

　　①按图连接线路，利用8255 输出脉冲序列，开关K0～K6 控制步进电机转速，K7控制步进电机转向。8255 CS 接288H～28FH。PA0～PA3 接BA～BD;PC0～PC7 接K0～K7。

　　②编程：当K0～K6 中某一开关为“1”(向上拨)时步进电机启动，并且电机转动速度大小不同。K7 向上打电机正转，向下打电机反转。

　　2.2实验重要参数计算

　　由实际测试得，stepcount步数设定为约59步时。步进电机转动一圈。

　　由实验要求：先顺时针，每分钟6圈，转十分钟。约得stepcount=59*6*10=3540。

　　停止三秒：8086机器周期为1/5MHz.3s=1/5MHz*15*exp6即15M个机器周期的指令。

　　后逆时针，每分钟30圈，转十分钟。约得stepcount=59*30*10=17700。

　　2.3 实际问题及解决方法

　　①硬件连接及软件程序不够熟练，经多方面查资料，翻阅书籍，确定设计方案及硬件软件的具体设计内容。

　　②键盘及LED显示的控制不够理想，经程序的细心解读，最终达到了设计的目的。按10号键显示0。。。0030，按12号键显示1。。。0006，按14号键启动运行，按15号键停止运行。

　　③转速控制，开始不够精确。经反复测试，最终确定为59步每圈。并计算出6R/MIN，30R/MIN的设定步数。

　　3总结体会

　　首先，利用星研集成环境软件编辑并运行程序，在STAR ES598PCI实验仪上调试实验结果，分析实验程序及硬件电路;然后，在利用原有源程序进行实验时，电机的转速控制不是很明显，这就要求修改控制步速Takesetpcount的数值，及8253的分频数，以使电机转速达到6r/min和30r/min。其次，调节8259控制键盘及显示，最终达到实时显示转速及转动方向，并用键盘控制其启动与停止。由于步进电动机的运转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一个脉冲，步进电机就转动一个角度(步距角)或前进/倒退一步，所以希望清晰的看到电机的此特性。我们通过设定步速及转速，此时可以观测到电机的步进及转动一圈的步数。

　　参考文献

　　【1】王忠民，等。微型计算机原理(第二版)。西安：西安电子科技大学出版社，2007

　　【2】江晓安，董秀峰。模拟电子技术(第三版)。西安：西安电子科技大学出版社，2009

　　【3】李全利。单片机原理及接口技术。北京：高等教育出版社，2010
　　电机控制技术论文篇二
　　步进电机的加减速控制

　　[摘 要]本文详细分析了步进电机及其工作原理，并基于MCS-51系列单片机设计步进电机的数字控制系统。在设计中加入了步进电机的细分技术和恒频脉宽调制技术。结合脉冲分配器的使用，开发了简单的细分驱动控制电路。

　　[关键词]步进电机;单片机;细分控制

　　中图分类号：F140 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2015)40-0038-01

　　一、引言

　　随着科学技术的发展和微电子控制技术的应用，步进电机作为一种可以精确控制的电机，广泛应用在高精密加工机床，微型机器人控制，航天卫星等高科技领域。

　　二、 步进电机的原理

　　步进电机是一种控制用的特种电机，它无法像传统电机那样直接通过输入交流或直流电流使其运行，而是需要输入脉冲电流来控制电机的转动，所以步进电机又称为脉冲电机。其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电机就转动一个角度或前进一步。按励磁方式可以分为反应式、永磁式和混合式三种类型，本设计中选用的是反应式步进电机，其结构如图1所示。

　　这是一台四相反应式步进电机的典型结构。共有4套定子控制绕组，绕在径向相对的两个磁极上的一套绕组为一相，也就是说定子上两个相对的大齿就是一个相，电机按照A―B―C―D―A……的顺序不断接通和断开控制绕组，转子就会一步一步的连续转动。其转速取决与各控制绕组通电和断电的频率，即输入的脉冲频率。旋转的方向则取决与各控制绕组轮流通电的顺序。

　　三、步进电机的驱动控制

　　步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专门的步进电机驱动控制器。步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电机驱动系统的性能，不仅取决于步进电机自身的性能，也取决于步进电机驱动器的优劣。

　　步进电机的驱动方式有很多种，包括单电压驱动、双电压驱动、斩波驱动、细分驱动、集成电路驱动和双极性驱动。本设计选用的是恒频脉宽调制细分驱动控制方式，这是在斩波恒流驱动的基础上的进一步改进，既可以使细分后的步距角均匀一致，又可以避免复杂的计算。

　　四、恒频脉宽调制细分电路的设计

　　1、脉冲分配的实现

　　在步进电机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。它的通电换相顺序严格按照步进电机的工作方式进行。通常我们把通电换相这一过程称为脉冲分配。本设计中选用8713脉冲分配器芯片来进行通电换相控制。

　　2、系统控制电路设计

　　步进电机控制系统主电路设计如图2所示。

　　从上图可以看出，8713脉冲分配器的5、6、7引脚均接高电平，所以这是一个控制四相步进电机按四相八拍运行的控制电路。8751单片机的P1.0和P1.1端口分别与8713脉冲分配器的3引脚和4引脚相连。由8751单片机的P1.0端提供步进脉冲，P1.1端则控制步进电机的转向，输出高电平，步进电机正传;输出低电平，步进电机反转。单片机依然是控制的主体，它通过定时器T0输出20kHz的方波，送D触发器，作为恒频信号。同时，由8713脉冲分配器的脉冲输出端输出的方波脉冲信号作为控制信号，它的方波电压的每一次变化，都使转子转动一步。

　　当8713脉冲分配器的脉冲输出端输出的方波脉冲信号Ua不变时，恒频信号CLK的上升沿使D触发器输出Ub高电平，使开关管T1、T2导通，绕组中的电流上升，采样电阻上R2上压降增加。当这个压降大于Ua时，比较器输出低电平，使D触发器输出Ub低电平，T1、T2截止，绕组的电流下降。这使得R2上的压降小于Ua，比较器输出高电平，使D触发器输出高电平，T1、T2导通，绕组中的电流重新上升。这样的过程反复进行，使绕组电流的波顶呈锯齿形。因为CLK的频率较高，锯齿形波纹会很小。

　　当Ua上升突变时，采样电阻上的压降小于Ua，电流有较长的上升时间，电流幅值大幅增长，上升了一个阶段，但由于这里输出的是方波信号而不是阶梯信号，所以只有一个上升阶段，也就是说这个“阶梯信号”只包含了一个阶，并没有把每一步细分成许多步，而是令输出脉冲信号上升和下降的坡度变大，使原本的方波输出变的圆滑，实现了控制信号类似梯形的平滑处理，如图3所示。

　　同样，当Ua下降突变时，采样电阻上的压降有较长时间大于Ua，比较器输出低电平，CLK的上升沿即使会让D触发器输出1也马上清零。电源始终被切断，使电流幅值大幅下降，降到新的阶段为止。

　　以上过程重复进行。Ua每一次变化，就会使转子转过一个细分步。

　　在这个电路中有一个最突出的特点，那就是用8713脉冲分配器所输出的脉冲信号取代了典型恒频脉宽细分电路中D/A转换器所提供的阶梯控制信号。这样的设计极大的简化了电路，并且降低了脉冲分配的控制难度。虽然用方波信号取代了阶梯波信号，使得单一相运行时的细分程度有所降低，但是由于步进电机的四相绕组是同进进行工作的，所以也可以达到了步进电机细分驱动控制的目的。

　　六、结束语

　　当前，步进电机的应用正不断深入到日常生活和工业制造的各个方面，并且国内外对步进电机及其控制技术的研究也在不断的进步。这些知识的掌握在今后的工作和生活之中将会起到非常积极的影响。

　　参考文献

　　[1] 吴守箴，臧英杰等.电气传动的脉宽调制控制技术[M].北京： 机械工业出版社，2002.

　　[2] 王晓明.电机的单片机控制[M].北京航空航天大学出版社，2002.

　　[3] 李建忠主编.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.

　　[4] 李仁定主编.电机的微机控制[M].北京：机械工业出版社，2004.

　　[5] 黄勇，廖宇，高林.基于单片机的步进电机运动控制系统设计[J].电子测量技术，2008，31(5)：150-154.

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