数控机床电气控制 常用电动机及其应用
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数控机床维护与维修
正在进行
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单元一 直流电动机及其应用
康大机电工程系自动化教研室
目录
一、直流电动机及其应用 二、三相异步电动机及其应用 三、同步电动机及其应用 四、步进电机及其应用
康大机电工程系自动化教研室
单元一、直流电动机及其应用－（1）
学习目标 ➢了解直流电动机的工作原理和结构； ➢理解直流电动机的励磁方式和机械特性； ➢掌握直流电动机的起动、调速、制动、反转方法和特点； ➢熟悉数控机床常用直流伺服电机的结构和特点。
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单元一、直流电动机及其应用－（2）
单元学习内容 直流电机是进行机械能和直流电能相互转换的旋转机电设备。一台直流
电机既可以作为直流发电机运行，又可以作为直流电动机运行。将机械能转 变为直流电能称为直流发电机；将直流电能转变为机械能则称为直流电动机。
直流电动机在早期生产的数控机床中经常使用，目前这些机床在生产过程 中仍发挥着比较重要的作用。掌握直流电动机的结构和工作原理，有利于数 控机床直流电动机及其控制系统的保养和维护，并且能够提前发现早期的直 流电动机及其控制故障。
数控机床电气控制
机电专业
教材《数控机床电气控制 》
本课程教学手段
教师为辅 以职业为核心
学生为主 以行动为导向
康大机电工程系自动化教研室
课程定位
课程培养目标
专业能力
方法能力
社会能力
数控机床维修安全操作能力 数控机床电气线路试验能力 电气元件的识别能力 典型机床电气线路分析能力 典型数控装置应用能力 数控机床的维修管理能力 数控机床驱动装置分析能力 CA6140车床故障排除能力 具备自动控制系统分析能力
主磁极是用螺栓均匀地固定在机座的内壁上，主磁极安装和连接励磁绕组 时，要保证相邻主磁极极性按Ｎ 极和Ｓ 极依次排列。
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二、直流电动机的结构-(4)
３．换向磁极 换向磁极的作用是产生附加磁场，用以改善直流电动机的换向，防止电刷
与换向器表面产生火花。换向磁极一般是由铁心和套在铁心上的绕组构成。 换向磁极也是按极性成对地用螺栓固定在定子内壁主磁极之间。换向磁极绕 组一般与主磁极励磁绕组串联，连接时应使直流电动机换向磁极极性与电枢 旋转后的主磁极极性相同。
E ＝CＥΦn （3.2） 式中，Φ———一个主磁极的磁通，Ｗｂ；
n ———电枢转速，ｒ／ｍｉｎ； CＥ———与电机结构有关的比例常数，CＴ ＝9.55 CＥ 。 可以看到，直流电动机的反电动势E 与主磁极磁通和电动机转速成正比。
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二、直流电动机的结构-(1)
二、直流电动机的结构 图3.2 所示为Ｚ2 和Ｚ4 系列直流电动机的外形图，其中Ｚ4 系列直流电动 机上部的骑式鼓风机，用于电动机冷却。
直流电动机的电磁转矩为 T ＝CＴ ΦIａ （3.1）
式中，Φ———一个主磁极的磁通，Ｗｂ； Iａ ———电枢绕组中的电流，Ａ； CＴ———与电机结构有关的比例常数。
可以看出，直流电动机的电磁转矩T 与主磁极磁通和电枢绕组电流成正比。 电枢绕组在磁场中转动时，线圈中也产生感应电动势，其方向由右手定则确 定，与电流方向相反，所以称为反电动势E。
……
获取信息的能力 资料收集整理能力 制定、实施工作计划的能力 工艺文件理解能力 工作交接能力 检查、判断能力 理论知识的运用能力 独立分析的能力
……
沟通协调能力 团队协作能力 语言表达能力 安全与自我保护能力 基层生产组织能力 责任心与职业道德
……
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主要内容
数控机床电气控制概况 电力拖动系统及其运动分析 常用电动机及其应用 数控机床常用低压电器 电器控制基本环节 典型机床电气控制 可编程控制器及其应用 自动控制基础 数控机床驱动装置 数控装置结构与原理 典型控制系统
１．机座 机座的作用一方面是构成电动机磁路的一部分，另一方面是用来安装主磁
极、换向磁极、电刷装置、端盖等定子部件，并借助底脚将电动机固定在基 础上；机座通常用铸钢制成或用厚钢板焊接而成。
２．主磁极 主磁极本身也是电动机磁路的组成部分，一般由铁心和励磁绕组组成，励
磁绕组通过励磁电流产生磁动势，在磁路中产生主磁通Φ。永磁电动机的主 磁极直接由不同极性的永久磁体组成。
形成电磁转矩，驱使电动机逆时针旋转。
当电动机逆时针旋转，带动线圈转过180°，在图3.1ｂ 所示位置时，导线
ａｂ转到Ｓ极下，导线ｃｄ转到Ｎ极下，导线电流方向变为ｄ→ｃ→ｂ→ａ，
电磁转矩方向仍为逆时针，驱使电动机一直按逆时针旋转。
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一、直流电动机的工作原理-(2)
总之，通过换向器，电刷Ａ 始终和Ｎ 极下的导线相连，电刷Ｂ 则与Ｓ 极 下的导线相连，由于在Ｎ 极与Ｓ 极下的导线电流方向始终保持不变，所以 电动机的转矩和旋转方向始终保持不变。
４．电刷装置 电刷装置固定在端盖上，其作用是通过固定不动的电刷和旋转的换向器之
间的滑动接触，将直流电动机的电枢绕组连接到外部的直流电源上。
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目录
1、直流电动机的工作原理 2、直流电动机的结构 3、直流电动机的励磁方式 4、他励直流电动机的机械特性 5、他励直流电动机的起动、调速、制动和反转 6、数控机床常用直流伺服电机的特点
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一、直流电动机的工作原理-(1)
直流电动机是利用通有电流的导体在磁场中产生电磁力，
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二、直流电动机的结构-(2)
直流电动机是由定子（静止部分）和转子（旋转部分）两大部分组成，各 主要部件的结构如图3.3所示。
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二、直流电动机的结构-(3)
（一） 直流电动机的定子结构
可以看出，直流电动机的定子主要由机座、主磁极、换向磁极、电刷装置、 前端盖、后端盖等部件构成。
形成电磁
转矩，从而带动电动机旋转而工作的。其原理如图3.1 所示。
直流电动机的电枢线圈ａｂｃｄ 通过换向片、电刷与电源相连。电刷Ａ 接
电源正极，电刷Ｂ 接电源负极。
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在图3.1ａ 所示位置时，在Ｎ 极下，导线电流由ａ至ｂ，根据左手定则，
导线ａｂ受力方向向左；同理，导线ｃｄ受力方向向右。两个电磁力对转轴
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单元一 直流电动机及其应用
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一、直流电动机及其应用 二、三相异步电动机及其应用 三、同步电动机及其应用 四、步进电机及其应用
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单元一、直流电动机及其应用－（1）
学习目标 ➢了解直流电动机的工作原理和结构； ➢理解直流电动机的励磁方式和机械特性； ➢掌握直流电动机的起动、调速、制动、反转方法和特点； ➢熟悉数控机床常用直流伺服电机的结构和特点。
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单元一、直流电动机及其应用－（2）
单元学习内容 直流电机是进行机械能和直流电能相互转换的旋转机电设备。一台直流
电机既可以作为直流发电机运行，又可以作为直流电动机运行。将机械能转 变为直流电能称为直流发电机；将直流电能转变为机械能则称为直流电动机。
直流电动机在早期生产的数控机床中经常使用，目前这些机床在生产过程 中仍发挥着比较重要的作用。掌握直流电动机的结构和工作原理，有利于数 控机床直流电动机及其控制系统的保养和维护，并且能够提前发现早期的直 流电动机及其控制故障。
数控机床电气控制
机电专业
教材《数控机床电气控制 》
本课程教学手段
教师为辅 以职业为核心
学生为主 以行动为导向
康大机电工程系自动化教研室
课程定位
课程培养目标
专业能力
方法能力
社会能力
数控机床维修安全操作能力 数控机床电气线路试验能力 电气元件的识别能力 典型机床电气线路分析能力 典型数控装置应用能力 数控机床的维修管理能力 数控机床驱动装置分析能力 CA6140车床故障排除能力 具备自动控制系统分析能力
主磁极是用螺栓均匀地固定在机座的内壁上，主磁极安装和连接励磁绕组 时，要保证相邻主磁极极性按Ｎ 极和Ｓ 极依次排列。
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二、直流电动机的结构-(4)
３．换向磁极 换向磁极的作用是产生附加磁场，用以改善直流电动机的换向，防止电刷
与换向器表面产生火花。换向磁极一般是由铁心和套在铁心上的绕组构成。 换向磁极也是按极性成对地用螺栓固定在定子内壁主磁极之间。换向磁极绕 组一般与主磁极励磁绕组串联，连接时应使直流电动机换向磁极极性与电枢 旋转后的主磁极极性相同。
E ＝CＥΦn （3.2） 式中，Φ———一个主磁极的磁通，Ｗｂ；
n ———电枢转速，ｒ／ｍｉｎ； CＥ———与电机结构有关的比例常数，CＴ ＝9.55 CＥ 。 可以看到，直流电动机的反电动势E 与主磁极磁通和电动机转速成正比。
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二、直流电动机的结构-(1)
二、直流电动机的结构 图3.2 所示为Ｚ2 和Ｚ4 系列直流电动机的外形图，其中Ｚ4 系列直流电动 机上部的骑式鼓风机，用于电动机冷却。
直流电动机的电磁转矩为 T ＝CＴ ΦIａ （3.1）
式中，Φ———一个主磁极的磁通，Ｗｂ； Iａ ———电枢绕组中的电流，Ａ； CＴ———与电机结构有关的比例常数。
可以看出，直流电动机的电磁转矩T 与主磁极磁通和电枢绕组电流成正比。 电枢绕组在磁场中转动时，线圈中也产生感应电动势，其方向由右手定则确 定，与电流方向相反，所以称为反电动势E。
……
获取信息的能力 资料收集整理能力 制定、实施工作计划的能力 工艺文件理解能力 工作交接能力 检查、判断能力 理论知识的运用能力 独立分析的能力
……
沟通协调能力 团队协作能力 语言表达能力 安全与自我保护能力 基层生产组织能力 责任心与职业道德
……
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主要内容
数控机床电气控制概况 电力拖动系统及其运动分析 常用电动机及其应用 数控机床常用低压电器 电器控制基本环节 典型机床电气控制 可编程控制器及其应用 自动控制基础 数控机床驱动装置 数控装置结构与原理 典型控制系统
１．机座 机座的作用一方面是构成电动机磁路的一部分，另一方面是用来安装主磁
极、换向磁极、电刷装置、端盖等定子部件，并借助底脚将电动机固定在基 础上；机座通常用铸钢制成或用厚钢板焊接而成。
２．主磁极 主磁极本身也是电动机磁路的组成部分，一般由铁心和励磁绕组组成，励
磁绕组通过励磁电流产生磁动势，在磁路中产生主磁通Φ。永磁电动机的主 磁极直接由不同极性的永久磁体组成。
形成电磁转矩，驱使电动机逆时针旋转。
当电动机逆时针旋转，带动线圈转过180°，在图3.1ｂ 所示位置时，导线
ａｂ转到Ｓ极下，导线ｃｄ转到Ｎ极下，导线电流方向变为ｄ→ｃ→ｂ→ａ，
电磁转矩方向仍为逆时针，驱使电动机一直按逆时针旋转。
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一、直流电动机的工作原理-(2)
总之，通过换向器，电刷Ａ 始终和Ｎ 极下的导线相连，电刷Ｂ 则与Ｓ 极 下的导线相连，由于在Ｎ 极与Ｓ 极下的导线电流方向始终保持不变，所以 电动机的转矩和旋转方向始终保持不变。
４．电刷装置 电刷装置固定在端盖上，其作用是通过固定不动的电刷和旋转的换向器之
间的滑动接触，将直流电动机的电枢绕组连接到外部的直流电源上。
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1、直流电动机的工作原理 2、直流电动机的结构 3、直流电动机的励磁方式 4、他励直流电动机的机械特性 5、他励直流电动机的起动、调速、制动和反转 6、数控机床常用直流伺服电机的特点
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一、直流电动机的工作原理-(1)
直流电动机是利用通有电流的导体在磁场中产生电磁力，
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二、直流电动机的结构-(2)
直流电动机是由定子（静止部分）和转子（旋转部分）两大部分组成，各 主要部件的结构如图3.3所示。
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二、直流电动机的结构-(3)
（一） 直流电动机的定子结构
可以看出，直流电动机的定子主要由机座、主磁极、换向磁极、电刷装置、 前端盖、后端盖等部件构成。
形成电磁
转矩，从而带动电动机旋转而工作的。其原理如图3.1 所示。
直流电动机的电枢线圈ａｂｃｄ 通过换向片、电刷与电源相连。电刷Ａ 接
电源正极，电刷Ｂ 接电源负极。
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在图3.1ａ 所示位置时，在Ｎ 极下，导线电流由ａ至ｂ，根据左手定则，
导线ａｂ受力方向向左；同理，导线ｃｄ受力方向向右。两个电磁力对转轴