帶減速器的電機裝置驅(qū)動設(shè)計,減速器,電機,機電,裝置,驅(qū)動,設(shè)計 電機的相關(guān)知識 電機是一種機電能量轉(zhuǎn)換的電磁裝置，可以將電能轉(zhuǎn)換為機械能，也可以將機械能轉(zhuǎn)換為電能，將電能轉(zhuǎn)換為機械能的稱為電動機；將機械能轉(zhuǎn)換為電能的稱為發(fā)電機。本篇重點分析電動機。電動機一般可分為直流電動機和交流電動機。直流電動機使用直流電源，將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能；交流電動機使用交流電源，將交流電能轉(zhuǎn)換為機械能。交流電動機又分為同步電動機和異步電動機。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度相同的交流電動機稱為同步電動機，否則，就稱為異步電動機。異步電動機根據(jù)其轉(zhuǎn)于結(jié)構(gòu)的不同再分為鼠籠式異步電動機和線繞式異步電動機。鼠籠式異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，運行安全可靠，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。 還有一類小功率電機，主要不是用于能量轉(zhuǎn)換輸出機械功率，而是用于信號的檢測、變換和傳遞，作執(zhí)行元件或信號元件，這類小功率電機統(tǒng)稱為控制電機，如交、直流測速發(fā)電機，自整角機和步進電動機等。 直流電機 直流電動機的主要優(yōu)點是起動性能和調(diào)速性能好，過載能力大，易于控制。因此，應(yīng)用丫對起動和調(diào)運性能要求較高的生產(chǎn)機械，例如電力機車、軋鋼機、大型機床、礦井卷揚機、船舶機械、造紙和紡織機械等都廣泛采用直流電動機作為原動機。 直流發(fā)電機主要用作直流電源，供給直流電動機、電解、電鍍等所需的直流電能。 直流電機的主要缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用有色金屬多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價格昂貴，有換向問題，因而限制了它的極限容量，運行可靠性差。隨著近年電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，在很多領(lǐng)域內(nèi)，直流電動機有逐步被交流調(diào)速電動機取代的趨勢，但直流電機仍將在許多場合繼續(xù)發(fā)揮作用。 圖1—l是一臺最簡單的直流電動機的模型，N和s是一對固定的磁極(一般是電磁鐵，也可以是永久磁鐵)。磁極之間有一個可以轉(zhuǎn)動的鐵質(zhì)圓柱體，稱為電樞鐵心。鐵心表面團定一個用絕緣導(dǎo)體構(gòu)成的電樞線圈abcd，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個弧形銅片上，弧形銅片稱為換向片、它們的組合體稱為換向器。在換向器上放置固定不動而與換向片滑動接觸印電刷A和B，線圈abcd通過換向器和電刷接通外電路。電樞鐵心、電樞線圈和換向器構(gòu)成的整體稱為電樞。 此模型作為直流電動機運行時，將直流電源加于電刷A和B，例如將電源正極加于電刷A，電源負極加于電刷B，則線圈abcd中流過電流，在導(dǎo)體ab中，電流由a流向b，在導(dǎo)體cd中，電流由c流向d。載流導(dǎo)體ab和cd均處于N、s極之間的磁場當(dāng)中，受到電磁力的作用，建磁力的方向用左手定則確定，可知這一對電磁力形成一個轉(zhuǎn)矩，稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向又逆時針方向，使整個電摳逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)180，導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，ab轉(zhuǎn)到N極下，如圖1—1(b)所示，由于電流仍從電刷4流入，使cd中的電流變?yōu)橛蒬流向c，而ab中的電流由b流向a，從電刷B流出，用左手定則判別可知，電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍是逆時針方向。 由此可見，加于直流電動機的直流電源．借助于換向器和電刷的作用，使直流電動機電極線圈中流過的電流，方向是交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電動機朝確定的方向旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機的基本工作原理。 實際的直流電動機，電樞圓周上均勻地嵌放許多線團，相應(yīng)地換向器由許多換向片組成使電摳線圈所產(chǎn)生總的電磁轉(zhuǎn)矩足夠大并且比較均勻，電動機的轉(zhuǎn)速也就比較均勻。 交流電機 交流電機是將交流電能與機械能進行轉(zhuǎn)換的電氣設(shè)備。按轉(zhuǎn)換的方向，可分為交流電動機和交流發(fā)電機兩種。其中電動機按工作原理又可分為異步電動機和同步電動機，本章只討論電動機，并著重研究異步電動機。 異步電動機因具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、運行可靠、維護方便等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。在原理方面它與變壓器有許多相似之處，變壓器的一些規(guī)律和分析方法，在研究異步電動機時也同樣適用。但變壓器是靜止的、而異步電動機的轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)運動的，這是異步電動機區(qū)別于變壓器的本質(zhì)所在。 異步電動機的工作原理 當(dāng)電動機定于繞組通以三相交流電時，便在定于空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。設(shè)某瞬間的定子電流及合成磁場如圖3—7所示。磁場以同步轉(zhuǎn)速山順時針方向旋轉(zhuǎn)，切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生成應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的方向用右手定則判定。應(yīng)該注意的是；磁場以順時針方向切割轉(zhuǎn)子繞組，相當(dāng)于磁場不動，轉(zhuǎn)子以逆時針方向切割磁場(一般使用右手定則時，是磁場不動，導(dǎo)體運動)。這樣得到轉(zhuǎn)子上半部分導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢的方向垂直于紙面向外，下半部分的導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢的方向垂直于紙面向內(nèi)。由于轉(zhuǎn)子電路是閉合回路，故在感應(yīng)電動勢的作用下將產(chǎn)生電流。如果賂去轉(zhuǎn)于的感抗，則轉(zhuǎn)于電流與感應(yīng)電動勢同相，圖中所標電動勢的方向也就是電流的方向。 我們知道，載流異體在磁場中要受到電磁力的作用，所以具有感應(yīng)電流的轉(zhuǎn)子繞組在磁場中也將受到電磁力的作用。電磁力地方向用左手定則判定，如圖3—7所示。于是，對于轉(zhuǎn)軸來說，特產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)磁場同方向的力矩，使轉(zhuǎn)子以”的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同方向旋轉(zhuǎn)起來。 電機的分類： 電機的應(yīng)用 電機的主要作用表現(xiàn)在三個方面 1．電能的生產(chǎn)、傳輸和分配 在發(fā)電廠中，發(fā)電機由汽輪機、燃氣輪機、柴油機或水輪機帶動，后者持燃料燃燒、原于核裂變的能量或水的位能轉(zhuǎn)化為機械動能傳給發(fā)電機，在發(fā)電機中轉(zhuǎn)換成電能，然后用變壓鉛升高電壓，通過輸電線把電能送別備用電地區(qū)，再經(jīng)變壓器降低電壓，供用戶使用。 2．驅(qū)動各種生產(chǎn)機械和裝備 在工農(nóng)業(yè)、交通運輸、國防等部門和生活設(shè)施中，極為廣泛地應(yīng)用各種電動機宋驅(qū)動生產(chǎn)機械、設(shè)備和器具。例如機床驅(qū)動、電力排演、農(nóng)副產(chǎn)品加工、礦石采掘和送料、電車和電力機車的牽引、抽水、鼓風(fēng)、起吊、軋鋼、造紙及家用電器的驅(qū)動等一般都采用電動機來拖動。 3．作為各種控制系統(tǒng)和自動化、智能化裝置的重要元件 隨著工農(nóng)業(yè)和國防設(shè)施自動化水平的日益提高，出現(xiàn)了多種多樣的控制電機f它們在控制系統(tǒng)、自動化和智能化裝置(例如屯子計算機和機器人)中分別作為執(zhí)行、檢測、放大和解算元件。這類電機一般功率較小，但品種繁多，用途各異，例如電梯的自動選層與顯示，閥門遙控，火炮和雷達的自動定位，人造衛(wèi)星發(fā)射和飛行的控制，機床加工的自動控制和顯示，以及計算機外圍僵備、各種自動記錄儀表、音像錄放設(shè)備、醫(yī)療器械和現(xiàn)代家用電器設(shè)備等的運行控制、檢測或者記錄顯示。 電機的選擇 1．正確的選擇方法 電動機作為一種設(shè)備一旦發(fā)生故障就會影響人們的正常生活和生產(chǎn)。對于名牌電動機，如果選用正確、安裝和接線良好，并且維修保養(yǎng)完善，那么它既能以所規(guī)定的特性正常運行。因此，首先必須以正確的選擇方法選定電動機。 選擇步驟： 為了防止電動機發(fā)生故障，在選定電動機時須了解負載種類和特性，同時還須了解負載的要求，然后選定能滿足這些要求的電動機。 對于負載機械須考慮如下事項： (1)從力學(xué)角度考慮負載的類型 (2)負載機械的轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩待性； (3)負載機械的工作類型(連續(xù)工作，短時工作，變負載工作，斷續(xù)工作等)； (4)起動頻率； (5)是否要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速(無級變速，有級變速，定速等)； (6)負載轉(zhuǎn)動慣量的大?。? (7)負載機械的轉(zhuǎn)速； (8)驅(qū)動負載機械所需的功電； (9)起動方式(分手動與自動，以及是否詭按)； (10)制動方式(是否快蘋制動)； （11是否要反轉(zhuǎn)； (12)使用場所的環(huán)境條件(溫度高低，濕度高低，有無爆炸性氣體，有無腐蝕化氣體、液體，有無滴水和粉塵，是否需要隔絕噪音，室內(nèi)還是室外等)； (13)電動機的連結(jié)方式(直接連接，齒輪連接，皮帶連接)； (14)安裝型式。 對于以上負載機械的要求事項定的技術(shù)要求如下： (1)電動機轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩特性； (2)電動機的起動轉(zhuǎn)矩及最大轉(zhuǎn)矩； (3)能否調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速； (4)工作定額(連續(xù)定額，短時定額，斷續(xù)定額等) (5)電動機的轉(zhuǎn)速； (6)電動機的類型； (7)電動機的額定輸出功率； (8)電源存量、頻率、電壓、相數(shù)； (9)絕緣等級； (10)外殼防護型式， (11)軸身尺寸； (12)臥式、立式或凸緣式； (13)附件(底座，皮帶輪等)； (14)使用的控制器。 以下給出的是選擇電動機的選擇程序，其中包括了電機的選擇和一些參數(shù)的選擇程序。 實驗中所采用的為變頻調(diào)速三相異步電動機，以下對變頻調(diào)速電機作了簡要介紹。 ? 變頻調(diào)速電機的種類和特點 目前應(yīng)用于電機傳動系統(tǒng)的電動機主要是異步電機、同步電機、永磁電機和直流電機，顯然，異步電機是產(chǎn)量和用量最大的電動機。變頻調(diào)速電機主要指的是異步電機。 異步電機是典型的常規(guī)交流電機。自從現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)明以來，異步電機驅(qū)動技術(shù)得到了廣泛的研究，取得了長足的進步。事實上，在逆變器供電方式下，異步電機的運行條件有了一個很大的變化。例如，通過降低電源頻率來得到一個足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，通過適當(dāng)調(diào)頻調(diào)壓，電機可以工作在最小滑差運行點上，電機運行點處于不斷變化之中，等等。由于這些特點，常規(guī)異步電機設(shè)計和分析方法已經(jīng)不能與之相適應(yīng)。 ??? 目前國內(nèi)外興起的“電力電子逆變器供電下的高效異步電動機”就是為充分利用逆變器的變頻變壓供電條件，挖掘電機本身潛力，提高電機性能，降低其制造和運行費用而設(shè)計開發(fā)的。它與傳統(tǒng)異步電機設(shè)計相比有很大的不同，主要表現(xiàn)在以下三個方面： ??? l）由于電源頻率不同，則電機機械特性可以隨之平移．這樣可直接利用其最大轉(zhuǎn)矩作為起動轉(zhuǎn)矩，不必利用集膚效應(yīng)來提高起動力矩，從而轉(zhuǎn)子可以優(yōu)化設(shè)計以提高電機穩(wěn)定運行性能． ??? 2）由于逆變器能夠平滑變頻變壓，從而可以將異步電機調(diào)節(jié)在最佳運行點上，即得到最小滑差、最大效率和高功率因數(shù)．這樣在保證出力不變情況下，減小電機尺寸，減輕其重量和降低成本。 ??? 3）由于逆變器供電下的異步電機大多不是長期工作在一定額定狀況下，而是處于不斷變化之中，因此其溫升極限得以提高，從而可以增加電流設(shè)計密度，進一步減小電機尺寸和重量． 正是由于上面所述的區(qū)別，使得新電機設(shè)計在出力不變條件下，其體積可以減少25－30％，或者說電機功率密度增加25－30％。 另外，自八十年代中以來，為適應(yīng)變頻調(diào)速系統(tǒng)的需要，新穎電機不斷涌現(xiàn)，其主要特點是：擺脫常規(guī)旋轉(zhuǎn)磁場的概念，而利用電機結(jié)構(gòu)與控制相結(jié)合產(chǎn)生磁場形變的機理來驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 變頻調(diào)速電機一般均選擇4級電機，基頻工作點設(shè)計在50Hz，頻率0-50Hz（轉(zhuǎn)速0-1480r/min）范圍內(nèi)電機作恒轉(zhuǎn)矩運行，頻率50-100Hz（轉(zhuǎn)速1480-2800r/min）范圍內(nèi)電機作恒功率運行，整個調(diào)速范圍為(0-2800r/min），基本滿足一般驅(qū)動設(shè)備的要求，其工作特性與直流調(diào)速電機相同，調(diào)速平滑穩(wěn)定。如果在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍內(nèi)要提高輸出轉(zhuǎn)矩，也可以選擇6級或8級電機，但電機的體積相對要大一點。 ??? 由于變頻調(diào)速電機的基頻設(shè)計點可以隨時進行調(diào)整，我們可以在計算機上精確的模擬電機在各基頻點上的工作特性，由此也就擴大了電機的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍，根據(jù)電機的實際使用工況，我們可以在同一個機座號內(nèi)把電機的功率做的更大，也可以在使用同一臺變頻器的基礎(chǔ)上將電機的輸出轉(zhuǎn)矩提的更高，以滿足在各種工況條件下將電機的設(shè)計制造在最佳狀態(tài)。變頻調(diào)速電機可以另外選配附加的轉(zhuǎn)速編碼器，可實現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)速、位置控制、快速動態(tài)特性響應(yīng)的優(yōu)點。也可配以電機專用的直流（或交流）制動器以實現(xiàn)電機快速、有效、安全、可靠的制動性能。由于變頻調(diào)速電機的基頻可調(diào)性設(shè)計，我們也可以制造出各種高速電機，在高速運行時保持恒轉(zhuǎn)矩的特性，在一定程度上替代了原來的中頻電機，而且價格低廉。變頻調(diào)速電機為三相交流同步或異步電動機，根據(jù)變頻器的輸出電源有三相380V或三相220V，所以電機電源也有三相380V或三相220V的不同區(qū)別，一般4KW以下的變頻器才有三相220V可，由于變頻電機是以電機的基頻點（或拐點）來劃分不同的恒功率調(diào)速區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)的，所以變頻器基頻點和變頻電機基頻點的設(shè)置都非常重要。 同步變頻與異步變頻調(diào)速電機的區(qū)別 ??? 異步變頻調(diào)速電機是由普通異步電機派生而來，由于要適應(yīng)變頻器輸出電源的特性，電機在轉(zhuǎn)子槽型，絕緣工藝，電磁設(shè)計校核等作了很大的改動，特別是電機的通風(fēng)散熱，它在一般情況下附加了一個獨立式強迫冷卻風(fēng)機，以適應(yīng)電機在低速運行時的高效散熱和降低電機在高速運行時的風(fēng)摩耗。變頻器的輸出一般顯示電源的輸出頻率，轉(zhuǎn)速輸出顯示為電機的極數(shù)和電源輸出頻率的計算值，與異步電機的實際轉(zhuǎn)速有很大區(qū)別，使用一般異步變頻電動機時，由于異步電機的轉(zhuǎn)差率是由電機的制造工藝決定，故其離散性很大，并且負載的變化直接影響電機的轉(zhuǎn)速，要精確控制電機的轉(zhuǎn)速只能采用光電編碼器進行閉環(huán)控制，當(dāng)單機控制時轉(zhuǎn)速的精度由編碼器的脈沖數(shù)決定，當(dāng)多機控制時，多臺電機的轉(zhuǎn)速就無法嚴格同步。這是異步電機先天所決定的。 實驗中所采用的電機型號為YP-50-0.55-4-B3，以下對YP型號作了簡要介紹： 一、概述： ???? YP系列變頻調(diào)速三相異步電動機是應(yīng)用(CAD)設(shè)計而成。本電機頻率在5-50Hz（或60Hz）范圍內(nèi)作恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速運行，大于50Hz（或60Hz）-100Hz范圍內(nèi)作恒功率調(diào)速運行，電機從低頻到高頻不僅運轉(zhuǎn)平穩(wěn)而且無轉(zhuǎn)矩脈動現(xiàn)象。并具有較低的運行噪聲和較高起動轉(zhuǎn)矩及較小的起動電源。能與國內(nèi)外各種變頻裝置相配套，從而構(gòu)成交流變頻無級調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)與其它調(diào)速方式相比，具有節(jié)能效果明顯、調(diào)速性能好，調(diào)速比寬、快速響應(yīng)性優(yōu)良等優(yōu)點，是目前交流調(diào)速方案中最先進的系統(tǒng)之一。 二、結(jié)構(gòu)特點： ??? ?YP系列電動機由變頻三想異步電動機附加冷卻風(fēng)機組合而成。電動機的功率等級，機座中心高的對應(yīng)關(guān)系和安裝尺寸均同Y系列同規(guī)格電機。 ???? 冷卻風(fēng)機是特殊三相異步電動機（380V、50Hz）和風(fēng)扇組成，具有冷卻效果高，噪聲低，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。 三、應(yīng)用范圍： ???? 上述電機可應(yīng)用機械、輕工、紡織、化工、冶金以及各種流水線等行業(yè)，凡要求調(diào)速及快速停車，準確定位的場所，均適合使用本系列電機。 四、型號說明 YP-50-0.55-4-B3 以上是我們對電機方面知識作的一些簡要的總結(jié)和概括，由于電機包含很大的知識領(lǐng)域，因此無法全面詳述，許多知識都是在完成報告的過程中逐步了解的，還有很多不足需要進一步學(xué)習(xí)。 異步電動機的工作特性是指電動機在額定電壓和額定頻率運行的情況下，電動機的 轉(zhuǎn)速、定子電流、功率因數(shù)、效率和輸出轉(zhuǎn)矩等參數(shù)與輸出功率之間的關(guān)系。異步電動機的工作特性曲線如圖所示。 工作特性可以通過做負載試驗或者通過 等值電路的計算得到。下面分別對各個特性 進行分析。 1．轉(zhuǎn)速速特性 電動機空載時，輸出功率，轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，即，這時的轉(zhuǎn)差率。隨著機械負載的增大，電動機的轉(zhuǎn)速略有下降。這時旋轉(zhuǎn)磁場以較大的轉(zhuǎn)速差切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢和電流增大，以便產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩與機械負載的阻力矩相平衡。因此，轉(zhuǎn)速特性是一條向下微傾的曲線。 異步電動機的轉(zhuǎn)速可用下式表示： 2．定于功率因數(shù)特性 空載時，定子電流基本上只有勵磁電流，它差不多是滯后定于電壓約的無功電流，所以空載功率因數(shù)很低，一般不超過0.2。當(dāng)負載增加時，定于電流中的有功電流增加，使功率因數(shù)提高，接近額定負載時，功牢因數(shù)最高。超過額定負載時，由于轉(zhuǎn)速降低較多，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子電流與電勢之間的相位角也增大，轉(zhuǎn)于的功率因數(shù)下降較多。轉(zhuǎn)子的無功電流分量增大，引起定子中的無功電流分量也增大，因而電動機的功率因數(shù)趨于下降。 3．轉(zhuǎn)矩特性 負載轉(zhuǎn)矩與輸出功率的關(guān)系是，如不變，則是過原點的一條直線。考慮到增大時，稍有降低，因此曲線將略向上彎。 當(dāng)慮電磁轉(zhuǎn)矩時，將上述負載轉(zhuǎn)矩加上一個固定的，所以曲線只是向上平移了一個 很小的數(shù)值。 5．效率特性 異步電動機的效率在接近額定負載時最高，曲線與直流電機基本相同。對中、小型異步電動機效率的最大值約在0.7—0.8之間，隨著電機容量的增大這個數(shù)值也將增大。