机电传动控制完整版word(冯清秀)11
机电传动控制实验指导书_(8课时)
机电传动控制实验指导书曹少泳编北京理工大学珠海学院机械与车辆学院二零一一年实验一三相异步电动机点动和自锁的控制线路一、实验目的1、通过对三相异步电动机点动控制和自锁控制线路的实际安装接线，掌握由电气原理图变换成安装接线图的知识。
2、通过实验进一步加深理解点动控制和自锁控制的特点以及在机床控制中的应用。
二、选用组件12、屏上挂件排列顺序MRDT10三、实验方法实验前要检查控制屏左侧端面上的调压器旋钮须在零位，下面“直流电压电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关须在“关”断位置。
打开空气开关，按下启动按钮，旋转控制屏左侧调压器旋钮将三相交流电源输出端U、V、W的线电压调到220V。
再按下控制屏上的“停止”按钮以切断三相交流电源。
以后在实验接线之前都应如此。
1图1 点动控制线路按图1接线。
图中SB1、KM1、FU1、FU2、FU3、FU4为挂件MRDT10上的器件，电机选用DJ16（△/220V）。
接线时，先接主电路，它是从220V三相交流电源的输出端U、V、W开始，经熔断器FU1、FU2、FU3、接触器KM1主触点到电动机M的三个线端A、B、C的电路，用导线按顺序串联起来，有三路。
主电路经检查无误后，再接控制线路，从熔断器FU4插孔W开始，经按钮SB1常开、接触器KM1线圈到插孔V。
线接好经指导老师检查无误后，按下面步骤进行实验：（1）按下控制屏上“启动”按钮，接通三相交流220V电源。
（2）再按下起动按钮SB1，对电动机M进行点动操作，比较按下SB1和松开SB1时电动机M的运转情况。
2、三相异步电动机自锁控制线路：按下控制屏上的“停止”按钮以切断三相交流电源。
按图2接线，图中SB1、SB2、KM1、FR1、FU1、FU2、FU3、FU4为挂件MRDT10上的器件，电机选用DJ16（△/220V）。
检查无误后，启动电源进行实验：（1）按下控制屏上“启动”按钮，接通三相交流220V电源。
（2）再按下起动按钮SB2，松手后观察电动机M运转情况。
华中科大机电传动控制(第五版)课后习题答案解析
n 1 n 0 1 n 1 19 9 .4 2 2 1 98 .8 (r/5 m 6i
3.11 为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？ 答： 因为Tst=UN/Ra，Ra很小，所以Tst很大，会产生控制火花， 电动应力，机械动态转矩冲击，使电网保护装置动作，切断电源 造成事故，或电网电压下降等。故不能直接启动。
⑷ 当 0 .8 N 时 n 0 1 ， K U e 0 .8 U K N e N 0 n .0 8 1 0 .8 5 15 ( 9 r/9 m 49 i
n 1 K e K R a t 2 T N 0 .8 2 K R e a K t 2 N T N ＝ 0 .1 8 2 n 0 5 .8 2 9 9 .2 ( 2 r/m
答：
T N95n P N N 59 051 5 5 .5 5 00 3.0 0 5(N 2m )
IN IN IfN 6 1 2 5(A 9 )
n0
UN K eN
UNnN UNIaNRa
n0111 1 5 010 95 0.201 06(r8/m 0 in)
答：a匀速，b减速，c减速，d加速，e减速，f匀速
2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什 么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算 前后动能不变的原则？
答：在多轴拖动系统情况下，为了列出这个系统运动方程，必须先把各传动
部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量都折算到电动机轴上。
答： j1=ωM/ω1= nM/n1=900/300=3 jL=ωM/ωL= nM/nL=900/60=15
JZ JM J j1 2 1J jL L 2 2 .5 3 2 2 1 125 6 2 .8 (kg m )
《机电传动控制》课程教学大纲(本科)
机电传动控制Electro-mechanical Driving Control课程编号：03410084学分：2学时：32（其中：讲课学时：26 实验学时：6 上机学时：课外：）先修课程：电工技术、电子技术适用专业：机械设计制造及自动化教材：《机电传动控制》，冯清秀邓星钟，华中科技大学出版社，2011年6月一、课程的性质与任务机电传动控制是机械电子工程、机械设计制造与自动化专业的一门专业基础课程。
通过学习，使学生掌握机械装备的电气传动与控制系统的设计、使用和维护，掌握机电一体化技术所需的强电控制知识，包括电机、传动控制、可编程序控制器、接触器-继电器控制、电力电子技术基础等方面的基础知识，并为学习后续课程垫定基础。
通过实验，使学生了解和掌握机械装备的电气传动和控制系统设计、使用，掌握实验的基本方法和技能，学会使用有关设备和仪器，以及实验数据的处理方法，着重培养学生的实际动手能力及综合运用所学知识分析和解决一般技术问题的能力。
二、课程目标及对毕业要求及其指标点的支撑（一）课程目标课程目标1:能够在充分了解直流电动机、交流电动机和控制电动机工作特性的基础上，选择合适类型的电动机并建立相应的机电控制系统，使之能工作在稳定平衡的工作状态之下，完成对应的控制目标。
课程目标2：能够基于科学原理并采用科学方法，制定电动机性能测试及控制方面的实验方案, 并能对实验数据进行科学的分析和处理。
课程目标3：能够正确认识在充分了解电动机及其控制系统在生产和实际生活中的应用及其对于客观世界和社会的影响，并理解应承担的责任。
（二）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求2、毕业要求4和毕业要求6：1.毕业要求2-2：能够针对机械设计、制造及其自动化领域或系统的复杂工程问题，选择正确、可用的数学模型。
占该指标点达成度的20%；2.毕业要求4-2：能够基于科学原理并采用科学方法对机械零件、结构、装置、系统制定实验方案。
大学课件-机电传动控制(完整)
JL jL2
GDZ2
GDM2
GDL2 jL2
1.1～1.25
(2.12) (2.13)
21
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩 的折算
直线运动系统
折算到电机轴上的总转动惯量、飞轮矩为
JZ
JM
J1 j12
JL jL2
m
v2
2 M
GDZ2
GDM2
GD12 j12
GDL2 jL2
Gv2 365 nM2
从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数 量的增加（效率）、质量的提高（精度）、生产成本的降低、工人 劳动条件的改善以及能量的合理利用等。
1.1 机电传动的目的和任务
• 生产机械 • 平面磨床
• 生产机械 • 织布机
减速器
控制
电动机
1.1 机电传动的目的和任务
• 轧钢机
电动机
联轴器
直流电能
与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便， 而且要使用直流电源。
直流电机的优点：
（1）调速性能好，调速范围广，易于平滑调节。 （2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。 （3）易于控制。
电动机 （M）
TL
TM 图2.1 单轴拖动系统
生产机械
TM TL
TM TL
12
nc nc
d 0
dt
d 0
dt
+TL
静态（稳态） 动态（加速或 减速）
2.1 机电传动系统的运动方程 式
• 单轴机电传动系统的运动方程式
TM
TL
J
d
dt
2.1
J m 2 mD2 / 4 G mg
(完整版)机电传动控制冯清秀邓星钟第五版习题和答案解析
机电传动控制冯清秀邓星钟第五版习题及答案第二章机电传动系统的动力学基础2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩的概念。
拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。
静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。
动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。
2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。
TM-TL>0 说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0 说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。
2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3 图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）TM TMTLTLNTM=TL TM< TLTM-TL>0 说明系统处于加速。
TM-TL<0 说明系统处于减速TM TL TM TLTM> TLTM>TL系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速TMTM= TLTM=TL系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。
这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。
所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。
转矩折算前后功率不变的原则是P=T ω,p 不变。
转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω22.5 为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？因为P= Tω,P不变ω越小T 越大，ω越大T 越小。
2.6 为什么机电传动系统中低速轴的GD2 逼高速轴的GD2大得多?因为P=Tω，T=G∂D2/375. P=ωG∂D2/375. ,P 不变转速越小GD2 越大，转速越大GD2 越小。
(完整word版)《机电传动控制》教案
机电传动控制教案学院、系: 机械电子工程学院机电系任课教师：授课专业：机械设计制造及其自动化课程学分:课程总学时: 60学时课程周学时：机电传动控制教学进程第 1 次课2 学时第一章概述§1。
1机电传动的目的和任务1.传动-—运动的传递(能量）传动的分类（按机械动能传递方法）（1）机械传动a。
齿轮b。
杠杆如：自行车驱动力、链传动c.皮带d.机构等刹车、连杆机构传递力或力矩（机械能）（2〕流体传动 a.液压与气动（压力能)b。
液力传动（流体动能)（3）机电传动（电力拖动)（4)另外还有其它的传动方式。
注：有时,在一个生产机械中由几种传动形式联合工作。
2。
机电传动－（本课程研究的内容)以电动机为原动机驱动生产机械的传动系统它是一种由电能转变成机械能的传动系统，所以有时也称为电力传动或电力拖动3。
机电传动控制目前：由于生产技术的不断发展，生产机械的自动化程度和生产精度不断提高，所以要求机电传动系统不仅完成能量转换的工作还要对传动过程进行控制。
本课程所研究的就是这二部分内容。
传动及控制所以课程名称叫《机电传动控制》4. 机电传动控制的任务机床切削过程电梯平稳升降及定位轧机的换向等§1。
2机电传动发展概况简单的可以分为： a.成组拖动（传动）b。
单电机拖动c。
多电机拖动三个阶段从控制系统的功率器件上分类：a。
接触器和继电器时代b.电机放大机及磁放大机时代c.可控硅（晶闸管）另外，由于计算机技术的发展，又出现了a.模拟控制b。
数字控制（数控机床）§1。
3 内容安排1.《机械电子》专业是一个以机为主机电结合的专业，课程设置(具了解)基本上是这样的《电路基础》电学基础《模拟电子》 电子技术（弱电) 《数字电子》 计算机技术《机电传动控制》 包括了所有应掌握的强电内容 用以上四门课程取代了机械专业的《电工学》课程. 2.本门课包括以下几个方面：（1）电机原理及特性： 交、直、特殊、 三～七章 （2）电器及控制： 接触器,继电器;保护及控制器 八章 （3)可编程序控制器： （PC)原理及应用 九章 （4）可控硅原理及应用： 晶闸管 十章（5）调速系统: 交流、直流，电力拖动 十一、十二章 （6）步进电机调速系统： 自动化 十三章3.课程特点 综合性比较强（面宽)实践性比较强 与生产实践联系较强(教学实验） 4。
机电传动控制大纲
《机电传动控制》教学大纲课程名称：机电传动控制学分：3.5 总学时：56 讲课学时：48 实验学时：8考核方式：考试先修课程：电路，模拟电子技术、数字电子技术等适用专业：机械电子开课系或教研室：机械电子教研室（一）课程性质与任务1．课程性质：本课程是机械电子工程专业的专业任选课（专业核心课）。
2．课程任务：本课程是使学生了解机电传动的一般知识；掌握直流电机和交流电机的工作原理、机械特性，启动、调速、制动特性极其应用知识；了解控制电机与特种电机的工作原理、特性及应用；了解典型生产机械常用的低压电器；掌握继电器－接触器控制的基本线路和设计方法；掌握晶闸管元件的工作原理和现代电力电子技术在机电传动中的应用；了解交流和直流调速的原理。
（二）课程教学基本要求理论课时：48学时实验：8学时成绩考核形式：闭卷考试。
平时10%，作业10%，实验10%，考试70%（三）课程教学内容第一章绪论本章简要介绍机电传动控制技术的发展。
第二章机电传动系统的静态与动态特性本章简要介绍机电传动系统静态与动态特性的概念，机电传动系统的运动方程，典型生产机械的负载特性，机电传动系统稳定运行的条件。
应重点掌握的内容：机电传动系统的运动方程，典型生产机械的负载特性。
第三章直流电机的工作原理及特性本章主要介绍直流电机的结构、工作原理和机械特性，直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性。
应重点掌握的内容：直流电机的机械特性，直流他励电动机的启动、调速和制动特性。
第四章交流电动机的工作原理及特性本章主要介绍三相异步电动机的结构、工作原理，三相异步电动机的定子和转子电路分析，三相异步电动机的转矩及机械特性，三相异步电动机的启动、调速和制动特性，单相异步电动机和同步电动机的特性。
应重点掌握的内容：三相异步电动机的转矩及机械特性，三相异步电动机的启动和调速特性。
第五章控制电机与特种电机本章主要介绍交流、直流伺服电动机，力矩电动机，小功率同步电动机，步进电动机，测速发电机，自整角机，直线电动机的原理、特性和使用方法。
机电传动控制(第五版)课后习题答案解析
机电传动控制
冯清秀 邓星钟 等编著 第五版 课后习题答案详解
2.1 说明机电传动系统运动方程式中的拖动转矩、静态转矩和动 态转矩的概念。
答：
Ra
0.50
~
0.751
PN UNI
N
UN IN
Ra
0.50
~
0.751
5.5 1000 110 62
110 62
0.172
~
0.258 ()
n0
UN Ke N
U N nN U N I N Ra
110 1000
n0
110
62(0.172
~
0.258 )
1107
~ 1170 (r / min)
TN
9550
PN nN
9550 5.5 1000
52.53(N m)
3.9一台并励直流电动机的技术数据如下：PN=5.5kW，UN=110V， IN=61A，额定励磁电流IfN=2A，nN=1500r/min，电枢电阻Ra=0.2 Ω，若忽略机械磨擦和转子的铜耗、铁损，认为额定运行状态下 的电磁转矩近似等于额定输出转矩，试绘出它近似的固有机械特 性曲线。
答： j1=ωM/ω1= nM/n1=900/300=3
jL=ωM/ωL= nM/nL=900/60=15
JZ
JM
J1 j12
JL
j
机电传动控制(完整版)(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】机电传动控制教案学院、系：机械电子工程学院机电系任课教师：任有志授课专业：机械设计制造及其自动化课程学分：课程总学时：60学时课程周学时：2006年2月20日机电传动控制教学进程河北科技大学教案用纸第 1 次课 2 学时第一章概述§1.1机电传动的目的和任务1.传动——运动的传递（能量）传动的分类（按机械动能传递方法）（1）机械传动a.齿轮b.杠杆如：自行车驱动力、链传动c.皮带d.机构等刹车、连杆机构传递力或力矩（机械能）（2〕流体传动 a.液压与气动（压力能）b.液力传动（流体动能）（3）机电传动(电力拖动)（4）另外还有其它的传动方式。
注：有时，在一个生产机械中由几种传动形式联合工作。
2.机电传动－（本课程研究的内容）以电动机为原动机驱动生产机械的传动系统服务对象：各种生产机械它是一种由电能转变成机械能的传动系统，所以有时也称为电力传动或电力拖动3. 机电传动控制目前：由于生产技术的不断发展，生产机械的自动化程度和生产精度不断提高，所以要求机电传动系统不仅完成能量转换的工作还要对传动过程进行控制。
本课程所研究的就是这二部分内容。
传动及控制所以课程名称叫《机电传动控制》4. 机电传动控制的任务机床切削过程电梯平稳升降及定位轧机的换向等§1.2机电传动发展概况简单的可以分为：a.成组拖动（传动）b.单电机拖动c.多电机拖动三个阶段从控制系统的功率器件上分类：a.接触器和继电器时代b.电机放大机及磁放大机时代c.可控硅（晶闸管）另外，由于计算机技术的发展，又出现了a.模拟控制b.数字控制（数控机床）§1.3 内容安排1.《机械电子》专业是一个以机为主机电结合的专业,课程设置（具了解）基本上是这样的《电路基础》电学基础《模拟电子》电子技术（弱电）《数字电子》计算机技术《机电传动控制》包括了所有应掌握的强电内容用以上四门课程取代了机械专业的《电工学》课程。
华中科大机电传动控制课后习题答案解析
华中科大机电传动控制(第五版)课后习题答案解析(D O C)(总34页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--机电传动控制冯清秀 邓星钟 等编著第五版 课后习题答案详解说明机电传动系统运动方程式中的拖动转矩、静态转矩和动态转矩的概念。
答：拖动转矩：电动机产生的转矩Tm 或负载转矩TL 与转速n 相同时，就是拖动转矩。
静态转矩：电动机轴上的负载转矩TL ，它不随系统加速或减速而变化。
动态转矩：系统加速或减速时，存在一个动态转矩Td ，它使系统的运动状态发生变化。
从运动方程式怎样看出系统是加速的、减速的、稳定的和静止的各种工作状态dtd JT T L M ω=-答：运动方程式：dL M T T T =-Td>0时：系统加速； Td=0 时：系统稳速；Td<0时，系统减速或反向加速试列出以下几种情况下系统的运动方程式，并说明系统的运行状态是加速、减速还是匀速（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）答：a 匀速，b 减速，c 减速，d 加速，e 减速，f 匀速多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则答：在多轴拖动系统情况下，为了列出这个系统运动方程，必须先把各传动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量都折算到电动机轴上。
由于负载转矩是静态转矩，所以可根据静态时功率守恒原则进行折算。
由于转动惯量和飞轮转矩与运动系统动能有关，所以可根据动能守恒原则进行折算。
为什么低速轴转矩大调速轴转矩小答：忽略磨擦损失的情况下，传动系统的低速轴和调速轴传递的功率是一样的，即P1＝P2 而P1＝T1ω1，P2＝T2ω2所以T1ω1＝T2ω2，当ω1＞ω2时， T1＜T2为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的GD2大得多答：因为低速轴的转矩大，所设计的低速轴的直径及轴上的齿轮等零件尺寸大，质量也大，所以GD2大，而高速轴正好相反。
机电传动控制PPT(冯清秀)总结综述
第四章 交流电动机的工作原理及特性
三相交流电动机的基本结构和工作原理 基本结构
定子 转子
工作原理 旋转磁场的旋转速度 旋转磁场的旋转方向 转子的旋转速度 三相交流电动机的额定参数 定子绕组的连接方法 额定参数 连接方法的选用
60 f n0 p
n0 n S n0
Ra U n T 2 K e K e K M
固有机械特性 人为机械特性 Ra U n T 2 K e K e K M
U E I a Ra
E K en TM K mI a
P T 9.55 n
P
直流他励电动机的启动特性
电动机固有的启动特性
启动电流大 启动转矩大 启动方法 电枢串电阻启动的方法 启动电阻的选择 直流他励电动机的调速特性 调速方法 特点 电枢串电阻 恒转矩调速特性 电枢外加电压 恒功率调速特性 励磁磁通
直流他励电动机的制动特性
反馈制动产生的原因、制动过程与特点 反接制动产生的原因、制动过程与特点 能耗制动作用与特点
第六章 可编程控制器原理与应用
基本结构与工作原理 基本组成与各部分的作用 内部元件的作用与使用 扫描工作方式与扫描周期 基本指令 程序的表达方式与相互间的转换 基本指令的意义与使用 简单应用程用系统的硬件、软件设计
第七章 电力电子学-晶闸管及其基本电路
第八章 直流传动控制系统
调速系统的性能指标 静态指标 动态指标 调速系统的主要任务 转速负反馈调速系统 系统的组成及各部分的作用 调速的实现 稳速的实现 闭环系统和开环系统的性能比较 电压负反馈、电流正反馈系统 系统的组成及各部分的作用 实现转速负反馈特性的途径
《机电传动控制》冯清秀版课后习题问题详解
课后习题答案第一章第二章2.1答：运动方程式：dt d JT T L M ω=-dL M T T T =-Td>0时：系统加速； Td=0 时：系统稳速；Td<0时，系统减速或反向加速2.2答：拖动转矩：电动机产生的转矩Tm 或负载转矩TL 与转速n 相同时，就是拖动转矩。
静态转矩：电动机轴上的负载转矩TL ，它不随系统加速或减速而变化。
动态转矩：系统加速或减速时，存在一个动态转矩Td ，它使系统的运动状态发生变化。
2.3答：a 匀速，b 减速，c 减速，d 加速，e 减速，f 匀速2.4答：在多轴拖动系统情况下，为了列出这个系统运动方程，必须先把各传动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量都折算到电动机轴上。
由于负载转矩是静态转矩，所以可根据静态时功率守恒原则进行折算。
由于转动惯量和飞轮转矩与运动系统动能有关，所以可根据动能守恒原则进行折算。
2.5答：忽略磨擦损失的情况下，传动系统的低速轴和调速轴传递的功率是一样的，即P1＝P2而P1＝T1ω1，P2＝T2ω2所以T1ω1＝T2ω2，当ω1＞ω2时， T1＜T22.6答：因为低速轴的转矩大，所设计的低速轴的直径及轴上的齿轮等零件尺寸大，质量也大，所以GD2大，而高速轴正好相反。
2.7答： j1=ωM/ω1= nM/n1=900/300=3 jL=ωM/ωL= nM/nL=900/60=15)(8.21516325.2222211m kg j J j J J J L L M Z ⋅=++=++= 2.8答：m in)/(4.594495021r j j n n M L =⨯==)/(37.02604.5924.0603s m j Dn v L =⨯⨯⨯==ππTL=9.55Fv/(η1nM)=9.55×100×0.37/(0.83×950)=0.45N.m2222365M MZn Fv GD GD +=δ222232.1~16.195037.010036505.1)25.1~1.1(m N GD Z⋅=⨯⨯+⨯=2.9答：恒转矩型、泵类、直线型、恒功率型。
机电传动控制完整版word(冯清秀)11
第十一章步进电动机传动控制系统11.1 步进电动机步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。
每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时，其转轴就转过一个固定的角度（步距角），顺序连续地发给脉冲，则电机轴一步接一步地运转。
图11.1 步进电动机实物图步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比，运行中无累积误差。
步进电机能方便地实现正、反转和调速、定位控制。
特别是不需位置传感器或速度传感器就可以在开环控制下精确定位或同步运行。
因此，步进电动机广泛应用在数字控制的各个领域。
如各种数控机械、办公自动化产品、工厂自动化机器、计算机外设等。
步进电动机的缺点是不能达到很高的转速（一般小于1000到2000转/min）。
存在低频振荡、高频失步等缺陷。
另外，步进电机自身的噪声和振动较大。
一、步进电动机的工作原理步进电动机的种类很多，按工作原理分，有反应式（Variable-reluctance）、永磁式（Permanent-magnet）、混合式（Hybrid）三种。
按输出转矩大小分，有快速步进电机、功率步进电机。
按励磁相数分有二、三、四、五、六、八相等。
按定子排列还可分为多段式(轴向式)和单段式(径向式)。
步进电动机的结构形式虽然繁多，但工作原理基本相同，下面仅以三相反应式步进电动机为例说明之。
如图11.2所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图。
和一般旋转电动机一样，步进电机也分为定子和转子两大部分。
定子部分由定子铁心、绕组、绝缘材料等组成。
定子铁心是由硅钢片叠压而成的有齿的圆环状铁心。
图中定子有6个磁极，每对磁极上绕有励磁绕组，由外部脉冲信号对各相绕组轮流励磁。
如图所示。
转子部分由转子铁心、转轴等组成。
转子铁心是由硅钢片或软磁材料叠压而成的齿形铁心。
图中转子上有4个凸齿。
若对励磁绕组以一定方式通以直流励磁电流，则转子以相应的方式转动。
其转动原理其实就是电磁铁的工作原理 。
比如，给A 相绕组通电时，转子位置如图（a ），转子齿偏离定子齿一个角度。
《机电传动控制》冯清秀版课后习题答案
课后习题答案第一章第二章2.1答：运动方程式：dt d JT T L M ω=-dL M T T T =-Td>0时：系统加速； Td=0 时：系统稳速；Td<0时，系统减速或反向加速2.2答：拖动转矩：电动机产生的转矩Tm 或负载转矩TL 与转速n 相同时，就是拖动转矩。
静态转矩：电动机轴上的负载转矩TL ，它不随系统加速或减速而变化。
动态转矩：系统加速或减速时，存在一个动态转矩Td ，它使系统的运动状态发生变化。
2.3答：a 匀速，b 减速，c 减速，d 加速，e 减速，f 匀速2.4答：在多轴拖动系统情况下，为了列出这个系统运动方程，必须先把各传动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量都折算到电动机轴上。
由于负载转矩是静态转矩，所以可根据静态时功率守恒原则进行折算。
由于转动惯量和飞轮转矩与运动系统动能有关，所以可根据动能守恒原则进行折算。
2.5答：忽略磨擦损失的情况下，传动系统的低速轴和调速轴传递的功率是一样的，即P1＝P2而P1＝T1ω1，P2＝T2ω2所以T1ω1＝T2ω2，当ω1＞ω2时， T1＜T22.6答：因为低速轴的转矩大，所设计的低速轴的直径及轴上的齿轮等零件尺寸大，质量也大，所以GD2大，而高速轴正好相反。
2.7答： j1=ωM/ω1= nM/n1=900/300=3 jL=ωM/ωL= nM/nL=900/60=15)(8.21516325.2222211m kg j J j J J J L L M Z ⋅=++=++= 2.8答：min)/(4.594495021r j j n n M L =⨯==)/(37.02604.5924.0603s m j Dn v L =⨯⨯⨯==ππTL=9.55Fv/(η1nM)=9.55×100×0.37/(0.83×950)=0.45N.m2222365M MZn Fv GD GD +=δ222232.1~16.195037.010036505.1)25.1~1.1(m N GD Z⋅=⨯⨯+⨯=2.9答：恒转矩型、泵类、直线型、恒功率型。
机电传动控制冯清秀邓星钟第五版习题及答案定稿版
机电传动控制冯清秀邓星钟第五版习题及答案精编W O R D版IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】机电传动控制冯清秀邓星钟第五版习题及答案第二章机电传动系统的动力学基础2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩的概念。
拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。
静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。
动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。
2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。
TM-TL>0 说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0 说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。
2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3 图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）TM TMTLTLNTM=TL TM< TLTM-TL>0 说明系统处于加速。
TM-TL<0 说明系统处于减速TM TL TM TLTM> TLTM> TL系统的运动状态是加 速TMTM= TLTM= TL系统的运动状态是减速 系统的运动状态是匀 速2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。
这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。
所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。
转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω,p 不变。
转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒M V=0.5Jω22.5 为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？因为P= Tω,P不变ω越小T 越大，ω越大T 越小。
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第十一章步进电动机传动控制系统11.1 步进电动机步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。
每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时，其转轴就转过一个固定的角度（步距角），顺序连续地发给脉冲，则电机轴一步接一步地运转。
图11.1 步进电动机实物图步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比，运行中无累积误差。
步进电机能方便地实现正、反转和调速、定位控制。
特别是不需位置传感器或速度传感器就可以在开环控制下精确定位或同步运行。
因此，步进电动机广泛应用在数字控制的各个领域。
如各种数控机械、办公自动化产品、工厂自动化机器、计算机外设等。
步进电动机的缺点是不能达到很高的转速（一般小于1000到2000转/min）。
存在低频振荡、高频失步等缺陷。
另外，步进电机自身的噪声和振动较大。
一、步进电动机的工作原理步进电动机的种类很多，按工作原理分，有反应式（Variable-reluctance）、永磁式（Permanent-magnet）、混合式（Hybrid）三种。
按输出转矩大小分，有快速步进电机、功率步进电机。
按励磁相数分有二、三、四、五、六、八相等。
按定子排列还可分为多段式(轴向式)和单段式(径向式)。
步进电动机的结构形式虽然繁多，但工作原理基本相同，下面仅以三相反应式步进电动机为例说明之。
如图11.2所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图。
和一般旋转电动机一样，步进电机也分为定子和转子两大部分。
定子部分由定子铁心、绕组、绝缘材料等组成。
定子铁心是由硅钢片叠压而成的有齿的圆环状铁心。
图中定子有6个磁极，每对磁极上绕有励磁绕组，由外部脉冲信号对各相绕组轮流励磁。
如图所示。
转子部分由转子铁心、转轴等组成。
转子铁心是由硅钢片或软磁材料叠压而成的齿形铁心。
图中转子上有4个凸齿。
若对励磁绕组以一定方式通以直流励磁电流，则转子以相应的方式转动。
其转动原理其实就是电磁铁的工作原理 。
比如，给A 相绕组通电时，转子位置如图（a ），转子齿偏离定子齿一个角度。
由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。
由此可见：错齿是助使步进电机旋转的根本原因。
A'A K1K2K3B'C'B C对于上述三相反应式步进电机，其运行方式有单三拍、单双拍及双三拍等通电方式。
“单”、“双”、“拍”的意思是：“单”是指每次切换前后只有一相绕组通电，“双”就是指每次有两相绕相通电；而从一种通电状态转换到另一种通电状态就叫做一“拍”。
下面请仔细观看动画演示结论：1)三相单三拍工作方式：指对三相绕组单独轮流通电，三次换相（三拍）完成一个通电循环。
通电顺序为A—B－Ｃ－Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动。
通电顺序改为A－Ｃ－Ｂ－Ａ，时，转子按逆时针方向一步一步转动。
可见，欲改变步进电机的旋转方向，则只要改变通电顺序即可。
电流换接三次，磁场旋转一周，转子前进一个齿距角（此例中转子有四个齿，则齿距角为90°）电流每换接一次转子前进一个角度称为步距角。
此例中电流换接三次走完一个齿距角，则步距角为30°2）三相单、双六拍工作方式：按A-AB-B-BC-C-CA-A或A-CA-C-BC-B-AB-A相序循环通电。
同样，通电顺序改变时，旋转方向改变。
而电流换接次数多了一倍，步子走得更细了，步距角为15°3）三相双三拍工作方式：按AB-BC-CA-AB或AC-CA-BC-AC相序循环通电。
步距角与三相单三拍工作方式相同也30°，运行稳定性较前者好。
综上所述，可得出：•通电频率提高，步进电动机的转速升高。
•每一循环中通电拍数越多，步距角减小。
步进电动机的转速降低。
二、小步距角步进电机上述三相反应式步进电机的步距角显然太大，不适合一般用途的要求，下面讨论实际的小步距角步进电动机。
小步距角步进电动机结构特点：如图定转子外园均有齿和槽。
定子、转子的齿宽和齿距相等。
定子极面小齿和转子上的小齿位置符合下列规律：当A 相的定子齿和转子齿对齐时(如图所对应位置)，B 相的定子齿应相对于转子齿顺时针方向错开1/3齿距，而C 相的定子齿又应相对于转子齿顺时针方向错开2/3齿距。
也就是，当某一相磁极下定子与转子的齿相对时，下一相磁极下定子与转子齿的位置则刚好错开t /m 、2t/m 、3t/m …依此类推。
（ t ——齿距；m ——相数）当定子通电循环一周时，转子转过一个齿距。
设转子齿数为Z ，则转子齿距为：因为每通电一次，转子走一步，故步距角为:β＝齿距/拍数＝360︒/ZKm式中，K ——状态系数(单三拍、双三拍时，K =1；单、双六拍时，K =2)。
若步进电动机的Z=40，三相单三拍运行时，其步距角οο3403360=⨯=β若按三相六拍运行时，步距角οο5.14032360=⨯⨯=β由此可见，步进电动机的转子齿数Z 和定子相数(或运行拍数)愈多，则步距角愈小，控制越精确。
当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机就持续不断地旋转。
如果电脉冲的频率为f (HZ)，步距角用弧度表示，则步进电动机的转速为：f KmZf KmZ f n 606022602===πππβz/360︒=τ13.2步进电动机的驱动电源一、驱动电源的组成步进电机的运行要求足够功率的电脉冲信号按一定的顺序分配到各相绕组。
所以，与其它旋转电机不同的是步进电机的工作需要专门的驱动。
步进电机的驱动包含脉冲分配（环行分配）和功率放大两部分。
如图所示。
步进电机与驱动部分是一个不可分开的有机整体，步进电机系统的性能除了与电机本身的性能有关外，在很大程度上取决于所使用的功率驱动电路的类型与优劣。
下图为常见的三相步进电机驱动系统结构示意图。
图中，若步进电机按三相单三拍方式运行，则脉冲分配器输出的A 、B 、C 如下图所示。
当方向电平为低时，脉冲分配器的输出按A-B-C 的顺序循环产生脉冲。
当方向电平为高时，脉冲分配器的输出按A-C-B 的顺序循环产生脉冲。
f A BCf脉冲分配器输出的每一相脉冲信号都需要通过功率放大以后才可连接到步进电机的各相绕组，从而使步进电机产生足够大的电磁转矩带动负载。
二、步进电动机的脉冲分配器步进电动机的脉冲分配器可由硬件或软件方法来实现。
硬件环形分配器有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优点。
软件环分则往往受到微型计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。
1.硬件环形分配器硬件环形分配器需根据步进电动机的相数和步进电机绕组的通电方式设计,图所示是一个三相六拍的环形分配器。
分配器的主体是三个J-K 触发器。
三个J-K 触发器的Q 输出端分别经各自的功放电路与步进电动机A 、B 、C 三相绕组连接。
电机正转时，要使A 、B 、C 按A —AB —B —BC —C —CA 顺序循环产生脉冲信号输出。
电机反转时，则应以A —AC —C —CB —B —BA 的顺序循环。
电路中，决定正、反转的信号为W+、W-。
当使W+=1、W-=0时对应正转； W+=0、W-=1时对应反转。
正、反转工作原理类似，下面仅对正转时的工作情况进行分析。
根据数字电子技术基础分析电路的工作原理可知，当复位端来一个脉冲信号时，三个J-K 触发器被置初值，即 Q A 、Q B 、Q C 依次置为1、0、0。
每一个CP 脉冲的下降沿将J-K 触发器J 端的状态锁存到Q 端，可得出正转（W+=1、W-=0）时环形分配器的逻辑状态真值表。
表3.1。
A BC fW -W +A 相B 相C 相由此可见，连续的输入脉冲CP ，将循环不断地在Q A 、Q B 、Q C 产生三相六拍式脉冲输出。
2．软件环形分配：软件环分的方法是利用计算机程序来设定硬件接口的位状态，从而产生一定的脉冲分配输出。
对于不同的计算机和接口器件，软件环分有不同的形式。
现以MCS-51系列单片机8031为例加以说明。
8031单片机本身包含4个8位I/O 端口，分别为P0、P1、P2、P3。
若要实现三相六拍方式的脉冲分配，需要三根输出口线，本例中选P1口的P1.0、P1.1、P1.2位作为脉冲分配的输出。
如图所示。
根据8031单片机的基本原理，对P1.0、P1.1、P1.2位编程使其按表3.2规定改变输出状态就实现了三相六拍分配任务。
表3.28031P1.0P1.1P1.2A B C驱动器表中P1.3~P1.7位在此例中不相干，可任意设为1或0。
若设定为0，则向端口P1输送的内容依次为：01H、03H、02H、06H、04H、05H。
编写程序时，将这些值按顺序存放在固定的只读存储器中，设计一个正转子程序和一个反转子程序供主程序调用。
正转子程序按顺序取表中的内容输出到P1端口，而反转子程序按逆序取表中的内容输出到P1端口。
主程序每调用一次子程序，就完成一次P1端口的输出。
主程序调用子程序的时间间隔（可用软件延时或中断的方法实现）决定了输出脉冲的频率，从而决定步进电机转速。
下面是正转子程序清单，反转子程序与此相类似。
正转子程序：CW：CJNE R0，#6，CW1；R0指示数据表中数据输出的相对指针MOV R0，#0；若指针已指到表尾，则将指针重指表头CW1：MOV A，R0MOV DPTR，#TABLE；指针DPTR指向表头MOVC A，@A+DPTR；从表中取值送到A中MOV P1，A；A的内容送到输出端口P1INC R0；为取下一个数做准备RET三、步进电动机的驱动电路步进电动机的功率驱动电路实际上是一种脉冲放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。
由于功率放大器的输出直接驱动电动机绕组，因此，功率放大电路的性能对步进电动机的运行性能影响很大。
对驱动电路要求的核心问题则是如何提高步进电动机的快速性和平稳性。
常见的经济型数控机床步进电动机驱动电路主要有以下几种。
1．单电压驱动电路U b1U b2I 123图所示是步进电动机一相的驱动电路，L 是电动机绕组，晶体管VT 可以认为是一个无触点开关，它的理想工作状态应使电流流过绕组L 的波形尽可能接近矩形波。
但由于电感线圈中电流不能突变，在接通电源后绕组中的电流按指数规律上升。
)1(L τt e rR Ui -+=时间常数()r R L +=τ绕组中的电流须经一段时间后才能达到稳态电流（L为绕组电感，r 为绕组电阻）。
由于步进电动机绕组本身的电阻很小（约为零点几欧），所以，若不加外接电阻R 其时间常数为L/r 很大，绕组中电流上升速度很慢,从而严重影响电动机的启动频率。
串以电阻R 后，时间常数由变成L/（R+r ），缩短了绕组中电流上升的过渡过程，从而提高了工作速度。