《控制用電機》課件

《控制用電機》電機是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要組成部分?？刂朴秒姍C是指專門用于控制系統(tǒng)中的電機。by目錄11.電機的基本原理了解電機的基本工作原理，包括電磁感應(yīng)、磁場和力矩。22.電機的分類介紹常見的電機類型，包括直流電機、交流電機、步進(jìn)電機和伺服電機。33.電機驅(qū)動器學(xué)習(xí)電機驅(qū)動器的功能，包括功率放大、反饋控制和保護(hù)功能。44.電機應(yīng)用案例展示電機在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，例如工業(yè)自動化、機器人和家用電器。電機的基本原理電機是一種將電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，其基本原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。電磁感應(yīng)是指在磁場中運動的導(dǎo)體或在變化的磁場中的導(dǎo)體，會產(chǎn)生感應(yīng)電流。電機通過線圈通電產(chǎn)生磁場，并利用電磁感應(yīng)原理驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電機的結(jié)構(gòu)通常包括定子、轉(zhuǎn)子、磁場和繞組等部分。定子是固定不動的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的部分，磁場是由定子繞組產(chǎn)生的，繞組是通電產(chǎn)生磁場的線圈。不同的電機類型在結(jié)構(gòu)和工作原理上有所差異，但基本原理都是基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象。電機的分類直流電機直流電機使用直流電作為電源，在各種領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。直流電機的工作原理是通過電磁感應(yīng)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。交流電機交流電機使用交流電作為電源，通常用于工業(yè)生產(chǎn)和大型電力系統(tǒng)中。交流電機的類型包括同步電機和異步電機，分別對應(yīng)著不同的運行原理和應(yīng)用場景。步進(jìn)電機步進(jìn)電機是一種特殊類型的電機，它根據(jù)接收到的脈沖信號進(jìn)行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)，適用于需要精確控制位置和速度的應(yīng)用。伺服電機伺服電機是控制系統(tǒng)中的核心組件，它可以精準(zhǔn)地控制速度、位置和扭矩，廣泛應(yīng)用于自動化設(shè)備和機器人領(lǐng)域。直流電機直流電機是一種將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的旋轉(zhuǎn)電機。它在各種應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，例如汽車、電動工具和工業(yè)設(shè)備。直流電機結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子直流電機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、電樞和換向器組成。電樞上繞制著導(dǎo)線，形成閉合回路，并與換向器連接。定子定子由磁極和磁場線圈組成。磁極產(chǎn)生磁場，并在轉(zhuǎn)子周圍形成磁場。磁極可以是永久磁鐵，也可以是電磁鐵。換向器換向器用于將直流電源的電流引入轉(zhuǎn)子電樞繞組，并保證電流方向與磁場方向始終保持一致，從而產(chǎn)生持續(xù)的旋轉(zhuǎn)力矩。電刷電刷用于將直流電源的電流從外部電路傳遞到換向器，并保證轉(zhuǎn)子電樞繞組的良好接觸。直流電機的基本原理電流方向線圈中電流方向發(fā)生變化磁場變化產(chǎn)生磁場變化，切割磁力線電磁力線圈受到磁場力的作用，開始旋轉(zhuǎn)持續(xù)旋轉(zhuǎn)電磁力不斷變化，電機持續(xù)旋轉(zhuǎn)直流電機的控制方式脈寬調(diào)制(PWM)通過改變脈沖寬度來調(diào)節(jié)直流電機的電壓和電流，實現(xiàn)對電機速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制。電阻控制使用電阻來改變直流電機的電壓，實現(xiàn)對電機速度和轉(zhuǎn)矩的粗略控制。斬波控制使用斬波電路將直流電壓轉(zhuǎn)換為脈沖直流電壓，實現(xiàn)對電機速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制。交流電機交流電機是利用交流電來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的電機。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和家庭中，驅(qū)動各種設(shè)備，例如風(fēng)扇、泵、壓縮機和電動汽車。同步電機磁場同步轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速控制。高效率能量損耗較低，在高負(fù)載和高轉(zhuǎn)速應(yīng)用中表現(xiàn)出色。精確控制適用于需要精準(zhǔn)轉(zhuǎn)速控制的場合，例如伺服系統(tǒng)。異步電機結(jié)構(gòu)異步電機主要由定子、轉(zhuǎn)子、軸承等部件組成。定子外側(cè)繞有線圈，通電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子通常為鼠籠式結(jié)構(gòu)，由鋁或銅制成。定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙很小，使旋轉(zhuǎn)磁場可以有效地切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流。工作原理異步電機工作原理基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象。定子繞組通電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場會切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流在轉(zhuǎn)子磁場的作用下產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子速度永遠(yuǎn)小于旋轉(zhuǎn)磁場速度，因此被稱為異步電機。工作原理感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場，與定子磁場相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。同步電機轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)，保持轉(zhuǎn)子與定子磁場之間的磁力耦合，實現(xiàn)同步運行。交流電機控制方式電壓控制改變電壓幅值，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，應(yīng)用于調(diào)速系統(tǒng)。頻率控制通過改變頻率，改變磁場旋轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速控制。矢量控制精確控制電機磁場和轉(zhuǎn)矩，提升電機性能和控制精度。直接轉(zhuǎn)矩控制直接控制轉(zhuǎn)矩，無需速度傳感器，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高控制響應(yīng)速度。步進(jìn)電機步進(jìn)電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的電機。它通常用于需要精確控制位置和速度的應(yīng)用。步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)1轉(zhuǎn)子步進(jìn)電機轉(zhuǎn)子由多個永磁體組成，通常采用永磁體，以產(chǎn)生磁場，推動電機轉(zhuǎn)動。2定子定子包含多個電磁線圈，通過電流的變化來控制磁場的變化，從而推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。3軸承步進(jìn)電機采用軸承，用于減少摩擦力，確保轉(zhuǎn)子平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。4外殼外殼用來保護(hù)電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時起到散熱作用，確保電機能夠安全可靠地工作。步進(jìn)電機的工作原理11.步進(jìn)電機由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成定子上有繞組，轉(zhuǎn)子由永磁體或鐵芯構(gòu)成。22.步進(jìn)電機通過電信號驅(qū)動每個電信號脈沖對應(yīng)轉(zhuǎn)子的一個固定角度轉(zhuǎn)動。33.旋轉(zhuǎn)角度由脈沖序列控制脈沖序列的頻率和方向決定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和方向。44.步進(jìn)電機精準(zhǔn)定位步進(jìn)電機可以精確地控制轉(zhuǎn)子的位置，常用于需要高精度定位的應(yīng)用場景。步進(jìn)電機的控制方式脈沖控制每個脈沖信號對應(yīng)步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動一個固定角度，脈沖頻率控制電機轉(zhuǎn)速。方向控制通過控制脈沖信號的極性來改變步進(jìn)電機的旋轉(zhuǎn)方向，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。微步控制將一個脈沖細(xì)分為多個微步，提高電機轉(zhuǎn)動的精度，實現(xiàn)更平滑的運動。開環(huán)控制通過控制脈沖信號來控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動，無需反饋信號，適合對精度要求不高的應(yīng)用。伺服電機伺服電機是一種閉環(huán)控制的電機，能夠精確控制轉(zhuǎn)速、位置和扭矩。伺服電機廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、機器人控制、數(shù)控機床等領(lǐng)域。伺服電機-結(jié)構(gòu)電機部分伺服電機由電機本體、編碼器和驅(qū)動器組成。電機本體通常采用永磁同步電機，具有高效率、高精度和高扭矩等特點。伺服電機的工作原理伺服電機轉(zhuǎn)子上的磁極與定子上的磁極相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。伺服電機帶有反饋傳感器，用于測量轉(zhuǎn)子位置和速度?？刂破鹘邮罩噶钚盘枺鶕?jù)反饋信息調(diào)整電機電流，控制電機轉(zhuǎn)速和位置。伺服電機控制方式位置控制通過反饋信號，精確控制電機轉(zhuǎn)動角度。速度控制通過反饋信號，設(shè)定和控制電機轉(zhuǎn)速。扭矩控制根據(jù)負(fù)載變化，調(diào)節(jié)電機輸出扭矩。電機驅(qū)動器電機驅(qū)動器是控制電機運行的關(guān)鍵部件。它接收來自控制系統(tǒng)的指令，并將其轉(zhuǎn)換為電機可識別的信號，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。電機驅(qū)動器-功率放大功率放大器作用電機驅(qū)動器中的功率放大器負(fù)責(zé)將控制信號放大，從而驅(qū)動電機運行。功率放大器將弱信號轉(zhuǎn)換成高電流信號，為電機提供所需的功率。功率放大器類型常用的功率放大器類型包括線性放大器和開關(guān)放大器。線性放大器效率較低，但性能穩(wěn)定，適合高精度控制。開關(guān)放大器效率高，但控制精度較低，適合高功率應(yīng)用。反饋控制位置反饋電機轉(zhuǎn)動位置信息反饋給控制器，確保電機精準(zhǔn)運行。速度反饋電機轉(zhuǎn)速信息反饋給控制器，實現(xiàn)精確速度控制。電流反饋電機電流信息反饋給控制器，防止電機過載運行。負(fù)載反饋負(fù)載變化信息反饋給控制器，調(diào)整電機輸出功率。電機應(yīng)用案例電機在現(xiàn)代工業(yè)和生活中應(yīng)用廣泛，驅(qū)動著各種機械設(shè)備和裝置。從數(shù)控機床到機器人，從家用電器到汽車，電機為我們提供了便捷高效的服務(wù)。數(shù)控機床高精度加工數(shù)控機床通過計算機控制刀具運動，實現(xiàn)高精度加工，提高產(chǎn)品質(zhì)量。自動化生產(chǎn)數(shù)控機床自動化程度高，可實現(xiàn)無人化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。復(fù)雜零件加工數(shù)控機床可加工各種復(fù)雜形狀的零件，滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)需求。靈活性和可編程性數(shù)控機床可根據(jù)需要編程加工不同的零件，適應(yīng)多種生產(chǎn)場景。機器人工業(yè)機器人廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。服務(wù)機器人提供各種服務(wù)，例如醫(yī)療保健、清潔和教育。特種機器人用于危險或特殊環(huán)境，例如太空探索或深海勘探。家用電器洗衣機洗衣機采用電機驅(qū)動，實現(xiàn)衣物的清洗、脫水等功能。電機可提供必要的轉(zhuǎn)動扭力和速度，確保洗衣機正常工作。冰箱冰箱壓縮機使用電機驅(qū)動，實現(xiàn)制冷功能。電機可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制制冷效果，維持冰箱內(nèi)部溫度。吸塵器吸塵器主要依靠電機驅(qū)動風(fēng)機，產(chǎn)生負(fù)壓吸入灰塵。不同類型的吸塵器電機功率和轉(zhuǎn)速有所不同，以適應(yīng)不同場景需求?？照{(diào)空調(diào)壓縮機采用電機驅(qū)動，實現(xiàn)冷媒循環(huán)，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。電機控制壓縮機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)空調(diào)的制冷、制熱和除濕功能。電機選型技巧選擇合適的電機是確保設(shè)備高效運行的關(guān)鍵。需綜合考慮負(fù)載需求、運行環(huán)境等因素，進(jìn)行合理選型。電機選型技巧-功率匹配負(fù)載需求根據(jù)負(fù)載的類型和大小選擇合適的功率。負(fù)載功率過低會導(dǎo)致電機過載，影響壽命。負(fù)載功率過高則會造成浪費。安全裕量選擇電機時應(yīng)預(yù)留一定功率裕量，避免電機長時間工作在過載狀態(tài)。轉(zhuǎn)速范圍高速電機高速電機通常用于需要高轉(zhuǎn)速的應(yīng)用，例如渦輪機和風(fēng)力發(fā)電機。低速電機低速電機適用于需要高扭矩的應(yīng)用，例如起重機和拖拉機?？勺兯俣入姍C可變速度電機可以根據(jù)需要調(diào)整轉(zhuǎn)速，例如家用電器和工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。環(huán)境適應(yīng)性工作溫度電機在不同溫度環(huán)境下，性能會發(fā)生變化。例如，高溫環(huán)境下，電機繞組電阻會增大，導(dǎo)致電機效率下降。濕度高濕度環(huán)境會加速電機絕緣老化，降低電機壽命。選擇防潮電機，或采取防潮措施，避免電機損壞。振動強烈的振動會影響電機正常運行，甚至導(dǎo)致電機內(nèi)部零部件松動或損壞。選用抗振電機，或采取減振措施。腐蝕性環(huán)境在腐蝕性環(huán)境下，電機表面易被腐蝕，影響電機使用壽命。選擇耐腐蝕電機，或采取防腐措施。電機故障診斷電機故障診斷是保證電機正常運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。及時發(fā)現(xiàn)并解決電機故障，可以提高設(shè)備效率，延長使用壽命，降低維護(hù)成本。電機常見故障過熱故障電機溫度過高，可能導(dǎo)致絕緣老化、壽命降低振動故障電機運行時產(chǎn)生異常振動，可能由于軸承磨損、轉(zhuǎn)子不平衡噪音故障電機運行時發(fā)出異常噪音，可能由于軸承損壞、電磁干擾堵轉(zhuǎn)故障電機無法正常啟動或運行，可能由于負(fù)載過大、電源故障電機故障診斷：檢測方法外觀檢查觀察電機表面是否有異常現(xiàn)象，例如燒焦、裂紋、變形等，判斷電機是否存在過熱、機械損傷等問題。電氣測試使用萬用表測量電機繞組的電阻、電壓、電流等參數(shù)，判斷電機是否斷路、短路或其他電氣故障。機械測試檢查電機軸承的磨損情況、轉(zhuǎn)子是否卡死或松動，判斷電機是否存在機械故障。振動分析使用振動傳感器測量電機運行時的振動頻率和幅值，判斷電機是否存在不平衡、軸承損壞等問題。電機故障診斷：維修處理確定故障部位仔細(xì)檢查電機外觀，查看是否有明顯的損壞，如燒毀的線圈、斷裂的軸承等。更換損壞部件更換損壞的線圈、軸承、電刷等部件，確保使用全新的或經(jīng)過測試的合格部件。測試和調(diào)試維修完成后，對電機進(jìn)行測試和調(diào)試，確保其能夠正常運行，并達(dá)到設(shè)計要求。記錄維修記錄記錄電機故障類型、維修過程、更換的部件等信息，方便日后的維護(hù)和管理。電機節(jié)能技術(shù)電機節(jié)能技術(shù)可顯著降低能耗，提高能源利用效率。主要方法包括變頻調(diào)速、再生制動和能量回饋。變頻調(diào)速工作原理通過改變電機電源頻率，控制電機轉(zhuǎn)速。變頻器產(chǎn)生不同頻率的交流電，改變電機轉(zhuǎn)速。優(yōu)點節(jié)能高效，運行平穩(wěn)，啟動平滑。提高電機效率，減少能耗，延長電機壽命。再生制動11.能量回收將電機運行時的動能轉(zhuǎn)化為電能，返回電網(wǎng)或存儲起來。22.效率提升