第三章-印刷設備中常用電機與控制

第三章_印刷設備中常用電機與控制第一頁，共98頁。電機主要分類印刷設備中常用的電機主要分兩類：一類是驅動電機印刷設備的主要動力源，包括各種類型的交、直流電動機一類是控制電機

常見的有步進電動機、伺服電動機、測速發(fā)電機等，這些電機不是作為動力來使用的，它的主要任務是轉換和傳遞控制信號，能量的傳遞是次要的第二頁，共98頁。第一節(jié)直流電動機直流電動機的結構與工作原理直流電動機的分類及其特性直流電動機的起動與調速第三頁，共98頁。直流電動機的結構與工作原理直流電動機的結構

磁極、電樞(armature)、換向器三部分（轉子、定子、整流子）第四頁，共98頁。第五頁，共98頁。直流電動機的磁極及磁路直流電動機的電樞換向器是直流電動機的結構特征第六頁，共98頁。直流電動機的工作原理

邊所受的電磁力為F＝BLI第七頁，共98頁。直流電動機的分類及其特性

按勵磁方式的不同，直流電動機分為:他勵、并勵、串勵和復勵(compoundmotor)等并勵直流電動機和他勵直流電動機在印刷設備中應用最為廣泛第八頁，共98頁。他勵電動機并勵電動機第九頁，共98頁。串勵電動機復勵電動機第十頁，共98頁。直流電動機的起動與調速

1．直流電動機的電磁特性(1)直流電動機的電樞繞組電流Ia與磁通Φ相互作用，產生電磁力和電磁轉矩(TORQUE)。電磁轉矩T的大小為：T=KT·Φ·Ia式中:KT－與電機結構有關的常數；

Φ－磁極磁通量，單位是韋伯（Wb）；

Ia－電樞電流，單位是安（A）；

T－電磁轉矩。第十一頁，共98頁。(2)在這個電磁轉矩T作用下電樞轉動，這時電樞因切割磁力線而產生電動勢E

E=KE·Φ·nΦ－磁極磁通量，單位韋伯（Wb）n－電樞轉速，單位是r/minKE－與電機結構有關的常數E－感生電動勢，單位是伏特（V）第十二頁，共98頁。(3)加在電樞繞組的端電壓分為兩部分：其一是用來平衡反電動勢；其二為電樞繞組的電壓降。因此直流電動機電樞的電壓平衡方程式為：U=E+IaRa式中，U－電樞外加電源電壓；

Ra，Ia－電樞繞組的電阻和電流。第十三頁，共98頁。直流電動機的電樞

U=E+IaRa第十四頁，共98頁。(4)電動機的電磁轉矩T必須與機械負載矩及空載損耗轉矩相平衡T負載=T當軸上的機械負載轉矩發(fā)生變化時，則電動機的轉速、反電動勢、電流及電磁轉矩將自動進行調整，以適應負載的變化，保持新的平衡。第十五頁，共98頁。直流電動機的電磁特性T=KT·Φ·IaE=KE·Φ·nU=E+IaRaT負載=Tn=E/(KEΦ)=(U-IaRa)/(KEΦ)=U/(KEΦ)-Ra/(KTKEΦ2)T=n0-△n第十六頁，共98頁。電動機的機械特性電源電壓U和勵磁電路的電阻Rf不變的情況下，電動機的轉速n與轉矩T的關系n=f(T)稱為電動機的機械特性。n=E/(KEΦ)=(U-IaRa)/(KEΦ)=U/(KEΦ)-Ra/(KTKEΦ2)T=n0-△nn0稱為理想空載轉速△n＝Ra/(KTKEΦ·T)是轉速降

T與n關系？第十七頁，共98頁。并勵電動機的機械特性曲線Δn大小與哪些因素有關？特性曲線斜率？第十八頁，共98頁。思考：P533.2為什么直流電動機起動時電流很大，而在額定轉速時電樞電流會減??？電樞電流Ia=起動時n=E=額定轉速時n=nNIa第十九頁，共98頁。直流電動機的調速對調速要求高的印刷設備，均采用直流電動機。這是因為直流電動機能無級調速，機械傳動機構比較簡單。直流電動機的轉速公式n=E/(KEΦ)=(U-IaRa)/(KEΦ)=U/(KEΦ)-Ra/(KTKEΦ2)T=n0-△n改變電樞電路中外電阻的方法也可進行調速。但其缺點是耗電多，電機機械特性軟，調速范圍小，且只能進行有級調速URaΦT調速?第二十頁，共98頁。（1）調磁法，即改變磁通量Φ。當保持電源電壓U為額定值時，調節(jié)Rf，改變勵磁電流If以改變磁通量n=U/(KEΦ)-Ra/(KTKEΦ2)·T第二十一頁，共98頁。例有一并勵電動機，已知U=110V，E=90V，Ra=20Ω，Ia=1A，n=300r/min，為了提高轉速，調節(jié)勵磁電阻Rf增加，使磁通Φ減小10％，如負載轉矩不變，問轉速如何變化？解：令Φ減小10％，即Φ′=0.9Φ，所以電流必須增大到Ia′，以維持轉矩不變，即 KT·Φ′·Ia′=KT·Φ·Ia

Ia′=ΦIa/Φ′=1/0.9=1.11(A) 磁通減小后的轉速n′對原來的轉速n之比為：

n′/n=(E′/KEΦ′)/(E/KEΦ)=E′Φ/EΦ′即轉速增加了8％。第二十二頁，共98頁。（2）調壓法，即改變電壓U。當保持他勵電動機的勵磁電流If為額定值時，降低電樞電壓U

n=U/(KT·Φ)-Ra/（KE·KT·Φ2）·T圖形？第二十三頁，共98頁。例有一他勵電動機，已知：U=220V,I=53.8A，n=1500r/min，Ra=0.7Ω，今將電樞電壓降低一半，而負載轉矩不變，問轉速降低多少？設勵磁電流保持不變。解：由T=KT·Φ·Ia可知，在保持負載轉矩和勵磁電流不變的條件下，電流也保持不變。電壓降低后的轉速n′對原來的轉速n之比n′/n=(E′/KE·Φ)/(E/KE·Φ)=110-53.8×0.7/220-53.8×0.7=0.4即在保持負載轉矩不變的條件下，轉速降低到原來的40％。第二十四頁，共98頁。兩種方法比較Tc不變，調速均勻？第二十五頁，共98頁。例：電動機起動并勵電動機:Pn=10kWU=220VIn=53.8AnN=1500r/minRa=0.3ΩPfm=260W試求：（1）直接起動時起動電流為額定電樞電流的幾倍；（2）起動電流限制在額定電樞電流2倍時的起動電阻值。

最大勵磁功率第二十六頁，共98頁。小結直流電動機結構、工作原理、分類直流電動機的電磁特性T=KT·Φ·IaE=KE·Φ·nU=E+IaRaT負載=T直流電動機轉速公式n=U/(KEΦ)-Ra/(KTKEΦ2)T直流電動機調速方法第二十七頁，共98頁。第二節(jié)三相交流整流子式電動機

優(yōu)點：無級調速具有調速范圍廣起動性能良缺點：結構復雜運行中維護與保養(yǎng)工作量較大故障率較高直流電動機？第二十八頁，共98頁。三相異步整流子式電動機three-phaseasynchronouscommutatormotor早期由上海人民機器廠和北京人民機器廠制造的膠印機、鉛印機、輪轉機、凹印機和凸印機等用的主拖動電機，均。如LP1101型、LP1103型全張單面凸版輪轉印刷機、J2102型對開單色膠印機等。日本三菱M－5CP全張雙面膠印機德國海德堡Speedmaster102V型四色膠印機第二十九頁，共98頁。第三十頁，共98頁。三相異步電動機為什么會旋轉第三十一頁，共98頁。三相繞組旋轉磁通勢

第三十二頁，共98頁。三相異步電動機的旋轉磁場（逆時針）第三十三頁，共98頁。整流子電動機結構第三十四頁，共98頁。主繞組、集電環(huán)第三十五頁，共98頁。整流子電動機工作原理移動電刷位置調節(jié)轉速只要適當調節(jié)電刷在換向器上的位置，便可實現(xiàn)從低于同步轉速到高于同步轉速范圍內平滑而經濟地調速第三十六頁，共98頁。第三節(jié)電磁調速異步電動機（滑差電機）優(yōu)點主要缺點第三十七頁，共98頁。一、結構與工作原理三部分普通鼠籠式異步電動機電磁滑差離合器(slidingclutch)電氣控制裝置電磁滑差離合器基本結構示意圖

1-原動機2-工作氣隙3-主軸4-輸出軸5-磁極6-電樞第三十八頁，共98頁。電磁調速異步電動機第三十九頁，共98頁。機械特性曲線

可近似地用下列經驗公式表示：n0－離合器主動部分轉速；n－離合器從動部分的轉速；If－勵磁電流；

K－離合器結構有關的系數；T－離合器的電磁轉矩。第四十頁，共98頁。機械特性曲線

第四十一頁，共98頁。帶有速度負反饋的電磁調速異步電動機框圖

第四十二頁，共98頁。電磁調速異步電動機第四十三頁，共98頁。二、起動與調速1．電磁調速異步電動機的起動

往往不能帶負載直接起動可在起動前先斷開離合器的勵磁電源，使鼠籠電動機先空載起動，然后再接上勵磁電源就可起動了。第四十四頁，共98頁。2．電磁調速異步電動機的調速用調壓器調速速度負反饋電磁調速異步電動機控制電路第四十五頁，共98頁。用調壓變壓器控制的調速電路

第四十六頁，共98頁。第四十七頁，共98頁。小結直流電動機三相交流整流子式電動機三相交流異步電動機整流子式結構和工作原理電磁調速異步電動機結構和工作原理特性調速（1）調壓器調速（2）速度負反饋控制電路調速第四十八頁，共98頁。思考直流電動機轉速公式三相交流異步電動機工作原理三相交流整流子式電動機結構和工作原理電磁調速異步電動機結構工作原理第四十九頁，共98頁。速度負反饋電磁調速異步電動機控制電路

自動調速系統(tǒng)的基本組成負反饋給定電壓放大器觸發(fā)電路可控硅整流滑差離合器負載轉速負反饋Ug?UUfUcαIfn調速原理？穩(wěn)速原理？第五十頁，共98頁。ZLK－10型調速系統(tǒng)電路第五十一頁，共98頁。電源給定環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)觸發(fā)環(huán)節(jié)整流環(huán)節(jié)負反饋環(huán)節(jié)第五十二頁，共98頁。第五十三頁，共98頁。給定電壓環(huán)節(jié)給定電壓環(huán)節(jié)起始于變壓器TC副邊5端、6端間的繞組。24V的交流電壓經VD2、整流并經C2、R2、C3濾波和VZ穩(wěn)壓，得到16V的直流電壓。由R5和RP4給定“定速”檔的轉速?！斑\轉”、“定速”由中間繼電器KA3控制。

第五十四頁，共98頁。電源第五十五頁，共98頁。二極管半波整流.\swf\二極管半波整流.swf第五十六頁，共98頁。電容濾波.\swf\電容濾波.swf第五十七頁，共98頁。第五十八頁，共98頁。運轉、定速第五十九頁，共98頁。轉速反饋環(huán)節(jié)采用三相交流測速發(fā)電機BR對轉速進行采樣。所得交流經VD8－VD13整流和C8、R13、RP2、RP3濾液后，得到反饋電壓，經過R8傳至放大器的輸入端。由于不同測速發(fā)電機靈敏度之間存在差異，所以采用RP2對反饋電壓進行調節(jié)。轉速表PV的刻度值依靠RP3調節(jié)。電容器C7用于減輕反饋電壓的脈動，有利于調速系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的提高。第六十頁，共98頁。轉速反饋環(huán)節(jié)/v_show/id_XMjIyMTIyMDA=.html第六十一頁，共98頁。放大器放大器是以晶體管V2為核心組成。二極管VD4、VD5、VD6用作雙向限幅保護，以避免V2的發(fā)射結承受過高的電壓。給定電壓與轉速反饋電壓通過電阻R6、R7和R8進行組合，形成輸入信號，其值正比于上述兩個電壓之差。這個差值經V2放大后可影響V2的集電極電位，對單結晶體管觸發(fā)脈沖形成電路進行控制。第六十二頁，共98頁。放大器第六十三頁，共98頁。三極管電路放大作用.\swf\三極管電路放大作用.swf第六十四頁，共98頁。同步電源第六十五頁，共98頁。觸發(fā)電路單結晶體管觸發(fā)電路的電源是由V1、VD3、R4與變壓器TC的6、7繞組組成。輸入電壓的大小可以控制可控硅的觸發(fā)時刻。

第六十六頁，共98頁。觸發(fā)電路第六十七頁，共98頁。第六十八頁，共98頁。單結晶體管第六十九頁，共98頁?？煽毓枵麟娐吩撓到y(tǒng)采用可控硅單相半波整流電路。整流電路的輸出控制轉差離合器的勵磁線圈來產生勵磁電流并最終影響電機的轉速。圖中R1、C1和熱敏電阻RV均對可控硅有過壓保護作用。VD1為續(xù)流二極管，其作用是，正半周時由于可控硅導通而使離合器工作；負半周時可控硅不導通，勵磁線圈產生的反向電動勢可經過VD1形成放電回路，使線圈中的電流連續(xù)，從而使離合器工作穩(wěn)定。第七十頁，共98頁?？煽毓枵鞯谄呤豁摚?8頁。可控硅從關斷到導通1、陽極電位高于是陰極電位2、控制極有足夠的正向電壓和電流兩者缺一不可維持導通1、陽極電位高于陰極電位2、陽極電流大于維持電流兩者缺一不可從導通到關斷1、陽極電位低于陰極電位2、陽極電流小于維持電流任一條件即可

第七十二頁，共98頁。第七十三頁，共98頁?？煽毓枵鞯谄呤捻摚?8頁。單相半波可控整流電路及波形

直流輸出電壓平均值為:第七十五頁，共98頁。全波可控整流第七十六頁，共98頁。畫出電路；畫出系統(tǒng)方框圖；指出對應的結構；說明各部分功能。畫出電壓波形：U12；U76；UV3-eb；U16-6；Uc6；UTV；U13；U17-19.課堂測驗第七十七頁，共98頁。課堂測驗解釋：負反饋、變壓、整流、濾波、放大、觸發(fā)。畫出下列電器元件圖形符號及字母代號：電阻、電容、變壓器、熔斷器、滑動變阻器二極管、三極管、可控硅、單結晶體管畫出下列電路：采用二極管的單相半波整流電路；采用二極管的單相全波波整流電路；采用二極管的三相全波整流電路；采用可控硅的單相半波整流電路；采用可控硅的單相全波整流電路；采用三極管的放大電路；采用單結晶體管的觸發(fā)電路；交流220V轉換為直流16V的電源電路。第七十八頁，共98頁。小結第七十九頁，共98頁。調速當ZLK－10自動調速系統(tǒng)處于“運轉”狀態(tài)，也就是調速狀態(tài)時，通過調節(jié)電位器RP4改變電壓給定環(huán)節(jié)的電壓，來改變電動機的轉速。例如調節(jié)RP4使給定電壓Uf增大，這時轉速負反饋系統(tǒng)給出的電壓U－保持不變，輸入到V2的電壓△U增加，由V3和11出增大，滑差離合器的勵磁電流增大，最終電動機轉速變快。第八十頁，共98頁。調速過程Uf↑→△U↑→Uc充電加快→Ug觸發(fā)提前→If↑→n↑當ZLK－10調速系統(tǒng)置于“定速”狀態(tài)，也就是穩(wěn)速狀態(tài)時，通過調速系統(tǒng)可以穩(wěn)定由于負載RL變化而引的轉速變化。例如當負載變小時，電機轉速將變快，轉速負反饋電路給出的電壓U－將增大，經過R6、R7、R8給出的比較電壓△U將減小，這樣C6充電速度變慢，單機轉速變慢。經過這樣的所饋過程將使電機的轉速基本不變。第八十一頁，共98頁。穩(wěn)速過程RL→n↑→U－△U↓→Uc充電變慢→Ug觸發(fā)滯后→If↓→n↓第八十二頁，共98頁。第四節(jié)常用的特種電動機

多用于自動控制過程中功率不大，小的只有幾分之一瓦，大的也不過幾十瓦或幾百瓦，屬于微型電動機步進電動機、伺服電動機和測速發(fā)電機第八十三頁，共98頁。一、步進電動機

一步一步轉動每輸入一個脈沖信號，該電動機就轉過一定的角度（有的步進電動機可以直接輸出線位移，稱為直線電動機）步進電動機是一種把脈沖變?yōu)榻嵌任灰疲ɑ蛑本€位移）的執(zhí)行元件。第八十四頁，共98頁。反應式步進電動機反應式步進電動機的結構示意圖

例如德國海德堡膠印機上的CPC控制裝置中，就用了四組各36只步進電動機來代替原有的墨斗螺絲。第八十五頁，共98頁。單三拍通電方式時轉子的位置

第八十六頁，共98頁。二、伺服電動機又叫執(zhí)行電動機，或叫控制電動機作用是把信號（控制電壓或相位）變換成機械位移，也就是把接收到的電信號變?yōu)殡姍C的一定轉速或角位移其容量一般在0.1-100W,常用的是30W以下。伺服電動機有直流和交流之分第八十七頁，共98頁。交流伺服電動機原理圖

與普通電動機相比，具有轉子電阻大和轉動慣量小這兩個特點第八十八頁，共98頁?？招谋无D子伺服電動機結構

交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內只有勵磁繞組產生的脈動磁場，轉子靜止不動當有控制電壓時，定子內便產生一個旋轉磁場，轉子沿旋轉磁場的方向旋轉在負載恒定的情況下，電動機的轉速隨控制電壓的大