機電傳動控制課程課件

機電傳動控制1第六章：控制電機本章基本要求和重點：1、掌握對控制電機的主要要求。它是用來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)，大啟動轉(zhuǎn)矩，小轉(zhuǎn)動慣量，精度要高，誤差要小。2、了解機電傳動控制系統(tǒng)中一些常用控制電機的基本結(jié)構(gòu)。23、重點掌握各種控制電機的基本工作原理、主要運行特性及特點。4、了解各種控制電機的應(yīng)用場所，以便正確選用和使用它們。5、難點是理解交流伺服電動機的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象及消除原理。第六章：控制電機36.1交流伺服電動機伺服電動機也稱為執(zhí)行電動機，將電信號轉(zhuǎn)換軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，有直流和交流兩種，最大的特點是可控。與普通電機相比：有調(diào)速范圍廣、能實現(xiàn)迅速的啟和停、過載能力強，可靠性好等特點。1、兩相交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)其定子繞組與單相電容分相式異步電動機相似，嵌入兩個相差90度的繞組，勵磁繞組和控制繞組，它們分別接入兩個不同的交流電源（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)子的交流伺服電動機。6.1交流伺服電動機2、工作原理是以單相異步電動機原理為基礎(chǔ)。勵磁繞組接到電壓一定的交流電網(wǎng)上，當控制繞組上有控制信號輸入時，兩相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。5把控制電壓的相位改變180度，可改變伺服電動機的旋轉(zhuǎn)方向。要求控制電壓一但取消，電動機必須停轉(zhuǎn)。但是取消控制電壓后，勵磁電壓仍可使電動機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，既所謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。6.1交流伺服電動機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。可得出不同轉(zhuǎn)子電阻和控制電壓為0時的伺服電動機機械特性曲線。6設(shè)計電阻使電動機單相運行時最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)在SM大于1處。6.1交流伺服電動機7由圖看出：曲線1為有控制電壓時，曲線T為去掉控制電壓時，此時T與n相反，成為制動轉(zhuǎn)矩，它可使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動，保證不會出現(xiàn)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。而勵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交流伺服電動機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交流伺服電動機9不同電壓下的機械特性曲線。由圖可見：在一定負載下，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交流伺服電動機10交流伺服電動機應(yīng)用非常廣泛：可以方便的利用控制電壓的有無來進行啟動、停止，利用改變電壓的幅值（或相位）大小來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的高低。而伺服電動機的性能直接影響著整個系統(tǒng)的性能。選擇時要注意系統(tǒng)對伺服電動機的靜態(tài)、動態(tài)特性的要求。一般輸出功率不大。6.1交流伺服電動機11它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流他勵電動機相同，不同點在于做的細長一點，以便滿足快速響應(yīng)的要求。6.2直流伺服電動機由上式可以看出：改變控制電壓和改變磁通都可以控制伺服電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。前者是電樞控制（常用），后者是磁場控制。12在磁通不變的情況下，在一定的負載轉(zhuǎn)矩下，升高電壓，電機轉(zhuǎn)速就上升。反之就下降，電機無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。直流伺服電動機與交流伺服電動機的機械特性相比較，前者堵轉(zhuǎn)矩大，特性曲線線性度好，機械特性較硬，但缺點是有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易產(chǎn)生無線電干擾。通常用于功率稍大的系統(tǒng)中。6.2直流伺服電動機136.3力矩電動機在某些自動控制系統(tǒng)中，被控制對象的轉(zhuǎn)速相對較低，如采用減速器，使系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜。閉環(huán)時易產(chǎn)生自激振蕩。希望有一種低轉(zhuǎn)速，大轉(zhuǎn)矩的伺服電動機。有交流和直流兩大類，使用較多的是永磁式直流力矩電動機。1、結(jié)構(gòu)特點在傳統(tǒng)的直流伺服電動機的基礎(chǔ)上，在相同體積和電壓的前提下，一般做成扁平狀，以滿足要求。142、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速低的原因a.轉(zhuǎn)矩大的原因由直流電動機的基本原理可知：每根導(dǎo)體所受的電磁力為：電磁轉(zhuǎn)矩為：6.3力矩電動機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)速低的原因?qū)w在磁場中運動切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢為：線速度為：6.3力矩電動機16設(shè)在一對電刷之間的并聯(lián)支路數(shù)為2，N/2根導(dǎo)體串聯(lián)后總感應(yīng)電勢為Ea，理想空載下則：在上式中，保持NL不變下，理想空載轉(zhuǎn)速和電樞鐵心直徑成反比關(guān)系。6.3力矩電動機17綜述：在其他條件相同下，增大電動機直徑，減少軸向長度，可滿足要求。（扁平狀結(jié)構(gòu)）。由于保證了能在低速或堵轉(zhuǎn)下運行，加上它有精度高、反應(yīng)速度快、線性度好等特點，應(yīng)用較廣。6.3力矩電動機186.4小功率同步電動機對于一些控制設(shè)備和自動裝置，（如傳真機、電鐘等）往往需要速度恒定不變，使用之。它是交流同步電動機，定子結(jié)構(gòu)與異步電動機無本質(zhì)區(qū)別，轉(zhuǎn)子上無繞組，結(jié)構(gòu)簡單。1、永磁式同步電動機它的結(jié)構(gòu)特點是，轉(zhuǎn)子中包括永久磁鐵和置于轉(zhuǎn)子鐵心中的鼠籠繞組。（與大功率同步電動機不同）19它也屑存在廣啟動傾困難鋒問題形，為馳此轉(zhuǎn)慈子上稿的鼠圈籠繞寶組起尚了啟瞧動繞程組的隆作用盆（即槳采用摩異步打啟動染）。當負幫載轉(zhuǎn)女矩超另過一即定限超度，技電動扮機將鋤“失季步”湊。適合掙于輕材載啟衫動。它的演工作核原理疏與普城通同達步電念動機雕的原根理相梅似。6.奮4床小怨功率煤同步啞電動權(quán)機20電動弄機的跌定子捧和轉(zhuǎn)哄子由魂硅鋼扭片疊信裝而充成，戀定子納槽中關(guān)裝有墳三相畏或單月相電委源以蹦產(chǎn)生乎磁場梯，轉(zhuǎn)揮子槽娃中不答嵌入柳繞組搖，定恰、轉(zhuǎn)詠子上羊均有借開口勇槽，辣且轉(zhuǎn)崇子齒炊數(shù)大忍于定蔥子齒撥數(shù)。2、親磁阻干式電猴磁減謝速同巧步電疏動機害（略負講）a.限結(jié)構(gòu)銀特點球：6.格4惜小域功率若同步把電動網(wǎng)機21它也忠是定鳳子旋億轉(zhuǎn)磁孕通轉(zhuǎn)漫過一役個齒證距后鴿轉(zhuǎn)子良需轉(zhuǎn)價過的梁角度英。由于棵磁力輝線總源是力怒圖經(jīng)芬過的夏磁路框最小錫，磁園阻轉(zhuǎn)音矩總姻是力礦圖使川轉(zhuǎn)子蓬朝磁借導(dǎo)最似大的擦方向剖轉(zhuǎn)動灰。而夏定子護和轉(zhuǎn)逢子的派齒數(shù)旁不等預(yù)，使青它們膚在空樂間上飾相差綿一個據(jù)角度遺。b.哄工作敬原理逆：6.缸4遮小霞功率揀同步籠電動奸機22電機狗旋轉(zhuǎn)彎角速凳度為濕：因此瞧定子頸磁場萌與轉(zhuǎn)辮子旋漂轉(zhuǎn)角搜速度帖之比勉為：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。例如禁轉(zhuǎn)子旦、定掌子齒睛數(shù)分摧別取主10竟0和輸98要，則匆：6.醉4監(jiān)小凈功率插同步準電動業(yè)機236.隔5仙其垂它電巷動機測速形發(fā)電倦機島自整澡角機趨直楊線電章動機磁阻肅式電醋磁減著速同估步電御動機本無需隨啟動辨繞組豈，結(jié)辜構(gòu)簡昌單，據(jù)制造穩(wěn)方便沈，成資本低葉，轉(zhuǎn)搖速較胳低，市是一滴種常沾用的雁低速急電動慮機。6.光4厘小喝功率飲同步麥電動焰機24第七嚷章：票機電呆傳動寶系統(tǒng)市中電悲動機殼的選逗擇要求累在了蹲解電素動機姑的發(fā)務(wù)熱與掩冷卻睜規(guī)律單的基不礎(chǔ)上渴，重小點掌銜握電垮動機粱容量壓的選址擇。一、哭電動湖機容帝量選之擇的銳原則首先摧明確鉆合理己選擇賄電動旗機容名量的松重要憂性。選擇僻電動莖機容厭量根輔據(jù)的梢三項案基本夸原則折是：1、發(fā)熱：保證電機實際最高溫度等于或小于電機絕緣的允許最高溫度。252、吧過載彼能力溜：電需動機薄在運割行時紀必須哥有一傲定的諒過載屈能力料。特態(tài)別是筍短期狐工作拿時主飄要考窯慮它講。第七輪章：陶機電鉆傳動統(tǒng)系統(tǒng)化中電尾動機東的選怠擇所選塵取的軍電動膊機的夠最大沉轉(zhuǎn)矩然或所寫允許根的最異大電開流，變必須墓大于筍運行裝過程態(tài)中可碰能出黑現(xiàn)的賤最大鹿負載充轉(zhuǎn)矩陣和電氏流。對于頸異步茶電動叢機：26對于跨直流棒電動陷機：3、耍啟動鏈能力挪：為保婦證電皮動機媽的可鑒靠啟昌動，雕必須聯(lián)：第七秘章：遍機電董傳動默系統(tǒng)搶中電飯動機男的選苦擇27二、叨電動蠟機發(fā)治熱與廊冷卻電動以機在透運行冊過程羅中，墾發(fā)生豬能量蜘轉(zhuǎn)換按，必梨有能耳量損些耗，捷都變尖成熱棒能而冬使電鈔動機伐發(fā)熱崇，溫圾度升點高。渡而溫希度超毛過一室定數(shù)蜻值，機必定帳是繞姜組的強絕緣偵損壞貼。所以，按發(fā)熱條件選擇電動機功率的最基本依據(jù)是：電動機的工作溫度應(yīng)小于絕緣材料允許的最高工作溫度。第七清章：色機電鼻傳動糕系統(tǒng)退中電店動機匠的選現(xiàn)擇28電動憲機的千溫度通上升攤和下艦降都壟有一捉個過并程，孟溫升刻上升拴的快盯慢與滑散熱患條件桐有關(guān)對，溫虜升大松小不陪僅取里決與姜負載檔大小崖，也鉗和負晝載的堪運行孔方式扯有關(guān)醬。第七澆章：憲機電梯傳動盆系統(tǒng)黎中電題動機訂的選貿(mào)擇三、史不同閥工作莖制下使的電木動機妙容量瞇的選慢擇1、垂連續(xù)仁工作榆制電窮動機法容量工的選直擇對于負載恒定時，選擇電動機為：29對于堪變動珠負載佩時，快不能票按最乎大或涌最小役負載寒功率煩來選滴擇，鐵而用濁所謂若“等儉值法修”來鏈計算稅電動植機功迫率。濕即把巴實際舒的變茫化負搶載化屬成一餓等效纏的恒遙定負紹載（祖兩者臣的溫內(nèi)升相垂同）畫來確卷定電盾動機當?shù)墓Ｂ?。按發(fā)掙熱來兩考慮腦：電悔動機荷的溫丙升取朵決于栗熱量朝，是揭由損跡耗造鬧成，敘包括渴不變仔的鐵招耗、蓬機械漲損耗稿和可吐變的屠銅耗獸，后擋者有換取決弦于負棕載電身流和身通電師時間噴。第七華章：顏機電居傳動縣系統(tǒng)和中電叛動機造的選能擇30其等梅值電勺流為遲：等效疾轉(zhuǎn)矩瘋法為當：然后筑選擇嘉電動殊機：等效放功率概法為運：31應(yīng)用明很廣駝，只互要對童生產(chǎn)麗機械椅作出貸負載笨圖，色即可吳依發(fā)鑒熱條腿件使黑用等凡效法辭進行傷電動枯機初混選擇唐。但拐還要郵進行貿(mào)過載殖能力片和啟鹿動轉(zhuǎn)侍矩的夏校驗仁。講矛書上繩P1核18復(fù)頁例命7.櫻2。諒理解膝其方港法的徑應(yīng)用勵情況陰。第七腔章：拘機電竄傳動沃系統(tǒng)使中電萬動機驢的選針擇2、稅短時擺工作哀制電漿動機架容量揉的選墨擇這種績電動至機，不工作授時溫森升達椅不到晉穩(wěn)定含值，嫌因此統(tǒng)發(fā)熱證情況絨與長豈期連最續(xù)制倚工作兵方式壓不同臂?？稍斠赃x掩擇專郊用短桐時工臥作制仆電動隊機，陽也可棵以選轉(zhuǎn)擇連史續(xù)工乎作制哀的普也通電芬動機練。32選擇釋專用樓短時溪工作淋制電歪動機抵，由單于實壺際工梢作時冠間T耍p與栗短時需工作潛時間書Ts鄙不同盟，需抗要進足行功撈率換單算。再進攔行過豆載能刺力和演啟動刷轉(zhuǎn)矩僑的校惕驗。如選擇連續(xù)工作制的普通電動機，則Pp為實際負載功率，K為過載倍數(shù)。第七吧章：漆機電嘴傳動雞系統(tǒng)逝中電餡動機品的選摔擇333、勸重復(fù)薯短時酸工作蠢制電儀動機士容量甚的選扔擇這種柄電動博機，蓄工作芬特點押是重房誠復(fù)性殺和短箱時性擠，也好可以碑選擇陣專用墻重復(fù)困短時移工作恨制電蛾動機鞠和選歪擇連鑰續(xù)工西