第六章第六章 控制电机控制电机了解常用的控制电机的结构；了解常用的控制电机的结构；掌握常用控制电机的工作原理、主要运行特性；掌握常用控制电机的工作原理、主要运行特性；了解了解各种控制电机各种控制电机应用场所；应用场所；学会正确选用和使用学会正确选用和使用各种控制电机各种控制电机。本章要求本章要求1传动电机：传动电机：主要用来完成能量的变换，具有较高的力主要用来完成能量的变换，具有较高的力 能指标；能指标；控制电机：控制电机：主要用来完成控制信号的传递和变换，要主要用来完成控制信号的传递和变换，要 求技术性能稳定可靠、动作灵敏、精度求技术性能稳定可靠、动作灵敏、精度 高、体积小、重量轻、耗电少。高、体积小、重量轻、耗电少。 控控制制电电机机一一般般用用于于自自动动控控制制、自自动动调调节节、远远距距离离测测量量、随随动动系系统统以以及及计计算算装装置置中中的的微微特特电电机机。它它是是构构成成开开环环控控制制、闭闭环环控控制制、同同步步连连接接等等系系统统的的基基础础元元件件，根根据据它它在在自自动动控控制制系系统统中中的的职职能能可可分分为为测测量量元元件件、放放大大元元件件、执执行行元元件件和和校校正正元元件件四四类类。控控制制电电机机一一般般是是小功率电机。小功率电机。第一节第一节 控制电机概述控制电机概述2第二节第二节 交流伺服电动机交流伺服电动机 交流伺服电动机与普通电动机相比具有如下特点：交流伺服电动机与普通电动机相比具有如下特点：(1) (1) 调速范围宽，伺服电动机的转速随着控制电调速范围宽，伺服电动机的转速随着控制电 压改变，能在宽的范围内连续调节；压改变，能在宽的范围内连续调节；(2) (2) 转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转；转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转；(3) (3) 控制功率小，过载能力强，可靠性好；控制功率小，过载能力强，可靠性好；(4) (4) 可控可控。 伺伺服服电电动动机机也也称称为为执执行行电电动动机机，在在控控制制系系统统中中用用作作执执行行元元件件，将将电电信信号号转转换换为为轴轴上上的的转转角角或或转转速速，以带动控制对象。以带动控制对象。3一、两相交流伺服电动机的结构一、两相交流伺服电动机的结构定子：励磁绕组定子：励磁绕组 WF，控制绕组，控制绕组 WC转子：鼠笼转子（细长），或杯形转子转子：鼠笼转子（细长），或杯形转子第二节第二节 交流伺服电动机交流伺服电动机 41 1、启动、启动: : 当当UC0，两两相相绕绕组组产产生生旋旋转转磁磁场场。该该磁磁场场与与转转子子中中的的感感应应电电流流相相互互作作用用，使使转转子子转转动动起起来来，转向与旋转磁场的方向相同。转向与旋转磁场的方向相同。 二、基本工作原理二、基本工作原理第二节第二节 交流伺服电动机交流伺服电动机 把把UC 的的相相位位改改变变180180可可改变伺服电动机的旋转方向。改变伺服电动机的旋转方向。 当当UC =0，电电动动机机应应立立即即停停转转，根根据据单单相相异异步步电电动动机机的的原原理理，电电动动机机转转子子一一旦旦转转动动以以后后，它它将将继继续续转转动动，即即存在存在“自转自转”现象。现象。52、消除自转现象的措施、消除自转现象的措施:措措施施：伺伺服服电电动动机机的的转转子子导导条条具具有有较较大大电电阻阻，使使电电动动机机在在失失去去控控制制信信号号，单单相相供供电电时时的的电电磁磁转转矩矩的的方方向向总总是是与与转转子子转转向向相相反反，是是一一个个制制动动转转矩矩。由由于于制制动动转转矩矩的的存存在在可可使使转转子子迅迅速速停停止止转转动动，保保证证了了不不会会存存在在“自自转转”现现象。象。第二节第二节 交流伺服电动机交流伺服电动机 二、基本工作原理二、基本工作原理63 3、控制特性及应用、控制特性及应用a.a.利用控制电压利用控制电压UC的有无的有无来进行来进行启、停启、停控制；控制；b.b.改变电压改变电压UC大小大小来调节来调节转速的高低转速的高低；c.c.改变改变UC的极性的极性来改变电动机来改变电动机转向转向。 应用：应用：是控制系统中原动机。是控制系统中原动机。 例例如如，雷雷达达系系统统中中扫扫描描天天线线旋旋转转，流流量量和和温温度度控控制制中中阀阀门门的的开开启启，数数控控机机床床中中刀刀具具运运动动，甚甚至至连连船船舶舶方方向向舵舵与与飞飞机机驾驾驶驶盘盘控控制制都都是是用用伺伺服服电电动动机机来来带带动动的。功率一般在的。功率一般在0.1W100W，应用于小功率的场合。，应用于小功率的场合。第二节第二节 交流伺服电动机交流伺服电动机 二、基本工作原理二、基本工作原理7第三节第三节 直流伺服电动机直流伺服电动机直直流流伺伺服服电电动动机机，通通常常用用于于功功率率稍稍大大的的系系统统中中其其输输出出功功率率一一般般为为1w一一600w。它它的的基基本本结结构构和和工工作作原原理理与与普普通通直直流流他他励励电电动动机机相相同同，不不同同点点只只是是它它做做得比较得比较细长一些细长一些，以便满足以便满足快速响应快速响应的要求。的要求。改改变变控控制制电电压压UC或或改改变变磁磁通通都都可可以以控控制制直直流流伺伺服服电电动动机机的的转转速速和和转转向向，前前者者称称为为电电枢枢控控制制，后后者者称称为为磁磁场场控控制制。由由于于电电枢枢控控制制具具有有响响应应迅迅速速、机机械械特特性性硬硬、调调速速特特性性线线性性度度好好的的优优点点在在实实际际生生产产中中大大都采用电枢控制方式。都采用电枢控制方式。8第三节第三节 直流伺服电动机直流伺服电动机特点：特点：原理和直流电动机一样；原理和直流电动机一样；过载能力强；过载能力强；响应速度快；响应速度快；一般是永磁式。一般是永磁式。9第四节第四节 直线电动机直线电动机 直线电动机是一种能直接将电能转换为直线运直线电动机是一种能直接将电能转换为直线运动的伺服驱动元件。在交通运输、机械工业和仪器动的伺服驱动元件。在交通运输、机械工业和仪器工业中，直线电动机已得到推广和应用。它为实现工业中，直线电动机已得到推广和应用。它为实现高精度、快响应和高稳定的机电传动和控制开辟了高精度、快响应和高稳定的机电传动和控制开辟了新的领域。新的领域。 原则上对于每一种旋转电动机都有其相应的直原则上对于每一种旋转电动机都有其相应的直线电动机，故它的种类很多，但一般按工作原理来线电动机，故它的种类很多，但一般按工作原理来区分，可分为区分，可分为直线异步电动机、直线直流电动机直线异步电动机、直线直流电动机和和直线同步电动机直线同步电动机三种（还有直线步进电动机）。三种（还有直线步进电动机）。10一、结构：一、结构：第四节第四节 直线异步电动机直线异步电动机定子定子初级初级转子转子次级次级11二、工作原理：二、工作原理：第四节第四节 直线异步电动机直线异步电动机1 1、当当初初级级的的多多相相绕绕组组通通入入多多相相电电流流后后，也也会会产产生生一一个个气气隙隙磁磁场场，磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度按按通通电电的的相相序序顺顺序序作作直直线线移移动动，该该磁场称为磁场称为行波磁场行波磁场。2、行波的移动速度称之为同步线速，、行波的移动速度称之为同步线速，且式中，且式中， 极距极距(cm)； f 电源频率电源频率(Hz)。3 3、在在行行波波磁磁场场切切割割下下，次次级级导导条条将将产产生生感感应应电电势势和和电电流流，电电流流和和磁磁场场相相互互作作用用，产产生生切切向向电电磁磁力力F F。若若初初级级不动则次级就顺着行波磁场运动的方向作直线运动。不动则次级就顺着行波磁场运动的方向作直线运动。12三、特点及应用：三、特点及应用：1)无需中间传动机构，因而机构简化，提高了精度，无需中间传动机构，因而机构简化，提高了精度，减少了振动和噪声；减少了振动和噪声；2)响应快速，可实现快速启动和正反向运行；响应快速，可实现快速启动和正反向运行；3)散热良好，额定值高，电流密度可取很大，对启动散热良好，额定值高，电流密度可取很大，对启动的限制小；的限制小；4)装配灵活性大，可将电动机和其他机体合成一体；装配灵活性大，可将电动机和其他机体合成一体；用于吊车传动、金属传送带、冲压锻压机床、用于吊车传动、金属传送带、冲压锻压机床、高速电力机车、门阀的开闭等方面。高速电力机车、门阀的开闭等方面。第四节第四节 直线异步电动机直线异步电动机13第五节第五节 测速发电机测速发电机用途：用途： 1 1）测量转速；）测量转速； 2 2）测量位置，可做机电微分、积分器。）测量位置，可做机电微分、积分器。测速发电机分为：测速发电机分为：测速发电机分为：测速发电机分为：直流测速发电机、异步测速发电机直流测速发电机、异步测速发电机直流测速发电机、异步测速发电机直流测速发电机、异步测速发电机 和和和和同步测速发电机。同步测速发电机。同步测速发电机。同步测速发电机。14除交、直流伺服电动机外还有以下几种控制除交、直流伺服电动机外还有以下几种控制电动机：电动机：力矩电动机力矩电动机小功率同步电动机小功率同步电动机测速发电机测速发电机自整角机自整角机第六节第六节 其他控制电动机其他控制电动机157.1电动机容量选择的原则电动机容量选择的原则7.2电动机的种类选择的原则电动机的种类选择的原则7.3电动机电压选择的原则电动机电压选择的原则7.4电动机转速选择的原则电动机转速选择的原则7.5电动机结构型式选择的原则电动机结构型式选择的原则基本内容基本内容第七章机电传动控制系统中电动机选择第七章机电传动控制系统中电动机选择16三项基本原则：三项基本原则：1) 发热：电动机在运行时，必须保证发热：电动机在运行时，必须保证 ; 2) 过过载载能能力力：所所选选电电动动机机的的最最大大转转矩矩 Tmax (对对于于异异步步电电动动机机)或或最最大大允允许许电电流流Imax (对对于于直直流流电电动动机机)必必须须大大于于运运行行过过程程中中可可能能出出现现的的最最大大负负载载转转矩矩 TLmax和和最最大大负负载载电流电流 IL max ;3)3)启动能力：鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较小，启动能力：鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较小，为使电动机可靠启动，必须保证为使电动机可靠启动，必须保证 ; ;第一节第一节 电动机容量的选择原电动机容量的选择原则则选择电动机容量的方法有：选择电动机容量的方法有： 计算法、统计分析法和类比法。计算法、统计分析法和类比法。17基本依据：基本依据：满满足足生生产产机机械械对对拖拖动动系系统统静静态态和和动动态态特特性性要要求求前前提提下下、力求结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。力求结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。1)对对不不要要求求调调速速、对对启启动动性性能能无无过过高高要要求求的的生生产产机机械械，应应优优先先考考虑虑使使用用一一般般鼠鼠笼笼式式异异步步电电动动机机；若若要要求求启启动动转转矩较大，可用高启动转矩的鼠笼式异步电动机。矩较大，可用高启动转矩的鼠笼式异步电动机。2)对对于于要要求求经经常常启启、制制动动，负负载载转转矩矩较较大大、又又有有一一定定调速要求生产机械，应考虑选用线绕式异步电动机。调速要求生产机械，应考虑选用线绕式异步电动机。第二节第二节 电动机种类的选择原电动机种类的选择原则则183)对对于于只只需需要要几几种种速速度度，不不要要求求无无级级调调速速的的生生产产机机械械，可选用多速异步电动机。可选用多速异步电动机。4)对对于于要要求求恒恒速速稳稳定定运运行行的的生生产产机机械械，且且需需要要补补偿偿电电网网功功率率因因数数的的场场合合，应应优优先先考考虑虑选选用用同同步步电电动动机机(如如TD型等型等)。5)对对于于需需要要大大的的启启动动转转矩矩，又又要要求求恒恒功功率率调调速速的的生生产机械，常选用直流串励或复励电动机。产机械，常选用直流串励或复励电动机。6)对对于于要要求求大大范范围围无无级级调调速速，且且要要求求经经常常启启动动、制制动动、正正反反转转的的生生产产机机械械，则则可可选选用用带带调调速速装装置置的的直流电动机或鼠笼式异步电动机。直流电动机或鼠笼式异步电动机。第二节第二节 电动机种类的选择原电动机种类的选择原则则19 交交流流电电动动机机额额定定电电压压主主要要根根据据电电动动机机运运行行场场所所供供电电电电网网的的电电压压等等级级而而定定。我我国国工工厂厂内内的的交交流流供供电电电电压压，低低压压一一般般为为380v，高高压压一一般般为为3kv或或6kv。中中等等功功率率以以下下的的交交流流电电动动机机，额额定定电电压压一一般般为为380v；100kw以以上上大大功功率率交交流流电电动动机机额额定定电电压压一一般般为为3kv或或6kv。鼠笼式异步电动机的额定电压有两种：。鼠笼式异步电动机的额定电压有两种： 220380v，Y接法；接法；380v，接法。接法。 直直流流电电动动机机一一般般由由单单独独电电源源供供电电，选选择择电电动动机机额额定定电电压压时时只只需需考考虑虑供供电电电电源源电电压压配配合合恰恰当当即即可可。一般为一般为110V、220V、440V。第三节第三节 电动机电压等级的选择原则电动机电压等级的选择原则201)1)对对于于不不需需调调速速的的高高转转速速与与中中转转速速的的机机械械，应应选选相相应应额定转速的异步电机或同步电机，直接与机械相连；额定转速的异步电机或同步电机，直接与机械相连；2)2)对对于于不不需需要要调调速速的的低低速速运运转转的的机机械械，一一般般是是选选用用适适当当转转速速的的电电动动机机通通过过减减速速机机构构来来传传动动，但但电电动动机机额额定定转速也不宜太高，否则减速机构会很庞大；转速也不宜太高，否则减速机构会很庞大；3)3)对对于于需需要要调调速速的的机机械械，电电动动机机的的最最高高转转速速应应与与生生产产机机械械的的最最高高转转速速相相适适应应、采采用用直直接接传传动动或或通通过过减减速速机机构来传动；构来传动；4)4)对对于于经经常常启启、制制动动和和反反转转的的设设备备，要要缩缩短短过过渡渡过过程程应根据最小应根据最小GDGD2 2n n2 2的值来选择电动机的额定转速。的值来选择电动机的额定转速。 第四节第四节 电动机额定转速的选择原则电动机额定转速的选择原则211)1)开开启启式式：定定子子两两侧侧和和端端盖盖上上有有通通风风口口，散散热热良良好好，仅适用于干燥和清洁的工作环境。仅适用于干燥和清洁的工作环境。2)2)防防护护式式：通通风风孔孔在在机机壳壳下下部部，通通风风冷冷却却条条件件较较好好，可可防防止止杂杂物物从从垂垂直直方方向向或或小小于于4545角角的的方方向向落落入入，但但不不能能防防止止灰灰尘尘和和潮潮气气侵侵入入，适适用用于于比比较较干干燥燥、灰灰尘尘不不多多、 无腐蚀性和爆炸性气体的场所。无腐蚀性和爆炸性气体的场所。3)3)封封闭闭式式：分分自自冷冷式式、强强迫迫通通风风式式与与密密闭闭式式三三种种。前前两两种种，潮潮气气和和灰灰尘尘等等不不易易进进入入电电动动机机内内部部，适适用用于于尘尘土土多多、潮潮湿湿、易易引引起起火火灾灾和和有有腐腐蚀蚀性性气气体体的的地地方方；密密闭闭式式电电动动机机可可以以防防止止一一定定压压力力水水柱柱的的冲冲击击适适用用于于在在液液体中工作的生产机械，如电动潜水泵。体中工作的生产机械，如电动潜水泵。4)4)防爆式：适用于有易燃、易爆气体的场所。防爆式：适用于有易燃、易爆气体的场所。第五节第五节 电动机结构形式的选择原则电动机结构形式的选择原则22第八章继电器第八章继电器 接触器控制概述接触器控制概述 机机电电传传动动控控制制不不仅仅必必须须有有电电动动机机拖拖动动生生产产机机械械这这个个主主体体，而而且且还还包包括括一一套套控控制制装装置置。以以实实现现启启动动、调调速速、反反转转、制制动动等等过过程程控控制制，操操作作者者可可以以采采用用手手动动控控制制，也也可可采采用用自自动动控控制制。自自动动控控制制已已向向无无触触点点、连连续续控控制制、弱弱电电化化、微微机机控控制制方方向向发发展展。但但由由于于继继电电器器接接触触器器控控制制系系统统所所用用的的控控制制电电器器结结构构简简单单、价价格格便便宜宜、能能够够满满足足生生产产机机械械一一般般生生产产的的要要求求，获获得广泛的应用。得广泛的应用。 23 PLCPLC是是微微机机技技术术与与继继电电器器常常规规控控制制技技术术相相结结合合的的产产物物是是在在顺顺序序控控制制器器和和微微机机控控制制器器的的基基础础上上发发展展起起来的新型控制器，它有以下优点：来的新型控制器，它有以下优点：1 1）梯形图编程，简单易学，易于调试和查错。）梯形图编程，简单易学，易于调试和查错。2 2）可可靠靠性性高高、逻逻辑辑功功能能强强、体体积积小小、可可在在线线修修改改控控制制程程序序、具具有有远远程程通通信信联联网网功功能能、易易于于与与计计算算机机接接口口、能能对对模模拟拟量量进进行行控控制制、具具有有高高速速计计数数与与位位控控等等高高性性能能模块等。模块等。 PLCPLC的的应应用用深深度度和和广广度度已已经经成成为为 一一个个国国家家工工业业先先进水平的重要标志之一。进水平的重要标志之一。第九章可编程序控制器第九章可编程序控制器PLCPLC概述概述24 基本内容基本内容1）掌握晶闸管的基本工作原理、特性；）掌握晶闸管的基本工作原理、特性；2）了解基本可控整流电路的工作原理及其特点；）了解基本可控整流电路的工作原理及其特点； 晶晶闸闸管管（也也叫叫可可控控硅硅）是是在在6060年年代代发发展展起起来来的的一一种种新新型型电电力力半半导导体体器器件件，晶晶闸闸管管的的出出现现起起到到了了弱弱电控制与强电输出之间的桥梁作用。电控制与强电输出之间的桥梁作用。 ACDC DC-AC ACDC DC-AC 第第十十章章 电电力力电电子子学学晶晶闸闸管管及及其其电电路路25第一节第一节 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理 一、晶闸管的结构与符号：一、晶闸管的结构与符号： 晶闸管是由四层半导体材料叠成三个晶闸管是由四层半导体材料叠成三个PNPN结，并在结，并在对应的半导体材料上引出了三个电极。这三个电极分对应的半导体材料上引出了三个电极。这三个电极分别称为：别称为：AA阳极，阳极，GG控制极，控制极，KK阴极阴极。 26第一节第一节 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理1 1、如如果果控控制制极极不不加加电电压压，晶闸管不会导通；晶闸管不会导通；2 2、如如果果控控制制极极加加控控制制电电压压，同同时时阳阳极极也也加加正正向向电压，晶闸管保持电压，晶闸管保持导通导通；3 3、当当阳阳极极的的正正向向电电压压小小于于一一定定程程度度或或承承受受负负压压，晶闸管晶闸管截止截止。二、晶闸管的工作原理二、晶闸管的工作原理27三、晶闸管工作特点：三、晶闸管工作特点：起起始始时时若若控控制制极极不不加加电电压压，则则不不论论阳阳极极加加正正向向电电压压还还是是反反向向电电压压，晶晶闸闸管管均均不不导导通通，这这说说明明晶晶闸管具有正、反向阻断能力；闸管具有正、反向阻断能力；晶晶闸闸管管的的阳阳极极和和控控制制极极同同时时加加正正向向电电压压时时晶晶闸闸管管才才能能导导通通，这这是是晶晶闸闸管管导导通通必必须须同同时时具具备备的的两两个个条件；条件；在在晶晶闸闸管管导导通通之之后后，其其控控制制极极就就失失去去控控制制作作用用，欲欲使使晶晶闸闸管管恢恢复复阻阻断断状状态态，必必须须把把阳阳极极正正向向电电压压降低到一定值降低到一定值(或断开，或反向或断开，或反向)。第一节第一节 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理28第二节第二节 单相可控整流电路单相可控整流电路整流电路：整流电路：AC - DC29第二节第二节 单相可控整流电路单相可控整流电路1 1）电阻性负载）电阻性负载1 1、单相、单相半波半波可控整流电路可控整流电路导通角导通角控制角控制角302）带感性负载）带感性负载第二节第二节 单相可控整流电路单相可控整流电路1 1、单相、单相半波半波可控整流电路可控整流电路312 2、单相、单相桥式桥式可控整流电路可控整流电路: :第二节第二节 单相可控整流电路单相可控整流电路+u2-VS1，VS2；-u2-VS3，VS432第三节第三节 三相可控整流电路三相可控整流电路3 3、三相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路33第十章第十章 小小 结结电路名称电路名称特点特点适应范围适应范围单相半波电单相半波电路路电路最简单，各项指电路最简单，各项指标都较差标都较差只适用于小功率和输只适用于小功率和输出电压波形要求不高出电压波形要求不高的场合的场合单相桥式电单相桥式电路路各项性能较好，电压各项性能较好，电压脉动频率较大脉动频率较大最适合于小功率的电最适合于小功率的电路路直流负载侧直流负载侧的单相桥式的单相桥式电路电路只用一只晶闸管，接只用一只晶闸管，接线简单，各项性能较线简单，各项性能较好好一般用于小功率的反一般用于小功率的反电势负载电势负载三相半波可三相半波可控整流电路控整流电路各项指标都一般各项指标都一般用得不多用得不多三相桥式可三相桥式可控整流电路控整流电路各项指标都好，元件各项指标都好，元件承受的峰值电压最低承受的峰值电压最低最适合于大功率高压最适合于大功率高压电路电路34