蒜蓉专家
范文一：四相电机原理图
四相步进电机原理图
本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。
1. 步进电机的工作原理
该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图1 四相步进电机步进示意图
开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相
绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：
a. 单四拍 b. 双四
拍 c八拍
图2.步进电机工作时序波形图
2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理
步进电机驱动器系统电路原理如图3：
图3 步进电机驱动器系统电路原理图
AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。图中L1为步进电机的一相绕组。AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。
图3中的RL1~RL4为绕组内阻，50Ω电阻是一外接电阻，起限流作用，也是一个改善回路时间常数的元件。D1~D4为续流二极管，使电机绕组产生的反电动势通过续流二极管（D1~D4）而衰减掉，从而保护了功率管TIP122不受损坏。
在50Ω外接电阻上并联一个200μF电容，可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿，提高了步进电机的高频性能。与续流二极管串联的200Ω电阻可减小回路的放电时间常数，使绕组中电流脉冲的后沿变陡，电流下降时间变小，也起到提高高频工作性能的作用。
3.软件设计
该驱动器根据拨码开关KX、KY的不同组合有三种工作方式供选择：
方式1为中断方式：P3.5(INT1)为步进脉冲输入端，P3.7为正反转脉冲输入端。上位机(PC机或单片机)与驱动器仅以2条线相连。
方式2为串行通讯方式：上位机(PC机或单片机)将控制命令发送给驱动器，驱动器根据控制命令自行完成有关控制过程。
方式3为拨码开关控制方式：通过K1~K5的不同组合，直接控制步进电机。
当上电或按下复位键KR后，AT89C2051先检测拨码开关KX、KY的状态，根据KX、KY 的不同组合，进入不同的工作方式。以下给出方式1的程序流程框图与源程序。
在程序的编制中，要特别注意步进电机在换向时的处理。为使步进电机在换向时能平滑过渡，不至于产生错步，应在每一步中设置标志位。其中20H单元的各位为步进电机正转标志位;21H单元各位为反转标志位。在正转时，不仅给正转标志位赋值，也同时给反转标志位赋值;在反转时也如此。这样，当步进电机换向时，就可以上一次的位置作为起点反向运动，避免了电机换向时产生错步。
4 方式1程序框图 图
范文二：三相电机原理图
三相电动机接线盒
三相异步电动机y 接时，接线盒里，连接片的连接方式
三相异步电动机角接时，接线盒连接片的连接方式
学习三相异步电动机的两种接法
今天在现场学了点三相异步电机的基本接法：星型接法和三角接法。虽然是些很简单的东，但勉。
星型接法
三角接法
图片都是从网上找的，借花献佛，嘿嘿。下面是我从网上找的，星型接法和三角接法的区别。
在承受相同电压及相同线径的绕组线圈中，星型接法比三角型接法每相匝数少根号3倍(1.732倍) ，功率也小根号3倍。成品电机的接法已固定为承受电压 380V，一般不适宜更改。只有三相电压级别与正常380V 不同时才改变接法，如三相电压220V 级别时，原三相电压380V 星型接法改为三角型接法就能 适用；如三相电压660V 级别时，原三相电压380V 三角型接法改为星型接法就能适用，其功率不变。一般小功率电机是星型接法，大功率的是三角接法。额定 电压下，应该使用三角形连接的电动机，如果改成星形连接，则属于降压运行，电动机功率减小，启动电流也减少。额定电压下，应该使用星形连接的电动机，如果 改成三角形连接，则属于超压运行，是不允许的。大功率电机(三角型接法) 起动时的电流很大，为了减少起动电流对线路的冲击，一般采用降压起动，原三角型接 法运行改为星型接法起动就是其中一种方法，星型接法起动后转换回三角型接法运行。
范文三：电机原理图
三 相异步电动机启动 控制原理图
1、 三相异步电动机的点动控制
点动正转控制线路是用按钮、接 触器来控制电动机运转的最简单的 正转控制线路。所谓点动控制是指:按下按钮,电动机就得电运转;松开 按钮,电动机就失电停转。
典型的三相异步电动机的点动 控制电气原理图如图 3-1(a)所示。 点 动正转控制线路是由转换开关 QS 、 熔 断器 FU 、启动按钮 SB 、接触器 KM 及 电动机 M 组成。其中以转换开关 QS 作电源隔离开关,熔断器 FU 作短路 保护,按钮 SB 控制接触器 KM 的线圈 得电、失电,接触器 KM 的主触头控 制电动机 M 的启动与停止。
点动控制原理:当电动机需要点 动时, 先合上转换开关 QS , 此时电动 机 M 尚未接通电源。 按下启动按钮 SB , 接触器 KM 的线圈得电,带动接触器 KM 的三对主触头闭合, 电动机 M 便接 通电源启动运转。当电动机需要停转
时, 只要松开启动按钮 SB , 使接触器 KM 的线圈失电,带动接触器 KM 的三 对主触头恢复断开,电动机 M 失电停 转。在生产实际应用中,电动机的点 动控制电路使用非常广泛,把启动按 钮 SB 换成压力接点、限位节点、水 位接点等,就可以实现各种各样的自 动控制电路,控制小型电动机的自动 运行。
2. 三相异步电动机的自锁控制 三相异步电动机的自锁控制线 路如图 3-2所示,和点动控制的主电 路大致相同,但在控制电路中又串接 了一个停止按钮 SB1, 在启动按钮 SB2的两端并接了接触器 KM 的一对常开
辅助触头。接触器自锁正转控制线路 不但能使电动机连续运转,而且还有 一个重要的特点,就是具有欠压和失 压保护作用。它主要由按钮开关 SB (起停电动机使用) 、 交流接触器 KM (用做接通和切断电动机的电源以 及失压和欠压保护等) 、 热继电器 (用 做电动机的过载保护)等组成。 欠压保护:“欠压”是指线路电 压低于电动机应加的额定电压。“欠 压保护”是指当线路电压下降到某一 数值时,电动机能自动脱离电源电压 停转,避免电动机在欠压下运行的一 种保护。因为当线路电压下降时,电 动机的转矩随之减小,电动机的转速
也随之降低,从而使电动机的工作电 流增大,影响电动机的正常运行,电 压下降严重时还会引起“堵转”(即 电动机接通电源但不转动)的现象, 以致损坏电动机。采用接触器自锁正 转控制线路就可避免电动机欠压运 行,这是因为当线路电压下降到一定 值(一般指低于额定电压 85%以下) 时,
接触器线圈两端的电压也同样下降 到一定值,从而使接触器线圈磁通减 弱,产生的电磁吸力减小。当电磁吸 力减小到小于反作用弹簧的拉力时, 动铁心被迫释放,带动主触头、自锁 触头同时断开,自动切断主电路和控
制电路,电动机失电停转,达到欠压 保护的目的。
失压保护:失压保护是指电动机 在正常运行中,由于外界某中原因引
起突然断电时,能自动切断电动机电 源。当重新供电时,保证电动机不能 自行启动,避免造成设备和人身伤亡 事故。采用接触器自锁控制线路,由 于接触器自锁触头和主触头在电源 断电时已经断开,使控制电路和主电 路都不能接通。所以在电源恢复供电 时,电动机就不能自行启动运转,保 证了人身和设备的安全。
控制原理:当按下启动按钮 SB2后,电源 U1相通过热继电器 FR 动断 接点、停止按钮 SB1的动断接点、启 动按钮 SB2动合接点及交流接触器 KM 的线圈接通电源 V1相,使交流接触 器线圈带电而动作,其主触头闭合使
电动机转动。同时,交流接触器 KM 的常开辅助触头短接了启动按钮 SB2的动合接点,保持交流接触器线圈始 终处于带电状态,这就是所谓的自锁 (自保)。与启动按钮 SB2并联起自 锁作用的常开辅助触头称为自锁触 头(或自保触头)。
3. 三相异步电动机的正反转控 制
三相异步电动机接触器联锁的 正反转控制的电气原理图如图 3-4所 示。线路中采用了两个接触器,即正 转用的接触器 KM1和反转用的接触器 KM2,它们分别由正转按钮 SB2和反 转按钮 SB3控制。这两个接触器的主 触头所接通的电源相序不同, KM1按 L1— L2— L3相序接线, KM2则对调了 两相的相序。控制电路有两条,一条 由按钮 SB2和 KM1线圈等组成的正转 控制电路;另一条由按钮 SB3和 KM2线圈等组成的反转控制电路。 控制原理:当按下正转启动按钮 SB2后, 电源相通过热继电器 FR 的动 断接点、停止按钮 SB1的动断接点、
正转启动按钮 SB2的动合接点、反转 交流接触器 KM2的常闭辅助触头、正 转交流接触器线圈 KM1,使正转接触 器 KM1带电而动作,其主触头闭合使 电动机正向转动运行,并通过接触器 KM1的常开辅助触头自保持运行。反 转启动过程与上面相似,只是接触器 KM2动作后,调换了两根电源线 U 、 W 相(即改变电源相序),从而达到反 转目的。
互锁原理:接触器 KM1和 KM2的 主触头决不允许同时闭合,否则造成 两相电源短路事故。为了保证一个接 触器得电动作时,另一个接触器不能 得电动作,以避免电源的相间短路,
就在正转控制电路中串接了反转接 触器 KM2的常闭辅助触头,而在反转 控制电路中串接了正转接触器 KM1的 常闭辅助触头。当接触器 KM1得电动 作时,串在反转控制电路中的 KM1的 常闭触头分断,切断了反转控制电 路,保证了 KM1主触头闭合时, KM2的主触头不能闭合。同样,当接触器 KM2得电动作时, KM2的常闭触头分 断,切断了正转控制电路,可靠地避 免了两相电源短路事故的发生。这种 在一个接触器得电动作时,通过其常 闭辅助触头使另一个接触器不能得 电动作的作用叫联锁(或互锁)。实
现联锁作用的常闭触头称为联锁触 头(或互锁触头)。
4、 三相异步电动机的 Y —Δ起动 控制
(1) Y —Δ起动自动控制
图 3-5 三相异步电动 机 Y —Δ降压启动控制线路图
三相异步电动机的 Y —Δ起动自 动控制如图 3-5所示。
主要元器件介绍:
a. 起动按钮(SB2)。手动按钮 开关,可控制电动机的起动运行。 b. 停止按钮(SB1)。手动按钮 开关,可控制电动机的停止运行。 c. 主交流接触器(KM1)。电动 机主运行回路用接触器,起动时通过 电动机起动电流,运行时通过正常运 行的线电流。
d.Y 形连接的交流接触器 (KM3) 。 用于电动机起动时作 Y 形连接的交流 接触器,起动时通过 Y 形连接降压起 动的线电流,起动结束后停止工作。
e. Δ形连接的交流接触器
(KM2)。用于电动机起动结束后恢 复Δ形连接作正常运行的接触器,通 过绕组正常运行的相电流。
f. 时间继电器(KT )。控制 Y — Δ变换起动的起动过程时间(电机起 动时间),即电动机从起动开始到额 定转速及运行正常后所需的时间。 g. 热继电器 (或电机保护器 FR ) 。 热继电器主要设臵有三相电动机的 过负荷保护;电机保护器主要设臵有 三相电动机的过负荷保护、断相保 护、短路保护和平横保护等。
控制原理:三相异步电动机 Y — Δ转换启动的控制原理大致如下:
a. 按下启动按钮 SB2后,电源通 过热继电器 FR 的动断接点、停止按 钮 SB1的动断接点、Δ形连接交流接 触器 KM2常闭辅助触头,接通时间继 电器 KT 的线圈使其动作并延时开始。 此时时间继电器 KT 虽已动作,接点 应断开,但其延时接点是瞬间闭合延 时断开的(延时结束后断开),同时 通过此 KT 延时接点去接通 Y 形连接 的交流接触器 KM3的线圈回路,则交 流接触器 KM3带电动作,其主触头去 接通三相绕组,使电动机处于 Y 形连 接的运行状态; KM3辅助常开触头闭 合去接通主交流接触器 KM1的线圈。
b. 主交流接触器 KM1带电启动 后,其辅助触头进行自保持功能(自 锁功能);而 KM1的主触头闭合去接 通三相交流电源,此时电动机启动过 程开始。 c. 当时间继电器 KT 延时断 开接点 (动断接点) KT 的时间达到 (或 延时到)电动机启动过程结束时间 后,时间继电器 KT 接点随即断开。 d. 时间继电器 KT 接点断开后, 则交流接触器 KM3失电。 KM3主触头 切断电动机绕组的 Y 形连接回路;同 时接触器 KM3的常闭辅助触头闭合, 去接通Δ形连接交流接触器 KM2的线 圈电源。
e. 当交流接触器 KM2动作后,其 主触头闭合,使电动机正常运行于Δ形连接状态;而 KM2的常闭辅助触头 断开使时间继电器 KT 线圈失电,并 对交流接触器 KM3联锁。电动机处于 正常运行状态。 f. 启动过程结束后, 电动机按Δ形连接正常运行。 (2) Y —Δ起动手动控制
图 3-6 三相异步电动机 Y —Δ降 压启动接线图
Y —Δ起动手动控制接线如图 3-6所示。图中手动控制开关 SA 有两个 位臵,分别是电动机定子绕组星形和 三角形连接。线路动作原理为:起动 时,将开关 SA 臵于“起动”位臵, 电动机定子绕组被接成星形降压起 动,当电动机转速上升到一定值后, 再将开关 SA 臵于“运行”位臵,使 电动机定子绕组接成三角形,电动机 全压运行。
5. 三相异步电动机的自偶降压 起动
(1)电动机自耦降压启动(自动 控制接线图)
图 3-7 电动机自 耦降压起动接线图
图 3-7 是交流电动机自耦降压 启动自动切换控制接线图,自动切换 靠时间继电器完成,用时间继电器切 换能可靠地完成由启动到运行的转 换过程,不会造成启动时间的长短不 一的情况,也不会因启动时间长造成 烧毁自耦变压器事故
控制过程如下:
a、合上空气开关 QF 接通三相电 源。
b、按启动按钮 SB2交流接触器 KM1线圈通电吸合并自锁,其主触头 闭合,将自耦变压器线圈接成星形, 与此同时由于 KM1辅助常开触点闭 合,使得接触器 KM2线圈通电吸合, KM2的主触头闭合由自耦变压器的低 压低压抽头 (例如 65%) 将三相电压 的 65%接入电动。
c、 KM1辅助常开触点闭合, 使时 间继电器 KT 线圈通电,并按已整定 好的时间开始计时,当时间到达后, KT 的延时常开触点闭合, 使中间继电 器 KA 线圈通电吸合并自锁。
d、由于 KA 线圈通电,其常闭触 点断开使 KM1线圈断电, KM1常开触 点全部释放,主触头断开,使自耦变 压器线圈封星端打开; 同时 KM2线圈 断电,其主触头断开,切断自耦变压 器电源。 KA 的常闭触点闭合,通过 KM1已经复位的常闭触点,使 KM3线 圈得电吸合, KM3主触头接通电动机 在全压下运行。
e、 KM1的常开触点断开也使时间 继电器 KT 线圈断电,其延时闭合触 点释放,也保证了在电动机启动任务 完成后,使时间继电器 KT 可处于断 电状态。
f、欲停车时,可按 SB1则控制
回路全部断电,电动机切除电源而停 转。
g 、电动机的过载保护由热继电器 FR 完成。
(2)电动机自耦降压启动(手动 控制接线)
图 3-8 电 动机自耦降压起动接线图
自耦变压器降压起动手动控制 接线如图 3— 8所示,图中操作手柄 有三个位臵:“停止”、“起动”和 “运行”。操作机构中设有机械连锁 机构,它使得操作手柄未经“起动” 位臵就不可能扳到“运行”位臵,保 证了电动机必须先经过起动阶段以 后才能投入运行。
动作原理为:当操作手柄臵于 “停止”位臵时,所有的动、静触点 都断开,电动机定子绕组断电,停止 转动。当操作手柄向上推至“起动” 位臵时,起动触点和中性触点同时闭 合,电流经起动触点流入自耦变压 器,再由自耦变压器的 65%(或 85%)
抽头处输出到电动机的定子绕组,使 定子绕组降压起动。随着起动的进 行,当转子转速升高到接近额定转速 附近时,可将操作手柄扳到“运行” 位臵,此时起动工作结束,电动机定 子绕组得到电网额定电压,电动机全 压运行。
停止时须按下 SB 按钮,使失压 脱扣器的线圈断电而造成衔铁释放, 通过机械脱扣装臵将运行触点断开, 切断电源。同时也使手柄自动跳回到 “停止” 位臵, 为下一次起动作准备。 自耦变压器备有 65%和 85%两挡 电压抽头,出厂时接在 65%抽头上, 可根据电动机的负载情况选择不同
的起动电压。自耦变压器只在起动过 程中短时工作,在起动完毕后应从电 源中切除。
6. 三相绕线式异步电动机转子 串电阻起动
三相绕线式电动机转子串电阻 启动接线如图 3— 9所示。
3— 9 三相绕线式 电动机转子串电阻启动接线图 主要元器件介绍
一次部分从上到下依次
a 、 L1.L2.L3, 电源 ;
b 、 Q, 隔离开关,一般按电机额 定电流的 1.5— 2倍选择 ;
c 、 FU1,主保险,般按电机额定 电流的 1.5倍选择, (当 Q 采用空气 开关等有过载、短路保护的开关时, 不用) ;
d 、 KM1, 主接触器,一般按电机 额定电流的 2倍选择 ;
e 、热继电器, (当 Q 采用空气开 关等有过载、短路保护的开关时,不
用) ;
f 、 M 、电动机,一般是大容量的 电动机才采用转子串电阻启动 7、 R1.R2.R3等, 启动电阻, 组成限流电 阻箱 ;
g 、 KM2、 KM3、 KM4等,启动接触 器常开触点 .
二次部分 :从上到下依次
a 、 FU2, 二次保险(5— 10A ) ;
b 、 SB1,停止按钮;
c 、 SB3, 启动按扭;
d 、 KM1.KM2.KM3.KM4等, 接触器 线圈、常开或常闭触点;
e 、 KT1.KT2.KT3等, 时间继电器 的线圈、触点。
f 、接线端子排。
7、三相异步电动机的软启动器
图 3— 10软启 动器外形图
图 3— 11 软启动 器主接线图
软启动器的外型如图 3— 10所 示,主接线如图 3— 11所示。 软启动器的工作原理:控制其内 部晶闸管的导通角,使电机输入电压 从零以预设函数关系逐渐上升,直至 起动结束,赋予电机全电压,即为软 起动,在软起动过程中,电机起动转
矩逐渐增加,转速也逐渐增加。软起 动结束,旁路接触器闭合,使软起动 器退出运行, 直至停车时, 再次投入, 这样即延长了软起动器的寿命,又使 电网避免了谐波污染,还可减少软起 动器中的晶闸管发热损耗。
软启动器内部结构虽然复杂,但 使用却十分方便,用户只需接入电 源,接出输出,操作按钮即可。 用软启动器运行时不工作的特 点,还可以实现一台软启动器启动多 台电动机。
图 3— 12 软启 动器的一拖二示意图
工作原理
(1) 启动过程:首先选择一台电 动机在软启动器拖动下按所选定的 启动方式逐渐提升输出电压,达到工 频电压后,旁路接触器接通。然后, 软启动器从该回路中切除,去启动下 一台电机。
(2) 停止过程:先启动软启动器 与旁路接触器并联运行,然后切除旁 路,最后软启动器按所选定的停车方 式逐渐降低输出电压直到停止。 三 台以上以此类推……
8、变频器
变频器具有调压、调频、稳压、 调速等基本功能,应用了现代的科学 技术,价格昂贵但性能良好,内部结 构复杂但使用简单,所以不只是用于 启动电动机,而是广泛的应用到各个 领域,各种各样的功率、各种各样的 外形、各种各样的体积、各种各样的 用途等都有。随着技术的发展,成本 的降低,变频器一定还会得到更广泛
的应用。
这个其实比较简单,先给你讲一下,之后再给你一个图你对着看一下就明白 了。
首先需要明确停止按钮使用的是常闭按钮, 启动按钮式常开按钮, 在联接时 先停止按钮和启动按钮要串联在一起,为了实现启动按钮放开后仍启动的目的, 需要利用交流接触器的常开开关, 找到交流接触器的常开开关后和启动按钮的两 端要并联在一起, 且与停止按钮属于串联关系, 之后在与交流接触器的线圈连接 好后与电源联接就可以了。
在进行线实物联接时需要注意两根电源线的连接顺序,首先先将停止按钮的 一端、 启动按钮的一端、 接触器常开开关的一端连接在一起, 第二步将启动按钮 的另一端、 接触器常开开关的另一端、 交流接触器线圈得一端连接在一起, 第三 步,分别将停止按钮的另一端、接触器线圈得另一端与交流电源相连就可以了。 如图
范文四：发电机原理图
柴油发电机组原理图
柴油发电机组是常用的备用电源,由于它以柴油发动机燃烧柴油为动力,带动发电机发出与市电同样性质的电力,所以用在市电断电后需要后备电源供电几小时以上的场合。从性能价格比、对工作环境的要求、带非线性负载能力方面考虑,采用柴油发电机组比使用很多大容量蓄电池的长延时UPS往往具有一定的优势。但是柴油发电机组在市电断电后需要十秒钟左右才能发出稳定的电力,这就大不如UPS可不间断供电的特点。因此,柴油发电机组和UPS通常是取其各自的优势构成一个完善的、可靠的电源系统,以确保重要设备的不间断供电。
柴油发电机组一般是采用同步发电机(也俗称电球)将柴油发动机的旋转机械能转为电能。各种用电设备要依靠它发出的电力工作,因此对同步发电机的工作性能要求是很高的。
1 同步发电机的工作原理
同步发电机是根据电磁感应原理制造的。主要组成部分如图1。现代交流发电机通常由两部分线圈构成;为了提高磁场的强度,一部分线圈绕在一个导磁性能良好的金属片叠成的圆筒内壁的凹槽内,这个圆筒固定在机座上称为定子。定子内的线圈可输出感应电动势和感应电流,所以又称其为电枢。发电机的另一部分线圈则绕在定子圆筒内的一导磁率强的金属片叠成的圆柱体的凹槽内,称为转子。一根轴穿过转子中心并将其紧固在一起,轴两端与机座构成轴承支撑。转子与定子内壁之间保持小而均匀的间隙且可灵活转动。这叫做旋转磁场式结构的无刷同步发电机。
工作时,转子线圈通以直流电形成直流恒定磁场,在柴油机的带动下转子快速旋转,恒定磁场也随之旋转,定子的线圈被磁场磁力线切割产生感应电动势,发电机就发出电来。
1—前端盖;2—出风盖板;3—轴承;4—定子;5—端子箱侧板;6—电压调节器;7—调节器支架;8—端子箱顶盖;9—端子箱前后板;10—接线板;11—接线板支架;12—端子箱侧板;13—吊攀;14—轴承盖;15—进风盖板;16—后端盖;17—励磁定子;18—励磁定子固定螺栓;19—轴承;20—旋转整流器;21—励磁电枢;22—接地牌;23—转子;24—风扇;25—永磁机机壳;26—永磁机转轴;27—永磁机转子;28—永磁机定子;29—永磁机定子固定螺栓;30—永磁机转子固定螺栓;31—垫圈;32—永磁机盖板
图1 双轴承发电机剖视图
转子及其恒定磁场被柴油机带动快速旋转时,在转子与定子之间小而均匀的间隙中形成一个旋转的磁场,称为转子磁场或主磁场。平常工作时发电机的定子线圈即电枢都接有负载,定子线圈被磁场磁力线切割后产生的感应电动势通过负载形成感应电流,此电流流过定子线圈也会在间隙中产生一个磁场,称为定子磁场或电枢磁场。这样在转子、定子之间小而均匀的间隙中出现了转子磁场和定子磁场,这两个磁场相互作用构成一个合成磁场。发电机就是由合成磁场的磁力线切割定子线圈而发电的。由于定子磁场是由转子磁场引起的,且它们之间总是保持着一先一后并且同速的同步关系,所以称这种发电机为同步发电机。同步发电机在机械结构和电器性能上都具有许多优点。
2 同步发电机的调控
同步发电机在其额定负载范围内允许带各种用电负荷。这些负荷的输入特性会直接影响发电机的输出电压;当负载为纯电阻性时,因为同步发电机的定子端电压——电枢端电压与负载电流是同相的,所以使得转子磁场的前一半被定子磁场削弱,而后一半又被定子磁场加强,一周内合成磁场平均值不变,发电机输出电压不变。负载呈现为纯电感性时,则因负载电流滞后电枢端电压90?而使得定子磁场削弱了转子磁场,合成磁场降低,造成发电机输出电压下降。若负载是纯电容性的,负载电流就会超前电枢端电压90?,从而使定子磁场加强了转子磁
场,合成磁场增大,发电机输出电压上升。可见;合成磁场是使发电机性能变化的一个重要因素。而合成磁场中起主要作用的是转子磁场即主磁场,因此,调控转子磁场就可以调节同步发电机的输出电压改善其带负载能力,从而达到在额定负荷范围内稳住发电机输出电压的目的。
(1)同步发电机转子的励磁
所谓励磁即是向同步发电机转子提供直流电使其产生直流电磁场的过程。同步发电机转子凹槽内的线圈就是由称做励磁机的一个专门的设备为其供以直流电形成直流磁场的。早期的发电机是采用单独的励磁机给转子线圈提供直流电的,系统庞大而复杂。随着技术的进步,现代同步发电机都是将发电机与励磁机组装在一起构成一个完整的发电机。
励磁机其实就是个小发电机,它的工作原理与同步发电机一样。所不同的是它的定子线圈和转子线圈所起的作用与同步发电机——主发电机正好相反;固定在主发电机定子旁的励磁机的定子线圈通以直流电形成直流磁场,而安装在主发电机转子轴上的励磁机的转子线圈成为输出电动势的电枢。励磁机的转子与定子内壁之间也是保持着小而均匀的间隙。这也称为旋转电枢式结构的无刷同步发电机。安装在主发电机定子旁的励磁机定子线圈的直流电,是由主发电机定子线圈即电枢的部分输出电压经整流后而得到的。与主发电机转子同轴安装的励磁机转子线圈在其定子线圈产生的磁场内旋转、切割磁力线所产生的感应电动势,经同轴安装在它旁边的整流器也就是旋转整流器变成直流电流,输到主发电机的转子线圈使其产生直流转子磁场。从而达到了对主发电机转子线圈励磁的要求。
(2)同步发电机输出电压的调控
调控的目的就是实现在同步发电机额定负荷范围内稳住输出电压。调控技术的理念是实时地从主发电机电枢取得电压和电流,经整流和负反馈调理后供给励磁机的定子线圈,使其产生变化规律与主发电机输出电压变化规律相反的直流电磁场,这个磁场也必然使励磁机转子电枢的输出电压及旋转整流器供给主发电机转子线圈的直流电流按同样的规律而变化。从而起到实时调节主发电机转子磁场大小,使主发电机在额定负荷范围内保持良好输出特性的作用。
对发电机输出电压的调节过程,可以用以下的流程表示;
由于负荷增加使主发电机电枢电压?(降) ?经负反馈调理后励磁机定子电流及磁场??励磁机转子电枢输出电压??旋转整流器输出电流??主发电机转子磁场??使主发电机电枢电压?
若主发电机电压升高,则其反馈调控使以上各环节作用降低,导致电压回到额定值。
可见通过励磁机实时调控主发电机转子磁场的大小,就可以稳住输出电压。这其中起重要作用的是负反馈调节单元,通常称其为恒压励磁装置和自动电压调节器。
(3)自动电压调节器
现代交流同步发电机常用自动电压调节器AVR这种电子部件调节励磁机定子磁场的强弱。虽然AVR的种类很多,但性能大同小异;都是实时采样主发电机的输出电压值与预先设定的值相比较,用比较的结果去调节脉冲宽度调制器PWM;输出电压值高则调制器输出脉冲宽度窄,反之则宽。然后再用这些脉冲去调控大功率开关器件即三极管或场效应管控制送入励磁机定子线圈的电流的时间。从而使它的磁场强弱随着主发电机输出电压的变化而相反变化;即输出电压升高则励磁机定子磁场减小,输出电压降低励磁机定子磁场增强。从而达到负反馈调控的目的。
图2 自动电压调节器电路原理方框图
图2是常用的一种AVR类型。取样自主发电机输出电压的信号从8、9两端输入到电压测量比较单元,与内部预先设定的电压值(例如380V)相比较。比较结果以输出电压UA送入脉冲宽度调制单元PWM,输出电压UC送入低频保护单元。电压测量比较单元的L、S、H是连接主发电机输出电压幅值调节电位器的三个端子。
脉冲宽度调制器由稳压器输出的直流电压UCC作为工作电源,以确保其性能稳定。它的输出电压UB控制调制管VT3。若由电压测量比较单元送来的UA大,表明主发电机输出电压升高,则大的UA就会使脉冲宽度调制器输出的脉冲UB的宽度变窄。窄的脉冲就会使VT3导通时间短,通过的电流少。反之,主发电机电压降低UA变小,脉冲宽度调制器输出的脉冲UB的宽度随之变宽,从而使VT3导通时间变长,通过的电流增多。
励磁机定子线圈一端接在端子X1上,另一端接在XX1端子上。由主发电机电枢送来的EA、EB、Ec三相电压,经过三个二极管VD10、VD11、VD12整流后,电流从X1端流入励磁机的定子线圈,由XX1流出,再经过调制管VT3和XN端子流回主发电机电枢,形成励磁机定子线圈的励磁电流通路。VT3是这个通路上的开关,它导通时间长,则定子线圈流过电流时间长,定子磁场强度大;VT3导通时间短,定子线圈电流少,定子磁场强度小。
AVR就是这样调控主发电机的电压的;主发电机由于负荷原因输出电压升高,电压测量比较单元输出的UA随着升高,受UA控制的脉宽调制器输出脉冲UB宽度变窄,开关管VT3导通时间短,励磁机定子磁场减弱,转子电枢电压及旋转整流器输出电流随之减小,导致供给主发电机转子的励磁电流变小,则主发电机因其转子磁场的减小而使输出电压降低。反之,AVR的负反馈调控功能就会使主发电机的输出电压升高。
在主发电机因负荷超出额定值而输出极大电流时,柴油发动机也需随之输出巨大的动力以致导致其转速低于额定值。低频保护单元的作用就是在这种情况下限制励磁机定子线圈里电流的超额增大。它以电阻和电容构成的充放电支路预先设定一个低频保护点,当主发电机负荷正常时,从电压测量单元来的UC小于低频保护点,则低频保护单元输出的电压Ud高,二极管VD8被截止,Ud到不了脉宽调制器,起不了作用。若主发电机超载则Ud变低,VD8导通,Ud和UA就可同时作用于脉宽调制器,使其输出的脉冲UB随Ud的下降而变窄,调制管VT3导通时间随之变短,励磁电流减小励磁机定子磁场变弱,从而导致主发电机转子磁场减小。发电机输出电压下降、电流减小。低频保护单元起到了保护励磁机和主发电机的作用。
3 同步发电机的维护
同步发电机是柴油发电机组的关键部分。为柴油发电机组建立一个合适的工作环境,做好日常维护是十分必要的。
发电机房内的高温、潮湿和空气污染物是引起发电机故障的最常见因素。粉尘、灰尘和其它空气污染物的积累会引起绝缘层的性能变坏,不仅易形成对地的导电通路,还会使转子轴承部分的摩擦力增大而发热。湿气以及空气污染物中的湿气极易在发电机内形成对地的漏电通路,引起发电机故障。机房内温度过高会使发电机组工作时产生的热量难以散出,造成其输出功率下降、机组过热。所以机房的防尘、防潮湿、通风降温就必须引起足够的重视。
无论是单轴承发电机还是双轴承发电机,它们的转子轴与柴油发动机主轴之间连接的同轴度要求很高。长时期运行后的机组有时同轴度可能降低,导致发电机燥声增大,温度过高。应定期检查、维护以保持同轴度良好。
负荷超出发电机的额定负载范围,或三相负荷很不平衡,也会造成发电机效率降低和过热。
范文五：四相步进电机原理图
四相步进电机原理图
2008年05月23日 17:02 电子开发网 作者：佚名 用户评论（0）
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四相步进电机原理图
本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。
1. 步进电机的工作原理
该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相
绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：
2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理
步进电机驱动器系统电路原理如图3：
AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。图中L1为步进电机的一相绕组。AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高
晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。 图3中的RL1~RL4为绕组内阻，50Ω电阻是一外接电阻，起限流作用，也是一个改善回路时间常数的元件。D1~D4为续流二极管，使电机绕组产生的反电动势通过续流二极管（D1~D4）而衰减掉，从而保护了功率管TIP122不受损坏。
在50Ω外接电阻上并联一个200μF电容，可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿，提高了步进电机的高频性能。与续流二极管串联的200Ω电阻可减小回路的放电时间常数，使绕组中电流脉冲的后沿变陡，电流下降时间变小，也起到提高高频工作性能的作用。
3.软件设计
该驱动器根据拨码开关KX、KY的不同组合有三种工作方式供选择：
方式1为中断方式：P3.5(INT1)为步进脉冲输入端，P3.7为正反转脉冲输入端。上位机(PC机或单片机)与驱动器仅以2条线相连。
方式2为串行通讯方式：上位机(PC机或单片机)将控制命令发送给驱动器，驱动器根据控制命令自行完成有关控制过程。
方式3为拨码开关控制方式：通过K1~K5的不同组合，直接控制步进电机。
当上电或按下复位键KR后，AT89C2051先检测拨码开关KX、KY的状态，根据KX、KY 的不同组合，进入不同的工作方式。以下给出方式1的程序流程框图与源程序。
在程序的编制中，要特别注意步进电机在换向时的处理。为使步进电机在换向时能平滑过渡，不至于产生错步，应在每一步中设置标志位。其中20H单元的各位为步进电机正转标志位;21H单元各位为反转标志位。在正转时，不仅给正转标志位赋值，也同时给反转标志位赋值;在反转时也如此。这样，当步进电机换向时，就可以上一次的位置作为起点反向运动，避免了电机换向时产生错步。
方式1源程序： MOV 20H,#00H ; 20H单元置初值，电机正转位置指针 MOV 21H,#00H ; 21H单元置初值，电机反转位置指针 MOV P1,#0C0H ; P1口置初值，防止电机上电短路 MOV TMOD,#60H ; T1计数器置初值,开中断 MOV TL1,#0FFH MOV TH1,#0FFH SETB ET1 SETB EA
SJMP $ ;***********计数器1中断程序************ IT1P: JB P3.7,FAN ;电机正、反转指针 ;*************电机正转***************** JB 00H,LOOP0 JB 01H,LOOP1 JB 02H,LOOP2 JB 03H,LOOP3 JB 04H,LOOP4 JB 05H,LOOP5 JB 06H,LOOP6 JB 07H,LOOP7 LOOP0: MOV P1,#0D0H MOV 20H,#02H MOV 21H,#40H AJMP QUIT LOOP1: MOV P1,#090H MOV 20H,#04H MOV 21H,#20H AJMP QUIT LOOP2: MOV P1,#0B0H MOV 20H,#08H MOV 21H,#10H AJMP QUIT LOOP3: MOV P1,#030H MOV 20H,#10H MOV 21H,#08H AJMP QUIT LOOP4: MOV P1,#070H MOV 20H,#20H MOV 21H,#04H AJMP QUIT LOOP5: MOV P1,#060H MOV 20H,#40H MOV 21H,#02H AJMP QUIT LOOP6: MOV P1,#0E0H MOV 20H,#80H MOV 21H,#01H AJMP QUIT LOOP7: MOV P1,#0C0H MOV ; 20H,#01H MOV 21H,#80H
;***************电机反转***************** FAN: JB 08H,LOOQ0 JB 09H,LOOQ1 JB 0AH,LOOQ2 JB 0BH,LOOQ3 JB 0CH,LOOQ4 JB 0DH,LOOQ5 JB 0EH,LOOQ6 JB 0FH,LOOQ7 LOOQ0: MOV P1,#0A0H MOV 21H,#02H MOV 20H,#40H AJMP QUIT LOOQ1: MOV P1,#0E0H MOV 21H,#04H MOV 20H,#20H AJMP QUIT LOOQ2: MOV P1,#0C0H MOV 21H,#08H MOV 20H,#10H AJMP QUIT LOOQ3: MOV P1,#0D0H MOV 21H,#10H MOV 20H,#08H AJMP QUIT LOOQ4: MOV P1,#050H MOV 21H,#20H MOV 20H,#04H AJMP QUIT LOOQ5: MOV P1,#070H MOV 21H,#40H MOV 20H,#02H AJMP QUIT LOOQ6: MOV P1,#030H MOV 21H,#80H MOV 20H,#01H AJMP QUIT LOOQ7: MOV P1,#0B0H MOV 21H,#01H MOV 20H,#80H QUIT: RETI END 4.结论
该驱动器经实验验证能驱动0.5N.m的步进电机。将驱动部分的电阻、电容及续流二极管的有关参数加以调整，可驱动1.2N.m的步进电机。该驱动器电路简单可靠，结构紧凑，对于I/O口线与单片机资源紧张的系统来说特别适用。
