干式除渣设备.ppt

风冷干式除渣系统设备,行业领先的产品设计 精工细作的制造质量 完善周到的售后服务,风冷干式除渣系统设备,风冷干式输渣机用途用于燃煤电站锅炉底渣的处理，锅炉排出的热渣落到输送网带上经空气冷却后输送至其它贮运设备。,风冷干式除渣系统设备,四洲自1994开始流化床锅炉干渣系统设备的研究开发，到目前为止拥有近百家用户的200多台套流化床干渣系统使用我公司的产品，其范围包括了底渣冷却、输送、中贮及卸料等全套干渣系统设备。200多台套干渣系统设备的设计、制造、运行经验，为开发研制煤粉炉干渣系统设备积累了丰富的经验；对煤粉锅炉的干式除渣系统设备，自北京三河电厂在国内引进首台意大利MAGALDI的干式除渣技术开始，就一直关注着干式除渣技术在国内的应用及发展动向；,风冷干式除渣系统设备,公司研发人员二赴意大利同MAGALDI进行交流。,风冷干式除渣系统设备,四洲期间业绩1.山西同化电力轩岗电厂2660MW机组；2.内蒙华润金能热电2300 MW机组；3.华电漯河电厂一期2330MW机组；4.国华陈家港电厂2600MW机组；5.华电榆横电厂2600MW机组；6.大唐张家口电厂2300 MW机组；,风冷干式除渣系统设备,达能干式除渣业绩1.新疆华能阜康热电联产2135MW；2.新疆哈密大南湖电厂2300MW；3.北方联合内蒙和林发电厂2660MW4.新疆和丰发电厂2300MW；5.丰镇电厂（1#炉改造）6200MW6.陕西铜川电厂（改造）1600MW17.甘肃大唐西固热电（1#2#炉改造）2300MW；,风冷干式除渣系统设备,目前国外干式输渣技术应用情况干排渣技术，最早由日本川崎重工株式会社发明，采用封闭式链板输送机，链条传动对高温物料输送适应性差，产品没能广泛应用。1987年意大利MAGALDI公司研制出MAC干式排渣系统，并首先在意大利本国应用，国内于1999年在三河电厂首次引进。另外还有一种美国UCC公司的干式负压炉底除渣系统，它是以高温碎渣机及气力输送为关键设备的风冷干排渣系统，目前在美国有少量业绩。,风冷干式除渣系统设备,意大利MACALDI业绩（截止2002年底）,风冷干式除渣系统设备,目前国内干排渣技术应用情况国内干排渣机技术始于三河电厂引进意大利MAGALDI公司MAC干式排渣系统，开始是全盘吸收MAGALDI公司MAC干式排渣系统，结焦煤种大渣输送困难、不易冷却、碎渣机咬入困难等问题，影响设备正常运行，个别问题严重的厂家已经不能运行，重新改回湿式除渣（抚顺石油二厂热电厂）。经过几年的经验积累有些问题已经得到解决，首先采用具有大渣破碎功能的液压关断装置，解决了由于锅炉结焦大渣对干渣机输送链及托辊的冲击，同时也解决了大渣输送困难、不易冷却、碎渣机咬入困难等问题。目前已基本上能够安全稳定运行，在国内也逐步得到推广使用。目前国内已投运干式除渣系统约计30台套，自2005年至今约100余台机组的新建工程采用干式除渣系统设备。,风冷干式除渣系统设备,干式除渣的优点零用水量、无水资源消耗，无废水排放，有利于环境保护。少量自然风直接与底渣接触，渣中未完全燃烧碳继续燃烧，热量被送入炉膛，减少了不完全燃烧热损失和物理热损失，有利于锅炉效率提高。燃烧充分、未燃尽碳含量低，未经水解而保持了活性，提高了综合利用价值。使锅炉排渣系统更加简单，布置方便，占地面积小，节省了厂用地。锅炉结焦时，由液压破碎机拦截、待燃烧充分后初破碎，有效保护下部设备，不会出现湿排渣系统的爆炸现象。干渣无结冰之忧，在北方寒冷地区贮渣仓无需考虑防冻措施；,风冷干式除渣系统设备,风冷干式输渣系统工作原理 风冷干式除渣系统为风冷干式除渣机连续运行，高温炉渣连续落在除渣机的输送带上，高温灰渣在输送带上低速运动，在负压（对煤粉锅炉而言，其正常运行状态炉膛为负压）作用下，受控的少量环境冷空气逆向进入风冷干式除渣机内部,使灰渣在输送钢带上逐渐被风冷却，并逐渐完成燃烧。冷空气与高温灰渣进行充分的热交换，空气将锅炉辐射热和灰渣显热吸收，空气温度升高到300400左右（相当于锅炉二次送风温度），进入炉膛，渣的冷却温度则降至100左右。冷却空气量对锅炉进风量的影响一般控制在许用空气过剩系数之内，所以升温后的热空气可输送到炉膛，并对锅炉的正常运行不产生影响。但是，如果锅炉空气过剩系数要求严格，热空气也可以输送到锅炉送风系统，进行再利用。,风冷干式除渣系统设备,干式除渣系统典型流程,风冷干式除渣系统设备,输送带 输送带是风冷干式除渣机的核心部件，它由不锈钢网带及承载鳞板组成，其用于承载从锅炉落下的底（灰）渣并输送底灰至后续设备，同时在输送过程中对灰渣进行冷却。不锈钢网带为耐热不锈钢材料的螺旋型编织输送网结构，左、右旋向不同的相邻螺旋体被串条相连组成了输送网带。不锈钢网带传动有利于将灰渣传递给网带的热量很快地和冷却空气进行充分的热交换。其具有高的传动可靠性，在使用过程中，螺旋型的不锈钢丝即使有一处断裂，该不锈钢丝还和其它螺旋型不锈钢丝相连，不锈钢输送链还能继续运行；因其传动轮为滚筒，靠与传动滚筒间的摩擦力牵引，完成输送，不会象链传动等传动方式出现掉链、卡链等运行故障。,风冷干式除渣系统设备,承载鳞板与网带的连接目前普遍采用的连接形式如图a。承载鳞板互相搭接，单片鳞板呈倾斜状通过不锈钢螺钉及锁条固定在网条上。由于螺钉受力不合理，在实际运行中螺钉极易松脱、断裂，从而引起鳞板脱落，出现影响干渣机正常运行的现象。四洲公司专利结构的鳞板结构及连接方式如图b。鳞板为组焊结构，鳞板主体与网带成平面接触，锁条与鳞板平行，螺钉受力合理，固定可靠，这大大减小了鳞板脱落的可能性且有利于灰渣的充分换热。,图a、承载鳞板联结型式一,输送网带,图b、承载鳞板联结型式一,风冷干式除渣系统设备,清扫链 清扫链是干式排渣机的关键部件，其稳定与否直接影响干式排渣机的运行。清扫链由环链与刮板组成。清扫链布置在干式除渣机的底部，用以清扫网带输送过程洒落到底部很少量的细灰。环链采用耐磨合金钢材料制作，表面渗碳处理，耐磨损，使用寿命长。传统清扫链刮板与链条采用刚性螺栓联接，四洲公司专利结构刮板与环链间采用合金钢锻造联接环柔性转销连接，连接可靠，拆卸方便。保证链条磨损一定程度，清扫链还能照常运行。回链采用托轮承托，既减少磨损，又具有防偏功能。,风冷干式除渣系统设备,驱动结构 风冷干式除渣机有两套驱动机构，分别用以驱动输送清扫链带和清扫链。驱动输送带的电机采用变频调速电机，通过变频器对输送带运行速度进行调整，以对设备出力及冷却效果进行调控。,风冷干式除渣系统设备,壳体干式除渣机采用封闭式外壳。将输送链和清扫链完全封闭，在输送过程中渣灰不会向外泄漏。且不锈钢输送带平铺在上部托辊上，热渣不直接与壳体接触。干式除渣机壳体的最高温度一般不超过50，不会对人身造成伤害。,风冷干式除渣系统设备,尾部张紧与防跑偏装置不锈钢输送带的尾部滚筒固定在张紧装置上，尾部张紧采用液压自动张紧装置，恒定的张紧力可及时吸收网带的热膨胀，保证传动滚筒在各种工况具有带动传送带运动所需的张力，传动可靠不打滑。在干式除渣机壳体内，不锈钢输送带的输送段和回程段的两侧均设有防偏轮，防偏轮能防止不锈钢输送带跑偏。,风冷干式除渣系统设备,转动轴承 干式除渣机的所有转动轴承均设在密封壳体外，壳体外的温度与环境温度差不多，所以轴承不受热。在检修过程中，由于轴承设在壳体外，更换方便、迅速。轴承座均设有注油孔，可随时加注润滑油。,风冷干式除渣系统设备,在干式排渣机弯弧段设有强冷喷雾装置 当干式排渣机输送渣量较大时，在风量小于锅炉总风量1的条件下，已满足不了热渣冷却所需的风量要求，这时干式排渣机的渣温将明显增高，影响整套系统的安全运行。在干式排渣机弯弧段所设强冷喷雾装置，在测得干渣机出口渣温达到150以上时，电磁阀将自动开启，向热渣喷洒水雾，达到强制冷却的作用。在干式排渣机弯弧段 在干式排渣机弯弧段及斜升段装有具有梳理功能的梳辊，在渣量较大时可以起到使热渣均匀分布的作用，从而使其快速得到冷却。,风冷干式除渣系统设备,配套设备密封装置 密封装置主要用于炉下干渣斗与锅炉连接处的密封，且能满足锅炉在各个方向的热膨胀量。密封装置主要有水封式与机械式两种。传统的密封装置为水封式结构（见图1），其利用水封插板插入水封槽液面以下形成水封，其结构简单、工作可靠、成本低、维护简便；因锅炉辐射热的作用，会消耗少量的水。机械密封装置采用非金属膨胀节结构（见图2、图3），近几年在干式除渣系统被较多采用。其框架及挡板需采用耐热不锈钢，其蒙皮及填充料为非金属材料，无水量消耗。,图1、水封式密封结构,图2、机械式密封结构一,图3、机械式密封结构二,两种机械式密封结构示意图,风冷干式除渣系统设备,配套设备干渣斗 干渣斗主要用于锅炉与干渣机间的过渡连接，在干渣机正常运行时，其呈锥形漏斗状，在干渣机事故状态下，其底部的液压关断门或大渣破碎装置门板关闭，使之形成一锥形容器，储存一定的渣量。渣井需内衬耐火混凝土。对干式输渣系统，为减少锅炉落大焦时对干式除渣机网带及托辊造成较大冲击而损坏承托托辊，渣井布置为偏心结构，锅炉大焦落下时，首先接触渣井侧壁，从而起到缓冲作用，降低锅炉大焦对干式除渣机网带及托辊造成较大冲击，保护干渣机承托网带的托辊不受损坏。当干渣机等出现故障需要紧急检修时，需将液压关断门或挤压破碎装置关闭，以对干渣机等进行紧急检修。渣斗内设炉渣预冷却装置，在过渡渣斗设置空气预冷喷嘴，用于事故状态当液压关断门关闭时对热渣进行强制预冷却，可保证事故排渣时在冷却风量不大于锅炉总风量的1的前提下热渣得到有效冷却。,干渣斗结构示意图,风冷干式除渣系统设备,配套设备液压关断门或大渣预破碎装置 液压关断门或大渣预破碎装置位于渣井与干式除渣机之间，其均具有在事故状态下，关闭排渣口，利用渣井储渣以对干式除渣机或下级设备进行检修的功能。液压关断门为液压油缸驱动的摇扇式结构。这是一种较为传统的结构型式，为便于清堵，液压关断门宜设置监视系统，并在端部设置打焦孔。在正常状态液压液压关断门只起导料作用，其不能正常工作时，不影响正常排渣。液压关断门较缓冲排渣器结构简单、检修方便、制作成本较低。其主要适用于锅炉燃烧稳定，灰渣熔点较高的工况。在锅炉有大焦落下时，没有机械不预破碎功能，只能人工清除。运行人员强度较高。易出现大渣块芯部不易冷却、影响干渣机输送效率、以及碎渣机咬渣困难等问题，现已很少采用。,风冷干式除渣系统设备,大渣预破碎装置（也称炉底排渣装置），为油缸驱动的对开式门板结构。缓冲排渣器设置格栅，大于200mm粒径的大渣会经过格栅的缓冲，不会对排渣机网带及托辊造成大的冲击损坏；炉底排渣装置带对开门板式结构的挤压头，当格栅上堆积大渣块时（通过监视器可以看到），可启动挤压头，对大渣块进行挤压破碎至小于200mm，这有利于提高渣的冷却效果，有利于碎渣机的破碎；门板关闭时相当于液压关断门关闭状态的功能，目前应用较广泛。为防止门板式挤压头跑偏，每扇门板采用双油缸驱动。钢管组成的大焦拦截网其每根钢管为可拆卸结构，方便维修更换。且设有空气辅助冷却装置。为保证液压系统的可靠性，液压油泵及电机采用一用一备配置。,风冷干式除渣系统设备,配套设备碎渣机 碎渣机位于干式除渣机的出口下端，其用于将炉渣破碎，以便适合系统后续设备的储运。如后续输送系统采用气力输送型式，碎渣机须采用两级碎渣级组。即由一级碎渣机先将大块的炉渣破碎成中等块度（小于3030mm）的炉渣，再由二级碎渣机将中等块度的炉渣破碎成较细块度的炉渣。,风冷干式除渣系统设备典型后续处理系统型式说明,典型后续处理系统之一：直接进渣仓型,系统流程为：渣井液压关断门（或缓冲排渣器）干式除渣机碎渣机锁气阀渣仓装车。这种型式系统设备较为简单，干式除渣机长度较长，有利于渣的冷却，但占用空间较大，设备价格较高。,风冷干式除渣系统设备典型后续处理系统型式说明,典型后续处理系统之二机械中转进渣仓型,系统流程为：渣井液压关断门（或缓冲排渣器）干式除渣机碎渣机机械二级输送设备锁气阀渣仓装车，这是被最多采用的布置型式，其机械二级输送设备可采用多种结构型式的输送设备。下图是典型的二级输送设备采用倾斜布置的型式，其二级输送设备可采用：（1）网带式输送机：其结构与干式除渣机基本相同，具有进一步对渣进行冷却的功能，但价格非常高。（2）链斗输送机：可以承受400的物料温度，倾斜输送倾角可达60，设备价格较低，被经常采用。（3）刮板输送机：可承受200的物料温度（短时允许渣温达到350），倾斜输送倾角小于45，设备价格较低，渣冷却效果有保证的情况推荐采用。（4）带式输送机：价格低，但承受高温能力差，故很少采用。（5)二级输送设备采用垂直提升型式的斗式提升的布置型式，此型式布置空间紧凑，价格低，被经常采用。,风冷干式除渣系统设备典型后续处理系统型式说明,典型后续处理系统之三 正压气力输送,如图所示，典型的系统流程为：渣井液压关断门（或缓冲排渣器）干式除渣机一级碎渣机三通二级碎渣机正压气力输送系统渣仓装车。正压气力输送系统适合远距离输送，系统的可靠性低于机械输送型式。,风冷干式除渣系统设备典型后续处理系统型式说明,典型后续处理系统之四 负压气力输送系统,如图所示，典型的系统流程为：渣井液压关断门（或缓冲排渣器）干式除渣机一级碎渣机三通二级碎渣机负压气力输送系统渣仓装车。负压气力输送系统输送距离较正压气力输送系统更远，系统的可靠性低于机械输送型式。,30,1 电机的种类,电机是一种将电能转换成机械能的装置，在各个领域都有广泛的应用。电机有多种不同的类型，常见电机分类如下：,控制电机,电动机,信号电机,电机,发电机,功率电机,伺服电机,步进电机,力矩电机,无刷直流电机,直流电机,交流电机,交直两用电机,直流发电机,交流发电机,速度信号电机,位置信号电机,31,1.1 直流电机的基本工作原理和结构,1.1.1 直流电机的主要结构,32,1.1.2 直流电机的工作原理,1.1 直流电机的基本工作原理和结构,一、直流发电机工作原理,右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。,直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。,33,二、直流电动机工作原理,把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。,直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。,在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S 极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。,34,直流电动机的工作原理示意图:,35,直流电动机,36,直流电动机,带减速器的直流电机,普通直流电机,37,直流电动机的调速方法,1、变电枢电压调速。这种方法具有启动力矩大，阻尼效果好，响应速度快，线性度好等优点，应用较多。2、变磁通调速。实际上是改变励磁磁场的大小，对于励磁电机来说，改变励磁电压可以进行变磁通调速。这种调速方式调速范围小，而且回使电机的机械特性变软，一般只作为变电枢电压调速的辅助方式。3、串电阻调速。这种调速是保持输入电压不变，在电枢回路中串入电阻来进行调速。这种方式引起电机的机械特性变软，功耗增大，一般应用不多。,38,直流电机的驱动,对直流电机进行调速和控制，需经过直流电机的驱动电路。驱动电路实际上就是一个大功率的放大器。直流电机的驱动电路有线性放大驱动型和开关驱动型。,39,直流电机的驱动,一.线性放大驱动型：实际上是一个线性功放。,处理器,D/A,线性功放,电机,控制信号,驱动电压,功率输出,处理器输出的控制信号经D/A转换为电压信号，驱动器将这个信号进行线性功率放大后提供给电机。缺点：由于驱动器上通过的电流和压降都比较大，因此这种驱动方式最大的缺点是功耗大，效率低。优势：由于线性功放不存在高频的开关动作，因此输出电压平稳，与PWM等开关驱动方式相比，电磁干扰和噪声要小得多。,40,直流电机的驱动,二.开关驱动型：利用大功率晶体管的开关作用。,处理器,光电隔离,大功率晶体管,电机,PWM信号,PWM信号,功率输出,晶体管将恒定的直流电源转换成一定的方波电压加在电机电枢上。优点：与线性驱动方式不同，该方式下，晶体管工作在开关状态。当器件导通时，器件的电流很大但压降却很小；器件关断时，压降很大电流却很小。因此这种驱动方式功耗小，效率高。通过控制开关的频率和脉宽，可以对电机的转动进行控制。,41,直流电机的驱动-PWM方式,PWM是一种开关驱动方式，是直流电机最重要也是最常用的驱动控制方式。采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，这正是PWM控制技术的理论基础。,42,直流电机的驱动-PWM方式,PWM全称是脉冲宽度调制。采用PWM进行电机的调速控制，实际上是保持加在电机电枢上的脉冲电压频率不变，调节其脉冲宽度。电机是一个惯性环节，它的电枢电流和转速均不能突变，很高频率的PWM波加在电机上，效果相当于施加一个恒定电压的直流电，这个电压可以由脉冲的宽度调节。围绕PWM还有许多其他的调速方式，如PFM(脉冲频率调节)、SPWM、随机PWM等。,43,直流电机的驱动-PWM方式,PWM等价示意图,44,直流电机的驱动电路-H桥,PWM驱动方式易于与处理器接口，使用简单，性能较好。相应的驱动电路有多种形式，最常用的一种是H桥电路。,45,H桥驱动电路原理,一、H桥驱动电路图中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：该图只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。,46,要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如下图所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。,H桥驱动电路原理,H桥电路驱动电机顺时针转动,47,下图所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。,H桥驱动电路原理,H桥电路驱动电机逆时针转动,48,二、使能控制和方向逻辑 驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。,H桥驱动电路原理,49,下图就是基于这种考虑的改进电路，它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供一种方向输人，可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。（与本节前面的示意图一样，下图所示也不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。）,H桥驱动电路原理,具有使能控制和方向逻辑的H桥电路,50,采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。如果DIRL信号为0，DIRR信号为1，并且使能信号是1，那么三极管Q1和Q4导通，电流从左至右流经电机（如图所示）；如果DIRL信号变为1，而DIRR信号变为0，那么Q2和Q3将导通，电流则反向流过电机。,使能信号与方向信号的使用,H桥驱动电路原理,51,实际使用的时候，用分立元件制作H桥是很麻烦的，好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路，接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、MC33886、TA7257P、SN754410等。,H桥驱动电路原理,实际H桥电路,52,L293DL298NTA7257PSN754410,53,L293D,54,L293D,55,L293D,56,L293D,57,寻迹机器人（L293D实例）,1、采用了两个电机来控制后轮，而前轮则是可自由转动的。2、机器人的底部有四个红外传感器用来检测黑色的轨迹，当检测到黑色，比较器的输出，LM324是低电平,其他输出是高电平。3、单片机AT89C2051和H桥式驱动电路L293D用来控制方向和电机的速度。4、L293D可以避免用分立元件带来的设计问题，电路异常简洁，其最大驱动能力为36V、1.2A（L298可达2A），并且通过控制其使能端可以实现PWM功能。,58,L298,59,L298,60,L298,61,L298,62,TA7257PTA7297P,63,L298是著名的SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路，具有两套H桥电路。L298内置两个H桥，每个桥提供1A的额定工作电流，和最大3A的峰值电流。它能驱动的马达不超过可乐罐大小。,H桥驱动芯片-L298,64,H桥驱动芯片-L298,L298电路原理图,65,H桥驱动芯片-L298,66,H桥驱动芯片-L298,67,H桥驱动芯片-L298,68,电机驱动的几点心得：1.电机供电最好和单片机供电独立开来，中间加光耦隔离。防止电机通过回路干扰单片机。如果非要共用一个电源，那也要采取一些措施模拟地和数字地单点共地，采用0欧电阻或磁珠连接；2.元件件的参数要留一定的富裕量，保证能可靠工作。IC器件VCC加104电容高频滤波；3.PCB布线强弱电分开，尽量远离走线；,H桥驱动芯片-L298,69,H桥驱动芯片-MC33886,70,H桥驱动芯片-MC33886,71,H桥驱动芯片-MC33886,72,H桥驱动芯片-MC33886,73,H桥驱动芯片-MC33886,74,步进电机及驱动,75,步进电动机,76,一、步进电动机的组成和种类,77,1、步进电动机的结构组成：,步进电机组成,定子,转子,由硅钢片叠成,有一定数量的磁极和绕组,用硅钢片叠成或 用软磁性材料做成凸极结构,78,2、步进电动机的种类：,励磁式转子有绕组反应式转子无绕组混合式（永磁感应子式）转子无绕组有磁钢,79,二、步进电动机的工作原理,80,1、结构分析,定子,81,转子,1、结构分析,82,2、工作原理,步进电动机结构原理图,齿距：设转子的齿数是Z，则齿距为=360/Z 设Z为40，则为9,83,错位,步进电动机结构原理图,当A相定子齿和转子齿对齐，若和A相磁极中心对齐的转子齿为1号齿，因B相磁极与A相磁极差120，且120/9=13（1/3），故转子齿不能与B相定子齿对齐，只有13号小齿靠近B相磁极的中心线，与中心线相差3,84,电机转动的工作原理,总结：错齿是步进电动机旋转的根本原因,85,步距角绕组每通电一次（即运行一拍），转子就走一步，即转过一定的角度。,步距角,磁阻式步进电机的步距角用公式表示：QS=360/NZr（N=MCC）,86,三、步进电动机的控制原理,87,1、目的,当定子绕组按一定顺序轮流通电时，转子就沿一定方向一步步转动。因此步进电动机绕组是按一定通电方式工作的，为实现该种轮流通电，要将控制脉冲按规定的通电方式分配到电动机的每相绕组。,88,2、典型的步进电机控制系统的组成,步进控制器把输入的脉冲转换成环型脉冲，以控制步进电动机，并能进行正反转控制,功率放大器把步进电动机输出的环型脉冲放大，以驱动步进电动机转动,89,典型的步进电机控制系统的组成,90,了解步进控制器,91,3、单片机控制的步进电机控制系统组成,利用单片机代替步进控制器，把并行二进制码转换成串行脉冲序列，并实现方向控制,92,4、脉冲序列的生成,脉冲用周期、脉冲高度、接通和断开电源的时间来表示,单片机控制步进电机步进实际是用单片机产生一系列脉冲,先输出一高电平（电机步进），接着利用软件延时一段时间（到位），而后输出一低电平（停止步进），再延时。延时长短由步进电动机的工作频率决定。,93,5、旋转方向的控制,电动机旋转方向和内部绕组的通电顺序有关,以三相步进电动机为例（单三拍）：,正向旋转通电顺序：ABCA,反向旋转通电顺序：ACBA,94,旋转方向的控制,95,小结：,步进电动机由定子和转子两大部分组成。错齿是促使步进电动机旋转的根本原因。每运行一拍，转子就转过一个步距角。单片机控制系统用单片机代替步进控制器。步进电机旋转方向和内部绕组的通电顺序有关,96,97,概述步进电机主要特性 步进电机的控制步进电机驱动器的构成混合式步进电机传统驱动电路分类正弦脉宽调制技术原理及其控制方式常规斩波电路的分析,98,我国的步进电机行业起步较早，但其驱动技术的发展相对落后，成为制约步进电机应用与发展的主要因素，从驱动技术应用的发展历程上看，先后经历了单电压串电阻驱动、双电压驱动、高低压驱动、升频升压驱动、恒流斩波驱动等阶段，目前已进入恒相电流与细分技术相结合的技术阶段。,99,步进电机主要特性,步距角 齿距角 矩角特性 失调角 零位,响应频率运行频率 启动矩频特性 运行矩频特性 惯频特性,100,步进电机的控制,步进电机的运行性能与控制方式有密切关系,步进电机伺服系统从其控制方式看,可以分为以下三类:开环控制系统;闭环控制系统;半闭环控制系统。步进电机最简单的控制方式就是开环控制。,101,步进电机驱动器的构成,102,混合式步进电机传统驱动电路分类,双极性驱动器和单极性驱动器 单电压驱动方式高低压驱动方式 斩波恒流驱动调频调压驱动混合式步进电机细分驱动,103,单极性驱动器,104,双极性驱动器,105,单电压驱动方式,106,双电压驱动,107,高低压驱动方式,108,斩波恒流驱动,109,调频调压驱动,110,混合式步进电机细分驱动,细分驱动的基本思想是:各相绕组的通电状态改变时，不是将绕组电流全部通入或切除，而是只改变相应绕组电流的一部分，则电机的合成磁场的改变也只有原来的一部分，因为转子的平衡位置与电机中的合成磁场的方向保持同步，所以转子的每步运行也只有原先步距角的一部分。,111,112,脉宽调制技术的基本原理,脉宽调制技术建立在以下理论基础上:在采样控制理论中有一个重要的结论冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积，如下图。,113,114,115,要得到所要求的PWM波形通常采用调制的方法。脉宽调制技术有许多种，并且还在不断发展中。但从控制思想上分，可以把它们分成四类，即等脉宽法，正弦波法(法)，磁链追踪型PWM法和电流追踪型PWM法。,116,正弦细分驱动,SPWM法实质上是为了克服等宽法的缺点而发展来的。用硬件电路实现通常是用一个正弦波信号发生器产生可以调频调幅的正弦波信号(调制波)，再用一个三角波信号发生器产生幅值不变的三角波信号(载波)，将它们进行比较，由两者的交点来确定逆变器的开关模式。如下图所示。,117,118,常规Cuk 斩波电路的分析,119,驱动方法,步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如图所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口。,120,恒流控制电路,实现了对电机绕组的恒流控制,驱动功放电路,实现了对步进电机的驱动,电流反馈电路,使A、B两相电压放大倍数相同,速度检测电路,检测电机转子位置及转速信息,过流保护电路,保证电机处在安全环境下工作,电源模块电路,实现对供电电源的系统控制,121,工作方式四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为：单四拍双四拍八拍三种工作方式。,122,单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。,123,单四拍,双四拍,八拍,124,励磁序列定义：uchar code step_code_forward8=0 x01,0 x03,0 x02,0 x06,0 x04,0 x0c,0 x08,0 x09;,125,细分驱动技术概述,126,为了提高步进电机的性能，细分驱动技术已经广泛的应用。细分驱动的原理就是通过改变AB相电流以改变合成磁场的夹角，从而可将一个步距角细分为几步。以二相步进电机为例，通电方向,电机每转一步，距角为45，比原来减小了一半。以上就实现了2细分。下面我们再来看看4细分时的情况，通过图形表示出来,127,4细分时，AB线圈电流与角度的关系,128,移位型节拍分配器,由移位型计数器和译码器组成。,环形计数器可直接用作节拍分配器,129,环形计数器时序波形,130,达林顿管达林顿管又称复合管。它将二只三极管适当的连接在一起，以组成一只等效的新的三极管。这等效于三极管的放大倍数是二者之积。在电子学电路设计中，达林顿接法常用于功率放大器和稳压电源中。,达林顿电路有四种接法：NPN+NPNPNP+PNPNPN+PNPPNP+NPN前二种是同极性接法，后二种是异极性接法。,131,ULN2003A500-mA-Rated Collector Current(Single Output)High-Voltage Outputs.50 VOutput Clamp DiodesInputs Compatible With Various Types ofLogicRelay-Driver Applications,132,Description/ordering information The ULN2001A,ULN2002A,ULN2003A,ULN2004A,ULQ2003A,and ULQ2004A are high-voltage,high-current Darlington transistor arrays.Each consists of seven NPN Darlington pairs that feature high-voltage outputs with common-cathode clamp diodes for switching inductive loads.The collector-current rating of a single Darlington pair is 500 mA.The Darlington pairs can be paralleled for higher current capability.Applications include relay drivers,hammer drivers,lamp drivers,display drivers(LED and gas discharge),line drivers,and logic buffers.For 100-V(otherwise interchangeable)versions of the ULN2003A and ULN2004A,see the SN75468 and SN75469,respectively.,133,L297是意大利SGS半导体公司生产的步进电机专用控制器，它能产生4相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍式控制步进电机。(逻辑控制设计接口设计)L297继承了控制单极性和双极性步进电机所需要的所有控制电路系统。L298N双H桥驱动器形成了一个完善的步进电机微处理器接口。在这里，我们通过给L297和L298N加上微处理器和逻辑控制系统研究开发出了一种新的五相步进电机驱动电路。,134,L297引脚说明,1脚(SYNG)斩波器输出端。2脚(GND)接地端。3脚(HOME)集电极开路输出端。4脚(A)A相驱动信号。5脚(INH1)控制A相和B相的驱动极。6脚(B)B相驱动信号。7脚(C)C相驱动信号。8脚(INH2)控制C相和D相的驱动级。作用同INH1相同。9脚(D)D相驱动信号。10脚(ENABLE)L297的使能输入端。11脚(CONTROL)斩波器功能控制端。12脚(Vcc)+5V电源输入端。13脚(SENS2)C相、D相绕组电流检测电压反馈输入端。14脚(SENS1)A相、B相绕组电流检测电压反馈输入端。15脚(Vref)斩波器基准电压输入端。加到此引脚的电压决定绕组电流的峰值。16脚(OSC)斩波器频率输入端。17脚(CW/CCW)方向控制端。18脚(CLOCK)步进时钟输入端。19脚(HALF/FULL)半步、全步方式 选择端。20脚(RESET)复位输入端。此引脚输入负脉冲时，变换器恢复初始状态(ABCD=0101)。,135,L297接线图与控制时序,136,电机驱动芯片L298,137,L298典型应用电路,单片机控制,138,L298内部结构原理图,L298是一种双全桥驱动电路，可用来驱动各种小型直流电机、两相双极步进电机和四相单极步进电机。,139,L297和L298构成的步进电机控制系统,L297和L298构成的步进电机控制系统，工作可靠，使用非常方便。,140,141,带微控制器的驱动电路,逻辑电路,142,模型图,143,模型图,