交流伺服与变频技术项目1

项目一、交流调速原理任务一、掌握电机控制的基本理论一、电磁感应定律与电磁力☞

知识回顾☻想一想：

什么叫电磁感应现象？什么叫电磁力？电磁力的方向怎样确定？☞学习提示1

电磁感应：电流可产生磁场；磁场的变化能产生电流。

电磁力：通电的导体放入磁场中将会产生力。☞知识检查1.

在电磁学上，以下两图表示什么？2.电流所产生的磁场怎样表示？绘出上图的磁场。3.下图中的两导体受到的电磁力方向怎样？NSNSFF电磁力：F=BIL；电磁转矩：M=2FR；☻结论：电机输出转矩与电机结构（绕组半径R和长度L）、磁场强度B、电流I有关；结构决定后，M决定于磁场强度B和绕组电流I。FFBILR

电磁力和电磁转矩☞电机运行原理二、电机运行的力学基础M：电机输出转矩（Nm）Mf：负载转矩（Nm）

J：转动惯量（kgm2）ω：电机角速度（rad/s）P：功率（W）☞实际：电机参数以功率、转速表示。换算：ω=2πn/60n：电机转速（r/min）M=

9550P/nP：电机功率（kW）M=Mf+JdωdtP=Mω某电机的铭牌如图所示，问：该电机的额定角速度和额定输出转矩为多大？☺练一练：三相感应电动机型号Y100L1—4接法△/Y

功率2.2kW工作方式S1

电压220/380V绝缘等级B电流8.6/5A温升70℃转速1430r/min重量34kg频率50Hz编号

×电机厂出厂日期

解：

额定角速度、额定输出转矩是额定转速、额定功率所对应的角速度和输出转矩。

∴ω=

2πn/60=

150

（rad/s）M=

9550P/n=14.7（Nm）☺要点：

所有产品铭牌上的数据，是指它在连续工作时的最大允许值，又称额定值。额定值可以达到，但不能超过。答：该电机的额定角速度为150rad/s、额定输出转矩为14.7Nm。

机械特性☞电机的最大允许输出（功率、转矩）与转速有关，额定值只能表示额定转速时的值。

机械特性：全范围反映电机输出转矩、功率和转速关系的曲线。MnneMePnnePenMneMe伺服电机主轴电机感应电机☺问题：

为什么不同电机的机械特性的表示方法不一样？☞原因：电机的适用范围不同。不同电机用于不同类型的负载驱动，其要求不同。☺

例如：数控机床的控制刀具的进给运动（前后、左右移动）：

主要技术指标：最大进给力。刀具的旋转运动（切削工件）：

主要技术指标：单位时间能够去除的材料体积。☞决定机床加工能力的参数，不能因为刀具移动速度、转速的变化而变化。M=F·（h/2π）h：滚珠丝杠螺距，结构定后，h不变。☺结论：

负载要求电机的输出转矩不变。☞刀具进给☞刀具切削☺结论：

负载要求电机的输出功率不变。Q=kPk：与刀具、工件材料有关，工艺决定后固定不变。

恒功率负载：功率不随转速改变的负载。例如，数控机床的刀具旋转切削。☞主轴电机以输出功率作为主要参数。

恒转矩负载：转矩不随转速改变的负载。例如，数控机床的刀具进给。☞伺服电机以输出转矩作为主要参数。

负载类型任务二、了解伺服电机的运行原理一、伺服电机运行原理BLDCM运行☞

BLDCM=BrushLessDC

Motor中文名：无刷直流电机电刷：改变电流方向的装置问题：绕组通断将产生电弧（火花），电机转速不能太高、要更换。FFBILR电刷

BLDCM运行原理 A+B+C+A-B-C-直流FFn依次切换：T1/T6→T6/T2→T2/T4→T4/T3→T3/T5→T5/T1→T1/T6，电机逆时针旋转

依次切换：T1/T6→T1/T5→T5/T3→T3/T4→T4/T2→T2/T6→T6/T1，电机顺时针旋转

ABCT1T1T4T2T5T6T3☺

特点：不需要换向器、控制简单、转矩波动较大

PMSM运行原理

ABCT1T1T4T2T5T6T3☞

PMSM=PermanentMagnetSynchronousMotor中文名：永磁同步电机☞同步电机：供电的电源为三相、正弦波交流电。任务三、了解感应电机运行原理☺想一想：假如电机的转子没有安装永久磁铁，电机能否旋转？☞答案：能够。就是感应电机。因为定子通入三相正弦波交流后，能够产生旋转磁场。通俗理解：利用旋转的磁场也可以吸引导磁材料转子旋转。

感应电机结构轴承接线盒定子绕组风叶铭牌机座外壳电机轴ABCABCCBA☞旋转磁场的产生

感应电机原理

转速和频率电流变化360°

，磁场转过360°（1转）。电流变化速度：交流电的频率f，Hz=1/s。

磁场转速n=f(r/s)=60f(r/min)☞旋转磁场转速称为同步转速

圆周上只布置1组A/B/C绕组，称为1对极

推论：180°上布置1组A/B/C绕组，电流变化一周期，磁场转过180°。

磁场转速n

=60f/2(r/min)

即：360°上布置2组

A/B/C绕组，称为2对极。☞

通式：

定子圆周上布置P组绕组，称为P对极。

磁场转速n

=60f/p(r/min)☺要点改变电流频率，就能够改变电机（转子）转速。伺服电机：电机转速与旋转磁场完全一致，同步电机。感应电机：转子转速必须略低于旋转磁场转速，异步电机。

☞感应电机转速

n=（1-S）60f/p(r/min)1.某电机的铭牌如图所示，问：该电机的磁极对数和同步转速各为多少？☺练一练：三相感应电动机型号Y100L1—4接法△/Y

功率2.2kW工作方式S1

电压220/380V绝缘等级B电流8.6/5A温升70℃转速1430r/min重量34kg频率50Hz编号

×电机厂出厂日期

解：

∵感应电机的同步转速与额定转速基本相同

∴p

≈60f/ne=60×50/1430≈2n0≈ne≈60f/p=1500（r/min）答：该感应电机的磁极对数为2，同步转速为1500r/min。2.

FANUC-βi22s交流伺服电机的铭牌数据为：额定转速ne=2000r/min，额定频率fe=133Hz，问：该伺服电机的极对数为多少？解：∵伺服电机为同步电机

∴n0

=ne=60f/p代入后得：p

=60f/ne=60×133

/2000=4答：该伺服电机的极对数为4。☺练一练（不定项选择）：1.采用国际单位制时电机的机电能量转换式为…（）A.

P=M×n/9550

B.

P=M×ωC.M=Mf+J(dω/dt)

D.f=Blv2.电机功率/转矩换算式P=M×n/9550中P、M、n的单位分别为

………………………

（）A.

kW、Nm、rad/s

B.

kW、Nm、r/minC.W、Nm、r/minD.kW、kgm、r/min

3.以下属于恒转矩负载的是……（）A.

电梯B.

机床进给C.机床主轴D.风机4.

以下属于恒功率负载的是……（）A.

电梯B.

机床进给C.机床主轴D.风机5.数控机床进给采用伺服电机驱动的原因是…

（）A.

保证最大进给力不变B.属于恒转矩负载

C.保证切削能力不变D.属于恒功率负载6.以下对数控机床主轴调速描述正确的是

……（）A.主轴属于恒功率负载B.恒功率范围越大越好C.主轴属于恒转矩负载

D.恒转矩范围越大越好7.

以下对无刷直流电机描述正确的是…………（）A.

简称BLDCMB.

属于交流伺服电机范畴C.简称PMSM

D.

属于直流伺服电机范畴

8.以下对PMSM电机描述正确的是……………（）A.

交流伺服电机B.

交流永磁同步电机C.直流伺服电机

D.无刷直流电机9.输入频率不变时转速不随负载变化的是……

（）A.

同步电机B.交流主轴电机

C.感应电机D.交流伺服电机10