第610章机电传动控制.pptx

第一节 交流伺服电动机 伺服电动机也称为执行电动机，在控制系统中用作执行元件，将电信号转换为轴上的转角或转速，以带动控制对象。伺服电动机有交流和直流两种,特点是可控，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；第1页/共40页1.两相交流伺服电动机的结构定子：励磁绕组FW，控制绕组CW转子：鼠笼转子，或杯形转子第一节 交流伺服电动机 第2页/共40页启动:励磁绕组FW接到电压一定的交流电网上，控制绕组CW接到控制电压上，当有控制信号输入时,即UC不为0，两相绕组便产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应电流相互作用产生转矩，使转子跟着旋转磁场以一定的转差率转动起来，转向与旋转磁场的方向相同，把控制电压的相位改变180可改变伺服电动机的旋转方向。第一节 交流伺服电动机 2.基本工作原理励磁绕组控制绕组第3页/共40页3.消除自转现象的措施:当控制电压UC=0，电动机应立即停转。但根据单相异步电动机的原理，电动机转子一旦转动以后，再取消控制电压，仅有励磁电压单相供电，它将继续转动，即存在“自转”现象。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。第一节 交流伺服电动机 第4页/共40页控制方法：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第一节 交流伺服电动机 第5页/共40页4.控制特性及应用a.交流伺服电动机可以方便地利用控制电压UC的有无来进行启、停控制；b.改变电压的幅值(或相位)大小来调节转速的高低；c.改变UC的极性（相位改变180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，应用于要求功率小的场合。第一节 交流伺服电动机 第6页/共40页第二节 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UC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。第7页/共40页第三节 直线异步电动机结构：工作原理：滑差率：第8页/共40页 特点及应用：1)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。2)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，因而加速和减速时间短，可实现快速启、停和正反向运行。3)散热良好额定值高，电流密度可取很大，对启动的限制小。4)装配灵活性大，往往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。第三节 直线异步电动机第9页/共40页 除交、直流伺服电动机外还有以下几种控制电机：力矩电动机 小功率同步电动机 测速发电机 第四节 其他控制电机第10页/共40页 6-1 6-2 6-8思考 题第11页/共40页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 电动机结构形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第12页/共40页三项基本原则：1)发热：电动机在运行时，必须保证;2)过载能力：电动机在运行时，必须具有一定的过载能力。所选电动机的最大转矩 Tmax(对于异步电动机)或最大允许电流Imax(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TLmax和最大负载电流IL max;选择电动机容量的方法有：计算法、统计分析法和类比法。3)启动能力：由于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第13页/共40页基本依据：在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。1)对于不要求调速、对启动性能亦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，则可选用高启动转矩的鼠笼式异步电动机。2)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第14页/共40页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。4)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)。5)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。6)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第15页/共40页 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。第三节 电动机电压等级的选择原则第16页/共40页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 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 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GD2n2的数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第17页/共40页1)开启式：定子两侧和端盖上有通风口，散热良好，但灰尘、水滴或铁屑容易侵入，影响电动机的正常工作和寿命，仅适用于干燥和清洁的工作环境。2)防护式：通风孔在机壳下部，通风冷却条件较好，可防止水滴、铁屑等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。3)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，能防止水滴和其他物体侵入适用于尘土多、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。4)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第18页/共40页第八章 继电器 接触器控制概述 机电传动控制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，操作者以简单的控制电器如闸刀开关、转换开关等手控电器来实现控制。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。第19页/共40页 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概述第20页/共40页基本内容：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作原理及其特点。电力电子学的任务是利用电力半导体器件和线路来实现电功率的变换和控制。晶闸管（SCR,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。第十章 电力电子学晶闸管及其电路第21页/共40页 晶闸管根据外形分为螺栓形和平板形两种，螺栓形带有螺栓的那一端是阳极A，它可与散热器固定，另一端的粗引线是阴极K，细线是控制极(又称门极)G，这种结构更换元件很方便，用于电流较小的元件。平板形，中间的金属环是控制极G，离控制极远的一面是阳极A，近的一面是阴极K，这种结构散热效果比较好，用于电流较大(200A)的元件。第一节 晶闸管的外形 晶闸管是一种可控的硅整流元件，也叫可控硅。第22页/共40页简单地说，晶闸管的结构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。第一节 晶闸管的符号 第23页/共40页晶闸管工作特点：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；第一节 晶闸管的结构与工作原理 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24页/共40页晶闸管工作实验图第25页/共40页晶闸管的优点：1)用很小的功率(电流约几十mA一百多mA。电压约2v4v)可以控制较大的功率(电流自几十A几千A，电压自几百v几千v)、功率放大倍数可以达到几十万倍；2)控制灵敏、反应快，晶闸管的导通和截止时间都在微秒级；3)损耗小、效率高，晶闸管本身的压降很小(仅1v左右)，总效率可达97%、而一般机组效率仅为85%左右；4)体积小、重量轻。第十章 晶闸管第26页/共40页晶闸管的缺点：1)过载能力弱，在过流、过压情况下很容易损坏，要保证其可靠工作，在控制电路中要采取保护措施，在选用时，其电压、电流应适当留有余量；2)抗干扰能力差，易受冲击电压的影响，当外界干扰较强时，容易产生误动作；3)导致电网电压波形畸变高次谐波分量增加，干扰周围的电气设备；4)控制电路比较复杂，对维修人员技术水平要求高。第十章 晶闸管第27页/共40页10.2单相可控整流电路可控整流电路：一种把交流电源电压变换成大小可调的直流电压的电路整流主电路交流电源控制电路负载单相、三相、多相半波、零式、桥式电阻负载电感负载反电势负载可控整流电路一般结构：第28页/共40页10.2.1单相半波可控整流电路1）工作原理：1.带电阻性负载的单相半波可控整流电路tu2tuGtudtuT控制角。晶闸管承受正向电压的起点到触发脉冲的作用点之间的电角度。移相范围：0 导通角。晶闸管在一周时间内导通的电角度。的变化范围：0 u1u2uTudAGKRLiduGid第29页/共40页2）数量关系：tudtuT晶闸管承受的最大正、反向电压：2第30页/共40页2.带电感性负载的单相半波可控整流电路负载的感抗L和电阻R的大小相比不可忽略时，称为电感性负载。电感负载整流电路的特点：v整流电压波形出现负值部分，导致输出直流电压减小。（L越大，负半周导通时间越长。当wLR时，晶闸管正、负半周的导通时间几乎相等。这时，整流电压平均值趋近于零。）v-，即电源电压为负时晶闸管仍然可能继续导通。L越大，越大。vL使输出电流波形峰值降低，导通时间延长，波形变平稳。工作原理：流过电感中的电流变化时，电感产生自感电势阻止其变化。从而使电感中电流不能突变，总是滞后于电压。（id增加时，el上正下负；id减少时，el上负下正）第31页/共40页3.续流二极管的作用Ud和的关系与电阻负载时一样，Id有很大不同。若WLR，id 的脉动很小。近似看成一条直线。如果某电阻负载要求很平稳的直流电流，可串接一大电感，再并一续流管。晶闸管电流二极管电流负载电流晶闸管两端电压为了使大电感负载时，整流输出电压不出现负值，提高输出平均电压，可在大电感负载两端并一续流二极管。第32页/共40页10.2.2单相桥式可控整流电路1.单相半控桥式可控整流电路1)电阻性负载是单相半波整流时的两倍晶闸管承受的最大正、反向电压：第33页/共40页2)电感性负载流过晶闸管的平均电流为：流过续流二极管的平均电流为：a.带电感性负载的单相半控桥式整流电路及电压、电流波形:第34页/共40页b.晶闸管串联的半控桥式整流电路及电压、电流波形:流过V1、V2的平均电流为：第35页/共40页C.只用一只晶闸管的单相桥式整流电路:VSV1V2V3V4V5RudL12u2第36页/共40页2.单相全控桥式可控整流电路 每半周触发两只晶闸管1)电阻性负载：波形与半控桥一样。2)电感性负载：晶闸管承受的最大正、反向电压：VS1RLVS2VS3VS4idud12u2第37页/共40页三相桥式全控整流电路第38页/共40页 单相半波电路最简单，但各项指标都较差，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、只是电压脉动频率较大，故最适合于小功率的电路。晶闸管在直流负载侧的单相桥式电路、各项性能较好、只用一只晶闸管，接线简单，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，所以，用得不多。三相桥式可控整流电路，各项指标都好，在要求一定输出电压的情况下，元件承受的峰值电压最低，最适合于大功率高压电路。所以，一般小功率电路应优先选用单相桥式电路，对于大功率电路，则应优先考虑三相桥式电路。只有在某种特殊情况下才选用其它线路。第十章 小 结第39页/共40页感谢您的观看！第40页/共40页