机电传动控制课程课件

机电传动控制1第六章：控制电机本章基本要求和重点：1、掌握对控制电机的主要要求。它是用来完成信息的传递和变换，应具有良好的可控性，快速响应，大启动转矩，小转动惯量，精度要高，误差要小。2、了解机电传动控制系统中一些常用控制电机的基本结构。23、重点掌握各种控制电机的基本工作原理、主要运行特性及特点。4、了解各种控制电机的应用场所，以便正确选用和使用它们。5、难点是理解交流伺服电动机的自转现象及消除原理。第六章：控制电机36.1交流伺服电动机伺服电动机也称为执行电动机，将电信号转换轴上的转角或转速，有直流和交流两种，最大的特点是可控。与普通电机相比：有调速范围广、能实现迅速的启和停、过载能力强，可靠性好等特点。1、两相交流伺服电动机的结构其定子绕组与单相电容分相式异步电动机相似，嵌入两个相差90度的绕组，励磁绕组和控制绕组，它们分别接入两个不同的交流电源（同频率）。4其转子一般分为鼠笼转子和杯形转子两种。使用最多的是鼠笼转子的交流伺服电动机。6.1交流伺服电动机2、工作原理是以单相异步电动机原理为基础。励磁绕组接到电压一定的交流电网上，当控制绕组上有控制信号输入时，两相绕组产生旋转磁场。5把控制电压的相位改变180度，可改变伺服电动机的旋转方向。要求控制电压一但取消，电动机必须停转。但是取消控制电压后，励磁电压仍可使电动机继续旋转，既所谓“自转”现象。6.1交流伺服电动机3、消除自转现象的措施解决办法，使转子导条具有较大的电阻。这样最大转矩出现在S=1附近。可得出不同转子电阻和控制电压为0时的伺服电动机机械特性曲线。6设计电阻使电动机单相运行时最大转矩出现在SM大于1处。6.1交流伺服电动机7由图看出：曲线1为有控制电压时，曲线T为去掉控制电压时，此时T与n相反，成为制动转矩，它可使转子迅速停止转动，保证不会出现自转现象。而励磁绕组始终接在电源上。合成电磁转矩出现在第二和第四象限。6.1交流伺服电动机84、特性和应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线图。6.1交流伺服电动机9不同电压下的机械特性曲线。由图可见：在一定负载下，控制电压越高，S越小，转速越高。改变电压可改变转速。6.1交流伺服电动机10交流流伺伺服服电电动动机机应应用用非非常常广广泛泛：：可以以方方便便的的利利用用控控制制电电压压的的有有无无来来进进行行启启动动、、停停止止，，利利用用改改变变电电压压的的幅幅值值（（或或相相位位））大大小小来来调调节节转转速速的的高高低低。。而而伺伺服服电电动动机机的的性性能能直直接接影影响响着着整整个个系系统统的的性性能能。。选选择择时时要要注注意意系系统统对对伺伺服服电电动动机机的的静静态态、、动动态态特特性性的的要要求求。。一一般般输输出出功功率率不不大大。。6.1交流伺伺服电电动机机11它的基基本结结构和和工作作原理理与普普通直直流他他励电电动机机相同同，不不同点点在于于做的的细长长一点点，以以便满满足快快速响响应的的要求求。6.2直流伺伺服电电动机机由上式式可以以看出出：改改变控控制电电压和和改变变磁通通都可可以控控制伺伺服电电机的的转速速和转转向。。前者者是电电枢控控制（（常用用），，后者者是磁磁场控控制。。12在磁通通不变变的情情况下下，在在一定定的负负载转转矩下下，升升高电电压，，电机机转速速就上上升。。反之之就下下降，，电机机无自自转现现象。。直流伺服服电动机机与交流流伺服电电动机的的机械特特性相比比较，前前者堵转转矩大，，特性曲曲线线性性度好，，机械特特性较硬硬，但缺缺点是有有换向器器，结构构复杂，，易产生生无线电电干扰。。通常用用于功率率稍大的的系统中中。6.2直流伺服服电动机机136.3力矩电动动机在某些自自动控制制系统中中，被控控制对象象的转速速相对较较低，如如采用减减速器，，使系统统装置结结构复杂杂。闭环环时易产产生自激激振荡。。希望有有一种低低转速，，大转矩矩的伺服服电动机机。有交交流和直直流两大大类，使使用较多多的是永永磁式直直流力矩矩电动机机。1、结构特特点在传统的的直流伺伺服电动动机的基基础上，，在相同同体积和和电压的的前提下下，一般般做成扁扁平状，，以满足足要求。。142、转矩大大、转速速低的原原因a.转矩大的的原因由直流电电动机的的基本原原理可知知：每根根导体所所受的电电磁力为为：电磁转矩矩为：6.3力矩电动动机15在电枢体积相同条件下，保持不变，在相同电流和相同用铜量条件下，应保持不变。所以满足上述条件，转矩与直径近似成正比关系。b.转速低的的原因导体在磁磁场中运运动切割割磁力线线产生感感应电势势为：线速度为：6.3力矩电动动机16设在一对对电刷之之间的并并联支路路数为2，N/2根导体串串联后总总感应电电势为Ea，理想空载载下则：：在上式中中，保持持NL不变下，，理想空空载转速速和电枢枢铁心直直径成反反比关系系。6.3力矩矩电电动动机机17综述述：：在其其他他条条件件相相同同下下，，增增大大电电动动机机直直径径，，减减少少轴轴向向长长度度，，可可满满足足要要求求。。（（扁扁平平状状结结构构））。。由由于于保保证证了了能能在在低低速速或或堵堵转转下下运运行行，，加加上上它它有有精精度度高高、、反反应应速速度度快快、、线线性性度度好好等等特特点点，，应应用用较较广广。。6.3力矩电动机186.4小功率同步电电动机对于一些控制制设备和自动动装置，（如如传真机、电电钟等）往往往需要速度恒恒定不变，使使用之。它是交流同步步电动机，定定子结构与异异步电动机无无本质区别，，转子上无绕绕组，结构简简单。1、永磁式同步步电动机它的结构特点点是，转子中中包括永久磁磁铁和置于转转子铁心中的的鼠笼绕组。。（与大功率率同步电动机机不同）19它也存在启动动困难问题，，为此转子上上的鼠笼绕组组起了启动绕绕组的作用（（即采用异步步启动）。当负载转矩超超过一定限度度，电动机将将“失步”。。适合于轻载启启动。它的工作原理理与普通同步步电动机的原原理相似。6.4小功率同步电电动机20电动机的定子子和转子由硅硅钢片叠装而而成，定子槽槽中装有三相相或单相电源源以产生磁场场，转子槽中中不嵌入绕组组，定、转子子上均有开口口槽，且转子子齿数大于定定子齿数。2、磁阻阻式电电磁减减速同同步电电动机机（略略讲））a.结构特特点：：6.4小功率率同步步电动动机21它也是是定子子旋转转磁通通转过过一个个齿距距后转转子需需转过过的角角度。。由于磁磁力线线总是是力图图经过过的磁磁路最最小，，磁阻阻转矩矩总是是力图图使转转子朝朝磁导导最大大的方方向转转动。。而定定子和和转子子的齿齿数不不等，，使它它们在在空间间上相相差一一个角角度。。b.工作原原理：：6.4小功率率同步步电动动机22电机旋旋转角角速度度为：：因此定定子磁磁场与与转子子旋转转角速速度之之比为为：为获得较大的磁阻转矩，一般故Zr越大，越接近，则转子转速越低。例如转转子、、定子子齿数数分别别取100和98，则：：6.4小功率同步步电动机236.5其它它电电动动机机测速速发发电电机机自自整整角角机机直直线线电电动动机机磁阻阻式式电电磁磁减减速速同同步步电电动动机机无无需需启启动动绕绕组组，，结结构构简简单单，，制制造造方方便便，，成成本本低低，，转转速速较较低低，，是是一一种种常常用用的的低低速速电电动动机机。。6.4小功率同同步电动动机24第七章：：机电传传动系统统中电动动机的选选择要求在了了解电动动机的发发热与冷冷却规律律的基础础上，重重点掌握握电动机机容量的的选择。。一、电动动机容量量选择的的原则首先明确确合理选选择电动动机容量量的重要要性。选择电动动机容量量根据的的三项基基本原则则是：1、发热：保证电机实际最高温度等于或小于电机绝缘的允许最高温度。252、过载能能力：电电动机在在运行时时必须有有一定的的过载能能力。特特别是短短期工作作时主要要考虑它它。第七章：：机电传传动系统统中电动动机的选选择所选取的的电动机机的最大大转矩或或所允许许的最大大电流，，必须大大于运行行过程中中可能出出现的最最大负载载转矩和和电流。。对于异步步电动机机：26对于直直流电电动机机：3、启动动能力力：为保证电动动机的可靠靠启动，必必须：第七章：机机电传动系系统中电动动机的选择择27二、电动机机发热与冷冷却电动机在运运行过程中中，发生能能量转换，，必有能量量损耗，都都变成热能能而使电动动机发热，，温度升高高。而温度度超过一定定数值，必必定是绕组组的绝缘损损坏。所以，按发热条件选择电动机功率的最基本依据是：电动机的工作温度应小于绝缘材料允许的最高工作温度。第七章：机机电传动系系统中电动动机的选择择28电动机的温温度上升和和下降都有有一个过程程，温升上上升的快慢慢与散热条条件有关，，温升大小小不仅取决决与负载大大小，也和和负载的运运行方式有有关。第七章：机机电传动系系统中电动动机的选择择三、不同工工作制下的的电动机容容量的选择择1、连续工作作制电动机机容量的选选择对于负载恒定时，选择电动机为：29对于变动负负载时，不不能按最大大或最小负负载功率来来选择，而而用所谓““等值法””来计算电电动机功率率。即把实实际的变化化负载化成成一等效的的恒定负载载（两者的的温升相同同）来确定定电动机的的功率。按发热来考考虑：电动动机的温升升取决于热热量，是由由损耗造成成，包括不不变的铁耗耗、机械损损耗和可变变的铜耗，，后者有取取决于负载载电流和通通电时间。。第七章：机机电传动系系统中电动动机的选择择30其等值电流流为：等效转矩法法为：然后选择电电动机：等效功率法法为：31应用很广，，只要对生生产机械作作出负载图图，即可依依发热条件件使用等效效法进行电电动机初选选择。但还还要进行过过载能力和和启动转矩矩的校验。。讲书上P118页例7.2。理解其方方法的应用用情况。第七章：机机电传动系系统中电动动机的选择择2、短时工作作制电动机机容量的选选择这种电动机机，工作时时温升达不不到稳定值值，因此发发热情况与与长期连续续制工作方方式不同。。可以选择择专用短时时工作制电电动机，也也可以选择择连续工作作制的普通通电动机。。32选择专用短短时工作制制电动机，，由于实际际工作时间间Tp与短时工作作时间Ts不同，需