一、双速电动机简介

1. 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。

3. 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。

4. 定子接线图如下

7. 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。

8. 二、步进电动机的工作原理 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。 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。

9. 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：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。

10. 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）

11. 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 ： 4、步进电动机A、B两相绕组的接线端如下图所示：

12. 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 ：

13. 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。

14. 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。 。

17. 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、PWM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。

18. 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

22. 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；

23. 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Y0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。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Y0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。