机电传动控制(4).ppt

1,机电传动控制,总学时48理论学时48实验学时0周学时4,主讲西南科技大学制造学院先进制造教研室中心实验室马有良13458328979mayouliang,2,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。,3,3、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,4,6.1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）。,5,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。,6,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S1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。,7,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,8,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,9,4、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,10,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,11,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,12,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。,13,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,14,6.3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。,15,2、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,16,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,17,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,18,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,19,6.4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）,20,它也存在启动困难问题，为此转子上的鼠笼绕组起了启动绕组的作用（即采用异步启动）。当负载转矩超过一定限度，电动机将“失步”。适合于轻载启动。,它的工作原理与普通同步电动机的原理相似。,6.4小功率同步电动机,21,电动机的定子和转子由硅钢片叠装而成，定子槽中装有三相或单相电源以产生磁场，转子槽中不嵌入绕组，定、转子上均有开口槽，且转子齿数大于定子齿数。,2、磁阻式电磁减速同步电动机（略讲）,a.结构特点,6.4小功率同步电动机,22,它也是定子旋转磁通转过一个齿距后转子需转过的角度。,由于磁力线总是力图经过的磁路最小，磁阻转矩总是力图使转子朝磁导最大的方向转动。而定子和转子的齿数不等，使它们在空间上相差一个角度。,b.工作原理,6.4小功率同步电动机,23,电机旋转角速度为,因此定子磁场与转子旋转角速度之比为,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。,例如转子、定子齿数分别取100和98，则,6.4小功率同步电动机,24,6.5其它电动机,测速发电机自整角机直线电动机,磁阻式电磁减速同步电动机无需启动绕组，结构简单，制造方便，成本低，转速较低，是一种常用的低速电动机。,6.4小功率同步电动机,25,第七章机电传动系统中电动机的选择,要求在了解电动机的发热与冷却规律的基础上，重点掌握电动机容量的选择。,一、电动机容量选择的原则,首先明确合理选择电动机容量的重要性。,选择电动机容量根据的三项基本原则是,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。,26,2、过载能力电动机在运行时必须有一定的过载能力。特别是短期工作时主要考虑它。,第七章机电传动系统中电动机的选择,所选取的电动机的最大转矩或所允许的最大电流，必须大于运行过程中可能出现的最大负载转矩和电流。,对于异步电动机,27,对于直流电动机,3、启动能力,为保证电动机的可靠启动，必须,第七章机电传动系统中电动机的选择,28,二、电动机发热与冷却,电动机在运行过程中，发生能量转换，必有能量损耗，都变成热能而使电动机发热，温度升高。而温度超过一定数值，必定是绕组的绝缘损坏。,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。,第七章机电传动系统中电动机的选择,29,电动机的温度上升和下降都有一个过程，温升上升的快慢与散热条件有关，温升大小不仅取决与负载大小，也和负载的运行方式有关。,第七章机电传动系统中电动机的选择,三、不同工作制下的电动机容量的选择,1、连续工作制电动机容量的选择,对于负载恒定时，选择电动机为,30,对于变动负载时，不能按最大或最小负载功率来选择，而用所谓“等值法”来计算电动机功率。即把实际的变化负载化成一等效的恒定负载（两者的温升相同）来确定电动机的功率。,按发热来考虑电动机的温升取决于热量，是由损耗造成，包括不变的铁耗、机械损耗和可变的铜耗，后者有取决于负载电流和通电时间。,第七章机电传动系统中电动机的选择,31,其等值电流为,等效转矩法为,然后选择电动机,等效功率法为,32,应用很广，只要对生产机械作出负载图，即可依发热条件使用等效法进行电动机初选择。但还要进行过载能力和启动转矩的校验。讲书上P118页例7.2。理解其方法的应用情况。,第七章机电传动系统中电动机的选择,2、短时工作制电动机容量的选择,这种电动机，工作时温升达不到稳定值，因此发热情况与长期连续制工作方式不同。可以选择专用短时工作制电动机，也可以选择连续工作制的普通电动机。,33,选择专用短时工作制电动机，由于实际工作时间Tp与短时工作时间Ts不同，需要进行功率换算。,再进行过载能力和启动转矩的校验。,第七章机电传动系统中电动机的选择,34,3、重复短时工作制电动机容量的选择,这种电动机，工作特点是重复性和短时性，也可以选择专用重复短时工作制电动机和选择连续工作制的普通电动机。,用暂载率来描述,选择专用重复短时工作制电动机，应根据实际机械负载图算出实际暂载率，换算到暂载率为25时的功率，再选择,35,选择连续工作制的普通电动机，可把上式的看成是100即可。一般适当选大一点，还要进行过载能力的校验。,例7.3P121,第七章机电传动系统中电动机的选择,以上方法是基于一些假设条件，是近似的，在实际应用时根据具体情况适当给予修正。,36,四、电动机容量选择的统计法和类比法,五、晶闸管供电对电动机的影响,六、电动机的种类、电压、转速和结构型式的选择表7-2P125页。,作业7-8、9、10、11、12,第七章机电传动系统中电动机的选择,思考题6-26-36-56-10,预习第八章,复习第五章第六章,37,,谢谢观看,