第三章_印刷设备中常用电机与控制

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1.直流电动机的结构与工作原理2.直流电动机的分类及其特性3.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F＝BLI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(compoundmotor)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Φ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=KT·Φ·Ia式中:KT－与电机结构有关的常数；Φ－磁极磁通量，单位是韦伯（Wb）；Ia－电枢电流，单位是安（A）；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EE=KE·Φ·nΦ－磁极磁通量，单位韦伯（Wb）n－电枢转速，单位是r/minKE－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1.T=KT·Φ·Ia2.E=KE·Φ·n3.U=E+IaRa4.T负载=Tn=E/(KEΦ)=(U-IaRa)/(KEΦ)=U/(KEΦ)-Ra/(KTKEΦ2)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/(KEΦ)=(U-IaRa)/(KEΦ)=U/(KEΦ)-Ra/(KTKEΦ2)T=n0-△nn0称为理想空载转速△n＝Ra/(KTKEΦ·T)是转速降T与n关系？并励电动机的机械特性曲线Δn大小与哪些因素有关？特性曲线斜率？思考：P533.2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/(KEΦ)=(U-IaRa)/(KEΦ)=U/(KEΦ)-Ra/(KTKEΦ2)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URaΦT调速?（1）调磁法，即改变磁通量Φ。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/(KEΦ)-Ra/(KTKEΦ2)·T例有一并励电动机，已知U=110V，E=90V，Ra=20Ω，Ia=1A，n=300r/min，为了提高转速，调节励磁电阻Rf增加，使磁通Φ减小10％，如负载转矩不变，问转速如何变化？解：令Φ减小10％，即Φ′=0.9Φ，所以电流必须增大到Ia′，以维持转矩不变，即KT·Φ′·Ia′=KT·Φ·IaIa′=ΦIa/Φ′=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′/KEΦ′)/(E/KEΦ)=E′Φ/EΦ′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·Φ)-Ra/（KE·KT·Φ2）·T图形？例有一他励电动机，已知：U=220V,I=53.8A，n=1500r/min，Ra=0.7Ω，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=KT·Φ·Ia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·Φ)/(E/KE·Φ)=110-53.8×0.7/220-53.8×0.7=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=10kWU=220VIn=53.8AnN=1500r/minRa=0.3ΩPfm=260W试求：（1）直接起动时起动电流为额定电枢电流的几倍；（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1.T=KT·Φ·Ia2.E=KE·Φ·n3.U=E+IaRa4.T负载=T直流电动机转速公式n=U/(KEΦ)-Ra/(KTKEΦ2)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-phaseasynchronouscommutatormotor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。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M－5CP全张双面胶印机德国海德堡Speedmaster102V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(slidingclutch)电气控制装置电磁滑差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。4f20IKTnn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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负反馈给定电压放大器触发电路可控硅整流滑差离合器负载转速负反馈Ug∆UUfUcαIfn调速原理？稳速原理？ZLK－10型调速系统电路1.电源2.给定环节3.放大环节4.触发环节5.整流环节6.负反馈环节1.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2.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VD8－VD13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放大器是以晶体管V2为核心组成。二极管VD4、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4.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5.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ZLK－10自动调速系统处于“运转”状态，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Uf↑→△U↑→Uc充电加快→Ug触发提前→If↑→n↑当ZLK－10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