第三章工業機器人電力系統工業機器人技術應用系列職業教育“十三五”規劃教材工業機器人工業裝調與電氣控制03電力的輸配——變壓器PARTTHREE我國大部分工業現場供電為380v交流電，而我們使用的3kg機器人的主供電要求為220v交流電。為適應真正工業現場的供電系統和環境，就需要將電壓控制到我們需要的參數。變壓器是電力系統中的重要電氣設備，它是電力輸配系統的核心裝置，同時也是電氣控制系統中不可缺少的元器件。下面，我們結合3kg可拆裝機器人電力系統介紹單相變壓器的工作原理和功能。3.1電力的輸配——變壓器變壓器是一種靜止的裝置，它是依靠磁耦合的作用，將一種等級的電壓與電流轉換成另一種等級的電壓與電流，起著傳遞電能的作用。下面以單項雙繞組變壓器為例分析其工作原理。在一個閉合的鐵芯上纏繞兩個繞組，其匝數既可以相同，也可以不同，但一般是不同的。兩個繞組之間有磁的耦合，而沒有電的關系。壓器的工作原理

（二）變壓器的應用與分類作為電能傳輸或信號傳輸的裝置，變壓器在電力系統和自動化控制系統中得到了廣泛的應用。在國民經濟的其他部門，作為特種電源或為滿足特殊的需求，變壓器也發揮著重要的作用。它的種類很多，容量小的只有幾伏安，大的可達到數十萬伏安；電壓低的只有幾伏，高的可達幾十萬伏。如果按變壓器的用途來分類，其中應用最廣泛的變壓器為電力變壓器、儀用互感變壓器和其他特殊用途的變壓器；如果按相數可以分為電箱和三相變壓器。不管如何分類，其工作原理及性能都是一樣的。（三）變壓器的額定值（銘牌數據）按照國家標準規定，標志在銘牌上的、代表變壓器在規定使用環境和運行條件下的主要技術參數，稱為變壓器的額定值（或稱為銘牌數據），主要有：（1)額定容量變壓器在正常運行時的視在功率，通常以SN來表示，單位為伏安（v?A)或千伏安(KV·A)O對于一般的變壓器，原、副邊的額定容量都設計成相等。

（一）什么是電力電子技術電力電子技術是一門新興的應用于電力領域的電子技術，就是使用電力電子器件（如晶閘管、GTO、IGBT等）對電能進行變換和控制的技術。電力電子技術所變換的“電力"功率可大到數百MW，甚至GW,也可以小到數w，甚至1W以下。和以信息處理為主的信息電子技術不同，電力電子技術主要用于電力變換。（二）電力電子技術的應用通常所用的電力有交流和直流兩種。從公用電網直接得到的電力是交流的。從蓄電池和干電池得到的電力是直流的。從這些電源得到的電力往往不能直接滿足要求，需要進行電力變換。3.2力的變換——電力電子技術（三）整流電路整流電路(rectifyingcircuit)是把交流電能轉換為直流電能的電路。大多數整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網與整流電路之間的電隔離。整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整流過程。整流電路主要由整流二極管組成。經過整流電路之后的電壓己經不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓，習慣上稱單向脈動性直流電壓。下面，我們對單相可控整流電路的工作原理、相關計算進行介紹。

（四）斬波電路直流斬波電路(CChopper)的功能是將直流電變為另一種固定的或可調的直流電，也稱為直流一直流變換器(DC/DCConverter)。直流斬波電路一般是指直接將直流變成直流的情況，不包括直流．交流．直流的情況；直流斬波電路的種類很多，降壓斬波電路、升壓斬波電路是兩種最基本電路。1．降玨斬波電路降壓斬波電路的原理圖及工作波形EVD．

3、整流與斬波的應用在3kg機器人控制柜中，以交流220v(AC220V)的電源作為主電源，為電機和驅動器提供電力，而機器人的控制系統則是以直流24v(DC24V)和直流sv(DC5V)電源作為控制電力。如果采用獨立電源為系統各部分單獨供電，就需要交流電源、24V蓄電池、5V蓄電池。交流220v電源相對普遍，而DC24V和DC5V電就需要蓄電池供電，不僅占用控制柜空間，還需解決充電和衰減的問題，顯然是不合理的。經過上述內容的學習，我們就有了新的思路來解決這個問題。如圖所示為3kg機器人控制柜電力轉換關系。首先選用最為普遍的交流220v(AC220V)電源作為整個系統的動力電源，原因很簡單，電源獲取方便。下面的問題便是如何將交流220v（AC220V）轉換為直流24v(Dcmv),為控制系統提供電力，那就要利用“整流"技術，將交流電轉換為直流電。在控制系統中，有些特殊的元器件需要直流5V(DC5V)作為動力和控制信號。那么，我們將經過整流電路得到的直流24v(DC24V)電源經過“降壓斬波"便能得到直流sv(DC5V)電源。在實際應用中，我們不需要自己設計整流電路和斬波電路，一般采用集成應用的方式，選擇技術成熟、運行穩定的開關電源。按照輸入、輸出端口的定義，正確選型和接線，便能將單一電源進行轉換，得到我們所需要的電源了。下面就對兩款開關電源進行介紹。（1）交直流轉換(AC-DC)開關電源品牌：明緯。型號：MDR一100．24參數：見表這是一個寬伏交流轉直流24v(DC24V)的開關電源。輸入電壓為ACIOOV、AC240V，輸出為直流24v(DC24V),功率為100w。以交流220V(AC220V)為例，當輸入端接通電源后，開關電源工作，此時輸出端的電壓為直流24v(DC24V),可為需要直流24v(DC24V)的電器進行供電。注意：不要將輸入電壓（交流電源端）接在開關電源輸出端（直流輸出端）。（2）直流降壓(DC-DC)開關電源品牌：HU%HONGPOWERTECI-BIOLOGY型號：HZD50H．24S05。參數：見表這是一個直流降壓(DC-DC)開關電源，輸入電壓為DC18V—DC36V,輸出為直流sv(DC5V),最大輸出電流為10．OA。以直流24v(DC24V)為例，當輸入端接通電源后，開關電源工作，此時輸出端的電壓為直流5V(DC5V),可為需要直流5V(DC5V)的電器供電。注意：電正負極，更不要將輸入電壓（高電壓端）接在輸出端。在電能的產生、轉換、傳輸、分配、使用與控制等方面，都必須通過能夠進行能量（或信號）傳遞與變換的電磁機械裝置，這些電磁機械裝置被廣義地稱為電機。（一）電動機通常所說的電機，是指那些利用電磁感應原理設計制造而成的，用于實現能量（或信號）傳遞與變換的電磁機械的統稱。比如把機械能轉化為電能的發電機、把電能轉化為機械能的電動機、將電能進行轉變的變壓器以及應用于各類自動控制系統中的控制元件稱為控制電機等。對于3kg機器人來說，很顯然，需要將電能轉化為機械能，拖動機器人各關節運行，完成各種動作和任務。根據上文的介紹，我們知道將電能轉換為機械能的電機有電動機和控制電機。電動機(Motor)是把電能轉換成機械能的一種設備。它是利用通電線圈（也就是定子繞組）產生旋轉磁場并作用于轉子形成磁電動力旋轉扭矩。電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機，電力系統中的電動機大部分是交流電機，可以是同步電機或者是異步電機。電力的轉化——電機電動機主要由定子與轉子組成，通電導線在磁場中受力運動的方向跟電流方向和磁感線（磁場方向）方向有關。電動機工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機轉動。普通動力電動機的主要任務是實現能量轉化，主要要求是提高電動機的能量轉換效率，以及啟動、調速等性能。可是對于機器人來說，普通電動機的精度低，無法達到機器人的要求，所以一般不使用電動機作為各軸的動力部件。（二）控制電機控制電機主要應用于自動控制系統中，用來實現信號的檢測、轉換和傳遞，作為測量、執行和校正等原件使用。控制電機的功率一般從數亳瓦到數百瓦。與普通動力電動機不同，控制電機主要任務是完成控制信號的檢測、變換和傳遞，因此，對控制電動機的主要要求是快速響應、高精度、高靈敏度及高可靠性，而這些性能正是機器人所需要的。伺服電動機是機器人最主要的電機。伺服電動機又稱執行電動機，它把接收的電壓信號轉換為電動機轉軸上的機械角位移，具有服從控制信號的要求而動作的功能。在信號來到之前，轉子靜止不動；信號來到之后，轉子立即轉動；當信號消失，轉子立即停止。該種電動機正是由于這種“伺服"的性能而在3kg機器人中，使用交流伺服電動機帶動關節運動。下面就介紹交流伺服電動機。交流伺服電動機一般是兩相交流異步電動機，由定子和轉子兩部分組成。它的轉子電阻都比較大，其目的是使轉子制動時產生制動轉矩，使它的控制繞組不加電壓時，能及時制動，防止自轉。交流伺服電動機的定子上嵌放著空間相距90。電角度的兩相分布繞組，兩個定子繞組結構完全相同，使用時一個