挖掘機電氣控制系統教材 主講 章凱助講 黃歡電話 0731 4031013部門 挖掘機研究院 1 關鍵部件的配置 1 關鍵部件的配置 一 基本概念1 電路簡單電路一般都是由電源 負載 連接導線 控制和保護裝置等四個部分按照一定方式連接起來的閉合回路 電路的作用是進行能量的傳輸 分配與轉換 實現信息的傳遞與處理 2 電路模型由多個理想元件的組合來模擬的實際電路稱為電路模型 二 基本物理量 三 歐姆定律 1 歐姆定律 1 部分電路歐姆定律 流過這段電路電流的大小與電路兩端所加的電壓成正比 與這段電路的電阻成反比I U R 2 全電路歐姆定律 閉合電路中的電流與電源的電動勢成正比 與電路電阻成反比 I E R r0 2 焦耳 楞次定律電流通過導體產生的熱量 與電流的平方 導體的電阻和通電時間成正比 Q I IRt 挖掘機故障診斷與排除方法 一 概述挖掘機故障診斷與維修技術具有很多特點 比如 1 與基礎科學研究 應用技術研究和其他新產品設計開發都不盡相同 其自身的專業理論尚待完善 其主要目的是確定機械狀況 查找故障原因 恢復或新增挖掘機的原有性能 2 交叉性強 其涉及摩擦學 材料學 力學 化學等許多科學基礎理論 包含機械制造 金屬結構 液壓 電氣 自動化等相關專業學科知識 包含焊接 鑄造 車 鉗 鍛 鍍等繁多的工藝手段 而且還包含維修理論 管理體制等經營管理的內容 3 應用環境惡劣 實踐性強 所有理論和方法都必須以機械的實際狀況為基礎 在實踐的基礎上提出故障假說 進行歸納 分析 綜合與推理 找到實質性問題 進而采取維修對策 處理結果很快便能得到實踐驗證 對于品種 規格 性能 技術和數量等各個方面空前發展的挖掘機 其故障診斷與維修技術已有一定的規律和方法可循 采用科學的方法往往能收到事半功倍的效果 二挖掘機故障診斷與排除的條件和內容 從客體方面看 從事挖掘機故障診斷與維修必須具備四個基本要素 1 背景知識 主要包括相關的基礎理論和專業技術知識 該機型的原理 構造 安裝方法 使用與維修方法等方面的知識 2 工具 指檢測儀器 加工儀器 維修用具等 3 方法手段 包括檢測 分析 推理方法及相應的實踐經驗 4 零配件 指與原機械型號規格相同或可以近似替換而不影響主機性能的零件 部件成品 主體 人的活動把它們串聯了起來 具體現象入手 采集 提取故障特征信息 提出故障假說 運用各種專業技術知識和邏輯推理 數學運算等方法手段 對各種故障假說進行排除或確認 即所謂 大膽假設 小心求證 使整個過程成為具有創造性思維特征的有機整體 挖掘機故障診斷與維修主要內容包括 1 確定機械的狀態及故障現象和性質 2 判斷故障部位和程度 尋查故障元件 3 分析故障原因并排除故障 4 恢復機械的功能并試用 5 提出預防故障的方法 三獲取故障信息的方法 獲取故障信息是進行挖掘機故障診斷與維修的第一步 使人們根據直覺 知識和經驗發現問題 運用儀器設施檢查并進行初步判斷的過程 通常可概括為兩種方法 即直觀檢查法和精密診斷法 1 直觀檢查法該方法指憑借個人的感覺和經驗或利用簡單儀表 通過看 聽 摸 聞 問等直覺方法對故障進行初步定性分析 如從外觀 振動 異響 溫升 氣味 磨損等現象獲得有價值的信息 初步判斷故障產生的原因或部位 它是一種最簡單也是用的最普遍的傳統診斷方法 2 精密診斷法該方法指在直觀檢查法的基礎上 利用精密的測量儀器 采取科學方法對重點部位或項目進行靜態 動態測試和定量分析 發現一些疑難的隱藏較深的故障信息 達到準確地判定故障部位和程度的目的 例如振動信號分析法 油液光譜 鐵譜分析法等 必要時還可以對某一特定系統或元件進行專項模擬試驗或實際試驗 這種方法所用的儀器較精密 成本較高 對獲取信號進行分析是需要較高的理論水平和技術素養 同時仍然離不開實踐經驗的指導 目前尚處于研究 提高和完善中 3 兩種方法的認識論問題直觀檢查法與精密診斷法都是獲取故障信息的有效方法 但他們在認識問題的層次上是有差別的 所依據的主 客觀條件和理論思維程度也相距甚遠 具體表現為 a 從客觀方面看 挖掘機種類繁多 結構復雜性不同 故障程度 潛伏期 發展期 損壞期 和排除故障的難易程度不同 所擁有的儀器 工具 維修條件不同 在診斷與維修的過程中必須充分考慮上述因素 b 從主觀方面看 維修人員的技術素質有高有低 實踐經驗有強有若 對不同機械的故障或對同一機械的不同故障 其敏感性不一樣 在診斷與維修中所需要的信息也不一樣 因為主 客觀因素直接影響獲取的故障信息的可靠性 充分性和清晰度 所以需要通過不同的理論思維方式 才能得出正確的診斷結論 上述兩種方法互相聯系 互為補充 在最終確認故障的性質 部位 原因這一總體目標上是一致的 四 故障分析方法 故障分析是一個觀察 假設 推理 驗證 修正假設 再驗證 直到準確判定故障的過程 其指用各種哲學方法 邏輯方法和數學方法 對獲取的故障信息進行科學論證或演繹推理 以便透過事物的表面現象 揭示其本質 1 分析 歸納和邏輯推理法根據故障信息 首先分析導致某一故障現象 結果 的各種故障假說 原因 然后從可能的故障假說中進行比較 驗證 排除虛假成份 探求真正的原因 對于因果關系比較復雜的情況 可以借助因果關聯圖 魚刺圖 故障樹等 使思路清晰 明了 歸納法指從個別事實推出一般結論的方法 通常情況下我們只能采用不完全歸納法 例如某臺液壓挖掘機 其動臂機構不動作 鏟斗機構不動作 回轉機構也不動作 我們可以通過歸納法得出結論 同時控制這三個機構動作的主油泵或先導油泵有故障 當然這個結論還需要用其他證據進一步證實 2證明與反駁法各種故障假說都是試探性的 具有主客觀猜測的成分 要達到論證的目的 論據必須真實 充分 而我們獲取的個別信息只能對它提供弱支持 尋找否定證據即反駁這個證據將對故障診斷更為有力 在上述例子中 某液壓挖掘機動臂機構不動作 其可能的故障假說之一是液壓泵損壞 即 主油泵損壞 動臂機構不動作 但反過來其逆命題不成立 必須尋找其他否定證據 比如說 主油泵損壞 回轉機構也不能動作 而現在觀察到回轉機構工作正常 就可以反證出主油泵沒有損壞 即主油泵損壞的故障假說不成立 3 替換法替換法指在挖掘機故障診斷與維修實踐中 用同一型號的零部件替換懷疑已發生故障的零部件 并對新 舊零部件的工作狀況進行對比分析 從而達到確定故障部位的目的 也稱為原型置換法 在不具備置換條件時 可對某一局部系統或部件施加相似的模擬信號或載荷 如對液控變量的液壓泵施加規定的先導變量壓力 再對工況進行比較判斷 采用這種方法時應注意用來替換的新 舊零部件或模擬信號的合適性 不能盲目替換或是故障擴大或產生新的故障 4演繹法演繹法是指從一般原理推出特殊情況的思維方法 其主要形式是由大前提 小前提和結論構成的 三段論式 它是一種必然性推理 形式為 所有A具有性質C 大前提 B是A中的一個 小前提 則B一定具有性質C 結論 例如 液壓柱塞泵在額定荷載下工作時 其容積效率不低于80 大前提 某液壓挖掘機使用的是柱塞油泵 小前提 所以在額定荷載下工作時 其容積效率不應低于80 則可判斷該柱塞油泵可能有故障 但可能不是使該液壓挖掘機工作異常的唯一故障原因 因為演繹得出的結論中或許有一些新的東西超出了 大前提的范圍 五故障處理原則 挖掘機故障診斷與維修是一項艱苦復雜的工作 在故障處理過程中 對各種故障假說進行確認 擇優還時 應注意以下原則 1 單性原則查找故障時應從簡單 易處理的故障入手 從簡到繁逐一分析確認 現代挖掘機大多數是機 電 液一體化產品 技術含量高 我們在處理故障時 一般先檢查電氣系統 再檢查液壓系統 最后檢查機械傳動系統 檢查液壓系統時 應按輔助油路 控制油路 主油路和關鍵元件的順序逐步檢查 千萬不可一遇到故障就亂拆亂卸 以免擴大故障或造成新的事故 2 概率性原則它是指根據各種故障假說成立的可能性大小進行擇優的原則 根據該機械使用的時空條件 機型結構及相關的致障因素 結合維修經驗 優先考慮最可能的故障假說 對這一原則的掌握情況 直接反映了維修人員的素質和水平 3 效益原則即優先選擇那些能夠盡快得以確認的故障假說和確認方法對整臺機械或系統損害最小 需要的工具 手段 經費最省的故障假說 4 慎思慢動手原則要求故障診斷與維修人員勤于思考 充分發揮主觀能動性 安全第一 不要隨意調整或拆卸不應輕易調整或拆卸的部件 尤其是那些不熟悉 不易確認或調整后不易還原的部件 如液壓系統的壓力閥 節流閥等 挖掘機電氣控制系統本篇將以SY2XXCX挖掘機為例講述挖掘機的電氣系統基本原理 基本構造 操作說明 故障分析 一 概述 機電一體化是液壓挖掘機的主要發展方向 其最終目的是機器人化 實現全自動運轉 這是挖掘機技術的又一次飛躍 作為工程機械主導產品的液壓挖掘機 在近幾十年的研究和發展中 已逐漸完善 其工作裝置 主要結構件和液壓系統已基本定型 人們對液壓挖掘機的研究 逐步向機電液控制系統方向轉移 控制方式不斷變革 使挖掘機由簡單的杠桿操縱發展到液壓操縱 氣壓操縱 電氣操縱 液壓伺服操縱 無線電遙控 電液比例操縱和計算機直接控制 所以 對挖掘機機電一體化的研究 主要是集中在液壓挖掘機的控制系統上 液壓挖掘機電氣控制系統主要是對發動機 液壓泵 多路換向閥和執行元件 液壓缸 液壓馬達 的一些溫度 壓力 速度 開關量的檢測并將有關檢測數據輸入給挖掘機的專用控制器EPS ElectronicPowerSystem EPS控制器綜合各種測量值 設定值和操作信號發出相關控制信息 對發動機 液壓泵 液壓控制閥和整機進行控制 1 控制功能 因為專業 所以超群 電氣控制系統功能 因為專業 所以超群 負責對發動機 液壓泵 液壓控制閥和整機的復合控制 2 檢測和保護 通過一系列的傳感器 油壓開關 蜂鳴器 熔斷器和觸摸屏等對挖機的發動機 液壓系統 氣壓系統和工作狀態進行檢測和保護 3 照明功能 電氣控制系統功能 因為專業 所以超群 主要有司機室廂燈 工作裝置作業燈及檢修燈 4 其它功能 主要有刮雨器 噴水器 空調器和收放音機等 二 系統組成及原理 SY2XXC1挖掘機電氣系統由電源部分 啟動部分 照明部分 電氣操縱機構 空氣調節裝置 音響設備 節能控制及故障診斷報警系統等組成 2 1電源部分系統電源為直流24V電壓供電 負極搭鐵方式 采用2節12V120AH蓄電池串聯作發動機啟動電源 由帶內置硅整流和電壓調節裝置的交流發電機充電 以維持蓄電池電量和穩定系統電壓 蓄電池輸出端裝設電源繼電器 由鑰匙開關控制 以增加電源系統的安全性 2 發電機 27V35A交流發電機 由發動機自帶 內置硅整流電路及電壓調節器 帶有頻率輸出 D 為中性點電壓輸出端子 B 為電源輸出端子 E為接地端子 D 端子接充電報警燈 在啟動初狀態 當發電機電壓尚未建立時D 端電壓為0V 充電報警燈亮 蓄電池正電源通過報警燈燈絲流向D 端作為發電機的勵磁電流 使發電機迅速建立起電壓并進入發電工作狀態 發電機進入發電狀態后 D 端電壓達24V 充電報警燈熄滅 3 電源繼電器 裝于電瓶的正極控制總電源 由鑰匙開關控制 以增加電源系統的安全性 a 接通 把鑰匙開關打到 接通 位置以啟動電路系統 此時電源繼電器接通 系統得電 在啟動發動機之時 鑰匙開關必須是接通的 b 斷開 把鑰匙開關打到 斷開 位置 電源繼電器斷電 以切斷電路系統 注意維修電路系統和機器的其它部件時 請把鑰匙開關打到 斷開 位置或拔掉鑰匙開關以切斷蓄電池電路 2 2啟動部分2 2 1啟動設備1 啟動電機 24V4KW起動電機三個接線柱的作用和連接如下 a50接線柱接啟動開關 b31接線柱為負極搭鐵 c30接線柱可接車上的用電器的正極 2 鑰匙開關 用于啟動發動機 3 轉速傳感器 用于檢測啟動過程中發動機轉速 4 液壓操縱 液壓操縱桿在 鎖住 位置 發動機才能啟動 發動機啟動 熄火原理圖 2 2 2挖掘機啟動保護原理及實現過程 SY2XXC1挖掘機由EPS來控制起動馬達 并通過程序設置實現保護 柴油機起動前 鑰匙開關先打到 通電 檔時 由EPS控制器檢測各傳感器及相關開關輸入信號 檢測此時冷卻液溫度是否低于3 若是 則接通預熱繼電器 直到冷卻液溫度高于此值時斷開 同時驅動油門機構向油門高位走一行程 以保證油門打開 鑰匙開關打到 啟動 檔后 控制器檢測到 柴油機啟動信號 的輸入 同時判斷 液壓操縱稈 信號是否為閉合 若閉合 再判斷此時轉速是否低于650r m 若是 則接通啟動繼電器 直到轉速高于650r m 則斷開啟動繼電器 起動后啟動繼電器不再輸出 此時控制器完成發動機的發動 2 3照明部分 為了保證夜間行車或作業安全 提高工作效率 外部照明旋轉臺工作燈 動臂工作燈均采用大功率工作燈 內部照明為駕駛室廂燈 觸摸屏具有光控與溫控電路 在光線陰暗時自動打開背光 照明液晶屏 在不同的溫度下 自動調節液晶屏的灰度 以達到最佳的視覺效果 2 4電氣操縱機構 包括各啟動開關 斷路開關 繼電器等電氣控制機構 2 5空氣調節裝置 為了營造一個舒適的工作環境 本機采用工程機械專用工程空調 能實現制冷與制暖 風量以及溫度調節 采用國際先進的挖掘機專用收音機 以實物為準 配以大功率放音喇叭 能獲得震撼的收音效果 2 6音響設備 2 7故障診斷報警裝置 故障診斷報警裝置對挖掘機的運行狀態進行監視 一旦發生異常能及時報警 并指出故障部位 從而可及早清除事故隱患 減少維修時間 降低保養和維護費用 改善作業環境 提高作業效率 其硬件主要由EPS和觸摸屏為系統核心 輔以其他檢測和保護控制元件 實現對控制對象的各種監測目的 它有如下特點 1 顯示屏面板能防水 防塵 整個裝置抗干擾能力強 并能防震 2 能對機器的運行情況進行連續監測 并根據要求進行報警 3 裝置在硬件上具有光控電路 在光線陰暗時自動打開背光 照明液晶屏 在不同溫度下 自動調節液晶屏的灰度 以達到最佳視覺效果 4 裝置具有工作小時總計 系統時間顯示且能對其進行調整 使其與當地時間一致 5 可以對液晶屏進行翻屏操作 可查閱采集的各路參數的具體數值或者各開關量的正常與否 6 工作后每次只選一個工作模式 選定一個新的工作模式之后 原工作模式自動消除 每次重新啟動挖掘機后 功率模式重新回到S 標準 模式 7 每次重新接通并啟動挖掘機后 行駛高低速選擇開關處于低速狀態 只有當按下開關后才依次在高速與低速之間轉換 8 每次重新啟動挖掘機后 自動怠速開關處于自動怠速有效模式 只有按下自動怠速開關 自動怠速功能才能取消 9 本裝置自動查找故障 根據測得的故障參數找出發生故障的部位 并能查詢某個故障發生的時間及某個時間內所發生的故障名稱 圖1故障診斷報警系統結構圖 本監控報警系統各功能顯示方式 采集信號具體情況列表如下 顯示屏界面 界面1 主畫面 界面2 功能菜單 2 8電子節能控制裝置 本系統由EPS控制器 顯示屏 油門控制單元以及一些必要的模擬量 開關量傳感器 模式電磁閥組 開關閥等組成 通過對發動機和液壓泵系統進行綜合控制 使二者達到最佳匹配 以達到明顯的節能效果 該裝置主要實現四種工作模式的選擇 自動怠速功能 過熱保護及柴油機轉速控制等功能 各種控制指令 包括觸摸屏控制指令 和檢測信號以開關量或模擬量形式進入EPS后 EPS根據要求輸出控制信號給受控元件 達到控制的目的 另外將各種信號以通信的方式送入觸摸屏 通過觸摸屏實現相關控制的操作 實時顯示和報警信息提示 挖掘機配備工作模式控制系統 可以使操作者根據作業工況不同 選擇適合的作業模式 使發動機輸出最合理的動力 SY2XXCx挖掘機有四種作業模式可供選擇 模式的選擇通過觸摸屏上的 模式 選擇按鈕實現 挖掘機工作后每次只選一個工作模式 選定一個新的工作模式后 原工作模式自動消除 H模式 重負荷挖掘模式 S模式 標準作業模式 L模式 輕載挖掘模式 B模式 爆破挖掘模式 發動機油門處于最大供油位置 發動機以全功率投入工作 液壓泵輸入功率的總和約為發動機最大功率的90 液壓泵輸入功率的總和約為發動機最大功率的80 液壓泵輸入功率的總和約為發動機最大功率的70 適合于挖掘機的平整作業或破碎模式 2 8 2功率優化系統 該功率優化系統采用閉環控制 工作中它能根據發動機負荷的變化 自動調節液壓泵所吸收的功率 使液壓泵的功率始終與發動機的功率相匹配 控制器即對發動機采取分段功率控制 不再追求完全用足發動機功率 而是根據具體的工作狀況設定發動機的工作能力 減輕發動機的工作強度 使發動機穩定地運行在經濟工況點上 該系統由恒功率泵 模式閥組 功率閥 發動機轉速傳感器 油門位置傳感器 EPS控制器 顯示屏及5個壓力傳感器組成 發動機轉速傳感器為電磁感應式 他固定在飛輪殼的上方 用以檢測發動機的實際轉速 油門位置傳感器為電阻感應式 他固定在油門機構轉盤上 用以檢測油門的實際位置 通過5個壓力傳感器測得的工裝實時負荷大小 由控制器程序計算液壓泵的需求功率 從而自動調節功率閥電流 實現液壓泵的功率調節 使液壓系統充分吸收柴油機發出的功率 又不會使柴油機熄火 充分發揮挖掘機的工作能力 2 8 3柴油機轉速控制原理 本系統采用EPS控制器 油門控制器作為控制單元 油門機構作為執行機構控制柴油機油門的開度 升速時 由EPS給出步進脈沖信號 驅動油門機構正轉 柴油機油門開度加大 柴油機轉速上升 同時油門位置參數減少 達到設定的油門位置后 升速信號停止 進入轉速自動調節階段 油門位置信號由安裝在油門機構上的油門位置傳感器獲得 EPS通過模擬通道采集此信號 并送入EPS內部寄存器處理 EPS根據實際油門位置與設定油門位置的差值 進行處理運算后 輸出相應數量的脈沖 控制步進電機運行 從而實現對柴油機轉速的自動控制及自動調節 降速時 EPS給出步進脈沖和步進方向信號 轉速自動調節斷開 油門機構反轉 油門開度減少 柴油機轉速下降 達到怠速狀態時 PLC給出停止信號 油門機構停止運行 柴油機在怠速狀態運行 當挖掘機在低怠速下工作 1300rpm以下 油門調速機構能自動將發動機轉速提升到1300rpm 以避免因發動機輸出功率不足引起的懣車熄火現象 為了防止柴油機轉速超過允許的最高工作速度 以免造成設備的損壞 對柴油機的轉速進行限幅 在柴油機升速和降速調節過程中 油門機構的油門位置信號反饋回EPS 由EPS進行分析 步進電機正轉 油門位置傳感器參數減小 步進電機反轉 油門位置傳感器參數增加 EPS自動分析柴油機正常運行時的步進電機正轉步數 并進行運算處理得出步進電機允許正轉的最高步數 當由于意外原因引起柴油機轉速向最高轉速上升時 到達異常油門位置區 EPS能自動封鎖步進電機 以保證柴油機不會超過所允許的最高轉速 2 8 4自動怠速系統 SY2XXC1挖掘機具有自動怠速裝置 當操縱桿回中位達5秒后 發動機自動進入低速運轉 從而可減小液壓系統的空流損失和發動機的磨損 起到節能和降低噪聲的作用 當扳動操縱桿重新作業時 發動機自動恢復到原來的轉速狀態 2 8 5過熱保護控制 當冷卻水達到一定溫度時 EPS控制工作模式自動降低一檔 即從H模式降至S模式再至L模式 B模式 當冷卻水溫過熱達到二極報警 冷卻液溫度超過103度 時 柴油機自動進入自動怠速工作狀態 轉速下降 直至冷卻液溫度降至正常溫度為止 專題一 油門機構 油門機構爆炸圖 油門馬達傳感器總成安裝方法 傳感器總成說明 傳感器總成包含一個阻值為2k 15 的精密電位器 安裝在電位器軸上的傳感器傳動齒輪和外殼等組成 精密電位器有三根引出線 紅 1 接5V 綠接5V 黃 3 接位置傳感信號 安裝方式 將傳感器總成與油門馬達接觸面清理干凈將 O 型圈安放到馬達箱蓋上的密封槽內 將傳感器總成齒輪上加入適量潤滑油 調節傳感器齒輪軸使綠 2 線與黃 3 線之間電阻為100 左右 調節馬達輸出軸使其處在油門最大位置 將傳感器總成小心的放到油門馬達內部 使傳感器齒輪與步進電機齒輪嚙合 在這個過程中傳感器旋動越小越好 將傳感器安裝螺釘裝上固定好傳感器總成 保持油門馬達輸出軸在油門最大位置 測量綠 2 線與黃 3 線之間電阻應在70 150 之間 否則需重復2 3到2 8之間步驟 直到電阻在規定范圍內率 調節馬達輸出軸使其處在油門最小位置 測量綠 2 線與黃 3 線之間電阻不應為無窮大 將傳感器定位銷打好 將傳感器輸出線與步進電機輸出線用波紋管一起包扎好 油門機構組成 本套油門機構由90式步進電機 減速齒輪組 精密傳感器 機殼總成及油門拉桿組成 90式步進電機 步進電機工作原理概述 步進電機是一種將數字脈沖電信號轉換為機械角位移或線位移的執行機構 它需用專用電源供給點脈沖 在SY2XX系列挖機系統中由EPS實現 每輸入一個脈沖 電機轉子就轉過一個小角度或前進一 步 其位移量與輸入脈沖數成正比 其移動速度和脈沖頻率成正比 可在寬廣的范圍內通過脈沖頻率實現調速 能快速啟動 制動 鎖定和反轉 1 磁阻式步進電機 磁阻式步進電機也稱為反應式步進電動機 其工作原理是利用了物理上 磁通總是力圖使自己所通過的路徑磁阻最小 所產生的磁阻轉矩 使該電動機一步步轉動的 以三相磁阻式步進電動機為例 如下圖所示 步進電機的分類 按步進電機的原理可分為磁阻式 永磁式和混合式三類 電源若按相序A B C的順序通電 即A相通電 而B C相斷電 再B相通電 而A C相斷電 再C相通電 而A B相斷電 按此規律反復 此圖中的轉子就每一步60度的連續旋轉 沒變換一次通電方式稱為一拍 轉子受到磁阻轉矩就轉過一步 相應的角度稱為步矩角 它也可以按不同的通電方式運行 如 1 按A C B A順序通電 轉子將反轉 前兩種情況稱為三相單三拍 2 按AB BC CA AB順序兩相同時通電 轉子每走一步60度 稱為三相雙三拍運行 3 按A AB B BC C CA A順序通電 則稱為三相六拍運行 其步距角為30度 磁阻式步距角計算公式 360 mt m為拍數 t為轉子齒數 三相磁阻式步進電機原理示意圖 磁阻式步進電機的釘子磁極表面布有小齒 轉子沿外圓周也均布著小齒 轉子齒距和齒形與定子小齒相同 定子每個磁極上均繞有控制繞組 多段式結構的定 轉子沿軸向分為m段 即段數與相數相同 定子每段鐵心上只繞一相控制繞組 可認為是多臺單段式該種電機的組合 單段式的磁阻式步進電動機 多段式的磁阻式步進電動機1 定子機殼2 定子繞組3 定子鐵心4 轉軸5 轉子鐵心6 軸承 磁阻式步進電機的橫截面圖 2 永磁式步進電機 永磁式步進電機的永磁體建立的磁場與定子繞組電流產生的磁場相互作用而產生轉矩 使轉子運轉 其典型結構如圖所示 定子上為兩相或多相繞組 永磁轉子上有一對或多對極的磁極 如圖 當定子繞組按A B A B A順序通以直流電時 轉子將按順時鐘方向以步矩角45度的方式旋轉 若按相反的順序通電 則轉子按逆時鐘方向旋轉 永磁式步距角計算公式 360 2pm m為相數 p為拍數 兩相永磁式步進電動機的原理結構圖 3 混合式步進電機 混合式步進電機兼有磁阻式和永磁式步進電機的部分特征 其定子結構與磁阻式的相似 定子沖片上有大極 或大齒 每個極上有控制繞組和小齒 其轉子結構與永磁低速同步電機的相同 混合式步進電機同一相的兩個磁極在空間上相差180度的機械角度 兩個磁極上的繞組所產生NS極性必須相同 否則無法運行 混合式步進電動機 單段式結構 混合式步距角計算公式 360 mt m為拍數 t為轉子齒數 步進電機的一些基本參數 1 電機固有步距角 它表示控制系統每發一個步進脈沖信號 電機所轉動的角度 電機出廠時給出了一個步距角的值 如86BYG250A型電機給出的值為0 9 1 8 表示半步工作時為0 9 整步工作時為1 8 這個步距角可以稱之為 電機固有步距角 它不一定是電機實際工作時的真正步距角 真正的步距角和驅動器有關 2 步進電機的相數 是指電機內部的線圈組數 目前常用的有二相 三相 四相 五相步進電機 電機相數不同 其步距角也不同 一般二相電機的步距角為0 9 1 8 三相的為0 75 1 5 五相的為0 36 0 72 在沒有細分驅動器時 用戶主要靠選擇不同相數的步進電機來滿足自己步距角的要求 如果使用細分驅動器 則 相數 將變得沒有意義 用戶只需在驅動器上改變細分數 就可以改變步距角 3 保持轉矩 HOLDINGTORQUE 是指步進電機通電但沒有轉動時 定子鎖住轉子的力矩 它是步進電機最重要的參數之一 通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩 由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減 輸出功率也隨速度的增大而變化 所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數之一 比如 當人們說2N m的步進電機 在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為2N m的步進電機 4 鎖定轉矩 DETENTTORQUE 是指步進電機沒有通電的情況下 定子鎖住轉子的力矩 DETENTTORQUE在國內沒有統一的翻譯方式 容易使大家產生誤解 由于反應式步進電機的轉子不是永磁材料 所以它沒有DETENTTORQUE 減速機構 如爆炸圖所示 本油門機構中由兩個齒數不一的齒輪構成其減速機構 其減速比為12 1 作用是增加油門機構的轉動紐矩 精密傳感器 如爆炸圖所示 本油門機構中有一精密傳感器作為油門位置傳感器 電機轉動時 位置傳感器電阻值發生連續性變化 在油門控制中 此傳感器作用是作為位置反饋檢驗油門是否到達設定的油門檔位 1 脈沖信號的產生 脈沖信號一般由單片機或CPU產生 一般脈沖信號的占空比為0 3 0 4左右 電機轉速越高 占空比則越大 步進電機驅動技術 使用和控制步進電機必須有一套驅動系統給步進電機提供驅動電源 該系統一般由脈沖發生器 功率放大等環節組成 其方框圖如下 2 信號分配 例如混合式二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種 具體分配如下 二相四拍為 步距角為1 8度 二相八拍為 步距角為0 9度 四相電機工作方式也有二種 四相四拍為AB BC CD DA AB 步距角為1 8度 四相八拍為AB B BC C CD D AB 步距角為0 9度 3 功率放大 功率放大是驅動系統最為重要的部分 步進電機在一定轉速下的轉矩取決于它的動態平均電流而非靜態電流 而樣本上的電流均為靜態電流 平均電流越大電機力矩越大 要達到平均電流大這就需要驅動系統盡量克服電機的反電勢 因而不同的場合采取不同的的驅動方式 到目前為止 驅動方式一般有以下幾種 恒壓 恒壓串電阻 高