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交流伺服电动机应用非常广泛：可以方便的利用控制电压的有无来进行启动、停止，利用改变电压的幅值（或相位）大小来调节转速的高低。而伺服电动机的性能直接影响着整个系统的性能。选择时要注意系统对伺服电动机的静态、动态特性的要求。一般输出功率不大。6.1交流伺服电动机11它的基本结构和工作原理与普通直流他励电动机相同，不同点在于做的细长一点，以便满足快速响应的要求。6.2直流伺服电动机由上式可以看出：改变控制电压和改变磁通都可以控制伺服电机的转速和转向。前者是电枢控制（常用），后者是磁场控制。12在磁通不变的情况下，在一定的负载转矩下，升高电压，电机转速就上升。反之就下降，电机无自转现象。直流伺服电动机与交流伺服电动机的机械特性相比较，前者堵转矩大，特性曲线线性度好，机械特性较硬，但缺点是有换向器，结构复杂，易产生无线电干扰。通常用于功率稍大的系统中。6.2直流伺服电动机136.3力矩电动机在某些自动控制系统中，被控制对象的转速相对较低，如采用减速器，使系统装置结构复杂。闭环时易产生自激振荡。希望有一种低转速，大转矩的伺服电动机。有交流和直流两大类，使用较多的是永磁式直流力矩电动机。1、结构特点在传统的直流伺服电动机的基础上，在相同体积和电压的前提下，一般做成扁平状，以满足要求。142、转矩大、转速低的原因a.转矩大的原因由直流电动机的基本原理可知：每根导体所受的电磁力为：电磁转矩为：6.3力矩电动机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.转速低的原因导体在磁场中运动切割磁力线产生感应电势为：线速度为：6.3力矩电动机16设在一对电刷之间的并联支路数为2，N/2根导体串联后总感应电势为Ea，理想空载下则：在上式中，保持NL不变下，理想空载转速和电枢铁心直径成反比关系。6.3力矩电动机17综述：在其他条件相同下，增大电动机直径，减少轴向长度，可满足要求。（扁平状结构）。由于保证了能在低速或堵转下运行，加上它有精度高、反应速度快、线性度好等特点，应用较广。6.3力矩电动机186.4小功率同步电动机对于一些控制设备和自动装置，（如传真机、电钟等）往往需要速度恒定不变，使用之。它是交流同步电动机，定子结构与异步电动机无本质区别，转子上无绕组，结构简单。1、永磁式同步电动机它的结构特点是，转子中包括永久磁铁和置于转子铁心中的鼠笼绕组。（与大功率同步电动机不同）19它也屑存在广启动倾困难锋问题形，为驰此转慈子上稿的鼠圈笼绕宝组起尚了启瞧动绕程组的隆作用盆（即桨采用摩异步打启动染）。当负帮载转女矩超另过一即定限超度，技电动扮机将锄“失季步”凑。适合挣于轻材载启衫动。它的演工作核原理疏与普城通同达步电念动机雕的原根理相梅似。6.奋4床小怨功率煤同步哑电动权机20电动弄机的跌定子捧和转哄子由魂硅钢扭片叠信装而充成，恋定子纳槽中关装有坟三相畏或单月相电委源以蹦产生乎磁场梯，转挥子槽娃中不答嵌入柳绕组摇，定恰、转咏子上羊均有借开口勇槽，辣且转崇子齿炊数大忍于定葱子齿拨数。2、亲磁阻干式电猴磁减谢速同巧步电疏动机害（略负讲）a.限结构银特点球：6.格4惜小域功率若同步把电动网机21它也忠是定凤子旋亿转磁孕通转漫过一役个齿证距后鸽转子良需转价过的梁角度英。由于棵磁力辉线总源是力怒图经芬过的夏磁路框最小锡，磁园阻转音矩总姻是力矿图使川转子蓬朝磁借导最似大的擦方向剖转动灰。而夏定子护和转逢子的派齿数旁不等预，使青它们肤在空乐间上饰相差绵一个据角度遗。b.哄工作敬原理逆：6.缸4遮小霞功率拣同步笼电动奸机22电机狗旋转弯角速凳度为湿：因此瞧定子颈磁场萌与转辫子旋漂转角搜速度帖之比勉为：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。例如禁转子旦、定掌子齿睛数分摧别取主10竟0和输98要，则匆：6.醉4监小净功率插同步准电动业机236.隔5仙其垂它电巷动机测速形发电倦机岛自整澡角机趋直杨线电章动机磁阻肃式电醋磁减着速同估步电御动机本无需随启动辨绕组岂，结辜构简昌单，据制造稳方便沈，成资本低叶，转摇速较胳低，市是一滴种常沾用的雁低速急电动虑机。6.光4厘小喝功率饮同步麦电动焰机24第七嚷章：票机电呆传动宝系统市中电悲动机壳的选逗择要求累在了蹲解电素动机姑的发务热与掩冷却睁规律单的基不础上渴，重小点掌衔握电垮动机粱容量压的选址择。一、哭电动湖机容帝量选之择的锐原则首先摧明确钻合理己选择贿电动旗机容名量的松重要忧性。选择僻电动茎机容厌量根辅据的梢三项案基本夸原则折是：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、吧过载彼能力溜：电需动机薄在运割行时纪必须哥有一傲定的谅过载屈能力料。特态别是笋短期狐工作拿时主飘要考窑虑它讲。第七轮章：陶机电钻传动统系统化中电尾动机东的选怠择所选尘取的军电动膊机的够最大沉转矩然或所写允许根的最异大电开流，变必须墓大于笋运行装过程态中可碰能出黑现的贱最大鹿负载充转矩阵和电氏流。对于颈异步茶电动丛机：26对于跨直流棒电动陷机：3、耍启动链能力挪：为保妇证电皮动机妈的可鉴靠启昌动，雕必须联：第七秘章：遍机电董传动默系统抢中电饭动机男的选苦择27二、叨电动蜡机发治热与廊冷却电动以机在透运行册过程罗中，垦发生猪能量蜘转换按，必梨有能耳量损些耗，捷都变尖成热棒能而冬使电钞动机伐发热崇，温圾度升点高。渡而温希度超毛过一室定数蜻值，机必定帐是绕姜组的强绝缘侦损坏贴。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。第七清章：色机电鼻传动糕系统退中电店动机匠的选现择28电动宪机的千温度通上升摊和下舰降都垄有一捉个过并程，孟温升刻上升拴的快盯慢与滑散热患条件桐有关对，温虏升大松小不陪仅取里决与姜负载档大小崖，也钳和负昼载的堪运行孔方式扯有关酱。第七浇章：宪机电梯传动盆系统黎中电题动机订的选贸择三、史不同阀工作茎制下使的电木动机妙容量眯的选慢择1、垂连续仁工作榆制电穷动机法容量工的选直择对于负载恒定时，选择电动机为：29对于堪变动珠负载佩时，快不能票按最乎大或涌最小役负载寒功率烦来选滴择，铁而用浊所谓若“等俭值法修”来链计算税电动植机功迫率。湿即把巴实际舒的变茫化负抢载化属成一饿等效缠的恒遥定负绍载（祖两者臣的温内升相垂同）画来确卷定电盾动机当的功专率。按发挣热来两考虑脑：电悔动机荷的温丙升取朵决于栗热量朝，是揭由损迹耗造闹成，叙包括渴不变仔的铁招耗、蓬机械涨损耗稿和可吐变的屠铜耗兽，后挡者有换取决弦于负棕载电身流和身通电师时间喷。第七华章：颜机电居传动县系统和中电叛动机造的选能择30其等梅值电勺流为迟：等效疾转矩疯法为当：然后筑选择嘉电动殊机：等效放功率概法为运：31应用明很广驼，只互要对童生产丽机械椅作出贷负载笨图，色即可吴依发鉴热条腿件使黑用等凡效法辞进行伤电动枯机初混选择唐。但拐还要邮进行贸过载殖能力片和启鹿动转侍矩的夏校验仁。讲矛书上绳P1核18复页例命7.樱2。谅理解膝其方港法的径应用励情况阴。第七腔章：拘机电窜传动沃系统使中电万动机驴的选针择2、税短时摆工作哀制电浆动机架容量揉的选墨择这种绩电动至机，不工作授时温森升达椅不到晋稳定含值，嫌因此统发热证情况绒与长岂期连最续制倚工作兵方式压不同臂。可详以选掩择专郊用短桐时工卧作制仆电动队机，阳也可棵以选转择连史续工乎作制哀的普也通电芬动机练。32选择释专用楼短时溪工作淋制电歪动机抵，由单于实壶际工梢作时冠间T耍p与栗短时需工作潜时间书Ts鄙不同盟，需抗要进足行功捞率换单算。再进拦行过豆载能刺力和演启动刷转矩侨的校惕验。如选择连续工作制的普通电动机，则Pp为实际负载功率，K为过载倍数。第七吧章：漆机电嘴传动鸡系统逝中电馅动机品的选摔择333、劝重复薯短时酸工作蠢制电仪动机士容量甚的选扔择这种柄电动博机，蓄工作芬特点押是重房诚复性杀和短箱时性挤，也好可以碑选择阵专用墙重复困短时移工作恨制电蛾动机鞠和选歪择连钥续工西