电机械转换元件.pptx
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1、第五章 电-机械转换元件5.1 动圈式力马达动圈式力马达5.2动铁式力马达动铁式力马达5.3直流比例电磁铁直流比例电磁铁5.4 控制用电动机简介控制用电动机简介概述n电-机械转换元件的作用:是将电气装置输入的电信号转换为机械量:F(T)、S。n在电液伺服系统中,作为电液控制元件的前置级,其稳态控制精度和动态响应性能以及抗干扰能力和工作的可靠性,直接关系到整个系统的控制精度和响应速度,也直接影响到系统工作的可靠性和寿命。n常用的有:动铁式力矩马达、动圈式力马达、比例电磁铁、步进电机、直流和交流伺服电机等。返回子目录返回子目录动圈式力马达动圈式力马达力力马马达达的的可可动动线线圈圈悬悬置置于于工工
2、作作气气隙隙中中,永永久久磁磁铁铁在在工工作作气气隙隙中中形形成成极极化化磁磁通通,当当控控制制电电流流加加到到线线圈圈上上时时,线线圈圈就就会会受受到到电电磁力的作用而运动。磁力的作用而运动。线线圈圈的的运运动动方方向向可可根根据据磁磁通通方方向向和和电电流流方方向向按按左左手手定定则则判判断断。线线圈圈上上的的电电磁磁力力克克服服弹弹簧簧力力和和负负载载力力,使使线线圈圈产产生生一一个个与与控控制电流成比例的位移。制电流成比例的位移。返回子目录返回子目录动圈式力马达1永久磁铁 2调整螺钉3平衡弹簧 4动圈 动圈式力马达动圈式力马达返回子目录返回子目录动圈式力马达1永久磁铁 2调整螺钉3平衡
3、弹簧 4动圈 放大器的单边增益输入放大器的信号电压反电动势线圈内阻放大器内阻线圈电感信号电流动圈式力马达动圈式力马达返回子目录返回子目录动圈式力马达1永久磁铁 2调整螺钉3平衡弹簧 4动圈 气隙磁通密度线圈平均直径线圈匝数线圈位移变化量根据载流导线在磁场中受力,且由于磁场的磁根据载流导线在磁场中受力,且由于磁场的磁力线与线圈电流垂直,得力马达的力方程:力线与线圈电流垂直,得力马达的力方程:力马达的电流力增益可以看出:可以看出:F与与i成线性关系。成线性关系。动圈式力马达动圈式力马达返回子目录返回子目录动圈式力马达1永久磁铁 2调整螺钉3平衡弹簧 4动圈 建立线圈运动部件的力平衡方程:建立线圈运
4、动部件的力平衡方程:线圈组件的质量在磁场中运动部件所受的阻尼力系数弹簧风度动圈式力马达动圈式力马达返回子目录返回子目录将前面公式分别进行拉氏变换:将前面公式分别进行拉氏变换:将前面公式合并整理:将前面公式合并整理:从电流输入到输出位移的传递函数为:从电流输入到输出位移的传递函数为:其中:线圈组件的固有频率:其中:线圈组件的固有频率:动铁式力矩马达动铁式力矩马达返回子目录返回子目录力矩马达的作用:将电信号转换为机械运动。电气-机械转换器是利用电磁原理工作的,它由永久磁铁或激磁线圈产生极化磁场,电气控制信号通过控制线圈产生控制磁场,两个磁场之间相互作用产生与控制信号成比例并能反应控制信号极性的力矩
5、,从而使其运动部分产生角位移的机械运动 动铁式力矩马达动铁式力矩马达返回子目录返回子目录永磁动铁力矩马达原理图1放大器 2上导磁体 3永久磁铁 4衔铁 5下导磁体 6弹簧管 7永久磁铁主要组成主要组成:永久磁铁、上导磁体、下导磁体、衔铁、控制线圈、弹簧管等组成。衔铁固定在弹簧管上端,由弹簧管支承在上、下导磁体的中间位置,可绕弹簧管的转动中心作微小的转动。衔铁两端与上、下导磁体(磁极)形成四个工作气隙、。两个控制线圈套在衔铁之上。上、下导磁体除作为磁极外,还为永久磁铁产生的极化磁通和控制线圈产生的控制磁通提供磁路。动铁式力矩马达动铁式力矩马达返回子目录返回子目录永磁动铁力矩马达原理图1放大器 2
6、上导磁体 3永久磁铁 4衔铁 5下导磁体 6弹簧管 7永久磁铁无信号电流时,衔铁在上、下导磁体的中间位置,由于力矩马达结构是对称的,永久磁铁在四个工作气隙中所产生的极化磁通是一样的,使衔铁两端所受的电磁吸力相同,力矩马达无力矩输出。当有信号电流通过线圈时,控制线圈产生控制磁通,其大小和方向取决于信号电流的大小和方向。动铁式力矩马达动铁式力矩马达返回子目录返回子目录永磁动铁力矩马达原理图1放大器 2上导磁体 3永久磁铁 4衔铁 5下导磁体 6弹簧管 7永久磁铁假设,在气隙、中控制磁通与极化磁通方向相同,而在气隙、中控制磁通与极化磁通方向相反。因此气隙、中的合成磁通大于气隙、中的合成磁通,于是在衔
7、铁上产生顺时针方向的电磁力矩,使衔铁绕弹簧管转动中心顺时针方向转动。当弹簧管变形产生的反力矩与电磁力矩相平衡时,衔铁停止转动。如果信号电流反向,则电磁力矩也反向,衔铁向反方向转动,电磁力矩的大小与信号电流的大小成比例,衔铁的转角也与信号电流成比例。动铁式力矩马达动铁式力矩马达返回子目录返回子目录永磁动铁力矩马达原理图1放大器 2上导磁体 3永久磁铁 4衔铁 5下导磁体 6弹簧管 7永久磁铁假定力矩马达的两个控制线圈由一个推挽放大器供电1,放大器中的常值电压在每个控制线圈中产生的常值电流大小相等方向相反,因此在衔铁上不产生电磁力矩。动铁式力矩马达动铁式力矩马达返回子目录返回子目录永磁动铁力矩马达
8、原理图1放大器 2上导磁体 3永久磁铁 4衔铁 5下导磁体 6弹簧管 7永久磁铁当放大器有输入电压时,将使一个控制线圈中的电流增加,另一个控制线圈中的电流减少,两个线圈中的电流分别为。i1每个线圈中的电流;i2每个线圈中的常值电流;每个线圈中的信号电流。两个线圈中的差动电流为:动铁式力矩马达动铁式力矩马达返回子目录返回子目录假定磁性材料和非工作气隙的磁阻可以忽略不计,只考虑四个假定磁性材料和非工作气隙的磁阻可以忽略不计,只考虑四个工作气隙的磁阻,则力矩马达的磁路可用等效磁路表示。工作气隙的磁阻,则力矩马达的磁路可用等效磁路表示。动铁式力矩马达动铁式力矩马达返回子目录返回子目录动铁式力矩马达动铁
9、式力矩马达返回子目录返回子目录动铁式力矩马达动铁式力矩马达返回子目录返回子目录动铁式力矩马达动铁式力矩马达返回子目录返回子目录动铁式力矩马达动铁式力矩马达返回子目录返回子目录由于在力矩马达设计中通常满足(由于在力矩马达设计中通常满足(x/g)2且且以改善其线性度、稳定性和防止衔铁被永久吸附,则以改善其线性度、稳定性和防止衔铁被永久吸附,则应用牛顿第二定律,得衔铁力矩平衡方程:应用牛顿第二定律,得衔铁力矩平衡方程:动铁式力矩马达动铁式力矩马达返回子目录返回子目录动铁式力矩马达动铁式力矩马达返回子目录返回子目录下面通过具体例子来说明自动控制和自动控制系统下面通过具体例子来说明自动控制和自动控制系统
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