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减速器
电机
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带减速器的电机装置驱动设计,减速器,电机,装置,驱动,设计
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电机的相关知识 电机是一种机电能量转换的电磁装置，可以将电能转换为机械能，也可以将机械能转换为电能，将电能转换为机械能的称为电动机；将机械能转换为电能的称为发电机。本篇重点分析电动机。电动机一般可分为直流电动机和交流电动机。直流电动机使用直流电源，将直流电能转换为机械能；交流电动机使用交流电源，将交流电能转换为机械能。交流电动机又分为同步电动机和异步电动机。转子旋转速度与定子磁场的旋转速度相同的交流电动机称为同步电动机，否则，就称为异步电动机。异步电动机根据其转于结构的不同再分为鼠笼式异步电动机和线绕式异步电动机。鼠笼式异步电动机结构简单，维护方便，运行安全可靠，因而获得了广泛的应用。还有一类小功率电机，主要不是用于能量转换输出机械功率，而是用于信号的检测、变换和传递，作执行元件或信号元件，这类小功率电机统称为控制电机，如交、直流测速发电机，自整角机和步进电动机等。直流电机直流电动机的主要优点是起动性能和调速性能好，过载能力大，易于控制。因此，应用丫对起动和调运性能要求较高的生产机械，例如电力机车、轧钢机、大型机床、矿井卷扬机、船舶机械、造纸和纺织机械等都广泛采用直流电动机作为原动机。直流发电机主要用作直流电源，供给直流电动机、电解、电镀等所需的直流电能。直流电机的主要缺点是结构复杂，使用有色金属多，生产工艺复杂，价格昂贵，有换向问题，因而限制了它的极限容量，运行可靠性差。随着近年电力电子技术的迅速发展，在很多领域内，直流电动机有逐步被交流调速电动机取代的趋势，但直流电机仍将在许多场合继续发挥作用。图1l是一台最简单的直流电动机的模型，N和s是一对固定的磁极(一般是电磁铁，也可以是永久磁铁)。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面团定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片、它们的组合体称为换向器。在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触印电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。电枢铁心、电枢线圈和换向器构成的整体称为电枢。此模型作为直流电动机运行时，将直流电源加于电刷A和B，例如将电源正极加于电刷A，电源负极加于电刷B，则线圈abcd中流过电流，在导体ab中，电流由a流向b，在导体cd中，电流由c流向d。载流导体ab和cd均处于N、s极之间的磁场当中，受到电磁力的作用，建磁力的方向用左手定则确定，可知这一对电磁力形成一个转矩，称为电磁转矩，转矩的方向又逆时针方向，使整个电抠逆时针方向旋转。当电枢旋转180，导体cd转到N极下，ab转到N极下，如图11(b)所示，由于电流仍从电刷4流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从电刷B流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方向。由此可见，加于直流电动机的直流电源借助于换向器和电刷的作用，使直流电动机电极线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。实际的直流电动机，电枢圆周上均匀地嵌放许多线团，相应地换向器由许多换向片组成使电抠线圈所产生总的电磁转矩足够大并且比较均匀，电动机的转速也就比较均匀。交流电机交流电机是将交流电能与机械能进行转换的电气设备。按转换的方向，可分为交流电动机和交流发电机两种。其中电动机按工作原理又可分为异步电动机和同步电动机，本章只讨论电动机，并着重研究异步电动机。异步电动机因具有结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便等优点而得到广泛应用。在原理方面它与变压器有许多相似之处，变压器的一些规律和分析方法，在研究异步电动机时也同样适用。但变压器是静止的、而异步电动机的转子是旋转运动的，这是异步电动机区别于变压器的本质所在。异步电动机的工作原理当电动机定于绕组通以三相交流电时，便在定于空间产生旋转磁场。设某瞬间的定子电流及合成磁场如图37所示。磁场以同步转速山顺时针方向旋转，切割转子绕组，在转子绕组中产生成应电动势，感应电动势的方向用右手定则判定。应该注意的是；磁场以顺时针方向切割转子绕组，相当于磁场不动，转子以逆时针方向切割磁场(一般使用右手定则时，是磁场不动，导体运动)。这样得到转子上半部分导体的感应电动势的方向垂直于纸面向外，下半部分的导体的感应电动势的方向垂直于纸面向内。由于转子电路是闭合回路，故在感应电动势的作用下将产生电流。如果赂去转于的感抗，则转于电流与感应电动势同相，图中所标电动势的方向也就是电流的方向。我们知道，载流异体在磁场中要受到电磁力的作用，所以具有感应电流的转子绕组在磁场中也将受到电磁力的作用。电磁力地方向用左手定则判定，如图37所示。于是，对于转轴来说，特产生与旋转磁场同方向的力矩，使转子以”的转速与旋转磁场同方向旋转起来。电机的分类： 电机的应用电机的主要作用表现在三个方面 1电能的生产、传输和分配 在发电厂中，发电机由汽轮机、燃气轮机、柴油机或水轮机带动，后者持燃料燃烧、原于核裂变的能量或水的位能转化为机械动能传给发电机，在发电机中转换成电能，然后用变压铅升高电压，通过输电线把电能送别备用电地区，再经变压器降低电压，供用户使用。 2驱动各种生产机械和装备 在工农业、交通运输、国防等部门和生活设施中，极为广泛地应用各种电动机宋驱动生产机械、设备和器具。例如机床驱动、电力排演、农副产品加工、矿石采掘和送料、电车和电力机车的牵引、抽水、鼓风、起吊、轧钢、造纸及家用电器的驱动等一般都采用电动机来拖动。 3作为各种控制系统和自动化、智能化装置的重要元件 随着工农业和国防设施自动化水平的日益提高，出现了多种多样的控制电机f它们在控制系统、自动化和智能化装置(例如屯子计算机和机器人)中分别作为执行、检测、放大和解算元件。这类电机一般功率较小，但品种繁多，用途各异，例如电梯的自动选层与显示，阀门遥控，火炮和雷达的自动定位，人造卫星发射和飞行的控制，机床加工的自动控制和显示，以及计算机外围僵备、各种自动记录仪表、音像录放设备、医疗器械和现代家用电器设备等的运行控制、检测或者记录显示。电机的选择1正确的选择方法 电动机作为一种设备一旦发生故障就会影响人们的正常生活和生产。对于名牌电动机，如果选用正确、安装和接线良好，并且维修保养完善，那么它既能以所规定的特性正常运行。因此，首先必须以正确的选择方法选定电动机。选择步骤： 为了防止电动机发生故障，在选定电动机时须了解负载种类和特性，同时还须了解负载的要求，然后选定能满足这些要求的电动机。 对于负载机械须考虑如下事项： (1)从力学角度考虑负载的类型 (2)负载机械的转速转矩待性； (3)负载机械的工作类型(连续工作，短时工作，变负载工作，断续工作等)； (4)起动频率； (5)是否要调节转速(无级变速，有级变速，定速等)； (6)负载转动惯量的大小； (7)负载机械的转速； (8)驱动负载机械所需的功电； (9)起动方式(分手动与自动，以及是否诡按)； (10)制动方式(是否快苹制动)； （11是否要反转； (12)使用场所的环境条件(温度高低，湿度高低，有无爆炸性气体，有无腐蚀化气体、液体，有无滴水和粉尘，是否需要隔绝噪音，室内还是室外等)； (13)电动机的连结方式(直接连接，齿轮连接，皮带连接)； (14)安装型式。 对于以上负载机械的要求事项定的技术要求如下： (1)电动机转速转矩特性；(2)电动机的起动转矩及最大转矩；(3)能否调节转速；(4)工作定额(连续定额，短时定额，断续定额等)(5)电动机的转速；(6)电动机的类型；(7)电动机的额定输出功率；(8)电源存量、频率、电压、相数；(9)绝缘等级；(10)外壳防护型式，(11)轴身尺寸；(12)卧式、立式或凸缘式；(13)附件(底座，皮带轮等)；(14)使用的控制器。 以下给出的是选择电动机的选择程序，其中包括了电机的选择和一些参数的选择程序。实验中所采用的为变频调速三相异步电动机，以下对变频调速电机作了简要介绍。 变频调速电机的种类和特点目前应用于电机传动系统的电动机主要是异步电机、同步电机、永磁电机和直流电机，显然，异步电机是产量和用量最大的电动机。变频调速电机主要指的是异步电机。 异步电机是典型的常规交流电机。自从现代交流调速系统发明以来，异步电机驱动技术得到了广泛的研究，取得了长足的进步。事实上，在逆变器供电方式下，异步电机的运行条件有了一个很大的变化。例如，通过降低电源频率来得到一个足够大的起动转矩，通过适当调频调压，电机可以工作在最小滑差运行点上，电机运行点处于不断变化之中，等等。由于这些特点，常规异步电机设计和分析方法已经不能与之相适应。 目前国内外兴起的“电力电子逆变器供电下的高效异步电动机”就是为充分利用逆变器的变频变压供电条件，挖掘电机本身潜力，提高电机性能，降低其制造和运行费用而设计开发的。它与传统异步电机设计相比有很大的不同，主要表现在以下三个方面： l）由于电源频率不同，则电机机械特性可以随之平移这样可直接利用其最大转矩作为起动转矩，不必利用集肤效应来提高起动力矩，从而转子可以优化设计以提高电机稳定运行性能 2）由于逆变器能够平滑变频变压，从而可以将异步电机调节在最佳运行点上，即得到最小滑差、最大效率和高功率因数这样在保证出力不变情况下，减小电机尺寸，减轻其重量和降低成本。 3）由于逆变器供电下的异步电机大多不是长期工作在一定额定状况下，而是处于不断变化之中，因此其温升极限得以提高，从而可以增加电流设计密度，进一步减小电机尺寸和重量 正是由于上面所述的区别，使得新电机设计在出力不变条件下，其体积可以减少2530，或者说电机功率密度增加2530。 另外，自八十年代中以来，为适应变频调速系统的需要，新颖电机不断涌现，其主要特点是：摆脱常规旋转磁场的概念，而利用电机结构与控制相结合产生磁场形变的机理来驱动转子旋转。变频调速电机一般均选择4级电机，基频工作点设计在50Hz，频率0-50Hz（转速0-1480r/min）范围内电机作恒转矩运行，频率50-100Hz（转速1480-2800r/min）范围内电机作恒功率运行，整个调速范围为(0-2800r/min），基本满足一般驱动设备的要求，其工作特性与直流调速电机相同，调速平滑稳定。如果在恒转矩调速范围内要提高输出转矩，也可以选择6级或8级电机，但电机的体积相对要大一点。 由于变频调速电机的基频设计点可以随时进行调整，我们可以在计算机上精确的模拟电机在各基频点上的工作特性，由此也就扩大了电机的恒转矩调速范围，根据电机的实际使用工况，我们可以在同一个机座号内把电机的功率做的更大，也可以在使用同一台变频器的基础上将电机的输出转矩提的更高，以满足在各种工况条件下将电机的设计制造在最佳状态。变频调速电机可以另外选配附加的转速编码器，可实现高精度转速、位置控制、快速动态特性响应的优点。也可配以电机专用的直流（或交流）制动器以实现电机快速、有效、安全、可靠的制动性能。由于变频调速电机的基频可调性设计，我们也可以制造出各种高速电机，在高速运行时保持恒转矩的特性，在一定程度上替代了原来的中频电机，而且价格低廉。变频调速电机为三相交流同步或异步电动机，根据变频器的输出电源有三相380V或三相220V，所以电机电源也有三相380V或三相220V的不同区别，一般4KW以下的变频器才有三相220V可，由于变频电机是以电机的基频点（或拐点）来划分不同的恒功率调速区和恒转矩调速区的，所以变频器基频点和变频电机基频点的设置都非常重要。 同步变频与异步变频调速电机的区别 异步变频调速电机是由普通异步电机派生而来，由于要适应变频器输出电源的特性，电机在转子槽型，绝缘工艺，电磁设计校核等作了很大的改动，特别是电机的通风散热，它在一般情况下附加了一个独立式强迫冷却风机，以适应电机在低速运行时的高效散热和降低电机在高速运行时的风摩耗。变频器的输出一般显示电源的输出频率，转速输出显示为电机的极数和电源输出频率的计算值，与异步电机的实际转速有很大区别，使用一般异步变频电动机时，由于异步电机的转差率是由电机的制造工艺决定，故其离散性很大，并且负载的变化直接影响电机的转速，要精确控制电机的转速只能采用光电编码器进行闭环控制，当单机控制时转速的精度由编码器的脉冲数决定，当多机控制时，多台电机的转速就无法严格同步。这是异步电机先天所决定的。实验中所采用的电机型号为YP-50-0.55-4-B3，以下对YP型号作了简要介绍：一、概述： YP系列变频调速三相异步电动机是应用(CAD)设计而成。本电机频率在5-50Hz（或60Hz）范围内作恒转矩调速运行，大于50Hz（或60Hz）-100Hz范围内作恒功率调速运行，电机从低频到高频不仅运转平稳而且无转矩脉动现象。并具有较低的运行噪声和较高起动转矩及较小的起动电源。能与国内外各种变频装置相配套，从而构成交流变频无级调速系统，该系统与其它调速方式相比，具有节能效果明显、调速性能好，调速比宽、快速响应性优良等优点，是目前交流调速方案中最先进的系统之一。 二、结构特点： YP系列电动机由变频三想异步电动机附加冷却风机组合而成。电动机的功率等级，机座中心高的对应关系和安装尺寸均同Y系列同规格电机。 冷却风机是特殊三相异步电动机（380V、50Hz）和风扇组成，具有冷却效果高，噪声低，结构紧凑等优点。三、应用范围： 上述电机可应用机械、轻工、纺织、化工、冶金以及各种流水线等行业，凡要求调速及快速停车，准确定位的场所，均适合使用本系列电机。四、型号说明YP-50-0.55-4-B3以上是我们对电机方面知识作的一些简要的总结和概括，由于电机包含很大的知识领域，因此无法全面详述，许多知识都是在完成报告的过程中逐步了解的，还有很多不足需要进一步学习。 异步电动机的工作特性是指电动机在额定电压和额定频率运行的情况下
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