機械電子工程原理第四章電氣執(zhí)行元件

1、機械電子工程原理機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電信號易于傳送和變換，電能易于控制，在中小電信號易于傳送和變換，電能易于控制，在中小功率的機械電子系統(tǒng)中，電源往往也比油源和氣功率的機械電子系統(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執(zhí)行些原因，電氣執(zhí)行元件是用途最廣泛的一類執(zhí)行元件，特別是各種執(zhí)行電動機。元件，特別是各種執(zhí)行電動機。 n對任何電動機，都可定義功率密

2、度和比功率兩項對任何電動機，都可定義功率密度和比功率兩項指標(biāo)。指標(biāo)。功率密度功率密度 ，P為電動機功率；為電動機功率；V為電動機的體積。為電動機的體積。 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對于起停較少的場合，如用于數(shù)控機械的進(jìn)給、對于起停較少的場合，如用于數(shù)控機械的進(jìn)給、機器人驅(qū)動的電動機，往往要求低速平穩(wěn)、高速機器人驅(qū)動的電動機，往往要求低速平穩(wěn)、高速振動小、轉(zhuǎn)矩脈動小，并且調(diào)速全范圍內(nèi)穩(wěn)定運振動小、轉(zhuǎn)矩脈動小，并且調(diào)速全范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。這種場合下功率密度是主要指標(biāo)。行。這種場合下功率密度是主要指標(biāo)。 n對于起停較

3、多的場合，如用于高速打印機、繪圖對于起停較多的場合，如用于高速打印機、繪圖儀、集成電路焊接的電動機，往往不特別要求低儀、集成電路焊接的電動機，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：直流無刷電動機比功率高低順序依次是：直流無刷電動機步進(jìn)步進(jìn)電機電機直流伺服電動機直流伺服電動機交流伺服電動機。交流伺服電動機。 4電動機電動機n按照電源形式分類：按照電源形式分類：直流電動機直流電動機交流電動機交流電動機n按照用途分類：按照用途分類：驅(qū)動用電動機（進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換）驅(qū)動用電動機（進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換）控制用電動機控制用電動機 （進(jìn)行控制信號轉(zhuǎn)換和傳

4、送）（進(jìn)行控制信號轉(zhuǎn)換和傳送） 步進(jìn)電動機步進(jìn)電動機 伺服電動機伺服電動機54.1直流電動機直流電動機n優(yōu)點：優(yōu)點：調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑過載能力較強，起動和制動轉(zhuǎn)矩較大過載能力較強，起動和制動轉(zhuǎn)矩較大控制方法簡單，動態(tài)響應(yīng)快控制方法簡單，動態(tài)響應(yīng)快n缺點：缺點：存在換向器，有磨損、電火花問題，不適用于高速運存在換向器，有磨損、電火花問題，不適用于高速運轉(zhuǎn)和易燃場合轉(zhuǎn)和易燃場合制造復(fù)雜，大容量直流電動機成本較高制造復(fù)雜，大容量直流電動機成本較高6直流電動機直流電動機n按照勵磁方式分類按照勵磁方式分類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)用勵磁式勵磁式

5、他勵式他勵式 串勵式串勵式 自勵式自勵式 并勵式并勵式 復(fù)勵式復(fù)勵式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直流電動機調(diào)速方法直流電動機調(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足負(fù)載轉(zhuǎn)矩要求，需要保持電樞電流恒定，但實為滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩要求，需要保持電樞電流恒定，但實際上很困難（反電勢的原因）際上很困難（反電勢的原因）勵磁電路時間常數(shù)較大，調(diào)節(jié)時間長勵磁電路時間常數(shù)較大，調(diào)節(jié)時間長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）：要求勵磁電壓恒定，且磁路不飽和。要求勵磁電壓恒定，且磁路不飽和?？衫秒?/p>

6、樞反電動勢作為阻尼可利用電樞反電動勢作為阻尼實際應(yīng)用要考慮功率放大器的時間常數(shù)實際應(yīng)用要考慮功率放大器的時間常數(shù)8直流電動機穩(wěn)態(tài)特性直流電動機穩(wěn)態(tài)特性1n機械特性：機械特性：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對于并勵或者永磁直流電動機對于并勵或者永磁直流電動機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)線性關(guān)系，此系數(shù)絕負(fù)線性關(guān)系，此系數(shù)絕對值越小，則稱機械特性越硬。對值越小，則稱機械特性越硬。TeTTaaK KKTK IURRTUa增大增大9直流電動機穩(wěn)態(tài)特性直流電動機穩(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直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性直流電動機具有優(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、造紙機等高精度調(diào)速場合。圍廣，適用于軋鋼機、造紙機等高精度調(diào)速場合。UaT增大增大aeTeURTKK K10直流電動機動態(tài)特性直流電動機動態(tài)特性n動態(tài)電壓：動態(tài)電壓：因電樞旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，使得因電樞旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，使得電樞上的電流隨轉(zhuǎn)速變動電樞上的電流隨轉(zhuǎn)速變動n動態(tài)轉(zhuǎn)矩：動態(tài)轉(zhuǎn)矩：將直流電動機的負(fù)載和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量將直流電動機的負(fù)載和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量合成為合成為J，并考慮轉(zhuǎn)動時的粘性摩擦，并考慮轉(zhuǎn)動時的粘性摩擦

8、(系數(shù)系數(shù)k)2aepNEKaaaaaaadILR IEUdtTadJkTK Idt11直流電動機調(diào)速裝置直流電動機調(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)線電抗器、晶閘管、控制變流器，由整流變壓器或進(jìn)線電抗器、晶閘管、控制器組成?？刂破鞯暮诵氖悄M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。電動機的電樞電流脈動小，響應(yīng)速度和穩(wěn)速精度較好。電動機的電樞電流脈動小，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交流異步電動機交流異步電動機n交流異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、成本交流異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、成本較低、堅固耐用的優(yōu)點，是應(yīng)用最為廣泛的電動較低、堅固耐用的優(yōu)點，是應(yīng)用最為廣泛的電動機。機。n缺點是不

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(因變頻器價格較高因變頻器價格較高)。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，多采用直流電動機。的設(shè)備中，多采用直流電動機。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(與磁場同步與磁場同步/異步異步)。160(1)fnsp13交流異步電動機調(diào)速方法交流異步電動機調(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改變轉(zhuǎn)，可在轉(zhuǎn)子繞組中串接電阻來改變轉(zhuǎn)差率差率s 。 這種方法成本低，易實現(xiàn)，但調(diào)速機械特性這種方法成本低，易

11、實現(xiàn)，但調(diào)速機械特性很軟，低速運行時電阻損耗很大。改變定子電壓很軟，低速運行時電阻損耗很大。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，這種方法損耗也很大。損耗使電動機的效率降低，特性變差。機的效率降低，特性變差。n2. 改變極對數(shù)改變極對數(shù)p，這種方法調(diào)速是有級的，而且調(diào)速，這種方法調(diào)速是有級的，而且調(diào)速范圍窄。電動機設(shè)計制造時就已決定了范圍窄。電動機設(shè)計制造時就已決定了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，可以無級地改變電動機的同，可以無級地改變電動機的同步轉(zhuǎn)速步轉(zhuǎn)速n0，這種方法稱為變頻調(diào)速，如果定子電壓

12、與，這種方法稱為變頻調(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)，性能會更好。隨著電力電子技協(xié)調(diào)，性能會更好。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交流異步電動機特性交流異步電動機特性1n機械特性：機械特性：異步電動機的穩(wěn)態(tài)機械特性指電壓恒定異步電動機的穩(wěn)態(tài)機械特性指電壓恒定時，轉(zhuǎn)矩時，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曲線上的重要點有：曲線上的重要點有： 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起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩如果轉(zhuǎn)子電阻大到使機械特如果轉(zhuǎn)子電阻大到使機械特性曲線單調(diào)下降，這種交流性曲線單調(diào)下降

13、，這種交流異步電動機就適宜用作執(zhí)行異步電動機就適宜用作執(zhí)行電動機電動機 。15穩(wěn)定工作區(qū)穩(wěn)定工作區(qū)曲線曲線bc段段n設(shè)電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩設(shè)電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL為穩(wěn)定值，為穩(wěn)定值，與電動機的轉(zhuǎn)速無關(guān)。電動機工與電動機的轉(zhuǎn)速無關(guān)。電動機工作在作在N點，當(dāng)點，當(dāng)T= TL時，電動機以時，電動機以恒定速度運轉(zhuǎn)。恒定速度運轉(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還來不還來不及變化，于是有及變化，于是有TTL ，電動機將，電動機將減速運行，減速運行，n減小。由減小。由T(n)曲線可曲線可知：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 。這時電動機以。這時電動機以較原來略低的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。較原來略低的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。n這一過程可以表示為：這一過程可以表示為：n當(dāng)擾動消失，電動機可以重新回當(dāng)擾動消失，電動機可以重新回到到N點工作。點工作。LLLTTTnTTT16不穩(wěn)定工作區(qū)不穩(wěn)定工作區(qū)曲線曲線ab段段n不穩(wěn)定工作區(qū)對應(yīng)于不穩(wěn)定工作區(qū)對應(yīng)于T(n)曲線的曲線的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。電動機在這個區(qū)域工作時電動機在這個區(qū)域工作時是不穩(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，電動機會越過，電動機會越過最大轉(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：“悶車悶車”容易燒毀容易燒毀電動機電動機bLLLTTTnTnTTT超越 點0LLTT TnTnTn（停轉(zhuǎn)）17交流異步電動機特性交流異步電動機特性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 。一般作為動力源的交流異步電動機，通常工。一般作為動力源的交流異步電動機，通常工作在額定電壓和轉(zhuǎn)速，并不采用通過定子電壓調(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)動交流異在控制下變換成所需的電壓和頻率，驅(qū)動交流異步電動機。步電動機。 n異步電動機的變頻調(diào)速對機械特性的影響：異步電動機的變頻調(diào)速對機械特性的影響：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)點是控制方法方便，調(diào)節(jié)性能比較好，缺點是可控優(yōu)點是控制方法方便，調(diào)節(jié)性能比較好，缺點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，對電網(wǎng)造成諧波污染。對電網(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)實以下的中小容量一般用途變頻器已經(jīng)實現(xiàn)了通用化。通用變頻器可以用于驅(qū)動普通異步現(xiàn)了通用化。

18、通用變頻器可以用于驅(qū)動普通異步電動機，還提供多種控制和保護(hù)功能。電動機，還提供多種控制和保護(hù)功能。 21兩相異步執(zhí)行電動機的電壓控制兩相異步執(zhí)行電動機的電壓控制 n兩相異步執(zhí)行電動機的原理圖兩相異步執(zhí)行電動機的原理圖n其機械特性圖其機械特性圖 22兩相異步執(zhí)行電動機的電壓控制兩相異步執(zhí)行電動機的電壓控制n穩(wěn)態(tài)時，用直線方程表示兩相異步電動機執(zhí)行的穩(wěn)態(tài)時，用直線方程表示兩相異步電動機執(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)行電動機電壓控制的調(diào)節(jié)特性圖兩相異步執(zhí)行電動機電壓控制的調(diào)

19、節(jié)特性圖22d dTJkdtdt234.3步進(jìn)電動機步進(jìn)電動機n步進(jìn)電動機是一種步進(jìn)電動機是一種無刷的同步直流電機無刷的同步直流電機，也是一，也是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的電磁機械種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的電磁機械裝置裝置 。n步進(jìn)電動機具有以下特點：步進(jìn)電動機具有以下特點：1運行轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率成正比，有嚴(yán)格的對應(yīng)運行轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率成正比，有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，且在負(fù)載能力范圍內(nèi)不受電壓波動、電流波形關(guān)系，且在負(fù)載能力范圍內(nèi)不受電壓波動、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)，步距誤差不會長期積累。位移量取決于輸入脈沖數(shù)，步距誤差

20、不會長期積累。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)字信號控制下，具有靈活的控制性能，能在脈沖數(shù)字信號控制下，具有靈活的控制性能，能方便地實現(xiàn)起動、加速、減速、停止、反轉(zhuǎn)、定位等方便地實現(xiàn)起動、加速、減速、停止、反轉(zhuǎn)、定位等運行方式。運行方式。 24步進(jìn)電動機工作原理步進(jìn)電動機工作原理n步進(jìn)電動機定子線圈依次通電，每次帶齒的轉(zhuǎn)子步進(jìn)電動機定子線圈依次通電，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正，在電磁力作用下，保持齒與定子通電的磁極對正，只轉(zhuǎn)過一個固定的角度。只轉(zhuǎn)過一個固定的角度。n步進(jìn)電動機由于輸入脈沖和轉(zhuǎn)動角度具有嚴(yán)

21、格的步進(jìn)電動機由于輸入脈沖和轉(zhuǎn)動角度具有嚴(yán)格的線性對應(yīng)關(guān)系，因此常被用作開環(huán)位置線性對應(yīng)關(guān)系，因此常被用作開環(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)電動機的參數(shù)與特性步進(jìn)電動機的參數(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)電動機未加直流電前，轉(zhuǎn)子靜止時轉(zhuǎn)是指步進(jìn)電動機未加直流電前，轉(zhuǎn)子靜止時轉(zhuǎn)子中心線與偏離定子中心線的夾角子中心線與偏離定子中心線的夾角 。n靜轉(zhuǎn)矩：靜轉(zhuǎn)矩：是指在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)子靜止時，給電動機繞組是指在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)子靜止時，給電動機繞組通以直流電，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)電動機的靜轉(zhuǎn)矩指步進(jìn)電動機的靜轉(zhuǎn)矩Tj與失調(diào)角與失調(diào)角的關(guān)系的關(guān)系特性曲線特性曲線 。26步進(jìn)電動機的參數(shù)與特性步進(jìn)電動機的參數(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，矩角特性曲每相繞組通以額定相電流時，矩角特性曲線上轉(zhuǎn)矩所能達(dá)到的最大值線上轉(zhuǎn)矩所能達(dá)到的最大值 Tjmax 。n運行頻率運行頻率 ：步進(jìn)電動機起動以后，隨著控制脈沖頻率不步進(jìn)電動機起動以后，隨著控制脈沖頻率不斷上升，能不失步運行的最高頻率稱為運行頻率斷上升，能不失步運行的最高頻率稱為運行頻率fyn步進(jìn)電動機制造廠家在所給的技術(shù)數(shù)據(jù)

23、中一般沒有電動步進(jìn)電動機制造廠家在所給的技術(shù)數(shù)據(jù)中一般沒有電動機額定功率這一指標(biāo)，而用最大靜轉(zhuǎn)矩來衡量步進(jìn)電動機額定功率這一指標(biāo)，而用最大靜轉(zhuǎn)矩來衡量步進(jìn)電動機的容量。機的容量。 p= Tjmax n矩頻特性矩頻特性 ：27步進(jìn)電動機的控制系統(tǒng)及功率驅(qū)動電源步進(jìn)電動機的控制系統(tǒng)及功率驅(qū)動電源 n對步進(jìn)電動機的運行控制，如起動、停止、升速、降速、對步進(jìn)電動機的運行控制，如起動、停止、升速、降速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、定位等，要由步進(jìn)電動機控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、定位等，要由步進(jìn)電動機控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。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)電動機的運行還需要靠功率驅(qū)動電源驅(qū)動，功率驅(qū)動步進(jìn)電動機的運行還需要靠功率驅(qū)動電源驅(qū)動，功率驅(qū)動電源可按使用的電力電子元件類型，或按驅(qū)動控制方式分電源可按使用的電力電子元件類型，或按驅(qū)動控制方式分許多種類。功率驅(qū)動電源由前置放大器、功率放大器等組許多種類。功率驅(qū)動電源由前置放大器、功率放大器等組成。主要根據(jù)步進(jìn)電動機的功率大小、相數(shù)多少、頻率高成。主要根據(jù)步進(jìn)電動機的功率大小、相數(shù)多少、頻率高低等技術(shù)指標(biāo)設(shè)計驅(qū)動電源。低等技術(shù)指標(biāo)設(shè)計驅(qū)動電源。 28步進(jìn)電動機的選用原則步進(jìn)電動機的選用原則 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)矩和實際所需電動機工作頻率范一般可根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)矩和實際所需電動機工作頻率范圍大致估算電動機的輸出轉(zhuǎn)矩。圍大致估算電動機的輸出轉(zhuǎn)矩。 大致可選擇電動機輸出轉(zhuǎn)矩為最大靜轉(zhuǎn)矩大致可選擇電動機輸出轉(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 擇時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的控制精度要求和運行速度要求來選擇時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的控制精度要求和運行速度要求來選擇合適的步距角。擇合適的步距角。n起動頻率與運行頻率的選擇起動頻率與運行頻率的選擇 在選擇步進(jìn)電機時，應(yīng)事先估算出帶上負(fù)載后的步進(jìn)在選擇步進(jìn)電機時，應(yīng)事先估算出帶上負(fù)載后的步進(jìn)電動機的起動頻率與運行頻率。電動機的起動頻率與運

26、行頻率。 294.4直線電動機直線電動機n設(shè)想把旋轉(zhuǎn)電動機自轉(zhuǎn)設(shè)想把旋轉(zhuǎn)電動機自轉(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，轉(zhuǎn)子和剖開，轉(zhuǎn)子和定子都展成直條狀，就定子都展成直條狀，就成了直線電動機。成了直線電動機。 按機械特性可分為按機械特性可分為 :推力型電動機推力型電動機 沖量型電動機沖量型電動機 功率型電動機功率型電動機 30直線電動機應(yīng)用直線電動機應(yīng)用n直線電機可替代的運動形式直線電機可替代的運動形式31直線電動機的分類直線電動機的分類n按機械特性可分為按機械特性可分為1) 推力型電動機：也稱力電動機。這類作往復(fù)運動的推力型電動機：也稱力電動機。這類作往復(fù)運動的直線電動機要

27、求起動推力很大。直線電動機要求起動推力很大。 2）沖量型電動機：也稱能電動機。這類電動機的瞬時）沖量型電動機：也稱能電動機。這類電動機的瞬時功率很大功率很大 3）功率型電動機：也稱功電動機。長距離或長時連續(xù)）功率型電動機：也稱功電動機。長距離或長時連續(xù)運行，要求功率因數(shù)高，主要用于以一定的速度拖動運行，要求功率因數(shù)高，主要用于以一定的速度拖動負(fù)載負(fù)載 n直線電動機的結(jié)構(gòu)有平面型和管型兩類，平面型直線電動機的結(jié)構(gòu)有平面型和管型兩類，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直線電動機的特點直線電動機的特點n優(yōu)點：優(yōu)點：1.可直

28、接產(chǎn)生直線運動，不需要運動轉(zhuǎn)換，使機構(gòu)簡化，便于可直接產(chǎn)生直線運動，不需要運動轉(zhuǎn)換，使機構(gòu)簡化，便于控制，系統(tǒng)可靠性提高?？刂?，系統(tǒng)可靠性提高。2.瞬時線速度很高時，零部件不受離心力的作用。瞬時線速度很高時，零部件不受離心力的作用。3.定子和動子之間的電磁推力可消除運行中的機械接觸，因而定子和動子之間的電磁推力可消除運行中的機械接觸，因而機械功率損耗和磨損可減到很小。機械功率損耗和磨損可減到很小。4.由于無機械接觸，噪聲較小。由于無機械接觸，噪聲較小。5.平面型直線電動機容易散熱，容量大的直線電動機常不需要平面型直線電動機容易散熱，容量大的直線電動機常不需要附加冷卻裝置。附加冷卻裝置。n缺點：

29、缺點：1.有所謂邊端效應(yīng)，因為磁路開斷，銅損和漏抗壓降大。有所謂邊端效應(yīng)，因為磁路開斷，銅損和漏抗壓降大。 2.因為氣隙大，功率因數(shù)比同樣容量的旋轉(zhuǎn)電動機低。因為氣隙大，功率因數(shù)比同樣容量的旋轉(zhuǎn)電動機低。 334.5電力電子器件電力電子器件n機電系統(tǒng)中，各種電氣執(zhí)行元件都需要一定的功機電系統(tǒng)中，各種電氣執(zhí)行元件都需要一定的功率器件來驅(qū)動或供電，這些器件統(tǒng)稱為電力電子率器件來驅(qū)動或供電，這些器件統(tǒng)稱為電力電子器件。變流器是實現(xiàn)電能的交器件。變流器是實現(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，它們被用來驅(qū)交變換的裝置，它們被用來驅(qū)動電氣執(zhí)行元件。各種變流器的核心是電力電子動電氣執(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，實現(xiàn)電概念：可直接用于處理電能的主電路中，實現(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在機電系統(tǒng)中的作用在機電系統(tǒng)中的作用: 對各種執(zhí)行元件進(jìn)行驅(qū)動對各種執(zhí)行元件進(jìn)行驅(qū)動和供電（實現(xiàn)電能多種交、直形式等級的變換）和供電（實現(xiàn)電能多種交、直形式等級的變換）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