机电传动控制复习

1、机电传动控制11 1电枢绕组电枢绕组2 2电枢铁心电枢铁心3 3机座机座4 4主磁极铁心主磁极铁心5 5励磁绕组励磁绕组6 6换向极绕组换向极绕组7 7换向极铁心换向极铁心8 8主磁极极靴主磁极极靴9 9机座底脚机座底脚直流电机横剖面示意图直流电机横剖面示意图机电传动控制2电磁转矩电磁转矩驱动驱动电枢电枢旋转旋转原动机原动机拖动拖动电枢电枢旋转旋转机电传动控制3 电磁转矩电磁转矩T 为拖动转矩，方向与为拖动转矩，方向与n 相同相同 稳态时的转矩平衡稳态时的转矩平衡 T = TL + T0 电动势电动势E为反电势，它与外加电压为反电势，它与外加电压 产生的电流产生的电流Ia方向相反。方向相反。

2、外加电枢电压为电枢的反电势外加电枢电压为电枢的反电势和电阻压降所平衡。和电阻压降所平衡。 机电传动控制4( (a) )他励他励( (b) )并励并励( (c) )串励串励( (d) )复励复励直流电动机励磁方式示意图直流电动机励磁方式示意图机电传动控制5直流电动机的基本方程式：直流电动机的基本方程式：(1) (1) 转矩转矩方程式方程式 T KtIa(2)(2) 电势方程式电势方程式 E Ke n (3)(3) 电压平衡方程式电压平衡方程式 UEIaRannTKKRKUnteae 02机电传动控制6nnTKKRKUnteae 02（见第（见第4 4章）章）电动机运行时转速的电动机运行时转速的稳

3、定程度的技术指标稳定程度的技术指标 大的为大的为特性，倾斜程度特性，倾斜程度， 小的为小的为特性，倾斜程度特性，倾斜程度。机电传动控制7 电枢电路电阻电枢电路电阻 RRa ，( (附加附加Rad0) ) 电枢电压电枢电压 UUN， 磁通磁通 N 时的机械特性称为时的机械特性称为 由于由于Ra 很小，很小， 转矩转矩T 增大时，增大时，n 下降很小，所以下降很小，所以TKKRKUnNteaNeN2 2aeetRUnTKK K机电传动控制8TKKRKUnNteaNeN2 三种人为机械特性的比较三种人为机械特性的比较 Rad1Rad2电枢串电阻电枢串电阻 UNU1U2降低电枢电压降低电枢电压 N12

4、减弱励磁磁通减弱励磁磁通TKKRKUnteaeN2 TKKRKUnNteaNe2 TKKRRKUnNteadaNeN2 机电传动控制9改变改变电枢外加电压电枢外加电压U U改变改变励磁磁通励磁磁通电枢电路电枢电路串接外加电阻串接外加电阻R RadadeaaKRIUn机电传动控制10FE倒拉反接制动倒拉反接制动反向反馈制动反向反馈制动机电传动控制11N12固固有有机机械械特特性性改改变变励励磁磁磁磁通通调调速速 降降压压启启动动电电枢枢电电路路串串电电阻阻启启动动电电枢枢电电路路串串电电阻阻调调速速改改变变电电枢枢电电压压调调速速（UNU1U2）（Rad1Rad2）U2U10n0nTstIstT

5、LILUNTIUst机电传动控制12铁心铁心: :由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。铁心铁心: :由导磁性能很好的硅钢片叠成由导磁性能很好的硅钢片叠成( (导磁部分导磁部分) )。绕组绕组: :放在定子铁心内圆槽内放在定子铁心内圆槽内( (导电部分导电部分) )。机座机座: :固定定子铁心及端盖。固定定子铁心及端盖。定定子子静止静止部分部分转转子子旋转旋转部分部分三三相相异异步步电电动动机机转子铁心的每个槽内转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。形成一个多相对称短路绕组。转子绕组为三相对称绕组，转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转

6、子铁心槽内。嵌放在转子铁心槽内。 绕线式：绕线式：绕组绕组: :转轴、轴承、风扇转轴、轴承、风扇 鼠笼式：鼠笼式：机电传动控制13以以iAIM为起动点为起动点0120240360机电传动控制1401202403600601201800120240360机电传动控制15 电流电流 相序相序A-C-B右手定则右手定则右手定则右手定则左手定则左手定则XAZBC Yn逆时针逆时针 方向方向 旋转旋转机电传动控制16 电动机在正常运转时，其转速电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速总是稍低于同步转速n0， 故称为故称为电动机；电动机； 又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，又因为产生电磁转

7、矩的电流是电磁感应所产生的， 也称为也称为电动机。电动机。 是异步电动机一个非常重要的参数，是异步电动机一个非常重要的参数， 它反映了电动机的各种运行情况。它反映了电动机的各种运行情况。00nnnS 机电传动控制17 异步电动机所产生的电磁转矩为异步电动机所产生的电磁转矩为 2202222SXRUSRKT 指电动机的电源电指电动机的电源电 压和频率一定时，电磁转矩压和频率一定时，电磁转矩 与转差率与转差率( (转速转速) )之间的关系。之间的关系。 实际生产中把电磁转矩与转速的实际生产中把电磁转矩与转速的 关系称异步电动机的关系称异步电动机的。00nnnS 机电传动控制18电源为电源为负相序时

8、负相序时电源为电源为正相序时正相序时机电传动控制19机电传动控制20三相异步电动机三相异步电动机稳定运行分析稳定运行分析 1异步电动机的特性异步电动机的特性 2恒转矩型负载特性恒转矩型负载特性 3恒功率型负载特性恒功率型负载特性4, 5通风机型负载特性通风机型负载特性机电传动控制21 定子绕组用绝缘的铜定子绕组用绝缘的铜 （或铝）导线绕成，（或铝）导线绕成， 嵌在定子槽内。嵌在定子槽内。 通常把定子三相绕组通常把定子三相绕组 的六根出线头都引出，的六根出线头都引出， 根据实际使用的需要，根据实际使用的需要， 可接成可接成Y形或形或形，形， 如图所示。如图所示。机电传动控制22Y形和形和形接法时

9、形接法时的电压和电流的电压和电流( (a) ) Y接法接法( (降压起动降压起动) )( (b) ) 接法接法( (全压运行全压运行) )机电传动控制23 根据交流异步电动机转速的关系式：根据交流异步电动机转速的关系式： n n0( (1S ) ) 60 f ( (1S ) )/ /p n0n 可知，交流异步电动机的调速方法大致可分为三种：可知，交流异步电动机的调速方法大致可分为三种： 改变磁极的极对数改变磁极的极对数p 改变转差率改变转差率S 改变频率改变频率f 其中，改变转差率其中，改变转差率S的方法，的方法， 又可以通过调定子电压、转子电阻、转子电压又可以通过调定子电压、转子电阻、转子电

10、压 以及定转子供电频率等方法来实现。以及定转子供电频率等方法来实现。 从而派生出很多种调速方法。从而派生出很多种调速方法。 机电传动控制24反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载 电源反接制动电源反接制动倒拉反接制动倒拉反接制动正向反馈制动正向反馈制动反向反馈制动反向反馈制动机电传动控制25第第3 3章章 控制电机控制电机3-1 3-1 伺服电动机伺服电动机3-2 3-2 微型同步电动机微型同步电动机3-3 3-3 测速发电机测速发电机3-4 3-4 步进电动机步进电动机3-5 3-5 直线电动机直线电动机3-6 3-6 旋转变压器旋转变压器3-7 3-7 感应同步器

11、感应同步器机电传动控制26交流伺服电动机的结构交流伺服电动机的结构 是一种小型或微型是一种小型或微型 两相异步电动机。两相异步电动机。交流伺服电动机的交流伺服电动机的原理原理 与电容分相式与电容分相式 单相异步电动机相同。单相异步电动机相同。交流伺服电动机特点交流伺服电动机特点 结构简单、运行可靠、结构简单、运行可靠、 维护简便、转动惯量小，维护简便、转动惯量小， 广泛用于功率较小的广泛用于功率较小的 控制系统中。控制系统中。交流伺服电动机的原理图交流伺服电动机的原理图励磁励磁绕组绕组控制控制绕组绕组SM机电传动控制27 “自转自转”现象现象如果交流伺服电动机参数与一般的单相异步电动机一样，如

12、果交流伺服电动机参数与一般的单相异步电动机一样，那么当控制信号消失时，电机转速虽会下降些，但仍会那么当控制信号消失时，电机转速虽会下降些，但仍会继续不停地转动。这种失控现象称为继续不停地转动。这种失控现象称为“自转自转”。 “自转自转”现象的消除现象的消除要求要求交流伺服电动机的交流伺服电动机的转子电阻值设计得很大，使电机转子电阻值设计得很大，使电机在失去控制信号而单相运行时，正转矩或负转矩的最大在失去控制信号而单相运行时，正转矩或负转矩的最大值均出现在值均出现在sm1的地方。的地方。 交流伺服电动机的转速控制方式交流伺服电动机的转速控制方式 幅值控制幅值控制 相位控制相位控制 幅相控制幅相控

13、制机电传动控制28 步进电动机的工作原理就是步进电动机的工作原理就是。 每当定子绕组接收一个电脉冲时，每当定子绕组接收一个电脉冲时， 转子便转过一个固定的角度，这个角度即称为步距角。转子便转过一个固定的角度，这个角度即称为步距角。 因为每通电一次，即运行一拍，转子就走一步，故因为每通电一次，即运行一拍，转子就走一步，故 步距角：步距角： 式中，式中，为状态系数为状态系数 （如单三拍、双三拍时（如单三拍、双三拍时K=1，单、双六拍时，单、双六拍时K=2）；）； 表示电动机的相数；表示电动机的相数； 为转子的齿数。为转子的齿数。 当电动机相数当电动机相数m和转子齿数和转子齿数z一定（即电机结构一定

14、）时，一定（即电机结构一定）时， 则步进电机的转速取决于输入电脉冲的频率和通电方式，则步进电机的转速取决于输入电脉冲的频率和通电方式， 即：即： (r / /min) ，其中，其中， 为电脉冲的频率。为电脉冲的频率。机电传动控制2903060反应式步进电机工作原理图反应式步进电机工作原理图01530三相单、双六拍三相单、双六拍AABB CACBC三相单三拍三相单三拍 ABC 机电传动控制30二二. . 转速控制的调速指标转速控制的调速指标minmaxnnD 其中其中nmin 和和nmax 一般都指电机额定负载时的转速。一般都指电机额定负载时的转速。对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，对于少数

15、负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速。也可用实际负载时的转速。 生产机械要求电动机提供的生产机械要求电动机提供的 最高转速最高转速nmax和最低转速和最低转速nmin之比叫做之比叫做。 用用字母字母 D 表示，即：表示，即：机电传动控制31二二. . 转速控制的调速指标转速控制的调速指标当系统在某一转速下运行时，当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载到额定值时负载由理想空载到额定值时所对应的转速降落所对应的转速降落 nN ，与理想空载转速与理想空载转速 n0 之比，之比，称作称作，即：，即：0N0N0nnnnnS %1000N nnS或：或：nmaxnmin01N1nnS 0

16、2N2nnS 机电传动控制32机电传动控制33 和和两种两种 从公用电网直接得到的是交流，从公用电网直接得到的是交流， 从蓄电池和干电池得到的是直流。从蓄电池和干电池得到的是直流。机电传动控制34 晶闸管是用很小的功率控制晶闸管是用很小的功率控制 大功率的可控整流元件，大功率的可控整流元件， 要使晶闸管导通必须在要使晶闸管导通必须在 其阳极和控制极其阳极和控制极 同时加正向电压，同时加正向电压， 晶闸管导通以后，晶闸管导通以后， 控制极就失去了控制极就失去了 控制作用。控制作用。 欲使晶闸管欲使晶闸管 恢复阻断状态，恢复阻断状态， 则必须把阳极正向电压则必须把阳极正向电压 降低到一定值降低到一

17、定值( (断开或反向断开或反向) )。机电传动控制357.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 1.1.带电阻负载带电阻负载带电阻负载的带电阻负载的单相半波单相半波可控整流可控整流电路及波形电路及波形输入输入电压电压控制控制脉冲脉冲输出输出电压电压器件器件电压电压机电传动控制36 逆变器工作是整流器工作的逆过程，把直流电变成交流电。逆变器工作是整流器工作的逆过程，把直流电变成交流电。 逆变器分有源逆变器和无源逆变器：逆变器分有源逆变器和无源逆变器： 有源逆变有源逆变交流侧和电网连结。交流侧和电网连结。 有源逆变器主要用于直流电动机的可逆调速等场合。有源逆变器主要用于直流电动机的可逆

18、调速等场合。 无源逆变无源逆变交流侧不与电网联接，而直接接到负载。交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 无源逆变器用作变频器，主要用于交流电动机变频调速系统，无源逆变器用作变频器，主要用于交流电动机变频调速系统， 为实现既可调频又能调压的目的，逆变器必须进行电压控制，为实现既可调频又能调压的目的，逆变器必须进行电压控制， 控制电压可以从逆变器的外部或内部进行，控制电压可以从逆变器的外部或内部进行， 改变直流输入电压是从外部进行控制，改变直流输入电压是从外部进行控制， 而脉宽控制和脉宽调制则是从逆变器内部进行的。而脉宽控制和脉宽调制则是从逆变器内部进行的。 在逆变器中为了能使晶闸管关断，在逆变器

19、中为了能使晶闸管关断， 一般要设置专门环节进行强迫关断和换流。一般要设置专门环节进行强迫关断和换流。 机电传动控制37 系统中采用比例调节器。系统具有以下性质：系统中采用比例调节器。系统具有以下性质：一、单闭环有静差调速系统一、单闭环有静差调速系统 在相同的负载电流下，闭环系统的静态转速降在相同的负载电流下，闭环系统的静态转速降 仅为开环系统转速降的仅为开环系统转速降的1(1K )倍倍 (K 是闭环系统的开环放大倍数是闭环系统的开环放大倍数)。 从而大大提高了机械特性的硬度，从而大大提高了机械特性的硬度， 使系统的静差度大为减小。使系统的静差度大为减小。 在给定电压一定时，闭环系统的理想空载转

20、速在给定电压一定时，闭环系统的理想空载转速 仅为开环时的仅为开环时的1(1K )倍。倍。 为了使闭环系统获得与开环系统相同的理想空载转速，为了使闭环系统获得与开环系统相同的理想空载转速， 闭环时的给定电压须比开环时的提高闭环时的给定电压须比开环时的提高(1K )倍。倍。 机电传动控制38一、单闭环有静差调速系统一、单闭环有静差调速系统 在相同的最高转速和相同的低速在相同的最高转速和相同的低速 最大允许静差度的条件下，最大允许静差度的条件下， 闭环系统的调速范围为开环系统的闭环系统的调速范围为开环系统的(1+K)倍。倍。所以所以： 提高开环放大倍数提高开环放大倍数K是减小闭环系统静差度、是减小闭环系统静差度、 扩大调速范围的有效措施。扩大调