機(jī)械電子工程原理第四章電氣執(zhí)行元件

1、機(jī)械電子工程原理機(jī)械電子工程原理第四章第四章 電氣執(zhí)行元件電氣執(zhí)行元件 2基本概念基本概念n電信號(hào)易于傳送和變換，電能易于控制，在中小電信號(hào)易于傳送和變換，電能易于控制，在中小功率的機(jī)械電子系統(tǒng)中，電源往往也比油源和氣功率的機(jī)械電子系統(tǒng)中，電源往往也比油源和氣源方便，電氣執(zhí)行元件不需任何流體作為工作介源方便，電氣執(zhí)行元件不需任何流體作為工作介質(zhì)，免除了介質(zhì)的可壓縮和泄漏等弊端。由于這質(zhì)，免除了介質(zhì)的可壓縮和泄漏等弊端。由于這些原因，電氣執(zhí)行元件是用途最廣泛的一類(lèi)執(zhí)行些原因，電氣執(zhí)行元件是用途最廣泛的一類(lèi)執(zhí)行元件，特別是各種執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。元件，特別是各種執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。 n對(duì)任何電動(dòng)機(jī)，都可定義功率密

2、度和比功率兩項(xiàng)對(duì)任何電動(dòng)機(jī)，都可定義功率密度和比功率兩項(xiàng)指標(biāo)。指標(biāo)。功率密度功率密度 ，P為電動(dòng)機(jī)功率；為電動(dòng)機(jī)功率；V為電動(dòng)機(jī)的體積。為電動(dòng)機(jī)的體積。 比功率比功率 TN為額定轉(zhuǎn)矩。為額定轉(zhuǎn)矩。 PPVNN()|T TdPd TdTdtdtdt3基本概念基本概念n對(duì)于起停較少的場(chǎng)合，如用于數(shù)控機(jī)械的進(jìn)給、對(duì)于起停較少的場(chǎng)合，如用于數(shù)控機(jī)械的進(jìn)給、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，往往要求低速平穩(wěn)、高速機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，往往要求低速平穩(wěn)、高速振動(dòng)小、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，并且調(diào)速全范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)振動(dòng)小、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，并且調(diào)速全范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。這種場(chǎng)合下功率密度是主要指標(biāo)。行。這種場(chǎng)合下功率密度是主要指標(biāo)。 n對(duì)于起停較

3、多的場(chǎng)合，如用于高速打印機(jī)、繪圖對(duì)于起停較多的場(chǎng)合，如用于高速打印機(jī)、繪圖儀、集成電路焊接的電動(dòng)機(jī)，往往不特別要求低儀、集成電路焊接的電動(dòng)機(jī)，往往不特別要求低速平穩(wěn)性，而比功率高是主要要求。速平穩(wěn)性，而比功率高是主要要求。n比功率高低順序依次是：直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)比功率高低順序依次是：直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)電機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)。交流伺服電動(dòng)機(jī)。 4電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)n按照電源形式分類(lèi)：按照電源形式分類(lèi)：直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)n按照用途分類(lèi)：按照用途分類(lèi)：驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)（進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換）驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)（進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換）控制用電動(dòng)機(jī)控制用電動(dòng)機(jī) （進(jìn)行控制信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳

4、送）（進(jìn)行控制信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳送） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)54.1直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑過(guò)載能力較強(qiáng)，起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大過(guò)載能力較強(qiáng)，起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大控制方法簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快控制方法簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：存在換向器，有磨損、電火花問(wèn)題，不適用于高速運(yùn)存在換向器，有磨損、電火花問(wèn)題，不適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)和易燃場(chǎng)合轉(zhuǎn)和易燃場(chǎng)合制造復(fù)雜，大容量直流電動(dòng)機(jī)成本較高制造復(fù)雜，大容量直流電動(dòng)機(jī)成本較高6直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)n按照勵(lì)磁方式分類(lèi)按照勵(lì)磁方式分類(lèi)永磁式永磁式稀土永磁體的廣泛應(yīng)用稀土永磁體的廣泛應(yīng)用勵(lì)磁式勵(lì)磁式

5、他勵(lì)式他勵(lì)式 串勵(lì)式串勵(lì)式 自勵(lì)式自勵(lì)式 并勵(lì)式并勵(lì)式 復(fù)勵(lì)式復(fù)勵(lì)式n速度控制方法速度控制方法調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速電樞回路串入電阻電樞回路串入電阻效率較低效率較低7直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法n弱磁調(diào)速：所需控制功率較小弱磁調(diào)速：所需控制功率較小為滿(mǎn)足負(fù)載轉(zhuǎn)矩要求，需要保持電樞電流恒定，但實(shí)為滿(mǎn)足負(fù)載轉(zhuǎn)矩要求，需要保持電樞電流恒定，但實(shí)際上很困難（反電勢(shì)的原因）際上很困難（反電勢(shì)的原因）勵(lì)磁電路時(shí)間常數(shù)較大，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)勵(lì)磁電路時(shí)間常數(shù)較大，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)n調(diào)壓調(diào)速（電樞電壓控制）：調(diào)壓調(diào)速（電樞電壓控制）：要求勵(lì)磁電壓恒定，且磁路不飽和。要求勵(lì)磁電壓恒定，且磁路不飽和?？衫秒?/p>

6、樞反電動(dòng)勢(shì)作為阻尼可利用電樞反電動(dòng)勢(shì)作為阻尼實(shí)際應(yīng)用要考慮功率放大器的時(shí)間常數(shù)實(shí)際應(yīng)用要考慮功率放大器的時(shí)間常數(shù)8直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)特性直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)特性1n機(jī)械特性：機(jī)械特性：是一定控制電壓下轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系是一定控制電壓下轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系 。n對(duì)于并勵(lì)或者永磁直流電動(dòng)機(jī)對(duì)于并勵(lì)或者永磁直流電動(dòng)機(jī)n當(dāng)控制電壓一定，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩成當(dāng)控制電壓一定，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩成負(fù)線(xiàn)性關(guān)系，此系數(shù)絕負(fù)線(xiàn)性關(guān)系，此系數(shù)絕對(duì)值越小，則稱(chēng)機(jī)械特性越硬。對(duì)值越小，則稱(chēng)機(jī)械特性越硬。TeTTaaK KKTK IURRTUa增大增大9直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)特性直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)特性2n調(diào)節(jié)特性：調(diào)節(jié)特性：指一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下指一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下

7、穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化隨控制電壓變化的關(guān)系的關(guān)系n直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑、方便調(diào)速平滑、方便,調(diào)速范調(diào)速范圍廣，適用于軋鋼機(jī)、造紙機(jī)等高精度調(diào)速場(chǎng)合。圍廣，適用于軋鋼機(jī)、造紙機(jī)等高精度調(diào)速場(chǎng)合。UaT增大增大aeTeURTKK K10直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性n動(dòng)態(tài)電壓：動(dòng)態(tài)電壓：因電樞旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使得因電樞旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使得電樞上的電流隨轉(zhuǎn)速變動(dòng)電樞上的電流隨轉(zhuǎn)速變動(dòng)n動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩：動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩：將直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量合成為合成為J，并考慮轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的粘性摩擦，并考慮轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的粘性摩擦

8、(系數(shù)系數(shù)k)2aepNEKaaaaaaadILR IEUdtTadJkTK Idt11直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置 n交流交流-直流變流器直流變流器 工業(yè)中大量應(yīng)用的交流工業(yè)中大量應(yīng)用的交流-直流變流器是晶閘管相位控制直流變流器是晶閘管相位控制變流器，由整流變壓器或進(jìn)線(xiàn)電抗器、晶閘管、控制變流器，由整流變壓器或進(jìn)線(xiàn)電抗器、晶閘管、控制器組成。控制器的核心是模擬電路或微處理器。晶閘器組成?？刂破鞯暮诵氖悄M電路或微處理器。晶閘管變流裝置產(chǎn)生的高次諧波可進(jìn)入工業(yè)電網(wǎng)，造成對(duì)管變流裝置產(chǎn)生的高次諧波可進(jìn)入工業(yè)電網(wǎng)，造成對(duì)其它設(shè)備的干擾。其它設(shè)備的干擾。n直流直流-直流變流器直流變流器 直流

9、直流-直流變流器有逆變直流變流器有逆變-整流方式和直流斬波方式，目整流方式和直流斬波方式，目前較先進(jìn)的是晶體管脈寬調(diào)制（前較先進(jìn)的是晶體管脈寬調(diào)制（PWM）方式。）方式。系統(tǒng)的系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)速精度較好。電動(dòng)機(jī)的電樞電流脈動(dòng)小，響應(yīng)速度和穩(wěn)速精度較好。電動(dòng)機(jī)的電樞電流脈動(dòng)小，不需濾波電抗器也能平穩(wěn)工作，系統(tǒng)的調(diào)速范圍很寬。不需濾波電抗器也能平穩(wěn)工作，系統(tǒng)的調(diào)速范圍很寬。124.2交流異步電動(dòng)機(jī)交流異步電動(dòng)機(jī)n交流異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、成本交流異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、成本較低、堅(jiān)固耐用的優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用最為廣泛的電動(dòng)較低、堅(jiān)固耐用的優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用最為廣泛的電動(dòng)機(jī)。機(jī)。n缺點(diǎn)是不

10、能經(jīng)濟(jì)地在較為廣泛的范圍內(nèi)平滑調(diào)速缺點(diǎn)是不能經(jīng)濟(jì)地在較為廣泛的范圍內(nèi)平滑調(diào)速(因變頻器價(jià)格較高因變頻器價(jià)格較高)。以往在要求調(diào)速范圍較寬。以往在要求調(diào)速范圍較寬的設(shè)備中，多采用直流電動(dòng)機(jī)。的設(shè)備中，多采用直流電動(dòng)機(jī)。n同步與異步：轉(zhuǎn)速是否與所接交流電源頻率具有同步與異步：轉(zhuǎn)速是否與所接交流電源頻率具有嚴(yán)格不變的關(guān)系嚴(yán)格不變的關(guān)系(與磁場(chǎng)同步與磁場(chǎng)同步/異步異步)。160(1)fnsp13交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法n1. 改變轉(zhuǎn)差率改變轉(zhuǎn)差率s，可在轉(zhuǎn)子繞組中串接電阻來(lái)改變轉(zhuǎn)，可在轉(zhuǎn)子繞組中串接電阻來(lái)改變轉(zhuǎn)差率差率s 。 這種方法成本低，易實(shí)現(xiàn)，但調(diào)速機(jī)械特性這種方法成本低，易

11、實(shí)現(xiàn)，但調(diào)速機(jī)械特性很軟，低速運(yùn)行時(shí)電阻損耗很大。改變定子電壓很軟，低速運(yùn)行時(shí)電阻損耗很大。改變定子電壓U也也可改變轉(zhuǎn)差率可改變轉(zhuǎn)差率s，這種方法損耗也很大。損耗使電動(dòng)，這種方法損耗也很大。損耗使電動(dòng)機(jī)的效率降低，特性變差。機(jī)的效率降低，特性變差。n2. 改變極對(duì)數(shù)改變極對(duì)數(shù)p，這種方法調(diào)速是有級(jí)的，而且調(diào)速，這種方法調(diào)速是有級(jí)的，而且調(diào)速范圍窄。電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造時(shí)就已決定了范圍窄。電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造時(shí)就已決定了p的可取值，的可取值，往往是往往是2或或3。n3. 改變定子供電頻率改變定子供電頻率f，可以無(wú)級(jí)地改變電動(dòng)機(jī)的同，可以無(wú)級(jí)地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速步轉(zhuǎn)速n0，這種方法稱(chēng)為變頻調(diào)速，如果定子電壓

12、與，這種方法稱(chēng)為變頻調(diào)速，如果定子電壓與定子供電頻率定子供電頻率f 協(xié)調(diào)，性能會(huì)更好。隨著電力電子技協(xié)調(diào)，性能會(huì)更好。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速應(yīng)用日益廣泛。術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速應(yīng)用日益廣泛。14交流異步電動(dòng)機(jī)特性交流異步電動(dòng)機(jī)特性1n機(jī)械特性：機(jī)械特性：異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性指電壓恒定異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性指電壓恒定時(shí)，轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)差率s或轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速n的函數(shù)關(guān)系。的函數(shù)關(guān)系。n曲線(xiàn)上的重要點(diǎn)有：曲線(xiàn)上的重要點(diǎn)有： nN ，TN額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩 Tst起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩如果轉(zhuǎn)子電阻大到使機(jī)械特如果轉(zhuǎn)子電阻大到使機(jī)械特性曲線(xiàn)單調(diào)下降，這種交流性曲線(xiàn)單調(diào)下降

13、，這種交流異步電動(dòng)機(jī)就適宜用作執(zhí)行異步電動(dòng)機(jī)就適宜用作執(zhí)行電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 。15穩(wěn)定工作區(qū)穩(wěn)定工作區(qū)曲線(xiàn)曲線(xiàn)bc段段n設(shè)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩設(shè)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL為穩(wěn)定值，為穩(wěn)定值，與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。電動(dòng)機(jī)工與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。電動(dòng)機(jī)工作在作在N點(diǎn)，當(dāng)點(diǎn)，當(dāng)T= TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)以時(shí)，電動(dòng)機(jī)以恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)。恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)。n若某種原因使負(fù)載轉(zhuǎn)矩若某種原因使負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL有所增有所增大，大， 由于慣性電磁轉(zhuǎn)矩由于慣性電磁轉(zhuǎn)矩T還來(lái)不還來(lái)不及變化，于是有及變化，于是有TTL ，電動(dòng)機(jī)將，電動(dòng)機(jī)將減速運(yùn)行，減速運(yùn)行，n減小。由減小。由T(n)曲線(xiàn)可曲線(xiàn)可知：知： n減小又將使減小又將使T增大，重新使增大，重新

14、使電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T= TL 。這時(shí)電動(dòng)機(jī)以。這時(shí)電動(dòng)機(jī)以較原來(lái)略低的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。較原來(lái)略低的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。n這一過(guò)程可以表示為：這一過(guò)程可以表示為：n當(dāng)擾動(dòng)消失，電動(dòng)機(jī)可以重新回當(dāng)擾動(dòng)消失，電動(dòng)機(jī)可以重新回到到N點(diǎn)工作。點(diǎn)工作。LLLTTTnTTT16不穩(wěn)定工作區(qū)不穩(wěn)定工作區(qū)曲線(xiàn)曲線(xiàn)ab段段n不穩(wěn)定工作區(qū)對(duì)應(yīng)于不穩(wěn)定工作區(qū)對(duì)應(yīng)于T(n)曲線(xiàn)的曲線(xiàn)的ab段。電磁轉(zhuǎn)矩段。電磁轉(zhuǎn)矩T隨著速度的增加而增大。隨著速度的增加而增大。電動(dòng)機(jī)在這個(gè)區(qū)域工作時(shí)電動(dòng)機(jī)在這個(gè)區(qū)域工作時(shí)是不穩(wěn)定的。是不穩(wěn)定的。n一旦平衡被打破，如果一旦平衡被打破，如果TTL，電動(dòng)機(jī)會(huì)越過(guò)，電動(dòng)機(jī)會(huì)越過(guò)最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩Tm跑到穩(wěn)定

15、工作跑到穩(wěn)定工作區(qū)區(qū)bc中去中去。n注意：注意：“悶車(chē)悶車(chē)”容易燒毀容易燒毀電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)bLLLTTTnTnTTT超越 點(diǎn)0LLTT TnTnTn（停轉(zhuǎn)）17交流異步電動(dòng)機(jī)特性交流異步電動(dòng)機(jī)特性2n調(diào)節(jié)特性：調(diào)節(jié)特性：是指一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速隨控制電壓變是指一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化的關(guān)系化的關(guān)系 。一般作為動(dòng)力源的交流異步電動(dòng)機(jī)，通常工。一般作為動(dòng)力源的交流異步電動(dòng)機(jī)，通常工作在額定電壓和轉(zhuǎn)速，并不采用通過(guò)定子電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的作在額定電壓和轉(zhuǎn)速，并不采用通過(guò)定子電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的辦法。辦法。 18變頻調(diào)速變頻調(diào)速n變頻技術(shù)是先從電網(wǎng)輸入變頻技術(shù)是先從電網(wǎng)輸入50Hz的交流電源，經(jīng)可的交

16、流電源，經(jīng)可控或不可控的整流器變成直流電壓，再由逆變器控或不可控的整流器變成直流電壓，再由逆變器在控制下變換成所需的電壓和頻率，驅(qū)動(dòng)交流異在控制下變換成所需的電壓和頻率，驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)。步電動(dòng)機(jī)。 n異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速對(duì)機(jī)械特性的影響：異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速對(duì)機(jī)械特性的影響：19變頻調(diào)速技術(shù)變頻調(diào)速技術(shù)n可控整流調(diào)壓可控整流調(diào)壓-逆變調(diào)頻調(diào)速逆變調(diào)頻調(diào)速 優(yōu)點(diǎn)是控制方法方便，調(diào)節(jié)性能比較好，缺點(diǎn)是可控優(yōu)點(diǎn)是控制方法方便，調(diào)節(jié)性能比較好，缺點(diǎn)是可控整流器的功率因數(shù)低，而且產(chǎn)生的高次諧波成分多，整流器的功率因數(shù)低，而且產(chǎn)生的高次諧波成分多，對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染。對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染。 n不可控整流

17、不可控整流斬波調(diào)壓斬波調(diào)壓逆變調(diào)頻調(diào)速逆變調(diào)頻調(diào)速 設(shè)備的功率因數(shù)高，調(diào)速范圍寬，但輸入電流中的高設(shè)備的功率因數(shù)高，調(diào)速范圍寬，但輸入電流中的高次諧波成分仍很多。次諧波成分仍很多。 n交流交流交流直接變頻調(diào)速交流直接變頻調(diào)速 脈寬調(diào)制變頻調(diào)速能同時(shí)完成調(diào)壓和調(diào)頻，電網(wǎng)功率脈寬調(diào)制變頻調(diào)速能同時(shí)完成調(diào)壓和調(diào)頻，電網(wǎng)功率因數(shù)高，調(diào)速范圍寬，從電網(wǎng)輸入的工作電流中的高因數(shù)高，調(diào)速范圍寬，從電網(wǎng)輸入的工作電流中的高次諧波成分少。次諧波成分少。 20通用變頻器通用變頻器n600kVA以下的中小容量一般用途變頻器已經(jīng)實(shí)以下的中小容量一般用途變頻器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通用化。通用變頻器可以用于驅(qū)動(dòng)普通異步現(xiàn)了通用化。

18、通用變頻器可以用于驅(qū)動(dòng)普通異步電動(dòng)機(jī)，還提供多種控制和保護(hù)功能。電動(dòng)機(jī)，還提供多種控制和保護(hù)功能。 21兩相異步執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的電壓控制兩相異步執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的電壓控制 n兩相異步執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的原理圖兩相異步執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的原理圖n其機(jī)械特性圖其機(jī)械特性圖 22兩相異步執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的電壓控制兩相異步執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的電壓控制n穩(wěn)態(tài)時(shí)，用直線(xiàn)方程表示兩相異步電動(dòng)機(jī)執(zhí)行的穩(wěn)態(tài)時(shí)，用直線(xiàn)方程表示兩相異步電動(dòng)機(jī)執(zhí)行的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速關(guān)系：轉(zhuǎn)速關(guān)系：T= -Kn+KcU1 式中，式中，Kn和和Kc是正的常數(shù)是正的常數(shù) n轉(zhuǎn)子的力矩平衡方程轉(zhuǎn)子的力矩平衡方程 n兩相異步執(zhí)行電動(dòng)機(jī)電壓控制的調(diào)節(jié)特性圖兩相異步執(zhí)行電動(dòng)機(jī)電壓控制的調(diào)

19、節(jié)特性圖22d dTJkdtdt234.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)n步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種無(wú)刷的同步直流電機(jī)無(wú)刷的同步直流電機(jī)，也是一，也是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的電磁機(jī)械種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的電磁機(jī)械裝置裝置 。n步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn)：1運(yùn)行轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率成正比，有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)運(yùn)行轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率成正比，有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且在負(fù)載能力范圍內(nèi)不受電壓波動(dòng)、電流波形關(guān)系，且在負(fù)載能力范圍內(nèi)不受電壓波動(dòng)、電流波形及環(huán)境溫度變化的影響。及環(huán)境溫度變化的影響。2位移量取決于輸入脈沖數(shù)，步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。位移量取決于輸入脈沖數(shù)，步距誤差

20、不會(huì)長(zhǎng)期積累。在不失步的情況下，每轉(zhuǎn)一周積累誤差等于零。在不失步的情況下，每轉(zhuǎn)一周積累誤差等于零。3在脈沖數(shù)字信號(hào)控制下，具有靈活的控制性能，能在脈沖數(shù)字信號(hào)控制下，具有靈活的控制性能，能方便地實(shí)現(xiàn)起動(dòng)、加速、減速、停止、反轉(zhuǎn)、定位等方便地實(shí)現(xiàn)起動(dòng)、加速、減速、停止、反轉(zhuǎn)、定位等運(yùn)行方式。運(yùn)行方式。 24步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理n步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子線(xiàn)圈依次通電，每次帶齒的轉(zhuǎn)子步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子線(xiàn)圈依次通電，每次帶齒的轉(zhuǎn)子在電磁力作用下，保持齒與定子通電的磁極對(duì)正，在電磁力作用下，保持齒與定子通電的磁極對(duì)正，只轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度。只轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度。n步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于輸入脈沖和轉(zhuǎn)動(dòng)角度具有嚴(yán)

21、格的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于輸入脈沖和轉(zhuǎn)動(dòng)角度具有嚴(yán)格的線(xiàn)性對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此常被用作開(kāi)環(huán)位置線(xiàn)性對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此常被用作開(kāi)環(huán)位置/速度控制速度控制系統(tǒng)的執(zhí)行器。系統(tǒng)的執(zhí)行器。25步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)與特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)與特性1n步距角：步距角：大致有大致有0.36、0.75、0.9、1.5、2.25、3.0、7.5等等 n失調(diào)角：失調(diào)角：是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)未加直流電前，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)轉(zhuǎn)是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)未加直流電前，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)轉(zhuǎn)子中心線(xiàn)與偏離定子中心線(xiàn)的夾角子中心線(xiàn)與偏離定子中心線(xiàn)的夾角 。n靜轉(zhuǎn)矩：靜轉(zhuǎn)矩：是指在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，給電動(dòng)機(jī)繞組是指在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，給電動(dòng)機(jī)繞組通以直流電，由失調(diào)角的存在而產(chǎn)生的

22、電磁轉(zhuǎn)矩通以直流電，由失調(diào)角的存在而產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 n矩角特性矩角特性 ：指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩Tj與失調(diào)角與失調(diào)角的關(guān)系的關(guān)系特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn) 。26步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)與特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)與特性2n最大靜轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩 ：每相繞組通以額定相電流時(shí)，矩角特性曲每相繞組通以額定相電流時(shí)，矩角特性曲線(xiàn)上轉(zhuǎn)矩所能達(dá)到的最大值線(xiàn)上轉(zhuǎn)矩所能達(dá)到的最大值 Tjmax 。n運(yùn)行頻率運(yùn)行頻率 ：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)以后，隨著控制脈沖頻率不步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)以后，隨著控制脈沖頻率不斷上升，能不失步運(yùn)行的最高頻率稱(chēng)為運(yùn)行頻率斷上升，能不失步運(yùn)行的最高頻率稱(chēng)為運(yùn)行頻率fyn步進(jìn)電動(dòng)機(jī)制造廠(chǎng)家在所給的技術(shù)數(shù)據(jù)

23、中一般沒(méi)有電動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)制造廠(chǎng)家在所給的技術(shù)數(shù)據(jù)中一般沒(méi)有電動(dòng)機(jī)額定功率這一指標(biāo)，而用最大靜轉(zhuǎn)矩來(lái)衡量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)額定功率這一指標(biāo)，而用最大靜轉(zhuǎn)矩來(lái)衡量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的容量。機(jī)的容量。 p= Tjmax n矩頻特性矩頻特性 ：27步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)及功率驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)及功率驅(qū)動(dòng)電源 n對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制，如起動(dòng)、停止、升速、降速、對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制，如起動(dòng)、停止、升速、降速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、定位等，要由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、定位等，要由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂撇糠滞ǔＳ煽删幊踢壿嬰娐坊蛱幚砥鹘M成。脈沖發(fā)生控制部分通常由可編程邏輯電路或處理器組成。脈沖發(fā)生器、

24、脈沖分配器等單元也歸入控制部分。器、脈沖分配器等單元也歸入控制部分。 n步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行還需要靠功率驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)，功率驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行還需要靠功率驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)，功率驅(qū)動(dòng)電源可按使用的電力電子元件類(lèi)型，或按驅(qū)動(dòng)控制方式分電源可按使用的電力電子元件類(lèi)型，或按驅(qū)動(dòng)控制方式分許多種類(lèi)。功率驅(qū)動(dòng)電源由前置放大器、功率放大器等組許多種類(lèi)。功率驅(qū)動(dòng)電源由前置放大器、功率放大器等組成。主要根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率大小、相數(shù)多少、頻率高成。主要根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率大小、相數(shù)多少、頻率高低等技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源。低等技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源。 28步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用原則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用原則 n輸出轉(zhuǎn)矩的選擇輸出轉(zhuǎn)矩的選

25、擇 一般可根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)矩和實(shí)際所需電動(dòng)機(jī)工作頻率范一般可根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)矩和實(shí)際所需電動(dòng)機(jī)工作頻率范圍大致估算電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。圍大致估算電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。 大致可選擇電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為最大靜轉(zhuǎn)矩大致可選擇電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax的的20%30%。 n步距角的選擇步距角的選擇 擇時(shí)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的控制精度要求和運(yùn)行速度要求來(lái)選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的控制精度要求和運(yùn)行速度要求來(lái)選擇合適的步距角。擇合適的步距角。n起動(dòng)頻率與運(yùn)行頻率的選擇起動(dòng)頻率與運(yùn)行頻率的選擇 在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)事先估算出帶上負(fù)載后的步進(jìn)在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)事先估算出帶上負(fù)載后的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率與運(yùn)行頻率。電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率與運(yùn)

26、行頻率。 294.4直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)n設(shè)想把旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)自轉(zhuǎn)設(shè)想把旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)自轉(zhuǎn)子軸至定子外圓周沿徑子軸至定子外圓周沿徑向向AA剖開(kāi)，轉(zhuǎn)子和剖開(kāi)，轉(zhuǎn)子和定子都展成直條狀，就定子都展成直條狀，就成了直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)。成了直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)。 按機(jī)械特性可分為按機(jī)械特性可分為 :推力型電動(dòng)機(jī)推力型電動(dòng)機(jī) 沖量型電動(dòng)機(jī)沖量型電動(dòng)機(jī) 功率型電動(dòng)機(jī)功率型電動(dòng)機(jī) 30直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用n直線(xiàn)電機(jī)可替代的運(yùn)動(dòng)形式直線(xiàn)電機(jī)可替代的運(yùn)動(dòng)形式31直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)n按機(jī)械特性可分為按機(jī)械特性可分為1) 推力型電動(dòng)機(jī)：也稱(chēng)力電動(dòng)機(jī)。這類(lèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的推力型電動(dòng)機(jī)：也稱(chēng)力電動(dòng)機(jī)。這類(lèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)要

27、求起動(dòng)推力很大。直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)要求起動(dòng)推力很大。 2）沖量型電動(dòng)機(jī)：也稱(chēng)能電動(dòng)機(jī)。這類(lèi)電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)）沖量型電動(dòng)機(jī)：也稱(chēng)能電動(dòng)機(jī)。這類(lèi)電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)功率很大功率很大 3）功率型電動(dòng)機(jī)：也稱(chēng)功電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)距離或長(zhǎng)時(shí)連續(xù)）功率型電動(dòng)機(jī)：也稱(chēng)功電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)距離或長(zhǎng)時(shí)連續(xù)運(yùn)行，要求功率因數(shù)高，主要用于以一定的速度拖動(dòng)運(yùn)行，要求功率因數(shù)高，主要用于以一定的速度拖動(dòng)負(fù)載負(fù)載 n直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有平面型和管型兩類(lèi)，平面型直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有平面型和管型兩類(lèi)，平面型又分為單邊型和雙邊型兩種，管型有圓管型和方又分為單邊型和雙邊型兩種，管型有圓管型和方型兩種。型兩種。 32直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1.可直

28、接產(chǎn)生直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，不需要運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，便于可直接產(chǎn)生直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，不需要運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，便于控制，系統(tǒng)可靠性提高?？刂?，系統(tǒng)可靠性提高。2.瞬時(shí)線(xiàn)速度很高時(shí)，零部件不受離心力的作用。瞬時(shí)線(xiàn)速度很高時(shí)，零部件不受離心力的作用。3.定子和動(dòng)子之間的電磁推力可消除運(yùn)行中的機(jī)械接觸，因而定子和動(dòng)子之間的電磁推力可消除運(yùn)行中的機(jī)械接觸，因而機(jī)械功率損耗和磨損可減到很小。機(jī)械功率損耗和磨損可減到很小。4.由于無(wú)機(jī)械接觸，噪聲較小。由于無(wú)機(jī)械接觸，噪聲較小。5.平面型直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)容易散熱，容量大的直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)常不需要平面型直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)容易散熱，容量大的直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)常不需要附加冷卻裝置。附加冷卻裝置。n缺點(diǎn)：

29、缺點(diǎn)：1.有所謂邊端效應(yīng)，因?yàn)榇怕烽_(kāi)斷，銅損和漏抗壓降大。有所謂邊端效應(yīng)，因?yàn)榇怕烽_(kāi)斷，銅損和漏抗壓降大。 2.因?yàn)闅庀洞?，功率因?shù)比同樣容量的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)低。因?yàn)闅庀洞?，功率因?shù)比同樣容量的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)低。 334.5電力電子器件電力電子器件n機(jī)電系統(tǒng)中，各種電氣執(zhí)行元件都需要一定的功機(jī)電系統(tǒng)中，各種電氣執(zhí)行元件都需要一定的功率器件來(lái)驅(qū)動(dòng)或供電，這些器件統(tǒng)稱(chēng)為電力電子率器件來(lái)驅(qū)動(dòng)或供電，這些器件統(tǒng)稱(chēng)為電力電子器件。變流器是實(shí)現(xiàn)電能的交器件。變流器是實(shí)現(xiàn)電能的交直、直直、直直、直、交交交、交交、交直直交變換的裝置，它們被用來(lái)驅(qū)交變換的裝置，它們被用來(lái)驅(qū)動(dòng)電氣執(zhí)行元件。各種變流器的核心是電力電子動(dòng)電氣執(zhí)行元件。各種變流器的核心是電力電子器件。器件。 34電力電子器件電力電子器件n概念：可直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電概念：可直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能變換或控制的電子器件。能變換或控制的電子器件。n在機(jī)電系統(tǒng)中的作用在機(jī)電系統(tǒng)中的作用: 對(duì)各種執(zhí)行元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)對(duì)各種執(zhí)行元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和供電（實(shí)現(xiàn)電能多種交、直形式等級(jí)的變換）和供電（實(shí)現(xiàn)電能多種交、直形式等級(jí)的變換）n電力電子器件制造技術(shù)是電力電子的電力電子器件制造技術(shù)是電力電子的基礎(chǔ)基礎(chǔ)。n變流技術(shù)是電