簡介:第5章其他電機(jī),,,單相異步電動機(jī),51,,,伺服電動機(jī),53,51單相異步電動機(jī),511單相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)512單相異步電動機(jī)的工作原理513單相異步電動機(jī)的主要類型和啟動方法514單相異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制515單相異步電動機(jī)的調(diào)速516三相異步電動機(jī)的單相運(yùn)行,常用的單相異步電動機(jī),(A)單相電容啟動式(B)單相罩極式(C)YY系列電容式圖51單相異步電動機(jī)的實(shí)物圖,511單相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu),與三相異步電動機(jī)相似1.定子(1)定子與定子繞組(2)外殼2.轉(zhuǎn)子,電容器,前端蓋,定子,轉(zhuǎn)子,后端蓋,引出線,圖52單相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu),512單相異步電動機(jī)的工作原理,與三相異步電動機(jī)相似,,交變的脈動磁場,脈動磁場的分解,特點(diǎn)轉(zhuǎn)子靜止時,兩個旋轉(zhuǎn)磁場分別在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生兩個轉(zhuǎn)矩(大小相等、方向相反),合成轉(zhuǎn)矩為零,不能自行啟動,513單相異步電動機(jī)的主要類型和啟動方法,如果在單相異步電動機(jī)定子上安放具有空間相位相差90°的兩套繞組,然后通入相位相差90°的正弦交流電,那么就能產(chǎn)生一個像三相異步電動機(jī)那樣的旋轉(zhuǎn)磁場,實(shí)現(xiàn)自行啟動。1.單相分相式異步電動機(jī)2.單相電容式異步電動機(jī)3.單相凸極罩極式異步電動機(jī),1.單相分相式異步電動機(jī),原理在空間不同相的繞組中通以時間不同相的電流,合成磁場是一個旋轉(zhuǎn)磁場。(1)電阻啟動單相分相異步電動機(jī)(2)電容啟動單相分相電動機(jī),圖54單相分相式異步電動機(jī)等效電路,(1)電阻啟動單相分相異步電動機(jī),在定子上嵌有兩個空間相差90°電角度的單相繞組主繞組U1U2(工作繞組)、輔助繞組Z1Z2(啟動繞組),接在同一單相電源上。,缺點(diǎn)啟動轉(zhuǎn)矩小,啟動電流大。小型鼓風(fēng)機(jī)、研磨攪拌機(jī)、小型鉆床、醫(yī)療器械、電冰箱等,阻值大,細(xì);電流相位領(lǐng)先,靜止或轉(zhuǎn)速較低時,裝在電動機(jī)后端蓋上的離心開關(guān)S處于閉合狀態(tài);轉(zhuǎn)速達(dá)一定值時,S自動斷開,(2)電容啟動單相分相電動機(jī),靜止或轉(zhuǎn)速較低時,裝在電動機(jī)后端蓋上的離心開關(guān)S處于閉合狀態(tài),輔助繞組連同電容器與電源接通。轉(zhuǎn)速達(dá)一定值時,S自動斷開。,小型水泵、冷凍機(jī)、壓縮機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)等,2.單相電容式異步電動機(jī),(A)電容運(yùn)轉(zhuǎn)式(B)電容啟動、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式圖55單相電容式異步電動機(jī)等效電路,粗的輔助繞組,不僅產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩,而且參加運(yùn)行,轉(zhuǎn)矩大,啟動電容,3.單相凸極罩極式異步電動機(jī),分類凸極式和隱極式兩種。凸極式的定子(凸極鐵芯)、轉(zhuǎn)子鐵芯用硅鋼片疊成,凸極鐵芯組成磁極;在每個磁極1/31/4處開一個小槽,將磁極表面分為兩塊,在較小的一塊磁極上套入短路銅環(huán),套有短路銅環(huán)的磁極稱為罩極。,整個磁極上繞有單相繞組,它的轉(zhuǎn)子仍為籠形,,圖56凸極式罩極電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖57等效電路,罩極式電動機(jī)的工作原理,表51單相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用,正反轉(zhuǎn)由輔助繞組和主繞組的接法所決定只要將電源切斷,把兩個繞組中任一繞組的兩個端頭換接,就改變了兩繞組中電流之間的相序,也就改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向,使電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向得到了改變。,514單相異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制,,電容式運(yùn)轉(zhuǎn)電動機(jī),515單相異步電動機(jī)的調(diào)速,調(diào)速方法變頻調(diào)速、串電抗器調(diào)速、晶閘管調(diào)壓調(diào)速、串電容器調(diào)速以及繞組抽頭調(diào)速等。1.串電抗調(diào)速2.抽頭法調(diào)速,家用風(fēng)扇,結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速方便,耗材多吊扇電動機(jī),耗材、耗電少,但繞組嵌放和接線復(fù)雜,(A)串電抗器調(diào)速的接線圖(B)繞組抽頭調(diào)速的接線圖圖510單相異步電動機(jī)的調(diào)速控制,,電源線路中串入起分壓作用的電抗器,通過開關(guān)選擇繞組匝數(shù)來改變電抗值,改變電動機(jī)的電源電壓,調(diào)速,調(diào)速開關(guān)S改變調(diào)速繞組串入主繞組支路的匝數(shù),達(dá)到改變氣隙磁場的目的,調(diào)速,516三相異步電動機(jī)的單相運(yùn)行,1.三相異步電動機(jī)的單相運(yùn)行2.三相異步電動機(jī)的缺相運(yùn)行,1.三相異步電動機(jī)的單相運(yùn)行,沒有三相電源,臨時應(yīng)急。只適用于小、微型電動機(jī),負(fù)載降40,,在單相220V電源上使用三相異步電動機(jī),是按分相式電機(jī)的原理,把三相電動機(jī)繞組中兩相(U、V相)串聯(lián)起來組成主繞組,另一相串聯(lián)適當(dāng)電容作輔助啟動繞組,利用一、二次繞組中產(chǎn)生的90°相位差,來改三相交流電動機(jī)接單相運(yùn)行。(1)△接法方案(2)Y接法方案,,(1)△接法方案,電容C1、C2都要求耐壓450V~600V,無極油浸式,,C2(1~4)C1C1工作電容;C2啟動電容;IN電動機(jī)額定電流;COS?電動機(jī)功率因數(shù)。,圖511三相電動機(jī)△接法改單相運(yùn)行,,配電容改接即可,(2)Y接法方案,圖512三相電機(jī)接法改單相運(yùn)行,,2.三相異步電動機(jī)的缺相運(yùn)行,①啟動前斷了一相,對Y形法無啟動轉(zhuǎn)矩;對△接法相當(dāng)于電阻分相啟動,產(chǎn)生很小的啟動轉(zhuǎn)矩。一般空載啟動時,不動或微微轉(zhuǎn)動,且?guī)ж?fù)載時,無法啟動。②運(yùn)行中斷了一相,則電動機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn),但其他兩相電路中的電流劇增。電機(jī)會發(fā)熱燒壞。應(yīng)該在兩相以上設(shè)有過電流保護(hù),定子繞組的一相無電流,即斷相,52直流電機(jī),優(yōu)點(diǎn)調(diào)速性能良好,大啟動轉(zhuǎn)矩和過載能力。缺點(diǎn)制造復(fù)雜,成本較高,運(yùn)行中電流換向的故障多,對粉塵、易燃易爆場所無法應(yīng)用。在需要較大啟動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械上(如電車、電氣機(jī)車等)和要求性能高的生產(chǎn)機(jī)械(如軋鋼機(jī)等)上廣泛應(yīng)用。,,(A)ZYT系列(B)JSZ(ZYT)PX系列(C)ZK13TH型圖513直流電機(jī)實(shí)物圖,52直流電機(jī),521直流電機(jī)的可逆原理522直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)523直流電動機(jī)工作原理524直流電動機(jī)的調(diào)速方法525直流電機(jī)的銘牌526直流電動機(jī)的分類527直流電機(jī)主要系列,521直流電機(jī)的可逆原理,直流電機(jī)的可逆原理每一臺直流電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行,也可以作為電動機(jī)運(yùn)行。,,直流電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī),結(jié)構(gòu)完全相同,圖514直流電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換示意圖,522直流電機(jī)的結(jié)構(gòu),(A)直流電機(jī)分解圖,端蓋,風(fēng)扇,電樞,電刷架,端蓋,1風(fēng)扇2機(jī)座3電樞4主磁極5電刷架6換向器7接線板8出線盒9端蓋10換向磁極11轉(zhuǎn)軸12電樞鐵芯13電樞繞組14電刷,(B)直流電機(jī)剖視圖(C)直流電機(jī)截面圖,組成,1定子產(chǎn)生磁場并起機(jī)械支撐作用(由主磁極、換向磁極、機(jī)座、端蓋、軸承、電刷裝置等部件組成)。2轉(zhuǎn)子(電樞)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢,能量轉(zhuǎn)換的樞紐(由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、轉(zhuǎn)軸等部件組成)。3氣隙定子、轉(zhuǎn)子之間的間隙。,1.定子,端蓋,機(jī)座,主磁極,電刷架,換向極,,(1)主磁極(2)換向極(3)機(jī)座(4)電刷裝置(5)端蓋,(1)主磁極,機(jī)座,主磁極鐵芯,勵磁繞組,(2)換向極,換向極鐵芯,換向極繞組,,(3)機(jī)座,作用1)作為磁軛傳導(dǎo)磁通,是磁路的一部分;2)用來固定主磁極、換向磁極和端蓋等部件;3)借用機(jī)座的底腳把電機(jī)固定在基礎(chǔ)上。機(jī)座必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的導(dǎo)磁性能。,(4)電刷裝置,(A)電刷裝置結(jié)構(gòu)(B)電刷在刷握中的安放圖518電刷裝置,刷桿座,彈簧壓板,刷桿,電刷,刷握,電刷,刷握,刷辨,壓指,壓緊彈簧,(5)端蓋,端蓋一般用鑄鐵制成,固定于機(jī)座兩端,其作用是裝有軸承支撐電樞轉(zhuǎn)動;保護(hù)電機(jī)避免外界雜物落進(jìn);維護(hù)人身安全,防止接觸電機(jī)內(nèi)部器件。,2.轉(zhuǎn)子,(1)電樞鐵芯(2)電樞繞組(3)換向器(4)轉(zhuǎn)軸,(1)電樞鐵芯,,圖519轉(zhuǎn)子及電樞鐵芯沖片,換向器,電樞繞組元件,電樞鐵芯,徑向通風(fēng)道,齒,槽,軸向通風(fēng)孔,(2)電樞繞組,圖520線圈槽內(nèi)安放示意圖圖521電樞槽內(nèi)絕緣,上層有效邊,端接部分,下層有效邊,線圈尾端,線圈首端,槽楔,線圈絕緣,導(dǎo)體,層間絕緣,槽絕緣,槽底絕緣,(3)換向器,圖522換向器結(jié)構(gòu),片間云母,鎖緊螺母,V形環(huán),套筒,云母絕緣,換向片,換向片,(4)轉(zhuǎn)軸,轉(zhuǎn)軸起電樞旋轉(zhuǎn)的支撐作用,需有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛度,一般用圓鋼加工而成。,3.氣隙,氣隙是電機(jī)主磁極與電樞之間的間隙,小型電機(jī)氣隙約為1MM3MM,大型電機(jī)氣隙約為10MM12MM。氣隙雖小,因空氣磁阻較大,在電機(jī)磁路系統(tǒng)中有重要作用,其大小、形狀對電機(jī)性能有很大的影響。,523直流電動機(jī)工作原理,圖523直流電動機(jī)原理示意圖,磁極,電樞,換向器,電刷,524直流電動機(jī)的調(diào)速方法,1.在電樞中串入電阻2.改變電樞電壓調(diào)速3.減少氣隙磁通調(diào)速,負(fù)載不變的情況下,人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,1.在電樞中串入電阻,只能在低于額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)調(diào)速。設(shè)備簡單,但特性變軟,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較差,電阻上的功率損耗較大。,電源電壓UUN,氣隙磁通ФФN,電樞外串電阻,R越大,穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速越低,圖524機(jī)械特性曲線,,2.改變電樞電壓調(diào)速,調(diào)節(jié)電樞電壓U、N0變化,但斜率不變,圖525機(jī)械特性曲線,氣隙磁通ФФN,電樞外串電阻RΩ0,改變電樞端電壓,,一組平行曲線,3.減少氣隙磁通調(diào)速,圖526機(jī)械特性曲線,電源電壓UUN,電樞外串電阻RΩ0,改變氣隙磁通Ф,,525直流電機(jī)的銘牌,1.型號2.額定功率PN3.額定電壓UN4.額定電流IN5.額定轉(zhuǎn)速NN6.勵磁7.勵磁電壓UF8.勵磁電流IF9.定額10.溫升ΤN11.額定效率ΗN12.線端標(biāo)記,1.型號,,,2.額定功率PN,額定功率是指電機(jī)在額定運(yùn)行時的輸出功率。對電動機(jī)來說,是指軸上輸出的機(jī)械功率;對發(fā)電機(jī)來說,是指電樞輸出的電功率,單位為KW(千瓦)。,3.額定電壓UN,額定電壓是指電樞繞組能夠安全工作的最大輸入電壓(電動機(jī))或輸出電壓(發(fā)電機(jī)),單位為V(伏)。,4.額定電流IN,額定電流是指電機(jī)在額定運(yùn)行時,電樞繞組允許流過的最大電流,單位為A(安)。,5.額定轉(zhuǎn)速NN,額定轉(zhuǎn)速是指電機(jī)在額定電壓、額定電流和額定功率下運(yùn)行時,電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度,單位為R/MIN(轉(zhuǎn)/分)。,6.勵磁,指電機(jī)的勵磁方式,如他勵、并勵、串勵和復(fù)勵等。,7.勵磁電壓UF,對并勵電機(jī)來說,勵磁電壓就等于電機(jī)的額定電壓;對他勵電機(jī)來說,勵磁電壓要根據(jù)使用情況決定。,8.勵磁電流IF,指電機(jī)產(chǎn)生主磁通所需要的最大允許勵磁電流。,9.定額,指電機(jī)按銘牌數(shù)值工作時可以連續(xù)運(yùn)行的時間和順序。定額分為連續(xù)定額、短時定額、斷續(xù)定額3種,例如銘牌上標(biāo)有“連續(xù)”,表示電機(jī)可不受時間限制連續(xù)運(yùn)行。,10.溫升ΤN,表示電機(jī)允許發(fā)熱的限度。一般將環(huán)境溫度定為40℃。例如溫升80℃,則電機(jī)溫度不可超過80℃40℃120℃,否則,電機(jī)就要縮短使用壽命。溫升限度取決于電機(jī)采用的絕緣材料。,11.額定效率ΗN,電機(jī)在額定狀態(tài)工作時,輸出功率P2與輸入功率P1的百分比值。額定功率與額定電壓和額定電流的關(guān)系如下直流電動機(jī)PNUNINΗN103KW直流發(fā)電機(jī)PNUNIN103KW,12.線端標(biāo)記,國產(chǎn)電動機(jī)出線端標(biāo)記,,銘牌上還標(biāo)有勵磁方式、額定勵磁電壓、額定勵磁電流和絕緣等級等參數(shù),526直流電動機(jī)的分類,勵磁方式勵磁繞組和電樞繞組之間的連接方式1.他勵方式2.并勵方式3.串勵方式4.復(fù)勵方式,1.他勵方式,(A)他勵直流發(fā)電機(jī)(B)他勵直流電動機(jī)圖527他勵直流電機(jī)的勵磁方式,勵磁繞組單獨(dú)由其他直流電源供電的方式,勵磁繞組和電樞繞組無電路上的聯(lián)系IAI,I負(fù)載電流,I負(fù)載電流,勵磁電流IF由獨(dú)立的直流電源供電,與電樞電流IA無關(guān),2.并勵方式,發(fā)電機(jī)勵磁電流由發(fā)電機(jī)自身提供,IAIIF電動機(jī)勵磁繞組與電樞繞組并接于同一外加電源,勵磁電流由外加電源提供,IAI-IF,勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)的方式,(A)并勵直流發(fā)電機(jī)(B)并勵直流電動機(jī)圖528并勵直流電機(jī)的勵磁方式,3.串勵方式,(A)串勵直流發(fā)電機(jī)(B)串勵直流電動機(jī)圖529串勵直流電機(jī)的勵磁方式,勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)再接通直流電源的方式,發(fā)電機(jī)勵磁電流由發(fā)電機(jī)自身提供電動機(jī)勵磁繞組與電樞繞組串接于同一外加電源,勵磁電流由外加電源提供,勵磁繞組和電樞繞組串聯(lián),IAIIF,4.復(fù)勵方式,(A)復(fù)勵直流發(fā)電機(jī)(B)復(fù)勵直流電動機(jī)圖530復(fù)勵直流電機(jī)的勵磁方式,差復(fù)勵兩者磁勢方向相反積復(fù)勵串勵繞組產(chǎn)生的磁勢與并勵磁勢方向相同,兩個勵磁繞組(一個和電樞并聯(lián),一個和電樞串聯(lián))的方式,直流電動機(jī)的主要種類、性能特點(diǎn)及典型應(yīng)用,527直流電機(jī)主要系列,Z4系列一般用途的小型直流電動機(jī);ZT系列廣調(diào)速直流電動機(jī);ZJ系列精密機(jī)床用直流電動機(jī);ZTD系列電梯用直流電動機(jī);ZZJ系列起重冶金用直流電動機(jī);ZD2、ZF2系列中型直流電動機(jī);ZQ系列直流牽引電動機(jī);ZH系列船用直流電動機(jī);ZA系列防爆安全用電動機(jī);ZLJ系列力矩直流電動機(jī)。,531直流伺服電動機(jī)532交流伺服電動機(jī),53伺服電動機(jī),伺服電動機(jī),自動控制系統(tǒng)對伺服電動機(jī)的要求①無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象(控制電壓為零時,應(yīng)速自停)②大斜率的機(jī)械特性,寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行③線性的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性,以保精度④快速響應(yīng)性好(轉(zhuǎn)動噴量小)分類直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī),任務(wù)將接收的電信號轉(zhuǎn)換為軸上的角位移或角速度,以驅(qū)動控制對象,控制信號/控制電壓,可改變伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向,531直流伺服電動機(jī),將輸入的直流電信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移或角速度信號的裝置,適用于調(diào)速性能要求較高的場合具有良好的啟動、制動和調(diào)速性能,可以在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑無極的調(diào)速。,(A)寬調(diào)速永磁(B)SZ系列圖531直流伺服電動機(jī)實(shí)物圖,,1.直流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)2.直流伺服電動機(jī)的工作原理3.直流伺服電動機(jī)的主要特性4.直流伺服電動機(jī)的型號說明及選用原則5.直流伺服電動機(jī)的調(diào)速,1.直流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu),(A)電磁式(B)永磁式圖532直流伺服電動機(jī)剖圖面,在定子的勵磁繞組上用直流電流進(jìn)行勵磁,永久磁鐵作磁極(省去了勵磁繞組),2.直流伺服電動機(jī)的工作原理,他勵式當(dāng)分別給勵磁繞組和電樞繞組通電,勵磁繞組中的勵磁電流IF,在氣隙中建立磁通Ф,Ф與電樞電流IA相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T。當(dāng)IF或IA為零時,T為零,電動機(jī)停轉(zhuǎn)。,圖533電樞控制的直流伺服電動機(jī)接線圖,將輸入的直流電信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移或角速度信號的裝置,控制方式電樞控制、磁場控制,3.直流伺服電動機(jī)的主要特性,(1)機(jī)械特性(2)調(diào)節(jié)特性(3)空載始動電壓(4)機(jī)電時間常數(shù),(1)機(jī)械特性,①是線性的;②控制電壓U一定時,N越高,T越小;③U為不同值時,特性為一族平行線;④機(jī)械特性線性度越高,系統(tǒng)啟動誤差越小。,圖534直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性,指勵磁電壓UF恒定、電樞繞組上的控制電壓UC為定值時,伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速N與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的函數(shù)關(guān)系,即N?T),信號系數(shù),轉(zhuǎn)速相對值,轉(zhuǎn)矩相對值,,,轉(zhuǎn)速基值,轉(zhuǎn)矩基值,(2)調(diào)節(jié)特性,在負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時,控制電壓UC大,N就高,成正比當(dāng)UC0時,N0,無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,在一定勵磁條件下,當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩T恒定時,伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速N隨控制系數(shù)A變化關(guān)系,即與電樞的控制電壓UC的變化關(guān)系,即N?(A),在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時電動機(jī)的啟動電壓,某一負(fù)載轉(zhuǎn)矩時伺服電動機(jī)的失靈區(qū),(3)空載始動電壓,US0在空載和一定勵磁條件下,使轉(zhuǎn)子在任意位置開始連續(xù)旋轉(zhuǎn)所需的最小控制電壓。US0一般為額定電壓UN的212。小機(jī)座號,低電壓的電動機(jī)US0較大。US0小表示伺服電動機(jī)的靈敏度高。,(4)機(jī)電時間常數(shù),電動機(jī)在空載和額定的勵磁電壓下,加以階躍的額定控制電壓,轉(zhuǎn)速從零升到空載轉(zhuǎn)速的632所需時間稱為機(jī)電時間常數(shù),用ΤJ表示。一般ΤJ<003S,ΤJ小,可提高系統(tǒng)快速性。,4.直流伺服電動機(jī)的型號說明及選用原則,,型號,分類,有刷電動機(jī)成本低、結(jié)構(gòu)簡單、啟動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬,但是需要維護(hù)(換碳刷),適用于精度要求不高的場合;無刷電動機(jī)體積小、響應(yīng)快、轉(zhuǎn)動平滑,力矩穩(wěn)定,但是控制方法比較復(fù)雜,適用于控制精度要求高、需要實(shí)現(xiàn)智能化控制的場合。電機(jī)選擇,要注意選擇電機(jī)的額定電壓、額定轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速機(jī)及座號等參數(shù),并確定其型號。對于特殊用途電機(jī)還要注明使用條件和特殊要求等。,5.直流伺服電動機(jī)的調(diào)速,速度控制單元控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),其性能直接決定了電機(jī)的運(yùn)行性能。從主回路的類型分晶閘管相控整流器和大功率晶體管斬波器(PWM調(diào)速單元)兩種。PWMPULSEWIDTHMODU1ATION脈沖寬度調(diào)制,圖536電動機(jī)電樞兩端PWM脈沖電壓,利用大功率晶體管作為斬波器,其電源為直流固定電壓,開關(guān)頻率也為常值,根據(jù)控制信號的大小來改變每一周期內(nèi)“接通”和“斷開”的時間長短,即改變“接通”脈寬,使直流電動機(jī)電樞上電壓的“占空比”改變,從而改變其平均電壓,完成電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。,直流PWM調(diào)速的基本原理,脈沖寬度,脈沖的幅值,周期,直流PWM調(diào)速的基本原理,UD≈E因?yàn)榈?,,,電樞兩端電壓U(T)的平均值(直流分量),電樞回路靜態(tài)方程式(忽略電樞內(nèi)阻RA上的壓降),反電動勢,電動機(jī)電磁結(jié)構(gòu)常數(shù),勵磁電通,N與脈沖寬度S成正比控制S,可控制轉(zhuǎn)速,532交流伺服電動機(jī),直流伺服電動機(jī)良好的啟動、制動和調(diào)速特性能,可以很方便地在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑無極調(diào)速缺點(diǎn)電刷和換向器易磨損,需經(jīng)常維護(hù)。換向器換向時會產(chǎn)生火花,使直流伺服電動機(jī)的最高速度受到限制,同時也使應(yīng)用環(huán)境受到限制。,圖537交流伺服電動機(jī)的實(shí)物圖,轉(zhuǎn)子慣量小,動態(tài)響應(yīng)更好,應(yīng)用于穩(wěn)速精度高、動態(tài)響應(yīng)快的場合,,1.交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)2.交流伺服電動機(jī)的工作原理3.交流伺服電動機(jī)的主要特性4.交流伺服電動機(jī)的型號說明及選用原則5.交流伺服電動機(jī)在機(jī)床進(jìn)給伺服中的應(yīng)用,1.交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu),(A)空心杯轉(zhuǎn)子交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)剖面圖(B)杯形轉(zhuǎn)子截面圖圖538交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖,空心杯轉(zhuǎn)子,定子繞組,外定子鐵心,內(nèi)定子鐵心,機(jī)殼,端蓋,實(shí)際為兩相異步電動機(jī),兩相繞組,內(nèi)定子鐵心,空心杯轉(zhuǎn)子,定子繞組,外定子鐵心,定子,與異步電動機(jī)類似。定子槽內(nèi)嵌有在空間相距90°電角度的兩相繞組。一相作為勵磁繞組NF,工作時接至交流勵磁電源UF上;另一相作為控制繞組NC,輸入同頻率的交流控制電壓UC。,轉(zhuǎn)子(兩種結(jié)構(gòu)形式),(1)籠型轉(zhuǎn)子與三相異步電動機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子相似,其籠型轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條采用高電阻率的導(dǎo)電材料制造;且電動機(jī)做成細(xì)長型,以減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。(2)空心杯轉(zhuǎn)子空心杯轉(zhuǎn)子位于內(nèi)外繞組之間,通常用非磁性材料(如銅、鋁或鋁合金)制成。在電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場作用下,杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生渦流與主磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,使杯形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。,2.交流伺服電動機(jī)的工作原理,勵磁繞組接到UF(勵磁電壓)上,控制繞組加上UC(控制電壓)上,調(diào)節(jié)控制電流IF與勵磁電流IC的相位和幅值,則形成橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場,帶動電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。,圖539交流伺服電動機(jī)原理圖,與單相異步電動機(jī)相似,交流伺服驅(qū)動器的控制方式(3種),(1)幅值控制(2)相位控制(3)幅值相位控制,(1)幅值控制,UC與UF的幅值相等,相位相差90°電角度,且兩繞組空間相差90°電角度。此時所產(chǎn)生的氣隙磁通勢為圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢,產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距最大。,圖540幅值控制原理圖,UC小于UF的幅值時,所建立的氣隙磁場為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場,產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩減小,電機(jī)轉(zhuǎn)速越慢。,通過改變控制電壓UC的大小來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,(2)相位控制,將勵磁繞組直接接到交流電源上,而控制繞組經(jīng)移相器(改變UC相位)后接到同一交流電壓上,UC與UF的頻率相同,改變UC與UF相位差的大小,可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。,改變UC與UF之間的相位差來實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制,而UC的幅值保持不變,圖541相位控制原理圖,(3)幅值相位控制,當(dāng)UC的幅值改變時,轉(zhuǎn)子繞組的耦合作用,使勵磁繞組的電流IF也變化,從而使勵磁繞組上的電壓UF及電容C上的電壓也跟隨改變,UC與UF的相位差也隨之改變,從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。,圖542幅值-相位控制原理圖,勵磁繞組串接電容C后再接到交流電源上,線路簡單,只需電容進(jìn)行分相,成本低廉、輸出功率較大應(yīng)用最多,3.交流伺服電動機(jī)的主要特性,(A)幅值控制(B)相位控制(C)幅值相位控制,1)交流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性,繞組折算后的信號系數(shù),UC與UF的相位差角Β的正弦值,(A)幅值控制(B)相位控制(C)幅值相位控制,2)交流伺服電動機(jī)的調(diào)節(jié)特性,主要特性,1)非線性2)轉(zhuǎn)速越高,電磁轉(zhuǎn)矩越小3)控制信號越小,轉(zhuǎn)速越低,有失靈區(qū),3種控制方式的比較表,4.交流伺服電動機(jī)的型號說明及選用原則,,,5.交流伺服電動機(jī)在機(jī)床進(jìn)給伺服中的應(yīng)用,圖545位置、速度、電流三環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖,永磁同步交流伺服系統(tǒng)模擬、數(shù)字和軟件伺服形式,54步進(jìn)電動機(jī),541步進(jìn)電動機(jī)的工作原理542步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)543步進(jìn)電動機(jī)的特性544步進(jìn)電動機(jī)的分類及型號說明545步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用實(shí)例,130BYG二相混合式步進(jìn)電機(jī),用電脈沖信號進(jìn)行控制,并將此信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的控制電動機(jī)。,541步進(jìn)電動機(jī)的工作原理,分類反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式(混合式),圖547三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的工作原理,步進(jìn)電動機(jī)工作時,每相繞組由專門的驅(qū)動電源通過“環(huán)形分配器”按一定規(guī)律輪流通電,每來一個電脈沖,電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度。,,(A)A相通電(B)B相通電(C)C相通電圖548反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)示意圖,結(jié)論電動機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和速度由脈沖數(shù)和頻率決定;而轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向由通電順序決定。,542步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu),主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成,均由磁性材料構(gòu)成,分別有6個、4個磁極等。定子的6個磁極上有控制繞組,兩個相對的磁極組成一相。,定子繞組,定子,永磁體,轉(zhuǎn)子,端蓋,543步進(jìn)電動機(jī)的特性,(1)步距角(2)轉(zhuǎn)速(3)自鎖能力,(1)步距角,步進(jìn)電動機(jī)通過一個電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,(2)轉(zhuǎn)速,每輸入一個脈沖,電機(jī)轉(zhuǎn)過因此每分鐘轉(zhuǎn)過的圓周數(shù)即轉(zhuǎn)速為,,,(3)自鎖能力,當(dāng)控制脈沖停止輸入,而使最后一個脈沖控制的繞組繼續(xù)通電時,電動機(jī)可以保持在固定位置。,544步進(jìn)電動機(jī)的分類及型號說明,1.通常按勵磁方式分為三大類2.步進(jìn)電機(jī)的型號說明3.步進(jìn)電動機(jī)的接線圖,1.通常按勵磁方式分為三大類,(1)反應(yīng)式轉(zhuǎn)子為軟磁材料,無繞組,定、轉(zhuǎn)子開小齒,應(yīng)用最廣泛。(2)永磁式轉(zhuǎn)子為永磁材料,轉(zhuǎn)子的極數(shù)和每相定子極數(shù)相同,不開小齒,步距角較大,力矩較大。(3)混合式轉(zhuǎn)子為永磁式開小齒。混合式的優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)矩大、動態(tài)性能好、步距角小,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高。,2.步進(jìn)電機(jī)的型號說明,,3.步進(jìn)電動機(jī)的接線圖,(A)(B)圖550二相混合式步進(jìn)電機(jī)的接線圖,545步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用實(shí)例,圖551步進(jìn)電動機(jī)開環(huán)控制結(jié)構(gòu)示意圖,采用脈沖信號控制的方法,通過改變脈沖頻率的高低,可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,并能實(shí)現(xiàn)快速啟動、制動、反轉(zhuǎn),而且具有自鎖能力,不需要機(jī)械制動裝置,主要用于精度要求高、運(yùn)行可靠的數(shù)字控制系統(tǒng)中,步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動控制實(shí)例,(1)電氣性能指標(biāo)(2)功能及使用(3)輸入信號(4)輸出信號(5)外部指示燈(6)SH22206型驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)的接線圖,SH22206型驅(qū)動器,主要用于驅(qū)動機(jī)座號為110/130的兩相(或四相)混合式步進(jìn)電動機(jī)。,(1)電氣性能指標(biāo),SH22206型驅(qū)動器的電氣性能指標(biāo)(環(huán)境溫度25℃),(2)功能及使用,①電源電壓②整步及改善半步運(yùn)行模式③雙脈沖及單脈沖控制模式④脫機(jī)(FREE)功能⑤過流保護(hù)⑥過壓保護(hù)⑦試機(jī)功能,(3)輸入信號,①正轉(zhuǎn)脈沖信號②反轉(zhuǎn)脈沖信號③脫機(jī)信號,(4)輸出信號,①零位信號輸出②故障信號輸出,(5)外部指示燈,①電源指示燈(綠色)②零位信號指示燈(綠色)③脫機(jī)指示燈(綠色)④故障指示燈(紅色)⑤高壓電容充電指示燈(紅色),(6)SH22206型驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)的接線圖,,,,55檢測電機(jī),551測速發(fā)電機(jī)552旋轉(zhuǎn)變壓器,檢測電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度或檢測電動機(jī)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù),以獲得電動機(jī)所拖動的直線位移量,551測速發(fā)電機(jī),測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓U與轉(zhuǎn)速N成正比例關(guān)系UKN自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機(jī)的主要要求①輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比例關(guān)系并保持穩(wěn)定(不受外界影響)。②輸出電壓對轉(zhuǎn)速的變化反應(yīng)靈敏,即測速發(fā)電機(jī)的輸出特性U?(N)斜率要大。③轉(zhuǎn)速的測量應(yīng)不影響被測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速,即測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量要小,響應(yīng)要快。,一種測量轉(zhuǎn)速的電機(jī)將輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。,K比例系數(shù),按輸出電壓的不同,分為交流和直流兩大類。,1.交流測速發(fā)電機(jī),空心杯型測速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與空心杯型交流伺服電動機(jī)一樣,也是由外定子、空心杯轉(zhuǎn)子和內(nèi)
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上傳時間:2024-01-06
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