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2020-01-11 21:06 来源:未知

  步进电机伺服电机结构._物理_自然科学_专业资料。步进电机伺服电机结构.

  第10章 控制电机 §10.1 概述 §10.2 步进电动机 10.2.1 结构 10.2.2 工作方式 10.2.3 小步距角的步进电动机 §10.3 伺服电动机 10.3.1 交流伺服电动机 10.3.2 直流伺服电动机 §10.1 概述 前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是作为 动力使用的,其主要任务是能量转换,例如将电能 转换为机械能。本章介绍控制电机。 控制电机的主要功能是转换和传递信号。 如:伺服机将电压信号转换为转矩和转速; 步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。 对控制电机的主要要求:动作灵敏、准确、 重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。 控制电机的种类很多,本章主要介绍步进机、伺服机。 §10.2 步进电动机 机理:步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号 转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲,电机转动一个角度,带动机械移 动一小段距离。 特点:(1)来一个脉冲,转一个步距角。 (2)控制脉冲频率,可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序,改变方向。 种类: 有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步 进电机的转子上有励磁线圈,反应式步进电机的转子 上没有励磁线圈。 应用: 步进机的应用非常广泛。如:在数控机床、自动 绘图仪等设备中都得到应用。 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和 工作原理。 10.2.1 结构 步进机主要由两部分构成:定子和转子。它们均 由磁性材料构成,其上分别有六个、四个磁极 。 定子绕组 定子 转子 IA A 定子 转子 C IC IB B 定子的六个磁极上有控制绕组,两个相对的磁极 组成一相。 注意:这里的相和三相交流电中的“相”的概念 不同。步进机通的是直流电脉冲,这主要是指线图 的联接和组数的区别。 10.2.2 工作方式 步进电机的工作方式可分为:三相单三拍、三相单 双六拍、三相双三拍等。 一、三相单三拍 (1)三相绕组联接方式:Y 型 (2)三相绕组中的通电顺序为: A相 ? B相 ? C相 通电顺序也可以为: A 相 ? C 相? B 相 (3)工作过程 A B 1 A 相通电,A 方向的磁 C 2 通经转子形成闭合回路。 若转子和磁场轴线; B 原有一定角度,则在磁 场的作用下,转子被磁 化,吸引转子,使转子的位置力图使通电相磁 路的磁阻最小,使转、定子的齿对齐停止转动。 A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。 A B A C B B C B A C A C 同理,B相通电,转子2、4齿和B相轴线对齐, 相对A相通电位置转30?;C相通电再转30?。 这种工作方式,因三相绕组中每次只有一相通电, 而且,一个循环周期共包括三个脉冲,所以称三相 单三拍。 三相单三拍的特点: (1)每来一个电脉冲,转子转过 30?。此角称为 步距角,首饰碰焊机使用技巧用?S表示。 (2)转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序, 改变通电顺序即可改变转向。 二、三相单双六拍 三相绕组的通电顺序为: A?AB?B?BC?C?CA?A 共六拍。 工作过程: A B 4 1 3 A 2 C B C A相通电,转子1、3齿和A相对齐。 A、B相同时通电 A B C B A C (1)BB 磁场对 2、4 齿有磁拉力,该拉力使 转子顺时针方向转动。 (2)AA 磁场继续对1、3齿有拉力。 所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电,转子转了15°。 B相通电,转子2、风冷天然气压缩机工作原理4齿和B相对齐,又转了15?。 A B C B A C 总之,每个循环周期,有六种通电状态,所以称 为三相六拍,步距角为15?。 三、三相双三拍 三相绕组的通电顺序为: AB ? BC ? CA ? AB 共三拍。 A B A C B B C C A C A B AB通电 BC通电 A B C B A C 工作方式为三相双三 拍时,每通入一个电 脉冲,凯驰洗地机维修转子也是转 30?,即 ?S = 30?。 CA通电 以上三种工作方式,三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定,因此较常采用。 10.2.3 小步距角的步进电动机 实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5 度,步距角越小,机加工的精度越高。 为产生小步距角,定、转子都做成多齿的, 图中转子40个齿,定子仍是 6个磁极,但每个磁 极上也有五个齿。风冷天然气压缩机工作原理 转子的齿距等于360?/ 40=9 ? ,齿宽、齿槽各4.5 ?。 为使转、定子的齿对齐,定子磁极上的小齿, 齿宽和齿槽和转子相同。 工作原理:假设是单三拍通电工作方式。 (1)A 相通电时,定子A 相的五个小齿和转子对 齐。此时,B 相和 A 相空间差120?,含 1 120?/9? = 13 齿 3 2 A 相和 C 相差240?,含240?/ 9? = 26 个 3 齿。所以,A 相的转子、定子的五个小齿对 齐时,B 相、C 相不能对齐,B相的转子、 定子相差 1/3 个齿(3?),C相的转子、定 子相差2/3个齿(6?)。 (2)A 相断电、B 相通电后,转子只需转过1/3个 齿(3?),使 B 相转子、定子对齐。 同理,C 相通电再转3 ? …… 若工作方式改为三相六拍,则每通一个电脉冲, 转子只转 1.5? 。 异步机的转动方向仍由相序决定。 步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为 步距角。 步距角 360? 如:Zr=40 , m=3 时 ? S ? ? 3? 40 ? 3 360? ?S ? Zrm m:一个周期的运行拍数 Zr:转子齿数 转速 60 f? s n? 360 f:电脉冲的频率 §10.3 伺服电动机 伺服电动机的作用 伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象 的转距和转速受信号电压控制,信号电压的大小 和极性改变时,凯驰洗地机维修电动机的转动速度和方向也跟着 变化。 伺服电动机分类: 交流伺服电动机和直流伺服电动机。 10.3.1 交流伺服电动机 原理与两相交流异步电机相同,定子上装有两个 绕组 — 励磁绕组和控制绕组。 励磁绕组 控制绕组 转子 励磁绕组和控制绕组在空间相隔90?。 接线 U C ? U 控制信号 ? U 1 ? U 检 测 元 件 放 大 器 ? I 2 ? U 2 励磁绕组的接线 控制绕组的接线 励磁绕组中串联电容C的目的是为了产生两相旋 转磁场。 适当选择电容的大小,可使通入两个绕组的电流 相位差接近90?,因此便产生旋转磁场,在旋转磁 场的作用下,转子便转动起来。 例:选择电容,可使交流伺服电机电路中的电压电 流的相量关系如图所示。 ? U ? I1 C ? U ? U 1 ? U 1 ?1 ? I 1 ? U ? U C 励磁绕组的接线 控制信号 检 测 元 件 放 大 器 ? I 2 ? U 2 ? U ? 与 控制电压 U 2 ? 两 电源电压 U 者频率相同,风冷天然气压缩机工作原理相 位相同或反相。 控制绕组的接线 ? 的相 ? 和I 工作时两个绕组中产生的电流 I 2 1 位差近90°,因此便产生旋转磁场。在旋转磁场 的作用下,转子转动起来。 交流伺服电动机的特点: (1)U2= 0 时,转子停止。 这时,虽然U2 =0V,U1仍存在,似乎成单 相运行状态,但和单相异步机不同。若单 相电机启动运行后,出现单相后仍转。伺 服电机不同,单相电压时设备不能转。 原因:交流伺服电机 R2设计得较大。所以 在U2=0时,交流伺服电机的T=f(s)曲线如下 页图: T 正转 反转 2 s 0 s T 0 2 T 1 1 T 交流伺服电动机的 T=f(s)曲线V时,脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生 的转距T?、T? 的合成转矩 T 与单相异步机不同。合 成转矩的方向与旋转方向相反,所以电机在 U2=0V时, 能立即停止,体现了控制信号的作用(有控制电压时 转动,无控制电压时不转),以免失控。 (2)交流伺服电机 R2设计得较大,使Sm1,Tst大, 启动迅速,稳定运行范围大。 (3)控制电压 U2 大小变化时,转子转速相应变 化,转速与电压 U2 成正比。U2 的极性改变 时,转子的转向改变。 n T n T 交流伺服电动机的机械特性曲线=const ) 应用 交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W,电 源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛, 如用在自动控制、温度自动记录等系统中。 10.3.2 直流伺服电动机 结构:与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做 得细长一些。 工作原理:与直流电动机相同。 供电方式:他励。励磁绕组和电枢由两个独立电 源供电: If Ia 放 U2 U 1 大 U M 器 U1为励磁电压,U2为电枢电压。 直流伺服电机的机械特 性公式与他励直流电机 一样: n Ra U2 n? ? T 2 K E? K E K T ? 机械特性曲线 T 由机械特性可知: (1)U1(即磁通?)不变时,一定的负载下,U2?,n?。 (2)U2=0时,首饰碰焊机使用技巧电机立即停转。 反转:电枢电压的极性改变,电机反转。凯驰洗地机维修 应用: 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常 用在功率稍大的系统中,它的输出功率一般为1- 600W。它的用途很多,如随动系统中的位置控 制等。

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