交流伺服电动机的应用精选课件.ppt
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1、控制电机控制电机关于交流伺服电动机的应用第一页,本课件共有57页4.1 交交流伺服电动机的概述流伺服电动机的概述4.2 交交流伺服电动机的工作原理和结构流伺服电动机的工作原理和结构第第4 4章章 交流伺服电动机交流伺服电动机4.3 圆形磁场下电动机运行的理论分析圆形磁场下电动机运行的理论分析4.4 椭圆磁场下电动机运行的理论分析椭圆磁场下电动机运行的理论分析4.5 交流伺服电动机幅值控制时的特性交流伺服电动机幅值控制时的特性4.6 移相方法和控制方式移相方法和控制方式4.7 电容伺服电动机的特性电容伺服电动机的特性4.8 交流伺服电动机的应用交流伺服电动机的应用4.9 交流伺服电动机的主要性能
2、指标交流伺服电动机的主要性能指标4.10 交流伺服电动机的主要技术数据交流伺服电动机的主要技术数据第二页,本课件共有57页掌握交掌握交流伺服电动机的工作原理和结构流伺服电动机的工作原理和结构第第4 4章章 交流伺服电动机交流伺服电动机掌握掌握 圆形磁场下电动机运行的理论分析圆形磁场下电动机运行的理论分析掌握掌握椭圆磁场下电动机运行的理论分析椭圆磁场下电动机运行的理论分析掌握掌握交流伺服电动机幅值控制时的特性交流伺服电动机幅值控制时的特性掌握掌握移相方法和控制方式移相方法和控制方式掌握掌握电容伺服电动机的特性电容伺服电动机的特性掌握掌握交流伺服电动机的应用交流伺服电动机的应用交流伺服电动机的主要
3、性能指标和主要技术数据交流伺服电动机的主要性能指标和主要技术数据本章要求:本章要求:第三页,本课件共有57页4.1 4.1 交流伺服电动机的概述交流伺服电动机的概述 交流伺服电动机在小功率随动系统中得到非交流伺服电动机在小功率随动系统中得到非常广泛的应用。它在自动控制系统中,是将控制常广泛的应用。它在自动控制系统中,是将控制电信号快速地转换为转轴转动的一个执行元件。电信号快速地转换为转轴转动的一个执行元件。自动控制系统对交流伺服电动机的要求主要自动控制系统对交流伺服电动机的要求主要有以下几点:有以下几点:1、转速和转向应方便地受控制信、转速和转向应方便地受控制信号的控制,调速范围要大;号的控制
4、,调速范围要大;2、整个运行范围内的特性应接近、整个运行范围内的特性应接近线性关系,保证运行的稳定性;线性关系,保证运行的稳定性;第四页,本课件共有57页控制电机控制电机 3、当控制信号消除时,伺服电动机应立即停、当控制信号消除时,伺服电动机应立即停转,即电动机无转,即电动机无“自转自转”现象;现象;4、控制功率要小,启动力矩应大;、控制功率要小,启动力矩应大;5、机电时间常数要小,启动电压要低。当、机电时间常数要小,启动电压要低。当控制信号变化时,反应应快速灵敏。控制信号变化时,反应应快速灵敏。第五页,本课件共有57页4.2 4.2 交流伺服电动机的工作原理和结构交流伺服电动机的工作原理和结
5、构一、交流伺服电动机的结构一、交流伺服电动机的结构 交流伺服电动机的结构主要分为定子和转交流伺服电动机的结构主要分为定子和转子两大部分。定子铁心上装有两个绕组,一个子两大部分。定子铁心上装有两个绕组,一个作励磁用,称为励磁绕组作励磁用,称为励磁绕组j1j2;另一个称为控制;另一个称为控制绕组绕组k1k2;两个绕组的轴线互相垂直,在空间上;两个绕组的轴线互相垂直,在空间上相隔相隔90。UkUjj1j2k1k2 因此,交流因此,交流伺服电动机是一伺服电动机是一种两相的交流电种两相的交流电动机。动机。第六页,本课件共有57页控制电机控制电机 交流伺服电动机交流伺服电动机定子铁心和下好线的定子定子铁心
6、和下好线的定子第七页,本课件共有57页控制电机控制电机UkUjj1j2k1k2 转子结构常用的有鼠笼形转子和非磁性杯形转子结构常用的有鼠笼形转子和非磁性杯形转子。转子。第八页,本课件共有57页控制电机控制电机 杯形转子通常是由铝合金制成的空心薄壁圆筒。杯形转子通常是由铝合金制成的空心薄壁圆筒。此外,为了减少磁路的磁阻,在空心杯形转子内放此外,为了减少磁路的磁阻,在空心杯形转子内放置有固定的内定子。在分析时,杯形转子可视作由置有固定的内定子。在分析时,杯形转子可视作由无数并联的导体条组成,和鼠笼转子一样。无数并联的导体条组成,和鼠笼转子一样。杯形转子图杯形转子图第九页,本课件共有57页控制电机控
7、制电机各种交流伺服电动机图片各种交流伺服电动机图片第十页,本课件共有57页控制电机控制电机二、工作原理二、工作原理UkUjj1j2k1k2 定子两相空间互差定子两相空间互差90电角度绕组中,通入时间电角度绕组中,通入时间上互差上互差90的电流,产生一旋转磁场。转子导体切的电流,产生一旋转磁场。转子导体切割该磁场,从而感应电势,该电势在短路的转子割该磁场,从而感应电势,该电势在短路的转子导体中产生电流。导体中产生电流。转子载流转子载流导体在旋转磁导体在旋转磁场中受力,从场中受力,从而使得转子沿而使得转子沿旋转磁场转向旋转磁场转向旋转。旋转。NSn1FF动画第十一页,本课件共有57页控制电机控制电
8、机4.3 4.3 圆形磁场下电动机运行的理论分析圆形磁场下电动机运行的理论分析一、转子不转时一、转子不转时UkUjj1j2k1k21、电磁关系、电磁关系与变压器类似与变压器类似定子加定子加对称对称Ui0漏磁通主磁通Fm mejekeR 2 e Ri0Re je k 1 第十二页,本课件共有57页4.3 4.3 圆形磁场下电动机运行的理论分析圆形磁场下电动机运行的理论分析2、感应电势、感应电势激磁绕组:激磁绕组:控制绕组:控制绕组:转子绕组:转子绕组:2、电压平衡方程式、电压平衡方程式UkUjj1j2k1k2第十三页,本课件共有57页控制电机控制电机二、转子旋转时二、转子旋转时1、感应电势、感应
9、电势 定子侧激磁绕组、控制绕组感应电势与转子不转时定子侧激磁绕组、控制绕组感应电势与转子不转时相同。相同。转子绕组:转子绕组:rRjx Rs+-f2 转子转子 频率:频率:第十四页,本课件共有57页控制电机控制电机2、电压平衡方程式、电压平衡方程式rRjx Rs+-f2第十五页,本课件共有57页控制电机控制电机三、圆形旋转磁场时三、圆形旋转磁场时 定子绕组电压关系定子绕组电压关系1、Wj=Wk 时(此时定子为两相对称绕组)时(此时定子为两相对称绕组)当当时时又又而而此时此时为了得到圆形旋转磁场,要求两为了得到圆形旋转磁场,要求两相绕组相绕组电压值相等电压值相等,相位互差,相位互差900。UkU
10、jj1j2k1k2第十六页,本课件共有57页控制电机控制电机2、Wj/Wk=k 时时此时此时绕组电压大小与绕组匝数成正比。绕组电压大小与绕组匝数成正比。两相绕组产生圆形旋转磁场时,加在定子上的电两相绕组产生圆形旋转磁场时,加在定子上的电压分别定义为额定激磁电压压分别定义为额定激磁电压 jn和额定控制电压和额定控制电压kn,并称两相交流伺服电动机处于对称状态。,并称两相交流伺服电动机处于对称状态。Wj=Wk 时,时,Wj/Wk=k 时,时,Ujn=UknUkUjj1j2k1k2第十七页,本课件共有57页控制电机控制电机四、转矩及机械特性四、转矩及机械特性1、电磁转矩的物理表达式、电磁转矩的物理表
11、达式2、电磁转矩的参数表达式、电磁转矩的参数表达式 其中其中ZR为转子导条根数,为转子导条根数,WR为转子绕组有效为转子绕组有效匝数(笼形电机匝数(笼形电机WR=1/2),),s为同步角速度(为同步角速度(s=2 n s/60=2 f/p)第十八页,本课件共有57页控制电机控制电机3、机械特性、机械特性oTTmaxTdnns理想空载:理想空载:n=ns,s=0,T=0 最大转矩:最大转矩:n=n1,s=sm,T=T max堵转点(启动点):堵转点(启动点):n=0,s=1,T=T d机械特性仿真不同转子电阻特性不同转子电阻特性第十九页,本课件共有57页控制电机控制电机 为使交流伺服电动机转速从
12、为使交流伺服电动机转速从0ns整个运行范围整个运行范围内都保证其工作的稳定性,其机械特性在整个范内都保证其工作的稳定性,其机械特性在整个范围内都是下垂的,要具有这样的下垂特性,交流围内都是下垂的,要具有这样的下垂特性,交流伺服电动机要有足够大的转子电阻,使伺服电动机要有足够大的转子电阻,使sm1。具有大的转子电阻和下垂的机械特具有大的转子电阻和下垂的机械特性是交流伺服电动机的主要特点。性是交流伺服电动机的主要特点。为了表示伺服电动机的运行稳定性,为了表示伺服电动机的运行稳定性,通常引入阻尼系数的概念。这种特通常引入阻尼系数的概念。这种特性用阻尼系数性用阻尼系数D来度量。来度量。空载转速空载转速
13、堵转转矩堵转转矩ToTdnnsTL第二十页,本课件共有57页控制电机控制电机 阻尼系数阻尼系数D值越大,转矩变化对转速的值越大,转矩变化对转速的影响很小,电机运行稳定,反之,电机运行影响很小,电机运行稳定,反之,电机运行的稳定性很差。的稳定性很差。在一定转速范围内,若机械特性近似看为在一定转速范围内,若机械特性近似看为直线,则在该范围内阻尼系数为直线,则在该范围内阻尼系数为 T1、T2、n1、n2分别为该分别为该范围内机械特性上相应的转矩、范围内机械特性上相应的转矩、转速值。转速值。oTTdnnsn2n1T1T2第二十一页,本课件共有57页4.4 4.4 椭圆磁场下电动机运行的理论分析椭圆磁场
14、下电动机运行的理论分析一、椭圆形磁场的形成一、椭圆形磁场的形成 当激磁绕组与控制绕组所产生的磁势幅值不相当激磁绕组与控制绕组所产生的磁势幅值不相等,即等,即 =Bkm/Bjm(0 1);两绕组电流相位;两绕组电流相位差为差为(0 90o),这时产生的磁场为椭圆形磁,这时产生的磁场为椭圆形磁场。场。当当 =1,=90o,电机产生圆形磁场;,电机产生圆形磁场;当当 =0,=0;=0,=90o,=1,=0;电机产生脉振磁场;电机产生脉振磁场;当当0 1,0 1,电机不会产,电机不会产生自转现象,当控制电压取消,电机变为单相运行时,生自转现象,当控制电压取消,电机变为单相运行时,电机就立刻产生制动转矩
15、,使电机停转。电机就立刻产生制动转矩,使电机停转。r2a r2b r2casTcsTbsT1110202200202 为了消除自转现象,交流伺服电动机单相供电时的机为了消除自转现象,交流伺服电动机单相供电时的机械特性必须如图械特性必须如图(c)所示,显然这也就要求有相当所示,显然这也就要求有相当大的转大的转子电阻子电阻。第二十七页,本课件共有57页控制电机控制电机2、椭圆磁场时的机械特性、椭圆磁场时的机械特性 左图为椭圆磁场的机械左图为椭圆磁场的机械特性,反向旋转磁场的存在,特性,反向旋转磁场的存在,产生了附加的制动转矩产生了附加的制动转矩T反反,使电机输出转矩减少,且使电机输出转矩减少,且在
16、在T=0的理想空载情况下,的理想空载情况下,转子转速已不能达到同步转子转速已不能达到同步速速ns,只能达到小于,只能达到小于ns的的n0。T反反T正正nsTsn001n第二十八页,本课件共有57页4.5 4.5 交流伺服电动机幅值控制时的特性交流伺服电动机幅值控制时的特性一、有效信号系数一、有效信号系数e(=90o)(0 e 1,0 U k Ukn)U k 为控制绕组所加电压,为控制绕组所加电压,U kn为额定控制电压为额定控制电压e 不仅可以表示控制电压的值,而且也可以表不仅可以表示控制电压的值,而且也可以表示电机的不对称运行程度。示电机的不对称运行程度。当当e=1,U k=Ukn时,气隙中
17、合成时,气隙中合成磁场是一个圆形旋转磁场电机运行磁场是一个圆形旋转磁场电机运行在对称状态。在对称状态。UkUjj1j2k1k2第二十九页,本课件共有57页控制电机控制电机 当当e=0,U k=0时,气隙中是一个脉振磁场时,气隙中是一个脉振磁场电机运行在不对称度最大状态。电机运行在不对称度最大状态。可以方便的证明:可以方便的证明:e 。改变控制电压,即改变。改变控制电压,即改变e的大的大小,也改变了电机的不对称度,所以两相交流伺服电动小,也改变了电机的不对称度,所以两相交流伺服电动机是靠改变电机的不对称度来达到控制目的。机是靠改变电机的不对称度来达到控制目的。UkUjj1j2k1k2第三十页,本
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