機(jī)電傳動(dòng)控制課程課件

機(jī)電傳動(dòng)控制1第六章：控制電機(jī)本章基本要求和重點(diǎn)：1、掌握對(duì)控制電機(jī)的主要要求。它是用來(lái)完成信息的傳遞和變換，應(yīng)具有良好的可控性，快速響應(yīng)，大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，精度要高，誤差要小。2、了解機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)中一些常用控制電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。23、重點(diǎn)掌握各種控制電機(jī)的基本工作原理、主要運(yùn)行特性及特點(diǎn)。4、了解各種控制電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)所，以便正確選用和使用它們。5、難點(diǎn)是理解交流伺服電動(dòng)機(jī)的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象及消除原理。第六章：控制電機(jī)36.1交流伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)也稱(chēng)為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，有直流和交流兩種，最大的特點(diǎn)是可控。與普通電機(jī)相比：有調(diào)速范圍廣、能實(shí)現(xiàn)迅速的啟和停、過(guò)載能力強(qiáng)，可靠性好等特點(diǎn)。1、兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)其定子繞組與單相電容分相式異步電動(dòng)機(jī)相似，嵌入兩個(gè)相差90度的繞組，勵(lì)磁繞組和控制繞組，它們分別接入兩個(gè)不同的交流電源（同頻率）。4其轉(zhuǎn)子一般分為鼠籠轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種。使用最多的是鼠籠轉(zhuǎn)子的交流伺服電動(dòng)機(jī)。6.1交流伺服電動(dòng)機(jī)2、工作原理是以單相異步電動(dòng)機(jī)原理為基礎(chǔ)。勵(lì)磁繞組接到電壓一定的交流電網(wǎng)上，當(dāng)控制繞組上有控制信號(hào)輸入時(shí)，兩相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。5把控制電壓的相位改變180度，可改變伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。要求控制電壓一但取消，電動(dòng)機(jī)必須停轉(zhuǎn)。但是取消控制電壓后，勵(lì)磁電壓仍可使電動(dòng)機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，既所謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。6.1交流伺服電動(dòng)機(jī)3、消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施解決辦法，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條具有較大的電阻。這樣最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)在S=1附近?？傻贸霾煌D(zhuǎn)子電阻和控制電壓為0時(shí)的伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線。6設(shè)計(jì)電阻使電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)行時(shí)最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)在SM大于1處。6.1交流伺服電動(dòng)機(jī)7由圖看出：曲線1為有控制電壓時(shí)，曲線T為去掉控制電壓時(shí)，此時(shí)T與n相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，它可使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，保證不會(huì)出現(xiàn)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。而勵(lì)磁繞組始終接在電源上。合成電磁轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)在第二和第四象限。6.1交流伺服電動(dòng)機(jī)84、特性和應(yīng)用控制方法有幅值控制、相位控制、幅值--相位控制幅值控制接線圖。6.1交流伺服電動(dòng)機(jī)9不同電壓下的機(jī)械特性曲線。由圖可見(jiàn)：在一定負(fù)載下，控制電壓越高，S越小，轉(zhuǎn)速越高。改變電壓可改變轉(zhuǎn)速。6.1交流伺服電動(dòng)機(jī)10交流流伺伺服服電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)應(yīng)應(yīng)用用非非常常廣廣泛泛：：可以以方方便便的的利利用用控控制制電電壓壓的的有有無(wú)無(wú)來(lái)來(lái)進(jìn)進(jìn)行行啟啟動(dòng)動(dòng)、、停停止止，，利利用用改改變變電電壓壓的的幅幅值值（（或或相相位位））大大小小來(lái)來(lái)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速的的高高低低。。而而伺伺服服電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)的的性性能能直直接接影影響響著著整整個(gè)個(gè)系系統(tǒng)統(tǒng)的的性性能能。。選選擇擇時(shí)時(shí)要要注注意意系系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)對(duì)伺伺服服電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)的的靜靜態(tài)態(tài)、、動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)特特性性的的要要求求。。一一般般輸輸出出功功率率不不大大。。6.1交流伺伺服電電動(dòng)機(jī)機(jī)11它的基基本結(jié)結(jié)構(gòu)和和工作作原理理與普普通直直流他他勵(lì)電電動(dòng)機(jī)機(jī)相同同，不不同點(diǎn)點(diǎn)在于于做的的細(xì)長(zhǎng)長(zhǎng)一點(diǎn)點(diǎn)，以以便滿滿足快快速響響應(yīng)的的要求求。6.2直流伺伺服電電動(dòng)機(jī)機(jī)由上式式可以以看出出：改改變控控制電電壓和和改變變磁通通都可可以控控制伺伺服電電機(jī)的的轉(zhuǎn)速速和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向。。前者者是電電樞控控制（（常用用），，后者者是磁磁場(chǎng)控控制。。12在磁通通不變變的情情況下下，在在一定定的負(fù)負(fù)載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩下下，升升高電電壓，，電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速速就上上升。。反之之就下下降，，電機(jī)機(jī)無(wú)自自轉(zhuǎn)現(xiàn)現(xiàn)象。。直流伺服服電動(dòng)機(jī)機(jī)與交流流伺服電電動(dòng)機(jī)的的機(jī)械特特性相比比較，前前者堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大，，特性曲曲線線性性度好，，機(jī)械特特性較硬硬，但缺缺點(diǎn)是有有換向器器，結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)雜，，易產(chǎn)生生無(wú)線電電干擾。。通常用用于功率率稍大的的系統(tǒng)中中。6.2直流伺服服電動(dòng)機(jī)機(jī)136.3力矩電動(dòng)動(dòng)機(jī)在某些自自動(dòng)控制制系統(tǒng)中中，被控控制對(duì)象象的轉(zhuǎn)速速相對(duì)較較低，如如采用減減速器，，使系統(tǒng)統(tǒng)裝置結(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜雜。閉環(huán)環(huán)時(shí)易產(chǎn)產(chǎn)生自激激振蕩。。希望有有一種低低轉(zhuǎn)速，，大轉(zhuǎn)矩矩的伺服服電動(dòng)機(jī)機(jī)。有交交流和直直流兩大大類(lèi)，使使用較多多的是永永磁式直直流力矩矩電動(dòng)機(jī)機(jī)。1、結(jié)構(gòu)特特點(diǎn)在傳統(tǒng)的的直流伺伺服電動(dòng)動(dòng)機(jī)的基基礎(chǔ)上，，在相同同體積和和電壓的的前提下下，一般般做成扁扁平狀，，以滿足足要求。。142、轉(zhuǎn)矩大大、轉(zhuǎn)速速低的原原因a.轉(zhuǎn)矩大的的原因由直流電電動(dòng)機(jī)的的基本原原理可知知：每根根導(dǎo)體所所受的電電磁力為為：電磁轉(zhuǎn)矩矩為：6.3力矩電動(dòng)動(dòng)機(jī)15在電樞體積相同條件下，保持不變，在相同電流和相同用銅量條件下，應(yīng)保持不變。所以滿足上述條件，轉(zhuǎn)矩與直徑近似成正比關(guān)系。b.轉(zhuǎn)速低的的原因?qū)w在磁磁場(chǎng)中運(yùn)運(yùn)動(dòng)切割割磁力線線產(chǎn)生感感應(yīng)電勢(shì)勢(shì)為：線速度為：6.3力矩電動(dòng)動(dòng)機(jī)16設(shè)在一對(duì)對(duì)電刷之之間的并并聯(lián)支路路數(shù)為2，N/2根導(dǎo)體串串聯(lián)后總總感應(yīng)電電勢(shì)為Ea，理想空載載下則：：在上式中中，保持持NL不變下，，理想空空載轉(zhuǎn)速速和電樞樞鐵心直直徑成反反比關(guān)系系。6.3力矩矩電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)17綜述述：：在其其他他條條件件相相同同下下，，增增大大電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)直直徑徑，，減減少少軸軸向向長(zhǎng)長(zhǎng)度度，，可可滿滿足足要要求求。。（（扁扁平平狀狀結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)））。。由由于于保保證證了了能能在在低低速速或或堵堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)下下運(yùn)運(yùn)行行，，加加上上它它有有精精度度高高、、反反應(yīng)應(yīng)速速度度快快、、線線性性度度好好等等特特點(diǎn)點(diǎn)，，應(yīng)應(yīng)用用較較廣廣。。6.3力矩電動(dòng)機(jī)186.4小功率同步電電動(dòng)機(jī)對(duì)于一些控制制設(shè)備和自動(dòng)動(dòng)裝置，（如如傳真機(jī)、電電鐘等）往往往需要速度恒恒定不變，使使用之。它是交流同步步電動(dòng)機(jī)，定定子結(jié)構(gòu)與異異步電動(dòng)機(jī)無(wú)無(wú)本質(zhì)區(qū)別，，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞繞組，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單。1、永磁式同步步電動(dòng)機(jī)它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn)是，轉(zhuǎn)子中中包括永久磁磁鐵和置于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子鐵心中的的鼠籠繞組。。（與大功率率同步電動(dòng)機(jī)機(jī)不同）19它也存在啟動(dòng)動(dòng)困難問(wèn)題，，為此轉(zhuǎn)子上上的鼠籠繞組組起了啟動(dòng)繞繞組的作用（（即采用異步步啟動(dòng)）。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超超過(guò)一定限度度，電動(dòng)機(jī)將將“失步”。。適合于輕載啟啟動(dòng)。它的工作原理理與普通同步步電動(dòng)機(jī)的原原理相似。6.4小功率同步電電動(dòng)機(jī)20電動(dòng)機(jī)的定子子和轉(zhuǎn)子由硅硅鋼片疊裝而而成，定子槽槽中裝有三相相或單相電源源以產(chǎn)生磁場(chǎng)場(chǎng)，轉(zhuǎn)子槽中中不嵌入繞組組，定、轉(zhuǎn)子子上均有開(kāi)口口槽，且轉(zhuǎn)子子齒數(shù)大于定定子齒數(shù)。2、磁阻阻式電電磁減減速同同步電電動(dòng)機(jī)機(jī)（略略講））a.結(jié)構(gòu)特特點(diǎn)：：6.4小功率率同步步電動(dòng)動(dòng)機(jī)21它也是是定子子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁通通轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)一個(gè)個(gè)齒距距后轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子需需轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)的角角度。。由于磁磁力線線總是是力圖圖經(jīng)過(guò)過(guò)的磁磁路最最小，，磁阻阻轉(zhuǎn)矩矩總是是力圖圖使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子朝朝磁導(dǎo)導(dǎo)最大大的方方向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。。而定定子和和轉(zhuǎn)子子的齒齒數(shù)不不等，，使它它們?cè)谠诳臻g間上相相差一一個(gè)角角度。。b.工作原原理：：6.4小功率率同步步電動(dòng)動(dòng)機(jī)22電機(jī)旋旋轉(zhuǎn)角角速度度為：：因此定定子磁磁場(chǎng)與與轉(zhuǎn)子子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角速速度之之比為為：為獲得較大的磁阻轉(zhuǎn)矩，一般故Zr越大，越接近，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越低。例如轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子、、定子子齒數(shù)數(shù)分別別取100和98，則：：6.4小功率同步步電動(dòng)機(jī)236.5其它它電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)測(cè)速速發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)自自整整角角機(jī)機(jī)直直線線電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)磁阻阻式式電電磁磁減減速速同同步步電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)無(wú)無(wú)需需啟啟動(dòng)動(dòng)繞繞組組，，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單，，制制造造方方便便，，成成本本低低，，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速較較低低，，是是一一種種常常用用的的低低速速電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)。。6.4小功率同同步電動(dòng)動(dòng)機(jī)24第七章：：機(jī)電傳傳動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)中電動(dòng)動(dòng)機(jī)的選選擇要求在了了解電動(dòng)動(dòng)機(jī)的發(fā)發(fā)熱與冷冷卻規(guī)律律的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，重重點(diǎn)掌握握電動(dòng)機(jī)機(jī)容量的的選擇。。一、電動(dòng)動(dòng)機(jī)容量量選擇的的原則首先明確確合理選選擇電動(dòng)動(dòng)機(jī)容量量的重要要性。選擇電動(dòng)動(dòng)機(jī)容量量根據(jù)的的三項(xiàng)基基本原則則是：1、發(fā)熱：保證電機(jī)實(shí)際最高溫度等于或小于電機(jī)絕緣的允許最高溫度。252、過(guò)載能能力：電電動(dòng)機(jī)在在運(yùn)行時(shí)時(shí)必須有有一定的的過(guò)載能能力。特特別是短短期工作作時(shí)主要要考慮它它。第七章：：機(jī)電傳傳動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)中電動(dòng)動(dòng)機(jī)的選選擇所選取的的電動(dòng)機(jī)機(jī)的最大大轉(zhuǎn)矩或或所允許許的最大大電流，，必須大大于運(yùn)行行過(guò)程中中可能出出現(xiàn)的最最大負(fù)載載轉(zhuǎn)矩和和電流。。對(duì)于異步步電動(dòng)機(jī)機(jī)：26對(duì)于直直流電電動(dòng)機(jī)機(jī)：3、啟動(dòng)動(dòng)能力力：為保證電動(dòng)動(dòng)機(jī)的可靠靠啟動(dòng)，必必須：第七章：機(jī)機(jī)電傳動(dòng)系系統(tǒng)中電動(dòng)動(dòng)機(jī)的選擇擇27二、電動(dòng)機(jī)機(jī)發(fā)熱與冷冷卻電動(dòng)機(jī)在運(yùn)運(yùn)行過(guò)程中中，發(fā)生能能量轉(zhuǎn)換，，必有能量量損耗，都都變成熱能能而使電動(dòng)動(dòng)機(jī)發(fā)熱，，溫度升高高。而溫度度超過(guò)一定定數(shù)值，必必定是繞組組的絕緣損損壞。所以，按發(fā)熱條件選擇電動(dòng)機(jī)功率的最基本依據(jù)是：電動(dòng)機(jī)的工作溫度應(yīng)小于絕緣材料允許的最高工作溫度。第七章：機(jī)機(jī)電傳動(dòng)系系統(tǒng)中電動(dòng)動(dòng)機(jī)的選擇擇28電動(dòng)機(jī)的溫溫度上升和和下降都有有一個(gè)過(guò)程程，溫升上上升的快慢慢與散熱條條件有關(guān)，，溫升大小小不僅取決決與負(fù)載大大小，也和和負(fù)載的運(yùn)運(yùn)行方式有有關(guān)。第七章：機(jī)機(jī)電傳動(dòng)系系統(tǒng)中電動(dòng)動(dòng)機(jī)的選擇擇三、不同工工作制下的的電動(dòng)機(jī)容容量的選擇擇1、連續(xù)工作作制電動(dòng)機(jī)機(jī)容量的選選擇對(duì)于負(fù)載恒定時(shí)，選擇電動(dòng)機(jī)為：29對(duì)于變動(dòng)負(fù)負(fù)載時(shí)，不不能按最大大或最小負(fù)負(fù)載功率來(lái)來(lái)選擇，而而用所謂““等值法””來(lái)計(jì)算電電動(dòng)機(jī)功率率。即把實(shí)實(shí)際的變化化負(fù)載化成成一等效的的恒定負(fù)載載（兩者的的溫升相同同）來(lái)確定定電動(dòng)機(jī)的的功率。按發(fā)熱來(lái)考考慮：電動(dòng)動(dòng)機(jī)的溫升升取決于熱熱量，是由由損耗造成成，包括不不變的鐵耗耗、機(jī)械損損耗和可變變的銅耗，，后者有取取決于負(fù)載載電流和通通電時(shí)間。。第七章：機(jī)機(jī)電傳動(dòng)系系統(tǒng)中電動(dòng)動(dòng)機(jī)的選擇擇30其等值電流流為：等效轉(zhuǎn)矩法法為：然后選擇電電動(dòng)機(jī)：等效功率法法為：31應(yīng)用很廣，，只要對(duì)生生產(chǎn)機(jī)械作作出負(fù)載圖圖，即可依依發(fā)熱條件件使用等效效法進(jìn)行電電動(dòng)機(jī)初選選擇。但還還要進(jìn)行過(guò)過(guò)載能力和和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩矩的校驗(yàn)。。講書(shū)上P118頁(yè)例7.2。理解其方方法的應(yīng)用用情況。第七章：機(jī)機(jī)電傳動(dòng)系系統(tǒng)中電動(dòng)動(dòng)機(jī)的選擇擇2、短時(shí)工作作制電動(dòng)機(jī)機(jī)容量的選選擇這種電動(dòng)機(jī)機(jī)，工作時(shí)時(shí)溫升達(dá)不不到穩(wěn)定值值，因此發(fā)發(fā)熱情況與與長(zhǎng)期連續(xù)續(xù)制工作方方式不同。。可以選擇擇專(zhuān)用短時(shí)時(shí)工作制電電動(dòng)機(jī)，也也可以選擇擇連續(xù)工作作制的普通通電動(dòng)機(jī)。。32選擇專(zhuān)用短短時(shí)工作制制電動(dòng)機(jī)，，由于實(shí)際際工作時(shí)間間Tp與短時(shí)工作作時(shí)間Ts不同，需