第610章机电传动控制.pptx
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1、传动电机:传动电机:主要用来完成能量的变换,具有较高的力主要用来完成能量的变换,具有较高的力能指标;能指标;控制电机:控制电机:主要用来完成控制信号的传递和变换,要主要用来完成控制信号的传递和变换,要求它们技术性能稳定可靠、动作灵敏、精度高、体积求它们技术性能稳定可靠、动作灵敏、精度高、体积小、重量轻、耗电少。小、重量轻、耗电少。控控制制电电机机一一般般用用于于自自动动控控制制、自自动动调调节节、远远距距离离测测量量、随随动动系系统统以以及及计计算算装装置置中中的的微微特特电电机机。它它是是构构成成开开环环控控制制、闭闭环环控控制制、同同步步连连接接等等系系统统的的基基础础元元件件,根根据据它
2、它在在自自动动控控制制系系统统中中的的职职能能可可分分为为测测量量元元件件、放放大大元元件件、执执行行元元件件和和校校正正元元件件四四类类。控控制制电电机机一一般般是是小功率电机。小功率电机。第六章第六章 控制电机概述控制电机概述第一节第一节 交流伺服电动机交流伺服电动机 伺服电动机伺服电动机也称为执行电动机,在控制系统中用作执行也称为执行电动机,在控制系统中用作执行元件,将电信号转换为轴上的转角或转速,以带动控制元件,将电信号转换为轴上的转角或转速,以带动控制对象。对象。伺服电动机有交流和直流两种伺服电动机有交流和直流两种,特点是可控,与普通电动特点是可控,与普通电动机相比具有如下特点:机相
3、比具有如下特点:(1)(1)调速范围宽,伺服电动机的转速随着控制电调速范围宽,伺服电动机的转速随着控制电 压改变,能在宽的范围内连续调节;压改变,能在宽的范围内连续调节;(2)(2)转子的惯性小,即能实现迅速启动、停转;转子的惯性小,即能实现迅速启动、停转;(3)(3)控制功率小,过载能力强,可靠性好;控制功率小,过载能力强,可靠性好;1.1.两相交流伺服电动机的结构两相交流伺服电动机的结构定子:励磁绕组定子:励磁绕组FW,控制绕组,控制绕组CW转子:鼠笼转子,或杯形转子转子:鼠笼转子,或杯形转子第一节第一节 交流伺服电动机交流伺服电动机 启动启动:励磁绕组励磁绕组FWFW接到电压一接到电压一
4、定的交流电网上,控制绕组定的交流电网上,控制绕组CWCW接到控制电压上,当有控制信接到控制电压上,当有控制信号输入时号输入时,即即U UC C不为不为0 0,两相绕,两相绕组便产生旋转磁场。该磁场与组便产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应电流相互作用产转子中的感应电流相互作用产生转矩,使转子跟着旋转磁场生转矩,使转子跟着旋转磁场以一定的转差率转动起来,转以一定的转差率转动起来,转向与旋转磁场的方向相同,把向与旋转磁场的方向相同,把控制电压的相位改变控制电压的相位改变180180可可改变伺服电动机的旋转方向。改变伺服电动机的旋转方向。第一节第一节 交流伺服电动机交流伺服电动机 2.2.基本工作原理
5、基本工作原理励磁绕组励磁绕组控制绕组控制绕组3.3.消除消除自转自转现象的措施现象的措施:当控制电压当控制电压U UC C=0=0,电动机应立即停,电动机应立即停转。但根据单相异步电动机的原理,转。但根据单相异步电动机的原理,电动机转子一旦转动以后,再取消电动机转子一旦转动以后,再取消控制电压,仅有励磁电压单相供电,控制电压,仅有励磁电压单相供电,它将继续转动,即存在它将继续转动,即存在“自转自转”现现象。象。措施:措施:伺服电动机的转子导条具有伺服电动机的转子导条具有较大电阻,使电动机在失去控制信较大电阻,使电动机在失去控制信号,单相供电时的电磁转矩的方向号,单相供电时的电磁转矩的方向总是与
6、转子转向相反,是一个制动总是与转子转向相反,是一个制动转矩。由于制动转矩的存在可使转矩。由于制动转矩的存在可使转子迅速停止转动保证了不会存转子迅速停止转动保证了不会存在在“自转自转”现象。现象。第一节第一节 交流伺服电动机交流伺服电动机 控制方法:幅值控制、相位控制、幅值相位控制控制方法:幅值控制、相位控制、幅值相位控制幅值控制:改变电压的幅值大小来调节转速的高低幅值控制:改变电压的幅值大小来调节转速的高低第一节第一节 交流伺服电动机交流伺服电动机 4.4.控制特性及应用控制特性及应用a.a.交交流流伺伺服服电电动动机机可可以以方方便便地地利利用用控控制制电电压压UC的的有有无无来进行启、停控
7、制;来进行启、停控制;b.b.改变电压的幅值改变电压的幅值(或相位或相位)大小来调节转速的高低;大小来调节转速的高低;c.c.改变改变UC的极性(相位改变的极性(相位改变180180度)来改变电动机转向。度)来改变电动机转向。它是控制系统中原动机。例如,雷达系统中扫描天它是控制系统中原动机。例如,雷达系统中扫描天线旋转,流量和温度控制中阀门的开启,数控机床中线旋转,流量和温度控制中阀门的开启,数控机床中刀具运动,甚至连船舶方向舵与飞机驾驶盘控制都是刀具运动,甚至连船舶方向舵与飞机驾驶盘控制都是用伺服电动机来带动的。功率一般在用伺服电动机来带动的。功率一般在0.1W100W,应,应用于要求功率小
8、的场合。用于要求功率小的场合。第一节第一节 交流伺服电动机交流伺服电动机 第二节第二节 直流伺服电动机直流伺服电动机 直直流流伺伺服服电电动动机机,通通常常用用于于功功率率稍稍大大的的系系统统中中其其输输出出功功率率一一般般为为1w一600w。它它的的基基本本结结构构和和工工作作原原理理与与普普通通直直流流他他励励电电动动机机相相同同,不不同同点点只只是是它它做做得得比比较较细细长长一一些些,以以便便满满足足快快速速响响应应的的要要求求。改改变变控控制制电电压压U UC C或或改改变变磁磁通通都都可可以以控控制制直直流流伺伺服服电电动动机机的的转转速速和和转转向向,前前者者称称为为电电枢枢控控
9、制制,后后者者称称为为磁磁场场控制。控制。由由于于电电枢枢控控制制具具有有响响应应迅迅速速、机机械械特特性性硬硬、调调速速特特性性线线性性度度好好的的优优点点在在实实际际生生产产中中大大都都采采用用电电枢枢控制方式。控制方式。第三节第三节 直线异步电动机直线异步电动机结构:结构:工作原理:工作原理:滑差率:滑差率:特点及应用:特点及应用:1)1)无需中间传动机构,因而机构简化,提高了精度,无需中间传动机构,因而机构简化,提高了精度,减少了振动和噪声。减少了振动和噪声。2)2)响应快速,用直线电动机拖动时,由于不存在中间响应快速,用直线电动机拖动时,由于不存在中间传动机构的惯量和阻力矩的影响,传
10、动机构的惯量和阻力矩的影响,因而加速和减因而加速和减速时间短,可实现快速启、停和正反向运行。速时间短,可实现快速启、停和正反向运行。3)3)散热良好额定值高,电流密度可取很大,对启动散热良好额定值高,电流密度可取很大,对启动的限制小。的限制小。4)4)装配灵活性大,往往可将电动机和其他机体合成一装配灵活性大,往往可将电动机和其他机体合成一体。体。用于吊车传动、金属传送带、冲压锻压机床、高速用于吊车传动、金属传送带、冲压锻压机床、高速电力机车、门阀的开闭等方面。电力机车、门阀的开闭等方面。第三节第三节 直线异步电动机直线异步电动机 除交、直流伺服电动机外还有以下几种控制除交、直流伺服电动机外还有
11、以下几种控制电机:电机:力矩电动机力矩电动机 小功率同步电动机小功率同步电动机 测速发电机测速发电机 第四节第四节 其他控制电机其他控制电机 6-16-1 6-2 6-2 6-8 6-8思考思考 题题7.1 7.1 电动机电动机容量容量选择的原则选择的原则7.2 7.2 电动机的电动机的种类种类选择的原则选择的原则7.3 7.3 电动机电动机电压电压选择的原则选择的原则7.4 7.4 电动机电动机转速转速选择的原则选择的原则7.5 7.5 电动机电动机结构形式结构形式选择的原则选择的原则基本内容基本内容第七章第七章 机电传动控制系统中电动机选择机电传动控制系统中电动机选择三项基本原则:三项基本
12、原则:1)1)发热:电动机在运行时,必须保证发热:电动机在运行时,必须保证;2)2)过过载载能能力力:电电动动机机在在运运行行时时,必必须须具具有有一一定定的的过过载载能能力力。所所选选电电动动机机的的最最大大转转矩矩 Tmax(对对于于异异步步电电动动机机)或或最最大大允允许许电电流流Imax(对对于于直直流流电电动动机机)必必须须大大于于运运行行过过程程中中可可能能出出现的最大负载转矩现的最大负载转矩TLmax和最大负载电流和最大负载电流IL max;选择电动机容量的方法有:选择电动机容量的方法有:计算法、统计分析法和类比法。计算法、统计分析法和类比法。3)3)启启动动能能力力:由由于于鼠
13、鼠笼笼式式异异步步电电动动机机的的启启动动转转矩矩一一般般较较小小,为使电动机可靠启动,必须保证为使电动机可靠启动,必须保证;第一节第一节 电动机容量的选择原则电动机容量的选择原则基本依据:基本依据:在在满满足足生生产产机机械械对对拖拖动动系系统统静静态态和和动动态态特特性性要要求求前前提提下下、力力求结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。求结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。1)1)对对于于不不要要求求调调速速、对对启启动动性性能能亦亦无无过过高高要要求求的的生生产产机机械械,应应优优先先考考虑虑使使用用一一般般鼠鼠笼笼式式异异步步电电动动机机;若若要要求求启启动动转转矩矩较较大大,则
14、可选用高启动转矩的鼠笼式异步电动机。则可选用高启动转矩的鼠笼式异步电动机。2)2)对对于于要要求求经经常常启启、制制动动,负负载载转转矩矩较较大大、又又有有一一定定调调速速要要求求生产机械,应考虑选用线绕式异步电动机。生产机械,应考虑选用线绕式异步电动机。第二节第二节 电动机种类的选择原则电动机种类的选择原则3)3)对对于于只只需需要要几几种种速速度度,不不要要求求无无级级调调速速的的生生产产机机械械,可选用多速异步电动机。可选用多速异步电动机。4)4)对对于于要要求求恒恒速速稳稳定定运运行行的的生生产产机机械械,且且需需要要补补偿偿电电网网功功率率因因数数的的场场合合,应应优优先先考考虑虑选
15、选用用同同步步电电动动机机(如如TDTD型等型等)。5)5)对对于于需需要要大大的的启启动动转转矩矩,又又要要求求恒恒功功率率调调速速的的生生产机械,常选用直流串励或复励电动机。产机械,常选用直流串励或复励电动机。6)6)对对于于要要求求大大范范围围无无级级调调速速,且且要要求求经经常常启启动动、制制动动、正正反反转转的的生生产产机机械械,则则可可选选用用带带调调速速装装置置的的直流电动机或鼠笼式异步电动机。直流电动机或鼠笼式异步电动机。第二节第二节 电动机种类的选择原则电动机种类的选择原则 交交流流电电动动机机额额定定电电压压主主要要根根据据电电动动机机运运行行场场所所供供电电电电网网的的电
16、电压压等等级级而而定定。我我国国工工厂厂内内的的交交流流供供电电电电压压,低低压压一一般般为为380v,高高压压一一般般为为3kv或或6kv。中中等等功功率率以以下下的的交交流流电电动动机机,额额定定电电压压一一般般为为380v;100kw以以上上大大功功率率交交流流电电动动机机额额定定电电压压一一般般为为3kv或或6kv。鼠笼式异步电动机的额定电压有两种:。鼠笼式异步电动机的额定电压有两种:220380v,Y接法;接法;380v,接法。接法。直直流流电电动动机机一一般般由由单单独独电电源源供供电电,选选择择电电动动机机额定电压时只需考虑供电电源电压配合恰当即可。额定电压时只需考虑供电电源电压
17、配合恰当即可。第三节第三节 电动机电压等级的选择原则电动机电压等级的选择原则1)对于不需要调速的高转速与中转速的机械,一般应选相应额定对于不需要调速的高转速与中转速的机械,一般应选相应额定 转速的异步电动机或同步电动机,直接与机械相连接;转速的异步电动机或同步电动机,直接与机械相连接;2)对于不需要调速的低速运转的机械,一般是选用适当转速的电对于不需要调速的低速运转的机械,一般是选用适当转速的电 动机通过减速机构来传动,但电动机额定转速也不宜太高,否动机通过减速机构来传动,但电动机额定转速也不宜太高,否 则减速机构会很庞大;则减速机构会很庞大;3)对于需要调速的机械,电动机的最高转速应与生产机
18、械的最对于需要调速的机械,电动机的最高转速应与生产机械的最 高转速相适应、采用直接传动或通过减速机构来传动;高转速相适应、采用直接传动或通过减速机构来传动;4)对于经常启动,制动和反转的生产机械,要着重考虑缩短过渡对于经常启动,制动和反转的生产机械,要着重考虑缩短过渡 过程应根据最小过程应根据最小GD2n2的数值来选择电动机的额定转速。的数值来选择电动机的额定转速。第四节第四节 电动机额定转速的选择原则电动机额定转速的选择原则1)1)开开启启式式:定定子子两两侧侧和和端端盖盖上上有有通通风风口口,散散热热良良好好,但但灰灰尘尘、水水滴滴或或铁铁屑屑容容易易侵侵入入,影影响响电电动动机机的的正正
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