《電動(dòng)機(jī)與電氣傳動(dòng)》課件VIP

《電動(dòng)機(jī)與電氣傳動(dòng)》課程簡(jiǎn)介本課程旨在幫助學(xué)生深入了解電動(dòng)機(jī)與電氣傳動(dòng)的基本原理、工作特性和應(yīng)用。涵蓋交流電機(jī)、直流電機(jī)、同步電機(jī)、異步電機(jī)等類型，并介紹各種電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，如電力電子技術(shù)和控制技術(shù)。電動(dòng)機(jī)工作原理1電磁感應(yīng)磁場(chǎng)變化產(chǎn)生電流2電磁力電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生力3旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電磁力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)通過電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。當(dāng)電流通過線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子上的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及型號(hào)直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、電刷、換向器和軸承等組成。直流電動(dòng)機(jī)型號(hào)直流電動(dòng)機(jī)型號(hào)眾多，常見類型包括永磁直流電機(jī)、串勵(lì)直流電機(jī)、并勵(lì)直流電機(jī)、復(fù)勵(lì)直流電機(jī)等。應(yīng)用場(chǎng)景直流電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備，例如汽車、機(jī)床、電梯等。直流電動(dòng)機(jī)特性曲線分析轉(zhuǎn)矩電流效率直流電動(dòng)機(jī)特性曲線反映了電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩、電流和效率等參數(shù)的變化規(guī)律，可用于分析電動(dòng)機(jī)的性能、選擇合適的電機(jī)型號(hào)以及進(jìn)行控制策略的設(shè)計(jì)。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式改變勵(lì)磁電流改變勵(lì)磁電流可以改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。改變電樞電壓改變電樞電壓可以改變電樞電流，從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。串聯(lián)電阻調(diào)速在電樞回路中串聯(lián)電阻，可以降低電樞電壓，從而降低轉(zhuǎn)速。并聯(lián)電阻調(diào)速在電樞回路中并聯(lián)電阻，可以提高電樞電壓，從而提高轉(zhuǎn)速。直流電動(dòng)機(jī)控制速度控制通過改變勵(lì)磁電流或電樞電壓，控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。方向控制改變電樞電流方向，反轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。電流控制控制電機(jī)電流以防止過載和提高效率。交流異步電動(dòng)機(jī)工作原理1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定子繞組通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，并在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流。2電磁感應(yīng)力轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電流與定子磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁感應(yīng)力，該力推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。3轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)小于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，兩者之間的差值稱為轉(zhuǎn)差率。交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及型號(hào)主要結(jié)構(gòu)交流異步電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)殼、軸承、冷卻系統(tǒng)等組成。定子是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的部件，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的部件，機(jī)殼是用來固定電機(jī)并保護(hù)內(nèi)部部件的結(jié)構(gòu)。主要型號(hào)交流異步電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)可分為籠型異步電動(dòng)機(jī)和繞線式異步電動(dòng)機(jī)。按相數(shù)可分為單相異步電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)。按電壓可分為低壓異步電動(dòng)機(jī)和高壓異步電動(dòng)機(jī)。交流異步電動(dòng)機(jī)特性曲線分析交流異步電動(dòng)機(jī)特性曲線是描述電動(dòng)機(jī)性能的重要指標(biāo)。主要包括轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性、功率-轉(zhuǎn)矩特性、效率-轉(zhuǎn)矩特性等。轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性反映轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，可以了解電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能和過載能力。功率-轉(zhuǎn)矩特性反映輸出功率與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，可以了解電動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載下的輸出能力。效率-轉(zhuǎn)矩特性反映效率與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，可以了解電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍。交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式1轉(zhuǎn)子繞組調(diào)速改變轉(zhuǎn)子繞組電阻的大小來改變轉(zhuǎn)速，適用范圍有限，效率較低。2改變電源頻率改變電源頻率，從而改變轉(zhuǎn)速，成本較高，通常用于大型電機(jī)。3改變定子磁場(chǎng)通過改變定子電流或磁場(chǎng)強(qiáng)度來改變轉(zhuǎn)速，效率較高，應(yīng)用廣泛。4改變極對(duì)數(shù)改變電機(jī)極對(duì)數(shù)，從而改變轉(zhuǎn)速，適用于特定應(yīng)用場(chǎng)景。交流異步電動(dòng)機(jī)控制控制方法交流異步電動(dòng)機(jī)控制方法包括轉(zhuǎn)速控制、轉(zhuǎn)矩控制和位置控制等。轉(zhuǎn)速控制常用方法包括電壓控制、頻率控制和滑差控制等?？刂撇呗猿Ｓ玫目刂撇呗园ㄩ_環(huán)控制、閉環(huán)控制和自適應(yīng)控制等。閉環(huán)控制系統(tǒng)可以根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或位置的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制。同步電動(dòng)機(jī)工作原理同步電機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電機(jī)。它的轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁，產(chǎn)生與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步的磁場(chǎng)。1同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)。2電磁轉(zhuǎn)矩定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向始終與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)同步電機(jī)負(fù)載增加時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)滯后于定子磁場(chǎng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降。為了保持同步轉(zhuǎn)速，需要增加勵(lì)磁電流。同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及型號(hào)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括凸極型和隱極型，凸極型轉(zhuǎn)子具有明顯的磁極，而隱極型轉(zhuǎn)子沒有明顯的磁極。定子結(jié)構(gòu)同步電動(dòng)機(jī)定子結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)定子結(jié)構(gòu)相同，由定子鐵芯、定子繞組和定子機(jī)座組成。電源供應(yīng)同步電動(dòng)機(jī)需要直流勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電流的大小影響同步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。型號(hào)常見的同步電動(dòng)機(jī)型號(hào)包括Y系列、YR系列和DY系列，型號(hào)中包含電動(dòng)機(jī)功率、電壓、轉(zhuǎn)速等信息。同步電動(dòng)機(jī)特性曲線分析同步電動(dòng)機(jī)特性曲線是反映電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的重要指標(biāo)，主要包括轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線、功率-轉(zhuǎn)矩曲線、效率曲線和功率因數(shù)曲線等。1轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間存在線性關(guān)系，轉(zhuǎn)速恒定。2功率-轉(zhuǎn)矩曲線功率與轉(zhuǎn)矩成正比，最大功率在額定轉(zhuǎn)矩處獲得。3效率曲線同步電動(dòng)機(jī)的效率較高，在額定負(fù)載附近達(dá)到最高值。4功率因數(shù)曲線同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可通過勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)，通常可以達(dá)到接近1的值。通過分析這些特性曲線，可以了解同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性，并為其選擇合適的控制策略和運(yùn)行條件。同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式11.改變轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)頻率同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，改變電源頻率可以改變同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。22.改變定子磁場(chǎng)強(qiáng)度改變定子電流可以改變定子磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而改變同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。33.改變定子繞組極數(shù)改變定子繞組極數(shù)可以改變同步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。44.改變轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)強(qiáng)度改變勵(lì)磁電流可以改變轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而改變同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。同步電動(dòng)機(jī)控制電壓控制通過調(diào)節(jié)定子電壓，控制同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。電流控制利用電流環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)同步電動(dòng)機(jī)電流的精確控制，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速控制通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，控制同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，確保電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。位置控制通過位置反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的精準(zhǔn)位置控制，滿足高精度定位需求。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理脈沖控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過接收脈沖信號(hào)來控制轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)固定角度的旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子具有多個(gè)磁極，每個(gè)磁極與定子上的磁極相互吸引或排斥，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。步進(jìn)角步進(jìn)電機(jī)每接收一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度，稱為步進(jìn)角。位置精度步進(jìn)電機(jī)具有較高的位置精度，可以精確地控制轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和位置。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及型號(hào)步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)通常由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子由電磁線圈組成，轉(zhuǎn)子由永磁體或鐵芯組成。步進(jìn)電機(jī)類型步進(jìn)電機(jī)分為單相、雙相和多相步進(jìn)電機(jī)。根據(jù)結(jié)構(gòu)類型，步進(jìn)電機(jī)可分為永磁式、混合式、變阻式、反應(yīng)式等。步進(jìn)電機(jī)型號(hào)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)通常由字母和數(shù)字組成。例如，57BYGH系列步進(jìn)電機(jī)，表示電機(jī)尺寸為57mm，型號(hào)為BYGH。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特性曲線分析步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特性曲線描述了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流等參數(shù)之間的關(guān)系，是理解和應(yīng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特性曲線通常包含以下幾種類型：1轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線該曲線顯示了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩。通常，轉(zhuǎn)速越高，輸出轉(zhuǎn)矩越小。2電流-轉(zhuǎn)矩曲線該曲線顯示了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不同電流下所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩。3步距角-轉(zhuǎn)矩曲線該曲線顯示了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不同步距角下所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩。4頻率-轉(zhuǎn)矩曲線該曲線顯示了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不同頻率下所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩。通過分析這些特性曲線，可以確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在特定應(yīng)用中的工作性能，并選擇合適的驅(qū)動(dòng)器和控制方法。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制開環(huán)控制開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但精度較低，適用于對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合。閉環(huán)控制閉環(huán)控制采用反饋機(jī)制，可提高精度，適用于對(duì)精度要求較高的場(chǎng)合。脈沖控制通過脈沖信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)精確的定位和控制。微處理器控制采用微處理器控制步進(jìn)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制功能，例如多軸同步控制。伺服電動(dòng)機(jī)工作原理1控制信號(hào)位置、速度、加速度2控制器信號(hào)處理和反饋控制3放大器功率放大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)4電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行指令5反饋傳感器位置、速度反饋伺服電動(dòng)機(jī)是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過反饋傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)的狀態(tài)，并根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)整控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)位置、速度和加速度的精確控制。伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及型號(hào)11.轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一般采用永磁體或電磁鐵結(jié)構(gòu)，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)，與定子相互作用以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。22.定子定子繞組通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，與轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)相互作用，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。33.編碼器編碼器用于反饋轉(zhuǎn)子的位置和速度信息，用于控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制。44.型號(hào)伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)種類繁多，通常包含品牌、系列、功率、尺寸等信息。伺服電動(dòng)機(jī)特性曲線分析轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性反映電機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系速度-電流特性反映電機(jī)轉(zhuǎn)速與定子電流之間的關(guān)系轉(zhuǎn)矩-電流特性反映電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與定子電流之間的關(guān)系效率特性反映電機(jī)效率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩或輸出功率之間的關(guān)系伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速及位置控制調(diào)速控制伺服電機(jī)可通過多種方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，例如電壓控制、電流控制和頻率控制。這些控制方法使電機(jī)能夠以精確的精度運(yùn)行，滿足各種應(yīng)用的需求。位置控制伺服電機(jī)能夠精確控制軸的位置，使其適用于需要精準(zhǔn)定位的應(yīng)用。通過反饋系統(tǒng)，電機(jī)可以根據(jù)指令信號(hào)調(diào)整位置，實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)控制。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求可靠性確保電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，并具備故障自診斷和保護(hù)功能。安全性要保證電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不會(huì)對(duì)人身和設(shè)備造成危害，并符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)。精度根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制精度要求也不同，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。成本在滿足性能要求的前提下，要盡可能降低電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本，以提高性價(jià)比。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的能量傳輸機(jī)械能電能熱能電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要能量類型包括機(jī)械能、電能和熱能。機(jī)械能是驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作的能量，電能是驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作的能量，熱能是系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的能量損失。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電源例如發(fā)電機(jī)、變壓器、整流器等。電動(dòng)機(jī)例如直流電動(dòng)機(jī)、交流異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)等。控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。負(fù)載指需要電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器或設(shè)備，例如風(fēng)機(jī)、泵、起重機(jī)等。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)電機(jī)效率優(yōu)化采用高效率電機(jī)，減少電機(jī)運(yùn)行過程中的能量損耗，降低電能消耗。變頻調(diào)速技術(shù)利用變頻器根據(jù)負(fù)載變化調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。智能控制系統(tǒng)通過智能控制系統(tǒng)優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。再生制動(dòng)技術(shù)利用再生制動(dòng)技術(shù)回收能量，提高能源利用率。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷1故障分析通過觀察、測(cè)量、分析，確定故障的性質(zhì)、部位和原因。2故障排除采用相應(yīng)的維修手段，修復(fù)故障，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。3預(yù)防措施采取措施，避免相同故障的再次發(fā)生。4預(yù)測(cè)性維護(hù)通過對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)潛在的故障，并進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用舉例電氣傳動(dòng)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國(guó)防等領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)中，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)