《機(jī)電一體化》課件 項(xiàng)目四 驅(qū)動裝置的選用

驅(qū)動裝置的選用——《機(jī)電一體化》驅(qū)動部件概述交、直流伺服電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)電動機(jī)的選型液壓驅(qū)動部件CONTENT目錄驅(qū)動部件的分類電氣式電氣式驅(qū)動裝置將電能變成電磁力，并用該電磁力驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動。電氣式驅(qū)動裝置有直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)以及電磁鐵等。液壓式液壓式驅(qū)動裝置先將電能變換為液壓能，并用控制閥改變壓力油的流向，從而使液壓驅(qū)動裝置驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。液壓式驅(qū)動元件主要有往復(fù)運(yùn)動油缸、回轉(zhuǎn)油缸、液壓馬達(dá)等。氣壓式氣壓式驅(qū)動元件與液壓式驅(qū)動元件的原理相同，只是將介質(zhì)由油改為了氣體而已。具有代表性的氣壓式驅(qū)動元件有氣缸、氣壓馬達(dá)等。不同驅(qū)動裝置的特點(diǎn)表驅(qū)動裝置的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī)的工作原理直流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)他勵直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性直流伺服電動機(jī)的調(diào)速直流伺服電機(jī)的調(diào)速主要采用調(diào)壓調(diào)速。改變電樞電壓，其機(jī)械特性曲線只是上下移動，電機(jī)的機(jī)械特性硬度不變，這就使得調(diào)速幅度較大，可均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，以得到平滑的無級調(diào)速。目前直流伺服電動機(jī)的控制電路較多采用晶閘管調(diào)速和脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)速。無刷直流電動機(jī)把永磁直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)作調(diào)整，把永磁體安裝在轉(zhuǎn)子上，把電樞繞組安裝在定子上，用逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測器組成的電子換向器取代有刷直流電動機(jī)的機(jī)械換向器和電刷，就得到了永磁無刷直流電動機(jī)。永磁無刷直流電動機(jī)一般由電動機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置檢測器、逆變器和控制電路四部分組成。籠型異步交流伺服電動機(jī)籠型異步交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子由機(jī)座、裝在機(jī)座內(nèi)的圓筒形定子鐵芯和定子繞組組成。轉(zhuǎn)子一般為鼠籠型結(jié)構(gòu)。由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組等組成。異步交流伺服電動機(jī)是兩相異步電動機(jī)，它的定子上裝有兩個繞組，兩繞組在空間互成，一個是勵磁繞組，其兩端施加勵磁電壓，另一個是控制繞組，其兩端施加控制電壓。勵磁電壓和控制電壓頻率相同，相位相差。當(dāng)通電后，定子上的兩繞組產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。在這個旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子便會轉(zhuǎn)動起來。異步交流伺服電動機(jī)的工作原理通過改變控制電壓的大小和相位就可以控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。（1）當(dāng)勵磁電壓恒定不變，控制電壓的大小變化時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速會相應(yīng)變化?？刂齐妷捍?，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)得快；控制電壓小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)得慢。（2）當(dāng)控制電壓反相（相位改變）時，旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)，從而轉(zhuǎn)子也反轉(zhuǎn)。（3）若控制電壓變?yōu)榱悖瑒t電動機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動。異步交流伺服電動機(jī)的控制同步交流伺服電動機(jī)同步交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電動機(jī)的定子是由定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座和端蓋等組成的。鐵芯由硅鋼片疊成，定子繞組是三相對稱繞組。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、集電環(huán)和電刷等組成。通過電刷和滑環(huán)給轉(zhuǎn)子上的勵磁繞組通入直流勵磁電流，便可使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生固定極性的磁極。同步交流電動機(jī)的調(diào)速同步交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率保持嚴(yán)格同步關(guān)系，故電源頻率一定時，轉(zhuǎn)速不變，且與負(fù)載無關(guān)。同步交流電動機(jī)調(diào)速的主要方式是變頻調(diào)速，按頻率控制方式的不同分為：他控式變頻調(diào)速和自控式變頻調(diào)速。步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)又稱為脈沖電動機(jī)，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，可將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移。步進(jìn)電動機(jī)按勵磁方式的不同可分為反應(yīng)式、永磁式和混合式三種。步進(jìn)電動機(jī)的工作原理設(shè)啟動時轉(zhuǎn)子上的1、3齒在A相繞組極的附近，當(dāng)?shù)谝粋€脈沖通入A相時，磁通企圖沿著磁阻最小的路徑閉合，在此磁場力的作用下，轉(zhuǎn)子的1、3齒要和A磁級對齊，如圖（a）所示。當(dāng)下一個脈沖通入B相時，磁通同樣要按磁阻最小的路徑閉合，即2、4齒要和B磁級對齊，則轉(zhuǎn)子就逆時針方向轉(zhuǎn)動一步，如圖（b）所示。當(dāng)再下一個脈沖通入C相時，同理1、3齒要和C磁極對齊，也即轉(zhuǎn)子再逆時針走一步，如圖4﹣15（c）所示。依次不斷地給A、B、C相通以脈沖，則步進(jìn)電動機(jī)就一步一步地按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電動機(jī)繞組的通斷電次數(shù)和各相通電順序決定了輸出角位移和運(yùn)動方向，控制脈沖分配頻率可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)的速度控制。這種使電動機(jī)繞組的通斷電順序按輸入脈沖的控制而循環(huán)變化的過程稱為環(huán)形脈沖分配。（1）計(jì)算機(jī)軟件分配。（2）硬件環(huán)形分配。步進(jìn)電動機(jī)的控制開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子均采用凸極結(jié)構(gòu)。開關(guān)磁阻電機(jī)是基于磁阻最小原理（即磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合）的原理。當(dāng)定、轉(zhuǎn)子齒中心線不重合、磁阻不為最小時，磁場就會產(chǎn)生磁拉力，形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，即兩軸線重合位置。當(dāng)向定子各相繞組中依次通入電流時，電機(jī)轉(zhuǎn)子將一步一步地沿著通電相序相反的方向轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電動機(jī)類型的選擇主要性能參數(shù)的選擇外部結(jié)構(gòu)形式的選擇電動機(jī)的選型在選擇電動機(jī)時，在滿足過載能力、啟動能力、調(diào)速性能及運(yùn)行狀態(tài)等要求的前提下，優(yōu)先選擇結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價格便宜的電動機(jī)。主要從電動機(jī)的安裝條件，工作環(huán)境等因素綜合考慮來選擇電動機(jī)的外部結(jié)構(gòu)。確定額定功率時主要考慮兩個因素：電動機(jī)的發(fā)熱及升溫和電動機(jī)的短時過載能力。額定電壓的選擇應(yīng)綜合考慮其額定功率和所在系統(tǒng)的配電電壓及配電方式。額定轉(zhuǎn)速的確定應(yīng)綜合考慮電動機(jī)和系統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)兩個方面的。液壓驅(qū)動部件液壓動部件以流體為工作介質(zhì)，將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而帶動負(fù)載。液壓驅(qū)動元件主要有液壓缸和液壓馬達(dá)兩大類。液壓系統(tǒng)中用以控制流體壓力、流量和方向的控制元件總稱為液壓控制閥（或簡稱液壓閥、控制閥）。按照用途的不同，液壓閥可分為三種：（1）方向控制閥。方向控制閥可分為單向閥和換向閥兩大類。（2）壓力控制閥。壓力控制閥可分為溢流閥、順序閥、減壓閥和壓力繼電器。（3）流量控制