机电系统设计03.ppt

第三章 执行元件的分类及控制用电机的驱动 §3-1执行元件的种类、特点及基本要求 一、执行元件的种类及其特点;执行元件的种类及其特点 1．电气执行元件 电机、电磁铁 常用 2．液压式执行元件 液缸，液马达 执行元件功率密度大（但系统复杂） 3．气压式执行元件 气缸，气马达 环保，非线性，一般作定位控制 4．其他 如:双金属片，形状记忆合金， 电热、压电元件(用于微量进给) 5．内燃机类：柴油机、汽油机、燃气轮机 有自持能力，石油钻机主要动力; 二、机电一体化系统（或产品）对执行元件的基本要求 1．惯量小、动力大 指标：F（T）、P、比功率 （比功率=dP/dt=d(Tω)/dt=Tε=T2/J） 2．体积小、重量轻 指标：功率密度P/G， 比功率密度Tε/G （单位体积） 3．便于维修、安装 4．宜于微机控制;§3-2机电一体化系统常用的控制用电机 一、对控制用电机的基本要求 （1）性能密度大、即功率密度和比功率大 （2）快速性好，即加速转矩大，频响特性好； （3）位置控制精度高、调速范围宽、低速无爬行、分辨率高、振动噪声小； （4）适应启、停频繁的工作要求； （5）可靠性高、寿命长。; 控制方式的基本形式 开环方式、半闭环方式和全闭环方式 闭环方式可得到比开环方式更精密的伺服控制。; 二、控制用电机的种类、特点及选用 步进电机 变磁阻型（VR） 永磁型（PM） 混合型（HB） DC伺服电机 有刷 无刷 AC伺服电机 同步型（SM） 感应型（IM） AC交流电机（变频）; ; ; ; ;§3-3 直流和交流伺服电动机及其驱动 一、直流伺服电动机及其驱动 1．直流伺服电机的特性及选用 （1）直流电机的原理与结构 定子——磁极 转子——载流导体 左手定则 换向器—— 改变电流方向; （2）直流电机的固有特性 他励（并励）等效电路 角标：a——转子电路 f——励磁电路 磁场强度 电磁力矩 电路电压 反电势 固有特性 ;励磁方式： ①并励或他励 硬特性 ②串励 软特性 ③复励 （两个线圈， 一并一串） ④差复励 （串联线圈反接）;（3）直流电机的人为特性（调速特性） ①串转子电阻 Ra+R→Ra↑ Δn ↑ 改变斜率 浪费功率 ②弱磁调速 Φ↓ n0↑ Δn ↑ 改变空载转速与斜率 调节方便，比例差，动力常用 ③降压调速 v ↓ n0↓ 改变空载转速 成比例，大功率控制设备，控制常用; 2．直流伺服电动机与驱动 可控硅整流（SCR）方法 silicon controlled rectifier 50Hz; 脉宽调制（ PWM）方法 Pulse Width Modulation 驱动电压 导通率 μ=τ/T 1-10 kHz; PWM电路 基本电路：锯齿波形成——电压比较——方波输出——功率放大 实用电路：三角波形成——电压比较——方波输出——功率放大; 桥式功率电路 （可实现正反转）： 正转 T1、T3“导通” T2、T4截止 反转 T2、T4“导通” T1、T3截止 导通方式： 同步方式 两个同时关断 主控方式 一个全导通 另一个改变脉宽;大功率电路，三相全波整流 ;;; 直流电机的限制：（换向器） （1）结构复杂、制造成本高，体积大 （2）表面线速度（转速）、电压、电流不能太高 （3）惯性力大 （4）需要定期维护（换碳刷） （5）对环境要求高，无易燃气体、灰尘、潮湿等 （6）大功率直流电控制困难（需整流设备） 无刷电机 （永磁电机）;3 ．无刷电机（去掉换向机构，碳刷） ① 电子换向器 传感器——检测转子的位置 电子开关——换向电路 ② 定子→稀土永磁→转子 转子→电子换向→定子 （通换向的直流电） （方波→正弦波，交流伺服） ;;无 刷 电 机;;二、交流