【正文】 進(jìn)電動機的輸出轉(zhuǎn)矩就比較大是Nm級的，可以直接去驅(qū)動機床的移動部件。 步進(jìn)電動機按其勵磁相數(shù)，可以分為三相、四相、五相、六相甚至八相。一般來說隨著相數(shù)的增加，在相同頻率的情況下，每相導(dǎo)通電流的時間增加，各相平均電流會高些，從而使電動機的轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩特性會好些，步距角亦小。但是隨著相數(shù)的增加，電動機的尺寸就增加，結(jié)構(gòu)亦復(fù)雜，目前多用3～6相的步進(jìn)電動機。 由于步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)速隨著輸入脈沖頻率變化而變化，調(diào)速范圍很廣，靈敏度高，輸出轉(zhuǎn)角能夠控制，而且輸出精度較高，又能實現(xiàn)同步控制，所以廣泛地使用在開環(huán)系統(tǒng)中，也還可用在一般通用機床上，提高進(jìn)給機構(gòu)的自動化水平。 步進(jìn)電動機按其工作原理來分，主要有磁電式和反應(yīng)式兩大類，這里只介紹常用的反應(yīng)式步進(jìn)電動機的工作原理。 在電動機定子上有A、B、C三對磁極，磁極上繞有線圈，分別稱之為A相、B相和C相，而轉(zhuǎn)子則是一個帶齒的鐵心，這種步進(jìn)電動機稱之為三相步進(jìn)電動機。如果在線圈中通以直流電，就會產(chǎn)生磁場，當(dāng)A、B、C三個磁極的線圈依次輪流通電，則A、B、C三對磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 首先有一相線圈（設(shè)為A相）通電，則轉(zhuǎn)子3兩齒被磁極A吸住，轉(zhuǎn)子就停留在圖5—5a的位置上。然后，A相斷電，6相通電，則磁極A的磁場消失磁極B產(chǎn)生了磁場，磁極召的磁場把離它最近的4兩齒吸引過去，停止在圖b的位置上，這時轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)了30176。再接下去B相斷電，C相通電。根據(jù)同樣道理，轉(zhuǎn)子又逆時針轉(zhuǎn)了30176。，停止在圖c的位置上。若再A相通電，C相斷開，那么轉(zhuǎn)子再逆轉(zhuǎn)30176。，使磁極A的磁場把4兩個齒吸住。定子各相輪流通電一次轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒。這樣按A→B→C→A→B→C→A→…次序輪流通電，步進(jìn)電動機就一步一步地按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。通電線圈每轉(zhuǎn)換一次，步進(jìn)電動機旋轉(zhuǎn)30176。，我們把步進(jìn)電動機每步轉(zhuǎn)過的角度稱之為步距角。如果把步進(jìn)電動機通電線圈轉(zhuǎn)換的次序倒過來換成A→C→B→A→C→B→…的順序，則步進(jìn)電動機將按順時針方向旋轉(zhuǎn)，所以要改變步進(jìn)電動機的旋轉(zhuǎn)方向可以在任何一相通電時進(jìn)行。 （a）三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機工作原理圖 （b）三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機工作原理圖 （c）三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機工作原理圖步進(jìn)電動機工作方式（以三相步進(jìn)電機為例）步進(jìn)電機的工作方式可分為：三相單三拍、三相六拍、三相雙三拍等。一、三相單三拍三相繞組中的通電順序為： 這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。 三相單三拍的特點：1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 b表示 q ,此角稱為步距角，用30176。2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向三相異步電動機的工作原理實現(xiàn)電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機。電機是利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換。把機械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機，而把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備叫做電動機。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機，特別三相異步電動機，因為它具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護方便等優(yōu)點。它被廣泛地用來驅(qū)動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風(fēng)機及水泵等。由于設(shè)計的需要，在此只介紹了三相異步電動機：（1）基本構(gòu)造；（2）工作原理（3）電動機的選擇。三相異步電動機的構(gòu)造 三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。此外還有端蓋、風(fēng)扇等附屬部分，如圖51所示。三相電動機的結(jié)構(gòu)示意圖（1） 定子 三相異步電動機的定子由三部分組成：定子定子鐵心由厚度為0。5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片內(nèi)圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放定子三相繞組AX、BY、CZ。定子繞組三組用漆包線繞制好的，對稱地嵌入定子鐵心槽內(nèi)的相同的線圈。這三相繞組可接成星形或三角形。機座機座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵心和繞組（2） 轉(zhuǎn)子 三相異步電動機的轉(zhuǎn)子由三部分組成：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心由厚度為0。5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉(zhuǎn)子三相繞組。轉(zhuǎn)子繞組 鼠籠式 鼠籠式異步電動機。 　繞線式 繞線式異步電動機。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸上加機械負(fù)載鼠籠式電動機由于構(gòu)造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應(yīng)用得最廣泛的一種電動機。為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn)，在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動機的空氣隙約在0。2~1。0mm之間。三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理 基本原理 為了說明三相異步電動機的工作原理，我們做如下演示實驗，如圖52所示。（1） 在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導(dǎo)體，當(dāng)轉(zhuǎn)動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時，將發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體也跟著旋；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向，則導(dǎo)體的轉(zhuǎn)向也跟著改變。 （2） 當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時，磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對運動，鼠籠式導(dǎo)體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。感應(yīng)電流又使導(dǎo)體受到一個電磁力的作用，于是導(dǎo)體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動起來，這就是異步電動機的基本原理。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。 三相異步電動機工作原理 （3） 欲使異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。 旋轉(zhuǎn)磁場（1） 產(chǎn)生 圖53表示最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差1200的規(guī)律對稱排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯(lián)。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場（圖54）。 三相異步電動機定子接線 當(dāng)wt=00時，AX繞組中無電流；為負(fù)，BY繞組中的電流從Y流入B1流出；為正，CZ繞組中的電流從C流入Z流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖54（a）所示。當(dāng)wt=1200時，BY繞組中無電流；為正，AX繞組中的電流從A流入X流出；為負(fù)，CZ繞組中的電流從Z流入C流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖54（b）所示。 當(dāng)wt=2400時，CZ繞組中無電流；為負(fù)，AX繞組中的電流從X流入A流出；為正，BY繞組中的電流從B流入Y流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖54（c）所示。 可見，當(dāng)定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場也不斷地旋，因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場。（2）旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調(diào)即可。這時，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。旋轉(zhuǎn)磁場的形成3． 電機的選擇（1）對電機的要求在選擇電機時,首先應(yīng)考慮到生產(chǎn)情況對電機的要求,灌裝機工作的環(huán)境比較潮濕,并有些小量沖擊。因此,要求電機有防潮及防震裝置（防震是次要的）,并且要連續(xù)進(jìn)行工作。（2）功率選擇 電機功率的選擇,以啟動和連續(xù)生產(chǎn)時其中最大的功率為選擇電機功率的依據(jù),考慮到備用系數(shù),電機功率應(yīng)為 由于功率計算存在誤差,更好的方法是通過試驗確定功率,即對樣機或類似的灌裝機在規(guī)定的操作條件上采用瓦特計法進(jìn)行測定。（3）用類比法選擇電機 在設(shè)計中往往可以采用這種方法來選擇電機,到工廠及有關(guān)單位去搜集與所設(shè)計的灌裝機類型、生產(chǎn)能力等條件相近的灌裝機所采用的電機類型,功率大小等方面的有關(guān)資料,然后參考這些資料來選擇所設(shè)計的灌裝機的電機功率和類型。 旋轉(zhuǎn)編碼器簡介編碼器如以信號原理來分，有增量型編碼器，絕對型編碼器。增量型編碼器(旋轉(zhuǎn)型)工作原理由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。（1）分辨率編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。 （2）信號輸出信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動（對稱A,A。B,B。Z,Z）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對應(yīng)。（3）信號連接編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。 單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。 A。B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。A、A，B、B，Z、Z連接，由于帶有對稱負(fù)信號的連接，電流對于電纜貢獻(xiàn)的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。 對于TTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達(dá)150米。對于HTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達(dá)300米。　　 絕對型編碼器（旋轉(zhuǎn)型）：絕對編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16 線……編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n1次方的唯一的2進(jìn)制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。 絕對編碼器由機械位置決定的每個位置是唯一的，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。從單圈絕對值編碼器到多圈絕對值編碼器。旋轉(zhuǎn)單圈絕對值編碼器，以轉(zhuǎn)動中測量光電碼盤各道刻線，以獲取唯一的編碼，當(dāng)轉(zhuǎn)動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測量，稱為單圈絕對值編碼器。如果要測量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍，就要用到多圈絕對值編碼器。PLC知識簡介第一節(jié) PLC工作原理簡介可編程序控制器處理器作為中央處理單元，不僅有邏輯控制功能，還有算術(shù)運算、模擬量處理甚至通信聯(lián)網(wǎng)功能，正確應(yīng)稱為PC，但為了與個人計算機有所區(qū)別，仍稱其為PLC。 PLC的特點（1）、靈活通用控制功能改變，只要改變軟件及少量的線路即可實現(xiàn)。（2）、可靠性高／抗干擾能力強① 硬件方面：采用微電子技術(shù)開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路及大規(guī)模集成電路完成，CPU與輸入輸出之間，采用光電隔離措施，隔離了它們之間電的聯(lián)系。② 軟件方面：有自身的監(jiān)控程序，對強干擾信號、欠電壓等外界環(huán)境定期檢查，有故障時，存現(xiàn)狀態(tài)到存儲器，并對其封閉以保護信息；監(jiān)視定時器WTD，檢查程序循環(huán)狀態(tài)，超出循環(huán)時間時報警；對程序進(jìn)行校驗，程序有錯誤進(jìn)輸出報警信息并停止執(zhí)行。（3）、使用簡單采用自然語言——梯形圖語言編程方式，編程容易，更改方便。輸入輸出接口可以與各種開關(guān)、傳感器、繼電器、接觸器、電磁閥連接，接線簡單。（4）、功能強、體積小縱向——PLC不僅可能完成各種條件控制，還能完成模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換并進(jìn)行數(shù)字運算，可以完成對模擬量的控制；橫向——可以控制一臺至幾臺設(shè)備，還可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制；重量輕，體積小，便于安裝。 PLC控制思路以前面的星——角起動二次回路為例 。按控制等效電路可分為三個部分：輸入部分、輸出部分及控制部分。（1）、輸入部分：接收由各種主令電器發(fā)出的操作指令及由各種反映設(shè)備狀態(tài)信息的輸入元件傳來的各種狀態(tài)信息。PLC的一個輸入點單獨對應(yīng)一個內(nèi)部繼電器，當(dāng)輸入點與輸入用的公用腳COM接通時，該輸入繼電器得電。（2）、輸出部分：根據(jù)控制程序的執(zhí)行結(jié)果直接驅(qū)動相應(yīng)負(fù)載。在PLC內(nèi)部設(shè)有輸出繼電器（可能是繼電器形式，也可能是晶體管形式），每個繼電器對應(yīng)一個硬觸點，當(dāng)程序執(zhí)行結(jié)果讓輸出繼電器線圈通電時，該輸出繼電器的輸出觸點閉合，實現(xiàn)外部負(fù)載的控制運行。（3）、控制部分：是由用戶自行編制的控制程序。它存放在PLC的用戶程序存儲器中，系統(tǒng)運行時，PLC依次讀取用戶程序存儲器中的程序內(nèi)容，并對它們進(jìn)行解釋并執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)果送輸出端子，以使相應(yīng)的外部負(fù)載得到控制。PLC的用戶程序采用梯形圖的編程方式，它由繼電器控制電路演變而來，所不同的是，它內(nèi)部的繼電器并非實際的繼電器，而是“軟”繼電器，由軟繼電器組成的控制線路并不是真正意義上的物理連接，而只是邏輯關(guān)系上的連接（軟接線）。內(nèi)部繼電器線圈用 橢圓圈 表示，常開點用 來表示，常閉點用 來表示。從PLC的內(nèi)部可區(qū)分為六個部分即：輸入、輸出、存儲器、CPU、電源及操作顯示部分。① 輸入部分：負(fù)責(zé)采集外部指令及設(shè)備狀態(tài)，以使CPU作出判斷。 ② 輸出部分：將CPU的運算結(jié)果向外部輸出，以完成過程動作。 注：以上輸入輸出部