第三章印刷设备中常用电机与控制ppt课件.ppt

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1、第三章 印刷设备中常用电机与控制,第一节 直流电动机第二节 整流子式电动机第三节 电磁调速异步电动机第四节 常用的特种电动机,电机主要分类,印刷设备中常用的电机主要分两类：一类是驱动电机印刷设备的主要动力源，包括各种类型的交、直流电动机 一类是控制电机 常见的有步进电动机、伺服电动机、测速发电机等，这些电机不是作为动力来使用的，它的主要任务是转换和传递控制信号，能量的传递是次要的,第一节 直流电动机,直流电动机的结构与工作原理直流电动机的分类及其特性直流电动机的起动与调速,直流电动机的结构与工作原理,直流电动机的结构 磁极、电枢(armature)、换向器三部分（转子、定子、整流子）,直流电动

2、机的磁极及磁路,直流电动机的电枢换向器是直流电动机的结构特征,直流电动机的工作原理,边所受的电磁力为 FBLI,直流电动机的分类及其特性,按励磁方式的不同，直流电动机分为:他励、并励、串励和复励(compound motor)等并励直流电动机和他励直流电动机在印刷设备中应用最为广泛,他励电动机,并励电动机,串励电动机,复励电动机,直流电动机的起动与调速,1直流电动机的电磁特性(1)直流电动机的电枢绕组电流Ia与磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩(TORQUE )。 电磁转矩T的大小为： T=KTIa式中: KT与电机结构有关的常数； 磁极磁通量，单位是韦伯（Wb）； Ia电枢电流，单位是安（A

3、）； T电磁转矩。,(2)在这个电磁转矩T作用下电枢转动，这时电枢因切割磁力线而产生电动势E E=KEn磁极磁通量，单位韦伯（Wb）n电枢转速，单位是r/minKE与电机结构有关的常数E感生电动势，单位是伏特（V）,(3)加在电枢绕组的端电压分为两部分：其一是用来平衡反电动势；其二为电枢绕组的电压降。因此直流电动机电枢的电压平衡方程式为： U=E+IaRa式中，U电枢外加电源电压； Ra，Ia电枢绕组的电阻和电流。,直流电动机的电枢,U=E+IaRa,(4)电动机的电磁转矩T必须与机械负载矩及空载损耗转矩相平衡 T负载=T当轴上的机械负载转矩发生变化时，则电动机的转速、反电动势、电流及电磁转矩

4、将自动进行调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。,直流电动机的电磁特性,T=KTIaE=KEnU=E+IaRaT负载=T,n=E/(KE)=(U-IaRa)/(KE)=U/(KE)-Ra/(KTKE2)T=n0-n,电动机的机械特性,电源电压U和励磁电路的电阻Rf不变的情况下，电动机的转速n与转矩T的关系n=f(T)称为电动机的机械特性。 n=E/(KE)=(U-IaRa)/(KE)=U/(KE)-Ra/(KTKE2) T=n0-nn0称为理想空载转速 nRa/(KTKET)是转速降,T 与 n 关系？,并励电动机的机械特性曲线,n 大小与哪些因素有关？,特性曲线斜率？,思考：,P53 3.2

5、为什么直流电动机起动时电流很大，而在额定转速时电枢电流会减小？ 电枢电流Ia=起动时n= E=额定转速时n=nN Ia,直流电动机的调速,对调速要求高的印刷设备，均采用直流电动机。这是因为直流电动机能无级调速，机械传动机构比较简单。 直流电动机的转速公式 n=E/(KE)=(U-IaRa)/(KE)=U/(KE)-Ra/(KTKE2)T=n0-n改变电枢电路中外电阻的方法也可进行调速。但其缺点是耗电多，电机机械特性软，调速范围小，且只能进行有级调速,URaT,调速?,（1）调磁法，即改变磁通量。当保持电源电压U为额定值时，调节Rf，改变励磁电流If以改变磁通量n=U/(KE)-Ra/(KTKE

6、2)T,例,有一并励电动机，已知U=110V，E=90V，Ra=20，Ia=1A，n=300r/min，为了提高转速，调节励磁电阻Rf增加，使磁通减小10，如负载转矩不变，问转速如何变化？解：令减小10，即=0.9，所以电流必须增大到Ia，以维持转矩不变，即KTIa=KTIa Ia=Ia/=1/0.9=1.11(A)磁通减小后的转速n对原来的转速n之比为： n/n=(E/KE)/(E/KE)=E/E即转速增加了8。,（2）调压法，即改变电压U。当保持他励电动机的励磁电流If为额定值时，降低电枢电压Un=U/(KT)-Ra/（KEKT2）T 图形？,例,有一他励电动机，已知：U=220V,I=5

7、3.8A，n=1500r/min，Ra=0.7，今将电枢电压降低一半，而负载转矩不变，问转速降低多少？设励磁电流保持不变。 解：由T=KTIa可知，在保持负载转矩和励磁电流不变的条件下，电流也保持不变。电压降低后的转速n对原来的转速n之比 n/n=(E/KE)/(E/KE)=110-53.80.7/220-53.80.7=0.4即在保持负载转矩不变的条件下，转速降低到原来的40。,两种方法比较,Tc不变，调速均匀？,例：电动机起动,并励电动机: Pn=10kW U=220V In=53.8A nN=1500r/min Ra=0.3 Pfm=260W试求：（1）直接起动时起动电流为额定电枢电流的

8、几倍；（2）起动电流限制在额定电枢电流2倍时的起动电阻值。,最大励磁功率,小结,直流电动机结构、工作原理、分类直流电动机的电磁特性T=KTIaE=KEnU=E+IaRaT负载=T直流电动机转速公式n=U/(KE)-Ra/(KTKE2)T直流电动机调速方法,第二节 三相交流整流子式电动机,优点：无级调速具有调速范围广起动性能良,缺点：结构复杂运行中维护与保养工作量较大故障率较高,直流电动机？,三相异步整流子式电动机,three-phase asynchronous commutator motor早期由上海人民机器厂和北京人民机器厂制造的胶印机、铅印机、轮转机、凹印机和凸印机等用的主拖动电机，均

9、。如LP1101型、LP1103型全张单面凸版轮转印刷机、J2102型对开单色胶印机等。日本三菱M5CP全张双面胶印机德国海德堡Speed master 102V型四色胶印机,三相异步电动机为什么会旋转,三相绕组旋转磁通势,三相异步电动机的旋转磁场（逆时针）,整流子电动机结构,主绕组、集电环,整流子电动机工作原理,移动电刷位置调节转速 只要适当调节电刷在换向器上的位置，便可实现从低于同步转速到高于同步转速范围内平滑而经济地调速,第三节 电磁调速异步电动机,（滑差电机）优点主要缺点,一、结构与工作原理,三部分普通鼠笼式异步电动机电磁滑差离合器(sliding clutch)电气控制装置,电磁滑差

10、离合器基本结构示意图 1-原动机 2-工作气隙 3-主轴 4-输出轴 5-磁极 6-电枢,电磁调速异步电动机,机械特性曲线,可近似地用下列经验公式表示：n0离合器主动部分转速；n离合器从动部分的转速；If励磁电流； K离合器结构有关的系数；T离合器的电磁转矩。,机械特性曲线,带有速度负反馈的电磁调速异步电动机框图,电磁调速异步电动机,二、起动与调速,1电磁调速异步电动机的起动 往往不能带负载直接起动可在起动前先断开离合器的励磁电源，使鼠笼电动机先空载起动，然后再接上励磁电源就可起动了。,2电磁调速异步电动机的调速用调压器调速速度负反馈电磁调速异步电动机控制电路,用调压变压器控制的调速电路,小结

11、,直流电动机三相交流整流子式电动机三相交流异步电动机整流子式结构和工作原理电磁调速异步电动机结构和工作原理特性调速（1）调压器调速（2）速度负反馈控制电路调速,思考,直流电动机转速公式三相交流异步电动机工作原理三相交流整流子式电动机结构和工作原理电磁调速异步电动机结构工作原理,速度负反馈电磁调速异步电动机控制电路,自动调速系统的基本组成负反馈,调速原理？稳速原理？,ZLK10型调速系统电路,电源给定环节放大环节,触发环节整流环节负反馈环节,给定电压环节,给定电压环节起始于变压器TC副边5端、6端间的绕组。24V的交流电压经VD2、整流并经C2、R2、C3滤波和VZ稳压，得到16V的直流电压。由

12、R5和RP4给定“定速”档的转速。“运转”、“定速”由中间继电器KA3控制。,电源,二极管半波整流,.swf二极管半波整流.swf,电容滤波,.swf电容滤波.swf,运转、定速,转速反馈环节,采用三相交流测速发电机BR对转速进行采样。所得交流经VD8VD13整流和C8、R13、RP2、RP3滤液后，得到反馈电压，经过R8传至放大器的输入端。由于不同测速发电机灵敏度之间存在差异，所以采用RP2对反馈电压进行调节。转速表PV的刻度值依靠RP3调节。电容器C7用于减轻反馈电压的脉动，有利于调速系统动态稳定性的提高。,转速反馈环节,http:/,放大器,放大器是以晶体管V2为核心组成。二极管VD4、

13、VD5、VD6用作双向限幅保护，以避免V2的发射结承受过高的电压。给定电压与转速反馈电压通过电阻R6、R7和R8进行组合，形成输入信号，其值正比于上述两个电压之差。这个差值经V2放大后可影响V2的集电极电位，对单结晶体管触发脉冲形成电路进行控制。,放大器,三极管电路放大作用,.swf三极管电路放大作用.swf,同步电源,触发电路,单结晶体管触发电路的电源是由V1、VD3、R4与变压器TC的6、7绕组组成。输入电压的大小可以控制可控硅的触发时刻。,触发电路,单结晶体管,可控硅整流电路,该系统采用可控硅单相半波整流电路。整流电路的输出控制转差离合器的励磁线圈来产生励磁电流并最终影响电机的转速。图中

14、R1、C1和热敏电阻RV均对可控硅有过压保护作用。VD1为续流二极管，其作用是，正半周时由于可控硅导通而使离合器工作；负半周时可控硅不导通，励磁线圈产生的反向电动势可经过VD1形成放电回路，使线圈中的电流连续，从而使离合器工作稳定。,可控硅整流,可控硅,从关断到导通1、阳极电位高于是阴极电位2、控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通1、阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流两者缺一不可从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位2、阳极电流小于维持电流任一条件即可,可控硅整流,单相半波可控整流电路及波形,直流输出电压平均值为:,全波可控整流,画出电路；画出系统方框图；指出对应的结构；说

15、明各部分功能。画出电压波形：U12；U76； UV3-eb； U16-6；Uc6；UTV； U13； U17-19.,课堂测验,课堂测验,解释：负反馈、变压、整流、滤波、放大、触发。画出下列电器元件图形符号及字母代号：电阻、电容、变压器、熔断器、滑动变阻器二极管、三极管、可控硅、单结晶体管画出下列电路：采用二极管的单相半波整流电路；采用二极管的单相全波波整流电路；采用二极管的三相全波整流电路；采用可控硅的单相半波整流电路；采用可控硅的单相全波整流电路；采用三极管的放大电路；采用单结晶体管的触发电路；交流220V转换为直流16V的电源电路。,小结,调速,当ZLK10自动调速系统处于“运转”状态，

16、也就是调速状态时，通过调节电位器RP4改变电压给定环节的电压，来改变电动机的转速。例如调节RP4使给定电压Uf增大，这时转速负反馈系统给出的电压U保持不变，输入到V2的电压U增加，由V3和11出增大，滑差离合器的励磁电流增大，最终电动机转速变快。,调速过程,UfUUc充电加快Ug触发提前Ifn当ZLK10调速系统置于“定速”状态，也就是稳速状态时，通过调速系统可以稳定由于负载RL变化而引的转速变化。例如当负载变小时，电机转速将变快，转速负反馈电路给出的电压U将增大，经过R6、R7、R8给出的比较电压U将减小，这样C6充电速度变慢，单机转速变慢。经过这样的所馈过程将使电机的转速基本不变。,稳速过

17、程,RLnUUUc充电变慢Ug触发滞后Ifn,第四节 常用的特种电动机,多用于自动控制过程中功率不大，小的只有几分之一瓦，大的也不过几十瓦或几百瓦，属于微型电动机步进电动机、伺服电动机和测速发电机,一、步进电动机,一步一步转动每输入一个脉冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。,反应式步进电动机,反应式步进电动机的结构示意图 例如德国海德堡胶印机上的CPC控制装置中，就用了四组各36只步进电动机来代替原有的墨斗螺丝。,单三拍通电方式时转子的位置,二、伺服电动机,又叫执行电动机，或叫控制电动机

18、 作用是把信号（控制电压或相位）变换成机械位移，也就是把接收到的电信号变为电机的一定转速或角位移 其容量一般在0.1-100W,常用的是30W以下。伺服电动机有直流和交流之分,交流伺服电动机原理图,与普通电动机相比，具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点,空心杯形转子伺服电动机结构,交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。,直流伺服电动机 和一般直流电动机一样，只是为了减小转动惯量而做得细长一些,三

19、、测速发电机,一般用来测量和调节转速，或将它的输出电压反馈到电子放大器的输入端以稳定转速 在JJ201和J2203、J2206等印刷机中均使用了测速发电机,1交流测速发电机,同步式和异步式两种异步式：定子上装有两个绕组，一个作励磁用，称为励磁绕组1，另一个输出电压，称为输出绕组2；两个绕组的轴线互相垂直,交流测速发电机原理图,U21nU1n,2直流测速发电机,其结构和直流伺服电动机一样,主要特性也是输出电压正比转速,直流测速发电机的输出特性,直流发电机工作原理,.swf直流发电机工作原理.swf,ETEn直流测速发电机的电动势E是正比于磁通与转速n的乘积的。在他励测速发电机中，如果保持励磁电压U1为定值，而磁通也是常数；因此，E正比于n。 直流测速发电机的输出电压（即电枢电压）为 U2EI2Ra=KEn-I2Ra 而I2=U2/RL，于是 U2（KE（1RaRL）n,练习,P533.23.8 电磁调速电动机起动和调速的特点ZLK10型滑差离合器控制系统由哪些部分组成？各部分有何作用？通过ZLK10型调速控制系统框图，说明电磁调速异步电动机是怎样实现变速和稳速的？,小结,