机电传动控制69

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 控制电机,了解常用的控制电机的结构；,掌握常用控制电机的工作原理、主要运行特性；,了解,各种控制电机,应用场所；,学会正确选用和使用,各种控制电机,。,本章要求,1,传动电机：,主要用来完成能量的变换，具有较高的力,能指标；,控制电机：,主要用来完成控制信号的传递和变换，要,求技术性能稳定可靠、动作灵敏、精度,高、体积小、重量轻、耗电少。,控制电机一般用于自动控制、自动调节、远距离测量、随动系统以及计算装置中的微特电机。它是构成开环控制、闭环控制、同步连接等系统的基础元件，根据它在自动控制系统中的职能可分为,测量元件、放大元件、执行元件和校正元件,四类。控制电机一般是小功率电机。,第一节 控制电机概述,2,第二节 交流伺服电动机,交流伺服电动机与普通电动机相比具有如下特点：,(1) 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；,(2) 转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转；,(3) 控制功率小，过载能力强，可靠性好；,(4),可控,。,伺服电动机也称为执行电动机，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，以带动控制对象。,3,一、两相交流伺服电动机的结构,定子：励磁绕组,WF,，控制绕组,WC,转子：鼠笼转子（细长），或杯形转子,第二节 交流伺服电动机,4,1、启动:,当,U,C,0,，,两相绕组产生,旋转磁场,。该磁场与转子中的感应电流相互作用，使转子转动起来，转向与旋转磁场的方向相同。,二、基本工作原理,第二节 交流伺服电动机,把,U,C,的相位改变180可改变伺服电动机的旋转方向。,当,U,C,=,0,，,电动机应立即停转，根据单相异步电动机的原理，电动机转子一旦转动以后，它将继续转动，即存在,“自转”,现象。,5,2、消除自转现象的措施:,措施：,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号，单相供电时的电磁转矩的方向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子迅速停止转动，保证了不会存在“自转”现象。,第二节 交流伺服电动机,二、基本工作原理,6,3、控制特性及应用,利用控制电压,U,C,的有无,来进行,启、停,控制；,改变电压,U,C,大小,来调节,转速的高低,；,改变,U,C,的极性,来改变电动机,转向,。,应用：,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,0.1W100W,，应用于小功率的场合。,第二节 交流伺服电动机,二、基本工作原理,7,第三节 直流伺服电动机,直流伺服电动机，通常用于功率稍大的系统中其输出功率一般为,1w一600w,。,它的基本结构和工作原理与普通直流他励电动机相同，不同点只是它做得比较,细长一些,， 以便满足,快速响应,的要求。,改变,控制电压,U,C,或改变,磁通,都可以控制直流伺服电动机的转速和转向，前者称为电枢控制，后者称为,磁场控制,。由于电枢控制具有响应迅速、机械特性硬、调速特性线性度好的优点在实际生产中大都采用电枢控制方式。,8,第三节 直流伺服电动机,特点：,原理和直流电动机一样；,过载能力强；,响应速度快；,一般是永磁式。,9,第四节 直线电动机,直线电动机是一种能直接将电能转换为直线运动的伺服驱动元件。在交通运输、机械工业和仪器工业中，直线电动机已得到推广和应用。它为实现高精度、快响应和高稳定的机电传动和控制开辟了新的领域。,原则上对于每一种旋转电动机都有其相应的直线电动机，故它的种类很多，但一般按工作原理来区分，可分为,直线异步电动机、直线直流电动机,和,直线同步电动机,三种（还有直线步进电动机）。,10,一、结构：,第四节 直线异步电动机,定子初级,转子次级,11,二、工作原理：,第四节 直线异步电动机,1、当初级的多相绕组通入多相电流后，也会产生一个气隙磁场，磁场的磁感应强度按通电的相序顺序作直线移动，该磁场称为,行波磁场,。,2、行波的移动速度称之为同步线速，,且式中，,极距(cm)；,f,电源频率(,Hz,)。,3、在行波磁场切割下，次级导条将产生感应电势和电流，电流和磁场相互作用，产生切向电磁力,F,。若初级不动则次级就顺着行波磁场运动的方向作直线运动。,12,三、特点及应用：,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；,响应快速，可实现快速启动和正反向运行；,散热良好，额定值高，电流密度可取很大，对启动的限制小；,装配灵活性大，可将电动机和其他机体合成一体；,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。,第四节 直线异步电动机,13,第五节 测速发电机,用途：,1）测量转速；,2）测量位置，可做机电微分、积分器。,测速发电机分为：,直流测速发电机、异步测速发电机,和,同步测速发电机。,14,除交、直流伺服电动机外还有以下几种控制电动机：,力矩电动机,小功率同步电动机,测速发电机,自整角机,第六节 其他控制电动机,15,7.1 电动机容量选择的原则,7.2 电动机的种类选择的原则,7.3 电动机电压选择的原则,7.4 电动机转速选择的原则,7.5 电动机结构型式选择的原则,基本内容,第七章机电传动控制系统中电动机选择,16,三项基本原则：,发热：电动机在运行时，必须保证,;,过载能力：所选电动机的最大转矩,T,max,(,对于异步电动机,),或最大允许电流,I,max,(,对于直流电动机,),必须大于运行过程中可能出现的最大负载转矩,T,Lmax,和最大负载电流,I,L max,;,3)启动能力：鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较小，为使电动机可靠启动，必须保证 ;,第一节 电动机容量的选择原则,选择电动机容量的方法有：,计算法、统计分析法和类比法。,17,基本依据：,满足生产机械对,拖动系统静态和动态特性,要求前提下、力求结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。,对不要求调速、对启动性能无过高要求的生产机械，应优先考虑使用一般鼠笼式异步电动机；若要求启动转矩较大，可用高启动转矩的鼠笼式异步电动机。,对于要求经常启、制动，负载转矩较大、又有一定调速要求生产机械，应考虑选用线绕式异步电动机。,第二节 电动机种类的选择原则,18,3) 对于只需要几种速度，不要求无级调速的生产机械，可选用多速异步电动机。,对于要求恒速稳定运行的生产机械，且需要补偿电网功率因数的场合，应优先考虑选用同步电动机,(,如,TD,型等,),。,对于需要大的启动转矩，又要求恒功率调速的生产机械，常选用直流串励或复励电动机。,对于要求大范围无级调速，且要求经常启动、制动、正反转的生产机械，则可选用带调速装置的直流电动机或鼠笼式异步电动机。,第二节 电动机种类的选择原则,19,交流电动机额定电压主要根据电动机运行场所供电电网的电压等级而定。我国工厂内的交流供电电压，,低压一般为380v，高压一般为3kv或6kv,。中等功率以下的交流电动机，额定电压一般为380v；100kw以上大功率交流电动机额定电压一般为3kv或6kv。鼠笼式异步电动机的额定电压有两种：,220380v，,Y接法；380v，接法。,直流电动机一般由单独电源供电，选择电动机额定电压时只需考虑供电电源电压配合恰当即可。一般为110V、220V、440V。,第三节 电动机电压等级的选择原则,20,1)对于不需调速的高转速与中转速的机械，应选相应额定转速的异步电机或同步电机，直接与机械相连；,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；,3)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；,4)对于经常启、制动和反转的设备，要缩短过渡过程应根据最小GD,2,n,2,的值来选择电动机的额定转速。,第四节 电动机额定转速的选择原则,21,开启式：定子两侧和端盖上有通风口，散热良好，仅适用于干燥和清洁的工作环境。,防护式：通风孔在机壳下部，通风冷却条件较好，可防止杂物从垂直方向或小于,45,角的方向落入，但不能防止灰尘和潮气侵入，适用于比较干燥、灰尘不多、 无腐蚀性和爆炸性气体的场所。,封闭式：分自冷式、强迫通风式与密闭式三种。前两种，潮气和灰尘等不易进入电动机内部，适用于尘土多、潮湿、易引起火灾和有腐蚀性气体的地方；密闭式电动机可以防止一定压力水柱的冲击适用于在液体中工作的生产机械，如电动潜水泵。,防爆式：适用于有易燃、易爆气体的场所。,第五节 电动机结构形式的选择原则,22,第八章继电器 接触器控制概述,机电传动控制不仅必须有电动机拖动生产机械这个主体，而且还包括一套控制装置。以实现启动、调速、反转、制动等过程控制，操作者可以采用手动控制，也可采用自动控制。自动控制已向无触点、连续控制、弱电化、微机控制方向发展。但由于继电器接触器控制系统所用的控制电器结构简单、价格便宜、能够满足生产机械一般生产的要求，获得广泛的应用。,23,PLC是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，它有以下优点：,1）梯形图编程，简单易学，易于调试和查错。,2）可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控制、具有高速计数与位控等高性能模块等。,PLC的应用深度和广度已经成为 一个国家工业先进水平的重要标志之一。,第九章可编程序控制器,PLC,概述,24,基本内容,1）掌握晶闸管的基本工作原理、特性；,2）了解基本可控整流电路的工作原理及其特点；,晶闸管（也叫可控硅）,是在60年代发展起来的一种新型电力半导体器件，晶闸管的出现起到了弱电控制与强电输出之间的桥梁作用。,ACDC DC-AC,第十章 电力电子学晶闸管及其电路,25,第一节 晶闸管的结构与工作原理,一、晶闸管的结构与符号：,晶闸管是由四层半导体材料叠成三个PN结，并在对应的半导体材料上引出了三个电极。这三个电极分别称为：,A阳极，G控制极，K阴极,。,26,第一节 晶闸管的结构与工作原理,1、如果控制极不加电压，晶闸管不会导通；,2、如果控制极加控制电压，同时阳极也加正向电压，晶闸管保持,导通,；,3、当阳极的正向电压小于一定程度或承受负压，晶闸管,截止,。,二、晶闸管的工作原理,27,三、晶闸管工作特点：,起始时若控制极不加电压，则不论阳极加正向电压还是反向电压，晶闸管均不导通， 这说明晶闸管具有正、反向阻断能力；,晶闸管的阳极和控制极同时加正向电压时晶闸管才能导通，,这是晶闸管导通必须同时具备的两个条件；,在晶闸管导通之后，其控制极就失去控制作用,，欲使晶闸管恢复阻断状态，必须把阳极正向电压降低到一定值(或断开，或反向)。,第一节 晶闸管的结构与工作原理,28,第二节 单相可控整流电路,整流电路：,AC - DC,29,第二节 单相可控整流电路,1）电阻性负载,1、单相,半波,可控整流电路,导通角,控制角,30,2）带感性负载,第二节 单相可控整流电路,1、单相,半波,可控整流电路,31,2、单相,桥式,可控整流电路:,第二节 单相可控整流电路,+u,2,-VS1，VS2；-u2-VS3，VS4,32,第三节 三相可控整流电路,3、三相桥式全控整流电路,33,第十章 小 结,电路名称,特点,适应范围,单相半波电路,电路最简单，各项指标都较差,只适用于小功率和输出电压波形要求不高的场合,单相桥式电路,各项性能较好，电压脉动频率较大,最适合于小功率的电路,直流负载侧的单相桥式电路,只用一只晶闸管，接线简单，各项性能较好,一般用于小功率的反电势负载,三相半波可控整流电路,各项指标都一般,用得不多,三相桥式可控整流电路,各项指标都好，元件承受的峰值电压最低,最适合于大功率高压电路,34,