機電傳動控制8講解

機電傳動控制8講解匯報人：AA2024-01-19目錄緒論機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎直流電機的工作原理及特性交流電動機的工作原理及特性控制電機電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇繼電器-接觸器控制系統(tǒng)可編程控制器原理及應用緒論0101實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化通過機電傳動控制，使生產(chǎn)設備能夠按照預定的程序和要求自動完成一系列操作，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。02優(yōu)化能源利用通過合理的控制策略，實現(xiàn)能源的節(jié)約和優(yōu)化利用，降低生產(chǎn)成本。03提高系統(tǒng)性能通過先進的控制算法和技術，提高機電傳動系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度，滿足高精度、高速度的生產(chǎn)需求。機電傳動控制的目的和任務控制理論的發(fā)展01從經(jīng)典控制理論到現(xiàn)代控制理論，再到智能控制理論，控制理論的發(fā)展為機電傳動控制提供了堅實的理論基礎。02控制技術的進步隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)字控制技術、網(wǎng)絡技術等不斷應用于機電傳動控制領域，推動了控制技術的進步。03新型傳動方式的出現(xiàn)直線電機、超聲波電機等新型傳動方式的出現(xiàn)，為機電傳動控制提供了新的發(fā)展方向和應用領域。機電傳動控制的發(fā)展概況性質(zhì)本課程是一門理論與實踐相結(jié)合的專業(yè)課程，既注重理論知識的傳授，又強調(diào)實踐能力的培養(yǎng)。內(nèi)容本課程主要介紹機電傳動控制的基本原理、方法和技術，包括直流電機、交流電機、步進電機、伺服電機等傳動方式的控制策略和實現(xiàn)方法。任務通過本課程的學習，使學生掌握機電傳動控制的基本理論和方法，具備分析和解決實際問題的能力，為從事相關領域的研究和工作打下堅實的基礎。本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎02運動方程式01根據(jù)牛頓第二定律，建立機電傳動系統(tǒng)的運動方程式，描述電動機電磁轉(zhuǎn)矩、負載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和角加速度之間的關系。轉(zhuǎn)動慣量的計算02轉(zhuǎn)動慣量是表征系統(tǒng)慣性大小的物理量，其大小與系統(tǒng)的質(zhì)量分布和轉(zhuǎn)動軸的位置有關。需要掌握計算各種形狀物體轉(zhuǎn)動慣量的方法。電動機電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生03電動機是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，其電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生與電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理密切相關。需要了解不同類型電動機（如直流電動機、交流電動機等）的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機理。機電傳動系統(tǒng)的運動方程式折算原則在多軸拖動系統(tǒng)中，各軸之間的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩存在折算關系。需要掌握折算的原則和方法，以便將多軸系統(tǒng)簡化為單軸系統(tǒng)進行分析。等效轉(zhuǎn)動慣量和等效負載轉(zhuǎn)矩通過折算，可以得到等效到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量和負載轉(zhuǎn)矩。這些等效參數(shù)對于電動機的選型和設計具有重要意義。拖動系統(tǒng)動態(tài)特性的分析基于等效參數(shù)，可以對拖動系統(tǒng)的動態(tài)特性進行分析，包括啟動、制動和反轉(zhuǎn)等過程。需要了解不同過程中系統(tǒng)的動態(tài)響應和穩(wěn)定性。多軸拖動系統(tǒng)的折算與等效恒轉(zhuǎn)矩負載特性恒轉(zhuǎn)矩負載是指負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關的負載，如傳送帶、攪拌機等。需要了解恒轉(zhuǎn)矩負載的特性及其對電動機的要求。恒功率負載特性恒功率負載是指負載功率保持恒定，而負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比的負載，如機床、卷揚機等。需要掌握恒功率負載的特性及其對電動機的影響。其他負載特性除了恒轉(zhuǎn)矩和恒功率負載外，還有一些特殊的負載特性，如風機、水泵等。需要了解這些負載的特性及其對電動機的要求。生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性直流電機的工作原理及特性03結(jié)構(gòu)組成直流電機主要由定子（產(chǎn)生磁場）和轉(zhuǎn)子（電流通過并產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩）兩大部分組成。定子包括主磁極、換向極、機座等，轉(zhuǎn)子包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器等。工作原理直流電機是將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的旋轉(zhuǎn)電機。其工作原理基于通電導體在磁場中受力的電磁效應。直流電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)當電樞繞組中有電流通過時，載流導體在磁場中受到電磁力的作用，該力對電機軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，稱為電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)的力矩。電樞繞組在旋轉(zhuǎn)過程中切割磁力線，從而在電樞繞組中產(chǎn)生感應電動勢。該電動勢與電機的轉(zhuǎn)速和磁通量成正比，方向則與電流方向相反。電磁轉(zhuǎn)矩電樞電動勢直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢運行原理他勵電動機是指電機的勵磁電流由獨立的電源提供。在他勵電動機中，勵磁電流和電樞電流分別由兩個獨立的電源提供，因此可以通過分別調(diào)節(jié)這兩個電流來控制電機的運行。機械特性他勵電動機的機械特性是指電機在穩(wěn)定運行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關系。他勵電動機的機械特性硬，即隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速下降較小。他勵電動機的運行原理與機械特性起動他勵電動機在起動時，由于電樞電阻很小，起動電流很大，可達額定電流的10～20倍。為了限制起動電流，通常采用串電阻起動或降壓起動等方法。調(diào)速他勵電動機的調(diào)速方法主要有改變電樞電壓、改變勵磁電流和改變電樞回路電阻三種。其中，改變電樞電壓是最常用的調(diào)速方法，可以實現(xiàn)平滑的無級調(diào)速。制動他勵電動機的制動方式有回饋制動、反接制動和能耗制動三種?；仞佒苿邮菍㈦姍C的機械能轉(zhuǎn)換為電能回饋給電網(wǎng)；反接制動是通過改變電機的電源極性來實現(xiàn)制動；能耗制動是在電機斷開電源后，在電樞回路中串入制動電阻，使電機迅速停轉(zhuǎn)。他勵電動機的起動、調(diào)速與制動交流電動機的工作原理及特性04工作原理三相異步電動機是利用三相交流電的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導體中的感應電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換為機械能的一種電動機。結(jié)構(gòu)組成三相異步電動機主要由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承、接線盒等部件組成。其中定子和轉(zhuǎn)子是電動機的核心部分，定子由三相繞組組成，轉(zhuǎn)子由導體條或鑄鋁鼠籠組成。三相異步電動機的工作原理與結(jié)構(gòu)三相異步電動機的定子繞組通常采用星形或三角形接法，通過三相交流電源供電。定子電路中的電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子導體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下感應出電動勢和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子電路的電流頻率和轉(zhuǎn)速與定子電路的電流頻率和同步轉(zhuǎn)速有關。三相異步電動機的電路分析轉(zhuǎn)子電路定子電路轉(zhuǎn)矩特性三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與電源電壓、頻率以及電動機本身的參數(shù)（如極數(shù)、定子電阻、漏抗等）有關。在額定電壓和頻率下，電動機的轉(zhuǎn)矩隨負載的增加而增加，但當負載增加到一定程度時，轉(zhuǎn)矩將不再增加，此時稱為最大轉(zhuǎn)矩。機械特性三相異步電動機的機械特性是指電動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關系。在額定電壓和頻率下，電動機的機械特性通常是一條略微下傾的直線，表示在一定的負載范圍內(nèi)，電動機的轉(zhuǎn)速能夠保持相對穩(wěn)定。三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性三相異步電動機的起動、調(diào)速與制動起動方式：三相異步電動機的起動方式有直接起動、降壓起動和軟起動等。直接起動適用于小容量電動機或輕載起動的情況；降壓起動通過降低電源電壓來減小起動電流，適用于大容量或重載起動的情況；軟起動則通過逐漸增加電源電壓來平滑地起動電動機，減小對電網(wǎng)和機械設備的沖擊。調(diào)速方法：三相異步電動機的調(diào)速方法主要有變極調(diào)速、變頻調(diào)速和改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速等。變極調(diào)速通過改變定子繞組的接線方式來改變電動機的極數(shù)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)；變頻調(diào)速通過改變電源頻率來改變同步轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)無級平滑調(diào)速；改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速則通過改變轉(zhuǎn)子電阻或串入附加電動勢等方法來改變轉(zhuǎn)差率，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。制動方式：三相異步電動機的制動方式有回饋制動、反接制動和能耗制動等?；仞佒苿邮菍⒄谶\行的電動機的定子繞組從電網(wǎng)斷開后接入一個外加電阻或電源，使電動機迅速停轉(zhuǎn)；反接制動是將正在運行的電動機的電源相序突然改變，使旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的制動力矩；能耗制動則是在電動機斷開電源后，在定子繞組中通入直流電流，產(chǎn)生一個靜止磁場，使轉(zhuǎn)子導體切割該磁場產(chǎn)生感應電流并受到電磁力的作用而停止轉(zhuǎn)動?？刂齐姍C05伺服電動機定義：伺服電動機是一種能夠精確控制轉(zhuǎn)速、位置和轉(zhuǎn)矩的電動機，廣泛應用于各種自動化設備和系統(tǒng)中。工作原理：伺服電動機通過接收控制器發(fā)出的指令信號，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，同時通過內(nèi)置的編碼器或傳感器實時監(jiān)測電機的轉(zhuǎn)速、位置和轉(zhuǎn)矩，并將這些信息反饋給控制器，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)高精度控制。類型：伺服電動機主要分為直流伺服電動機和交流伺服電動機兩大類。其中，交流伺服電動機又分為永磁同步伺服電動機和感應異步伺服電動機兩種。應用：伺服電動機廣泛應用于機床、機器人、自動化設備、印刷機械、紡織機械、包裝機械、醫(yī)療器械等領域。定義步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的電動機，具有快速啟停、精確定位、無累積誤差等優(yōu)點。步進電動機通過接收控制器發(fā)出的脈沖信號，驅(qū)動電機按設定的步距角轉(zhuǎn)動。電機的轉(zhuǎn)動角度與接收到的脈沖數(shù)成正比，從而實現(xiàn)精確定位。步進電動機主要分為永磁式步進電動機和反應式步進電動機兩大類。其中，永磁式步進電動機又分為混合式步進電動機和永磁感應子式步進電動機兩種。步進電動機廣泛應用于打印機、掃描儀、數(shù)控機床、機器人、自動化生產(chǎn)線等領域。工作原理類型應用步進電動機定義：測速發(fā)電機是一種將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號的發(fā)電機，主要用于測量和控制電機的轉(zhuǎn)速。工作原理：測速發(fā)電機通過與被測電機連接，當被測電機轉(zhuǎn)動時，帶動測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而在測速發(fā)電機的定子繞組中產(chǎn)生感應電勢。感應電勢的大小與被測電機的轉(zhuǎn)速成正比，通過測量感應電勢的大小即可得知被測電機的轉(zhuǎn)速。類型：測速發(fā)電機主要分為直流測速發(fā)電機和交流測速發(fā)電機兩大類。其中，交流測速發(fā)電機又分為異步測速發(fā)電機和同步測速發(fā)電機兩種。應用：測速發(fā)電機廣泛應用于電機控制系統(tǒng)、電力拖動系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)等領域。測速發(fā)電機自整角機定義：自整角機是一種能夠自動調(diào)整輸出電壓相位與輸入電壓相位保持一致的電機，主要用于同步系統(tǒng)和自動調(diào)整系統(tǒng)中。工作原理：自整角機通過接收輸入電壓信號，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，同時通過內(nèi)置的相位檢測器實時監(jiān)測輸出電壓的相位，并與輸入電壓的相位進行比較。如果輸出電壓的相位滯后于輸入電壓的相位，則自整角機會自動調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，使得輸出電壓的相位與輸入電壓的相位保持一致。類型：自整角機主要分為力矩式自整角機和控制式自整角機兩大類。其中，力矩式自整角機又分為動圈式力矩自整角機和定圈式力矩自整角機兩種。應用：自整角機廣泛應用于電力系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)、航空航天等領域中需要實現(xiàn)同步或自動調(diào)整相位的場合。電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇06電動機選擇的基本內(nèi)容和方法根據(jù)供電電源的條件，選擇電動機的額定電壓和頻率，確保電動機能夠正常工作。電動機額定電壓和頻率選擇根據(jù)負載性質(zhì)、調(diào)速要求、工作環(huán)境等條件，選擇合適的電動機類型，如直流電動機、交流異步電動機、交流同步電動機等。電動機類型選擇根據(jù)負載的功率需求，選擇電動機的額定功率，確保電動機能夠正常工作并滿足負載要求。電動機額定功率選擇

電動機的發(fā)熱和冷卻及工作制分類電動機的發(fā)熱電動機在運行過程中會產(chǎn)生熱量，需要根據(jù)電動機的絕緣等級和溫升限制，合理選擇冷卻方式和通風散熱措施。電動機的冷卻方式根據(jù)電動機的結(jié)構(gòu)和功率大小，選擇合適的冷卻方式，如自然冷卻、強迫風冷、水冷等。電動機的工作制分類根據(jù)電動機的運行時間和負載情況，將電動機的工作制分為連續(xù)工作制、短時工作制和斷續(xù)周期工作制三類。03電動機參數(shù)確定根據(jù)負載需求和電動機特性，確定電動機的額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速等參數(shù)。01負載性質(zhì)分析分析負載的性質(zhì)，如恒負載、變負載、沖擊負載等，確定負載對電動機的要求。02電動機特性分析了解不同類型電動機的機械特性、調(diào)速特性等，選擇適合連續(xù)工作制的電動機類型。連續(xù)工作制電動機的選擇負載需求分析分析短時工作制下負載的需求，如啟動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、制動轉(zhuǎn)矩等。電動機特性分析了解不同類型電動機在短時工作制下的特性，如啟動性能、過載能力等。電動機參數(shù)確定根據(jù)負載需求和電動機特性，選擇具有較大啟動轉(zhuǎn)矩和過載能力的電動機，并確定其額定功率、額定電壓等參數(shù)。同時需要考慮電動機的短時工作時間和次數(shù)，確保電動機能夠安全可靠地運行。短時工作制電動機的選擇繼電器-接觸器控制系統(tǒng)07刀開關用于接通和分斷電路，常用作電源開關或隔離開關。組合開關用于控制多條電路，具有體積小、重量輕、壽命長等優(yōu)點。按鈕用于手動控制電路的通斷，常作為啟動、停止等操作的控制元件。熔斷器用于電路過載或短路保護，當電流超過一定值時自動熔斷，切斷電路。常用低壓電器控制線路的設計原則滿足生產(chǎn)工藝要求，保證電路工作的可靠性、經(jīng)濟性和安全性?？刂凭€路的基本環(huán)節(jié)包括電源電路、主電路、控制電路、信號電路和保護電路等?？刂凭€路的基本概念包括主電路、控制電路、輔助電路等部分，以及常用電氣圖形符號和文字符號。電氣控制線路設計基礎車床電氣控制線路磨床電氣控制線路分析磨床的主電路、控制電路和輔助電路，了解磨床的工作原理和操作方法。鉆床電氣控制線路分析鉆床的主電路、控制電路和輔助電路，了解鉆床的工作原理和操作方法。分析車床的主電路、控制電路和輔助電路，了解車床的工作原理和操作方法。銑床電氣控制線路分析銑床的主電路、控制電路和輔助電路，了解銑床的工作原理和操作方法。典型生產(chǎn)機械電氣控制線路分析可編程控制器原理及應用08定義可編程控制器（PLC）是一種數(shù)