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1、项目一、交流调速原理项目一、交流调速原理任务一、任务一、掌握电机控制的基本理论掌握电机控制的基本理论一、电磁感应定律与电磁力一、电磁感应定律与电磁力 知识回顾知识回顾想一想：想一想：什么叫电磁感应现象？什么叫电磁力？电磁力的方向什么叫电磁感应现象？什么叫电磁力？电磁力的方向怎样确定？怎样确定？学习提示学习提示 1 电磁感应：电磁感应：电流可产生磁场；磁场的变化能产生电流。电流可产生磁场；磁场的变化能产生电流。电磁力：电磁力：通电的导体放入磁场中将会产生力。通电的导体放入磁场中将会产生力。知识检查知识检查1.在电磁学上，以下两图表示什么？在电磁学上，以下两图表示什么？2.电流所产生的磁场怎样表示
2、？绘出上图的磁场。电流所产生的磁场怎样表示？绘出上图的磁场。3.下图中的两导体受到的电磁力方向怎样？下图中的两导体受到的电磁力方向怎样？NSNSFF 电磁力：电磁力：F=BIL；电磁转矩：电磁转矩：M=2FR；结论：结论：电机输出转矩与电机结构（绕组半径电机输出转矩与电机结构（绕组半径R和长和长度度L）、）、磁场强度磁场强度B、电流电流I有关；结构决定后，有关；结构决定后，M决决定于定于磁场强度磁场强度 B和绕组电流和绕组电流 I。FFBILRv 电磁力和电磁转矩电磁力和电磁转矩 电机运行原理电机运行原理二、电机运行的力学基础二、电机运行的力学基础 M：电机输出转矩（Nm）Mf：负载转矩（Nm
3、）J ：转动惯量（kgm2）：电机角速度（rad/s）P：功率（W）实际：实际：电机参数以功率、转速表示。换算：电机参数以功率、转速表示。换算：=2n/60 n：电机转速（r/min）M=9550P/n P：电机功率（kW）M=Mf+JddtP=M 某电机的铭牌如图所示某电机的铭牌如图所示，问：该电机的额定角速问：该电机的额定角速度和额定输出转矩为多大？度和额定输出转矩为多大？练一练：练一练：三相感应电动机型号Y100L14接法/Y功率2.2kW工作方式S1电压220/380V绝缘等级B电流8.6/5A温升70转速1430r/min重量34kg频率50Hz编号电机厂出厂日期解：解：额定角速度、
4、额定输出转矩是额定转速、额额定角速度、额定输出转矩是额定转速、额定功率所对应的角速度和输出转矩。定功率所对应的角速度和输出转矩。=2n/60=150（rad/s）M=9550P/n=14.7（Nm）要点：要点：所有产品铭牌上的数据，是指它在连续工作时的最大允许值，又称额定值。额定值可以达到，但不能超过。答：答：该电机的额定角速度为150 rad/s、额定输出转矩为14.7 Nm。v 机械特性机械特性 电机的最大允许输出（功率、转矩）与转速有关，额定值只能表示额定转速时的值。r 机械特性：机械特性：全范围反映电机输出转矩、功率和转速关系的曲线。MnneMePnnePenMneMe伺服电机伺服电机
5、主轴电机主轴电机感应电机感应电机 问题：问题：为什么不同电机的机械特性的表示方法不一样？原因：原因：电机的适用范围不同。不同电机用于不电机的适用范围不同。不同电机用于不同类型的负载驱动，其要求不同。同类型的负载驱动，其要求不同。例如：例如：数控机床的控制数控机床的控制 刀具的刀具的进给运动进给运动（前后、左右移动）：（前后、左右移动）：主要技术指标：主要技术指标：最大进给力。最大进给力。刀具的刀具的旋转运动旋转运动（切削工件）：（切削工件）：主要技术指标：主要技术指标：单位时间能够去除的材料体积。单位时间能够去除的材料体积。决定机床加工能力的参数，不能因为刀具移动决定机床加工能力的参数，不能因
6、为刀具移动速度、转速的变化而变化。速度、转速的变化而变化。M=F（h/2）h：滚珠丝杠螺距，结构定后，h不变。结论：结论：负载要求电机的输出转矩不变。刀具进给刀具进给 刀具切削刀具切削 结论：结论：负载要求电机的输出功率不变。Q=k Pk：与刀具、工与刀具、工件材料有关，件材料有关，工艺决定后固工艺决定后固定不变。定不变。r 恒功率负载：恒功率负载：功率不随转速改变的负载。例如，例如，数控机床的刀具旋转切削。数控机床的刀具旋转切削。主轴电机以输出功率作为主要参数。主轴电机以输出功率作为主要参数。r 恒转矩负载：恒转矩负载：转矩不随转速改变的负载。例如，例如，数控机床的刀具进给。数控机床的刀具进
7、给。伺服电机以输出转矩作为主要参数。伺服电机以输出转矩作为主要参数。v 负载类型负载类型任务二、任务二、了解伺服电机的运行原理了解伺服电机的运行原理一、伺服电机运行原理一、伺服电机运行原理v BLDCM运行运行 BLDCM=Brush Less DC Motor 中文名：无刷直流电机中文名：无刷直流电机电刷：电刷：改变电流方向的装置改变电流方向的装置问题：问题：绕组通断将产生电弧绕组通断将产生电弧（火花），电机转速（火花），电机转速不能太高、要更换。不能太高、要更换。FFBILR电刷v BLDCM运行原理运行原理A+B+C+A-B-C-直流直流FFn依次切换：依次切换：T1/T6 T6/T2
8、T2/T4 T4/T3 T3/T5 T5/T1 T1/T6，电机逆时针，电机逆时针旋转旋转依次切换：依次切换：T1/T6 T1/T5 T5/T3 T3/T4 T4/T2 T2/T6 T6/T1，电机顺时针，电机顺时针旋转旋转ABCT1T1T4T2T5T6T3 特点：不需要换向器、控制简单、转矩波动较大v PMSM运行原理运行原理ABCT1T1T4T2T5T6T3 PMSM=Permanent Magnet Synchronous Motor中文名：永磁同步电机中文名：永磁同步电机 同步电机：供电的电源为三相、正弦波交流电。任务三、了解感应电机运行原理任务三、了解感应电机运行原理 想一想：想一想
9、：假如电机的转子没有安装永久磁铁，电机假如电机的转子没有安装永久磁铁，电机能否旋转？能否旋转？答案：答案：能够。就是感应电机。因为定子通能够。就是感应电机。因为定子通入三相正弦波交流后，能够产生旋转磁场。入三相正弦波交流后，能够产生旋转磁场。通俗理解：通俗理解：利用利用旋转的磁场也旋转的磁场也可以吸引导磁材料可以吸引导磁材料转子旋转。转子旋转。v 感应电机结构感应电机结构轴承接线盒 定子绕组 风叶铭牌机座外壳电机轴ABCABCCBA 旋转磁场的产生旋转磁场的产生v 感应电机原理感应电机原理v 转速转速和和频率频率 电流变化电流变化360，磁场转过，磁场转过360（1转）。转）。电流变化速度：交
10、流电的频率电流变化速度：交流电的频率 f，Hz=1/s。磁场转速磁场转速 n=f(r/s)=60f(r/min)旋转磁场转速称为旋转磁场转速称为同步转速同步转速 圆周上只布置圆周上只布置1组组A/B/C绕组，称为绕组，称为1对极对极 推论：推论：180上布置上布置 1组组A/B/C绕组，绕组，电流变化一周电流变化一周期，磁场转过期，磁场转过180。磁场转速磁场转速 n=60f/2(r/min)即：即：360上布置上布置 2组组 A/B/C绕组，绕组，称为称为2对极对极。通式：通式：定子圆周上布置定子圆周上布置 P组组 绕组，绕组，称为称为P对极对极。磁场转速磁场转速 n=60f/p(r/min
11、)要点要点 改变电流频率，就能够改变电机（转子）转速。改变电流频率，就能够改变电机（转子）转速。伺服电机：伺服电机：电机电机转速与旋转磁场完全一致，转速与旋转磁场完全一致，同步同步电机。电机。感应电机：感应电机：转子转速必须略低于旋转磁场转速，转子转速必须略低于旋转磁场转速，异步电机。异步电机。感应电机转速感应电机转速 n=（1-S）60f/p(r/min)1.某电机的铭牌如图所示某电机的铭牌如图所示，问：该电机的磁极对数问：该电机的磁极对数和同步转速各为多少？和同步转速各为多少？练一练：练一练：三相感应电动机型号Y100L14接法/Y功率2.2kW工作方式S1电压220/380V绝缘等级B电
12、流8.6/5A温升70转速1430r/min重量34kg频率50Hz编号电机厂出厂日期解：解：感应电机的同步转速与额定转速基本相同感应电机的同步转速与额定转速基本相同 p 60 f/ne=60 50/1430 2 n0 ne 60 f/p=1500（r/min）答：答：该感应电机的磁极对数为该感应电机的磁极对数为2，同步转速为，同步转速为1500r/min。2.FANUC-i22s 交流伺服电机的铭牌数据为：交流伺服电机的铭牌数据为：额定转速额定转速 ne=2000r/min，额定频率额定频率 fe=133Hz，问：该伺服电机的极对数为多少？问：该伺服电机的极对数为多少？解：解：伺服电机为同步
13、电机伺服电机为同步电机 n0=ne=60 f/p 代入后得：代入后得：p=60 f/ne=60 133/2000=4答：答：该伺服电机的极对数为该伺服电机的极对数为4。练一练练一练（不定项选择）：（不定项选择）：1.采用国际单位制时电机的机电能量转换式为采用国际单位制时电机的机电能量转换式为（）A.P=Mn/9550 B.P=MC.M=Mf+J(d/dt)D.f=Blv2.电机功率电机功率/转矩换算式转矩换算式P=Mn/9550中中P、M、n的单位的单位分别为分别为 （）A.kW、Nm、rad/s B.kW、Nm、r/minC.W、Nm、r/min D.kW、kgm、r/min 3.以下属于恒
14、转矩负载的是以下属于恒转矩负载的是 （）A.电梯电梯 B.机床进给机床进给 C.机床主轴机床主轴 D.风机风机4.以下属于恒功率负载的是以下属于恒功率负载的是 （）A.电梯电梯 B.机床进给机床进给 C.机床主轴机床主轴 D.风机风机5.数控机床进给采用伺服电机驱动的原因是数控机床进给采用伺服电机驱动的原因是 （）A.保证最大进给力不变保证最大进给力不变 B.属于恒转矩负载属于恒转矩负载 C.保证切削能力不变保证切削能力不变 D.属于恒功率负载属于恒功率负载 6.以下对数控机床主轴调速描述正确的是以下对数控机床主轴调速描述正确的是 （）A.主轴属于恒功率负载主轴属于恒功率负载 B.恒功率范围越
15、大越好恒功率范围越大越好C.主轴属于恒转矩负载主轴属于恒转矩负载 D.恒转矩范围越大越好恒转矩范围越大越好 7.以下对无刷直流电机描述正确的是以下对无刷直流电机描述正确的是（）A.简称简称BLDCM B.属于交流伺服电机范畴属于交流伺服电机范畴 C.简称简称PMSM D.属于直流伺服电机范畴属于直流伺服电机范畴 8.以下对以下对PMSM电机描述正确的是电机描述正确的是 （）A.交流伺服电机交流伺服电机 B.交流永磁同步电机交流永磁同步电机C.直流伺服电机直流伺服电机 D.无刷直流电机无刷直流电机9.输入频率不变时转速不随负载变化的是输入频率不变时转速不随负载变化的是 （）A.同步电机同步电机 B.交流主轴电机交流主轴电机 C.感应电机感应电机 D.交流伺服电机交流伺服电机 10.额定转速为额定转速为1500r/min的电机，如果磁极对数增加的电机，如果磁极对数增加1倍，其额定转速将变为倍，其额定转速将变为（）A.3000r/min B.6000r/min C.750r/min D.375r/min11.额定转速为额定转速为3000r/min、磁极对数为、磁极对数为4的伺服电机，的伺服电机，其额定频率为其额定频率为（）A.50Hz B.100Hz C.133Hz D.200Hz