《GB/T 2900.26-2008電工術(shù)語(yǔ) 控制電機》定義:脈沖電機是指將轉子的軸位移轉變?yōu)樾D運動(dòng)的電磁裝置。
脈動(dòng)電機是一種介于電機和電器之間的電動(dòng)機。脈動(dòng)電機既有步進(jìn)電動(dòng)機的特點(diǎn),與驅動(dòng)電脈沖序列同步,可以作步距角為 30°的步進(jìn)增量運動(dòng);又有步進(jìn)繼電器的特點(diǎn),可以循環(huán)接通12位開(kāi)關(guān)片,提供不同組合的控制信號。
同時(shí),脈動(dòng)電機又可以將電能轉換為電磁轉矩,驅動(dòng)開(kāi)關(guān)片、離合器等負載,所以被歸類(lèi)于特種電機的范疇。
圖1:40MD0型脈動(dòng)電機開(kāi)關(guān)組
脈動(dòng)電機通常與開(kāi)關(guān)片的組合,被稱(chēng)為脈動(dòng)電機開(kāi)關(guān)組。以40MD0型脈動(dòng)電機開(kāi)關(guān)組為例進(jìn)行說(shuō)明。40MD0型脈動(dòng)電機開(kāi)關(guān)組由電磁頭、機械步進(jìn)機構和開(kāi)關(guān)片三部分組成,如圖1所示。
圖2:脈動(dòng)電機電磁頭
電磁頭部分包括定子和轉子,如圖2所示。定子由定子鐵心、機殼和螺管線(xiàn)圈等組成。轉子由轉子軸、撥叉和銜鐵板等組成。
圖3:脈動(dòng)電機定子機殼和銜鐵板上的凹槽
轉子銜鐵板與定子機殼上有三對相互對應的凹槽,槽內裝有鋼珠,如圖3所示。所帶開(kāi)關(guān)片多為四層(可增加到六層)單刀12位開(kāi)關(guān)片,通過(guò)扁軸和拉緊螺桿與脈動(dòng)電機的輸出軸和安裝板相連。另外,在機械步進(jìn)機構處還有一對純銀常閉觸點(diǎn)。
根據電磁鐵原理,當螺管線(xiàn)圈通電時(shí),定子鐵心將沿軸向對轉子鐵心產(chǎn)生吸力。定子機殼和轉子銜鐵板之間的三對凹槽是按阿基米德螺旋線(xiàn)設計加工的,這樣,槽內鋼珠便在軸向力的作用下滾動(dòng),使轉子相對于定子旋轉而產(chǎn)生軸向運動(dòng),以求兩者間達到最小氣隙。此時(shí),轉子帶動(dòng)撥叉,撥動(dòng)機械步進(jìn)機構,從而使輸出軸每次通電步進(jìn)旋轉 30°,并帶動(dòng)軸上開(kāi)關(guān)片換接一位。
螺管線(xiàn)圈通電時(shí)間很短暫,這是因為螺管線(xiàn)圈直流電阻只有 12 Ω,若通電時(shí)間太長(cháng),線(xiàn)圈容易發(fā)熱燒毀。當螺管線(xiàn)圈斷電時(shí),由于復位彈簧的復位作用,轉子被復位到初始位置,準備下一步動(dòng)作。輸出軸則由于機械步進(jìn)機構的定位制動(dòng)作用,不再退回原位,從而保證開(kāi)關(guān)片在步進(jìn)運動(dòng)的狀況下輪換接通。同時(shí),每完成一次步進(jìn)運動(dòng),接點(diǎn)架上所帶的一對常閉觸點(diǎn)MK隨之開(kāi)合一次。
脈動(dòng)電機常應用于開(kāi)關(guān)組編碼、無(wú)線(xiàn)電波段的遙控切換及工業(yè)控制等場(chǎng)合。以下介紹幾個(gè)脈動(dòng)電機的具體應用例子。
脈動(dòng)電機開(kāi)關(guān)組用于電機壽命試驗的時(shí)序控制電路如圖4所示。脈動(dòng)電機開(kāi)關(guān)組控制微型直流伺服電機SM工作1 min、休息 3 min,再反轉工作1 min、休息 3 min,依次循環(huán)。
圖4:電機壽命試驗的時(shí)序控制電路
晶閘管3CT5與脈動(dòng)電機螺管線(xiàn)圈、常閉觸點(diǎn)MK串聯(lián)接入27 V直流電源。當定時(shí)1 min 脈沖觸發(fā)晶閘管導通時(shí),脈動(dòng)電機被接通而步進(jìn)一步,開(kāi)關(guān)片換接一位。與此同時(shí),MK 被頂開(kāi),晶閘管陽(yáng)極斷電終止導通,脈動(dòng)電機斷電復位,等待下一個(gè)時(shí)鐘脈沖。如此晶閘管 1 min導通一次,電機就每分鐘步進(jìn)一步帶動(dòng)開(kāi)關(guān)片換接一位。通過(guò)開(kāi)關(guān)片上的接線(xiàn),便可控制被試微型直流伺服電機工作1 min、休息 3 min,再反轉工作1 min、休息3 min,如此不斷循環(huán)往復。
可以看出,用脈動(dòng)電機開(kāi)關(guān)組可方便地實(shí)現類(lèi)似伺服電機壽命試驗一類(lèi)的時(shí)序控制,而且只需有一套脈動(dòng)電機開(kāi)關(guān)組即可。本方法只說(shuō)明一種控制原理,在實(shí)際應用中,由于用開(kāi)關(guān)片通、斷直流電機,脈動(dòng)電機觸點(diǎn)容易拉弧且容量有限,所以只能用于微型直流伺服電機壽命試驗,且應多層開(kāi)關(guān)片并聯(lián),觸點(diǎn)還應并接阻容吸收回路。
遠距離同位開(kāi)關(guān)電路如圖5所示。
圖5:遠距離同為開(kāi)關(guān)電路
當電源接通時(shí),在沒(méi)有外控輸入信號的情況下,主動(dòng)脈動(dòng)電機MD1與從動(dòng)脈動(dòng)電機 MD2 必定處于同位位置,即MD1在1位置,MD2也必須在1位置。一旦MD1在外控脈沖作用下跳到其他位置, MD2 必定要跟蹤追隨到同位位置。即使斷電初始兩機位置相差較遠,開(kāi)機通電后,MD2也會(huì )自動(dòng)尋找到MD1位置才停步,由此達到兩機同位。
具體工作原理是:當兩機處于同位位置時(shí),輔助繼電器K通過(guò)兩機開(kāi)關(guān)片的相同位置被接通,其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),將MD2的電源切斷,MD2不再動(dòng)作;當MD1在外控脈沖控制下跳開(kāi)同位位置時(shí),繼電器K斷電,其常閉觸點(diǎn)閉合,接通MD2電源,MD2 通過(guò)自身常閉觸點(diǎn)產(chǎn)生自給脈沖而跳步,只有MD2追隨到同位位置,繼電器K才能被接通,其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),切斷MD2電源,MD2停步,從而達到同位目的。這種同位開(kāi)關(guān),可用于有毒、高溫,以及人員不便到達的場(chǎng)合,實(shí)現設備的遠距離控制。
MD1也可用手動(dòng)單刀十二位開(kāi)關(guān)片代替,手轉開(kāi)關(guān)片到某一位置,MD2便追隨手動(dòng)開(kāi)關(guān)片到某一位置。當然,還可用其他機械接通裝置代替MD1,以達到特定的控制目的。另外,MD2 可以是一臺,也可以是多臺。