機(jī)電傳動(dòng)控制5_8課件

1、了解常用的控制電機(jī)的結(jié)構(gòu)；了解常用的控制電機(jī)的結(jié)構(gòu)；掌握常用控制電機(jī)的工作原理、主要運(yùn)行特性；掌握常用控制電機(jī)的工作原理、主要運(yùn)行特性；了解了解各種控制電機(jī)各種控制電機(jī)應(yīng)用場所；應(yīng)用場所；學(xué)會(huì)正確選用和使用學(xué)會(huì)正確選用和使用各種控制電機(jī)各種控制電機(jī)。本章要求本章要求傳動(dòng)電機(jī)：傳動(dòng)電機(jī)：主要用來完成能量的變換，具有較高的力主要用來完成能量的變換，具有較高的力 能指標(biāo)；能指標(biāo)；控制電機(jī)：控制電機(jī)：主要用來完成控制信號(hào)的傳遞和變換，要主要用來完成控制信號(hào)的傳遞和變換，要 求技術(shù)性能穩(wěn)定可靠、動(dòng)作靈敏、精度求技術(shù)性能穩(wěn)定可靠、動(dòng)作靈敏、精度 高、體積小、重量輕、耗電少。高、體積小、重量輕、耗電少。 控

2、制電機(jī)一般用于自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)距離控制電機(jī)一般用于自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)距離測量、隨動(dòng)系統(tǒng)以及計(jì)算裝置中的微特電機(jī)。它是構(gòu)測量、隨動(dòng)系統(tǒng)以及計(jì)算裝置中的微特電機(jī)。它是構(gòu)成開環(huán)控制、閉環(huán)控制、同步連接等系統(tǒng)的基礎(chǔ)元件，成開環(huán)控制、閉環(huán)控制、同步連接等系統(tǒng)的基礎(chǔ)元件，根據(jù)它在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的職能可分為根據(jù)它在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的職能可分為測量元件、放測量元件、放大元件、執(zhí)行元件和校正元件大元件、執(zhí)行元件和校正元件四類?？刂齐姍C(jī)一般是四類?？刂齐姍C(jī)一般是小功率電機(jī)。小功率電機(jī)。伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)也稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在控制系統(tǒng)中用作也稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，將執(zhí)行元件，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換

3、為軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，電信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，以以帶動(dòng)控制對(duì)象。帶動(dòng)控制對(duì)象。伺服電動(dòng)機(jī)與普通電動(dòng)機(jī)相比具有如下特點(diǎn)：伺服電動(dòng)機(jī)與普通電動(dòng)機(jī)相比具有如下特點(diǎn)：(1) (1) 調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍寬，伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著控制電，伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著控制電 壓改變，能在寬的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；壓改變，能在寬的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；(2) (2) 轉(zhuǎn)子的慣性小轉(zhuǎn)子的慣性小，即能實(shí)現(xiàn)迅速啟動(dòng)、停轉(zhuǎn)；，即能實(shí)現(xiàn)迅速啟動(dòng)、停轉(zhuǎn)；(3) (3) 控制功率小控制功率小，過載能力強(qiáng)，可靠性好；，過載能力強(qiáng)，可靠性好；(4) (4) 可控可控。 伺服電機(jī)伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)（有刷式）（有刷式）交流伺服電機(jī)交流

4、伺服電機(jī)（無刷式）（無刷式）永磁式交流伺服電機(jī)永磁式交流伺服電機(jī)感應(yīng)式交流伺服電機(jī)感應(yīng)式交流伺服電機(jī)分類：分類：永磁式直流伺服電機(jī)永磁式直流伺服電機(jī)電磁式直流伺服電機(jī)電磁式直流伺服電機(jī) 永磁式直流伺服電機(jī)永磁式直流伺服電機(jī) 永磁式交流伺服電機(jī)永磁式交流伺服電機(jī) 直流伺服電動(dòng)機(jī)，通常用于功率稍大的系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)，通常用于功率稍大的系統(tǒng)中其輸出功率一般為中其輸出功率一般為1w一一600w。 它的基本結(jié)構(gòu)和它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同，不同點(diǎn)只是工作原理與普通直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同，不同點(diǎn)只是它做得比較它做得比較細(xì)長一些細(xì)長一些， 以便滿足以便滿足快速響應(yīng)快速響應(yīng)的要求。的要求。

5、改變改變控制電壓控制電壓UC或改變或改變磁通磁通 都可以控制直流伺都可以控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，前者稱為服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，前者稱為電樞控制電樞控制，后者，后者稱為稱為磁場控制磁場控制。由于電樞控制具有響應(yīng)迅速、機(jī)械。由于電樞控制具有響應(yīng)迅速、機(jī)械特性硬、調(diào)速特性線性度特性硬、調(diào)速特性線性度好的優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際生產(chǎn)中好的優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際生產(chǎn)中大都采用電樞控制方式。大都采用電樞控制方式。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 原理和直流電動(dòng)機(jī)一樣；原理和直流電動(dòng)機(jī)一樣； 過載能力強(qiáng)；過載能力強(qiáng)； 響應(yīng)速度快；響應(yīng)速度快； 一般是永磁式。一般是永磁式。 缺點(diǎn)是有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易產(chǎn)生干擾。缺點(diǎn)是有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易產(chǎn)生

6、干擾。nnTKKRKUnteae02 交流伺服電動(dòng)機(jī)減去了直流伺服電動(dòng)機(jī)中的換向交流伺服電動(dòng)機(jī)減去了直流伺服電動(dòng)機(jī)中的換向器，提高了運(yùn)行的可靠性。器，提高了運(yùn)行的可靠性。永磁式交流伺服電機(jī)永磁式交流伺服電機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī)（無刷直流電動(dòng)機(jī)（BDCMBDCM）永磁同步電動(dòng)機(jī)（永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSMPMSM） 一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)1.1.定子：定子： 三相繞組和鐵芯三相繞組和鐵芯組成。三相繞組直流組成。三相繞組直流供電，由電子換向器供電，由電子換向器輪流供電，以產(chǎn)生旋輪流供電，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)磁場。2.2.轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子：永磁鐵芯。永磁鐵芯。二、無刷直流電動(dòng)機(jī)二、無刷直流電動(dòng)機(jī) 1. 1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 相當(dāng)

7、于一臺(tái)反裝式相當(dāng)于一臺(tái)反裝式直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)。定子定子為三相繞組和鐵芯為三相繞組和鐵芯組成。三相繞組直流供組成。三相繞組直流供電，由電子換向器輪流電，由電子換向器輪流供電，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。供電，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子為永磁體轉(zhuǎn)子為永磁體，轉(zhuǎn)子軸，轉(zhuǎn)子軸上裝有轉(zhuǎn)子位置檢測器、上裝有轉(zhuǎn)子位置檢測器、測速發(fā)電機(jī)和光電脈沖測速發(fā)電機(jī)和光電脈沖編碼器。編碼器。轉(zhuǎn)子位置檢測器：轉(zhuǎn)子位置檢測器：輸出信號(hào)控制電子換向器，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)控制電子換向器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的換向，即電子換向器中的晶體管的導(dǎo)通和截電動(dòng)機(jī)的換向，即電子換向器中的晶體管的導(dǎo)通和截止由轉(zhuǎn)子位置檢測器的輸出信號(hào)控制。止由轉(zhuǎn)子位置檢測器的輸出信

8、號(hào)控制。轉(zhuǎn)子位置檢測器的種類：轉(zhuǎn)子位置檢測器的種類： 光電式、電磁式、接近開關(guān)式。光電式、電磁式、接近開關(guān)式。測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)：檢測轉(zhuǎn)子的運(yùn)行速度，用于速度反饋。：檢測轉(zhuǎn)子的運(yùn)行速度，用于速度反饋。光電編碼器：光電編碼器：檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，輸出信號(hào)反饋檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，輸出信號(hào)反饋給給CNCCNC實(shí)現(xiàn)位置控制。實(shí)現(xiàn)位置控制。 2. 2.工作原理工作原理 三相繞組直流供電，由電子換向器輪流供電，以三相繞組直流供電，由電子換向器輪流供電，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。電磁轉(zhuǎn)矩是脈動(dòng)的。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。電磁轉(zhuǎn)矩是脈動(dòng)的。三、正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)三、正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī) 其結(jié)構(gòu)與無刷直流電動(dòng)機(jī)基本相同，只是電

9、動(dòng)其結(jié)構(gòu)與無刷直流電動(dòng)機(jī)基本相同，只是電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場按正弦波分布。電磁轉(zhuǎn)矩較平穩(wěn)。機(jī)的氣隙磁場按正弦波分布。電磁轉(zhuǎn)矩較平穩(wěn)。 直線電動(dòng)機(jī)是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)直線電動(dòng)機(jī)是一種能直接將電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)元件。在交通運(yùn)輸、機(jī)械工業(yè)和儀器工業(yè)的伺服驅(qū)動(dòng)元件。在交通運(yùn)輸、機(jī)械工業(yè)和儀器工業(yè)中，直線電動(dòng)機(jī)已得到推廣和應(yīng)用。它為實(shí)現(xiàn)高精度、中，直線電動(dòng)機(jī)已得到推廣和應(yīng)用。它為實(shí)現(xiàn)高精度、快響應(yīng)和高穩(wěn)定的機(jī)電傳動(dòng)和控制開辟了新的領(lǐng)域?？祉憫?yīng)和高穩(wěn)定的機(jī)電傳動(dòng)和控制開辟了新的領(lǐng)域。 原則上對(duì)于每一種原則上對(duì)于每一種旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)都有其相應(yīng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)都有其相應(yīng)的直線電動(dòng)機(jī)，故它的的直線電動(dòng)機(jī)，

10、故它的種類很多，但一般按工種類很多，但一般按工作原理來區(qū)分，可作原理來區(qū)分，可分為分為直線異步電動(dòng)機(jī)、直線直線異步電動(dòng)機(jī)、直線直流電動(dòng)機(jī)和直線同步直流電動(dòng)機(jī)和直線同步電動(dòng)機(jī)三種電動(dòng)機(jī)三種（還有直線（還有直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）。一、結(jié)構(gòu)：一、結(jié)構(gòu)：定子定子初級(jí)初級(jí) ，轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子次級(jí)次級(jí)二、工作原理：二、工作原理：1 1、當(dāng)初級(jí)的多相繞組通入、當(dāng)初級(jí)的多相繞組通入多相電流后，也會(huì)產(chǎn)生多相電流后，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙磁場，磁場的一個(gè)氣隙磁場，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度按通電的相磁感應(yīng)強(qiáng)度按通電的相序順序作直線移動(dòng)，該序順序作直線移動(dòng)，該磁場稱為磁場稱為行波磁場行波磁場。2、行波的移動(dòng)速度稱之為同步線速，、

11、行波的移動(dòng)速度稱之為同步線速，且式中，且式中， 極距極距(cm)； f 電源頻率電源頻率(Hz)。)cm/s(2fvs3 3、在行波磁場切割下，次級(jí)導(dǎo)條將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電、在行波磁場切割下，次級(jí)導(dǎo)條將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流，電流和磁場相互作用，產(chǎn)生切向電磁力流，電流和磁場相互作用，產(chǎn)生切向電磁力F F。若初級(jí)。若初級(jí)不動(dòng)則次級(jí)就順著行波磁場運(yùn)動(dòng)的方向作直線運(yùn)動(dòng)。不動(dòng)則次級(jí)就順著行波磁場運(yùn)動(dòng)的方向作直線運(yùn)動(dòng)。 三、特點(diǎn)及應(yīng)用：三、特點(diǎn)及應(yīng)用：無需中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而機(jī)構(gòu)簡化，提高了精度，無需中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而機(jī)構(gòu)簡化，提高了精度，減少了振動(dòng)和噪聲；減少了振動(dòng)和噪聲；響應(yīng)快速，可實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和正反向運(yùn)行

12、；響應(yīng)快速，可實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和正反向運(yùn)行； 散熱良好，額定值高，電流密度可取很大，對(duì)啟動(dòng)散熱良好，額定值高，電流密度可取很大，對(duì)啟動(dòng)的限制??；的限制小；裝配靈活性大，可將電動(dòng)機(jī)和其他機(jī)體合成一體；裝配靈活性大，可將電動(dòng)機(jī)和其他機(jī)體合成一體； 用于吊車傳動(dòng)、金屬傳送帶、沖壓鍛壓機(jī)床、用于吊車傳動(dòng)、金屬傳送帶、沖壓鍛壓機(jī)床、高速電力機(jī)車、門閥的開閉等方面。高速電力機(jī)車、門閥的開閉等方面。 dtdKK,0 KnU理理想想狀狀態(tài)態(tài)的的特特性性為為：電電機(jī)機(jī)。旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)裝裝置置轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速的的微微型型發(fā)發(fā)測測量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速度度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成電電壓壓信信號(hào)號(hào)測測速速發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)是是一一種種將將旋旋用途：用途： 1 1

13、）測量轉(zhuǎn)速；）測量轉(zhuǎn)速； 2 2）測量位置，可做機(jī)電微分、積分器。）測量位置，可做機(jī)電微分、積分器。 除交、直流伺服電動(dòng)機(jī)外還有以下幾種除交、直流伺服電動(dòng)機(jī)外還有以下幾種控制電動(dòng)機(jī)：控制電動(dòng)機(jī)： 力矩電動(dòng)機(jī)力矩電動(dòng)機(jī) 小功率同步電動(dòng)機(jī)小功率同步電動(dòng)機(jī) 自整角機(jī)自整角機(jī) 第四節(jié)第四節(jié) 其他控制電動(dòng)機(jī)其他控制電動(dòng)機(jī) 機(jī)電傳動(dòng)控制不僅必須有電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械機(jī)電傳動(dòng)控制不僅必須有電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械這個(gè)主體，而且還包括這個(gè)主體，而且還包括一套控制裝置。以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、一套控制裝置。以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)等過程控制調(diào)速、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)等過程控制，操作者可以采用手，操作者可以采用手動(dòng)控制，也可采用自動(dòng)控制。

14、自動(dòng)控制已向無觸點(diǎn)、動(dòng)控制，也可采用自動(dòng)控制。自動(dòng)控制已向無觸點(diǎn)、連續(xù)控制、弱電化、微機(jī)控制方向發(fā)展。但由于繼連續(xù)控制、弱電化、微機(jī)控制方向發(fā)展。但由于繼電器電器接觸器控制系統(tǒng)所用的控制電器結(jié)構(gòu)簡單、接觸器控制系統(tǒng)所用的控制電器結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、能夠滿足生產(chǎn)機(jī)械一般生產(chǎn)的要求，獲價(jià)格便宜、能夠滿足生產(chǎn)機(jī)械一般生產(chǎn)的要求，獲得廣泛的應(yīng)用。得廣泛的應(yīng)用。 PLCPLC是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的物是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，它有以下優(yōu)點(diǎn)：新型控制器，它有以下優(yōu)點(diǎn)：1 1）

15、梯形圖編程，簡單易學(xué)，易于調(diào)試和查錯(cuò)。）梯形圖編程，簡單易學(xué)，易于調(diào)試和查錯(cuò)。2 2）可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制）可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易于與計(jì)算機(jī)接口、能程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易于與計(jì)算機(jī)接口、能對(duì)模擬量進(jìn)行控制、具有高速計(jì)數(shù)與位控等高性能模塊對(duì)模擬量進(jìn)行控制、具有高速計(jì)數(shù)與位控等高性能模塊等。等。 PLCPLC的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為 一個(gè)國家工業(yè)先進(jìn)一個(gè)國家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。水平的重要標(biāo)志之一。第七章可編程序控制器第七章可編程序控制器PLC概述概述 基本內(nèi)容基本內(nèi)容1）掌握晶閘管的

16、基本工作原理、特性；）掌握晶閘管的基本工作原理、特性；2）了解基本可控整流電路的工作原理及其特點(diǎn)；）了解基本可控整流電路的工作原理及其特點(diǎn)；電力電子學(xué)電力電子學(xué)的任務(wù)是利用電力半導(dǎo)體器件和線路來的任務(wù)是利用電力半導(dǎo)體器件和線路來實(shí)現(xiàn)電功率的變換和控制。實(shí)現(xiàn)電功率的變換和控制。晶閘管（也叫可控硅）晶閘管（也叫可控硅）是在是在6060年代發(fā)展起來的一種年代發(fā)展起來的一種新型電力半導(dǎo)體器件，晶閘管的出現(xiàn)起到了弱電控新型電力半導(dǎo)體器件，晶閘管的出現(xiàn)起到了弱電控制與強(qiáng)電輸出之間的橋梁作用。制與強(qiáng)電輸出之間的橋梁作用。 ACACDC DC-ACDC DC-AC 一、晶閘管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)：一、晶閘管的結(jié)構(gòu)與符

17、號(hào)： 晶閘管是由四層半導(dǎo)體材料疊成三個(gè)晶閘管是由四層半導(dǎo)體材料疊成三個(gè)PNPN結(jié)，并在結(jié)，并在對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體材料上引出了三個(gè)電極。這三個(gè)電極分對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體材料上引出了三個(gè)電極。這三個(gè)電極分別稱為：別稱為：AA陽極，陽極，GG控制極，控制極，KK陰極陰極。 1 1、如果控制極不加電、如果控制極不加電壓，晶閘管不會(huì)導(dǎo)通；壓，晶閘管不會(huì)導(dǎo)通；2 2、如果控制極加控制、如果控制極加控制電壓，同時(shí)陽極也加正電壓，同時(shí)陽極也加正向電壓，晶閘管保持導(dǎo)向電壓，晶閘管保持導(dǎo)通；通；3 3、當(dāng)陽極的正向電壓、當(dāng)陽極的正向電壓小于一定程度，晶閘管小于一定程度，晶閘管截止。截止。二、晶閘管的工作原理二、晶閘管的工作原理

18、 三、晶閘管工作特點(diǎn)：三、晶閘管工作特點(diǎn)：起始時(shí)若控制極不加電壓，則不論陽極加正向電起始時(shí)若控制極不加電壓，則不論陽極加正向電壓還是反向電壓，晶閘管均不導(dǎo)通，壓還是反向電壓，晶閘管均不導(dǎo)通， 這說明晶閘這說明晶閘管具有正、反向阻斷能力；管具有正、反向阻斷能力；晶閘管的陽極和控制極同時(shí)加正向電壓時(shí)晶閘管晶閘管的陽極和控制極同時(shí)加正向電壓時(shí)晶閘管才能導(dǎo)通，才能導(dǎo)通，這是晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備的兩個(gè)這是晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備的兩個(gè)條件；條件；在晶閘管導(dǎo)通之后，其控制極就失去控制作用在晶閘管導(dǎo)通之后，其控制極就失去控制作用，欲使晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)，必須把陽極正向電壓欲使晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)，必須把陽極正向電壓降低到一定值降低到一定值( (或斷開，或反向或斷開，或反向) )。第二節(jié)第二節(jié) 單相可控整流電路單相可控整流電路整流電路：整流電路：AC - DC第二節(jié)第二節(jié) 單相可控整流電路單相可控整流電路2UUdco