電力拖動與控制課件

電力拖動與控制電力拖動技術(shù)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實現(xiàn)設(shè)備運(yùn)動控制的重要技術(shù)。它廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防等領(lǐng)域。課程簡介電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的控制。電機(jī)控制系統(tǒng)電機(jī)控制系統(tǒng)是電力拖動系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)速度、轉(zhuǎn)矩、位置等控制。自動化控制系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)利用傳感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制。課程目標(biāo)理論知識理解電力拖動系統(tǒng)的基本概念和原理。掌握直流電機(jī)、交流異步電機(jī)、交流同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。實踐技能熟練運(yùn)用電力拖動系統(tǒng)的設(shè)計方法。掌握電機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，包括啟動、調(diào)速、制動和保護(hù)等。課程大綱電機(jī)基礎(chǔ)電機(jī)分類電機(jī)工作原理電機(jī)特性曲線電機(jī)控制電機(jī)啟動方式電機(jī)調(diào)速技術(shù)電機(jī)勵磁控制電力拖動系統(tǒng)伺服系統(tǒng)電機(jī)控制器變頻調(diào)速系統(tǒng)電力電子技術(shù)電力電子裝置VVVF控制技術(shù)矢量控制技術(shù)電動機(jī)分類直流電機(jī)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備中。交流異步電機(jī)交流異步電機(jī)結(jié)構(gòu)堅固，運(yùn)行可靠，適用于各種負(fù)載。交流同步電機(jī)交流同步電機(jī)具有轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，功率因數(shù)高等優(yōu)點。步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)精確的角位移控制，適用于自動控制系統(tǒng)。直流電機(jī)工作原理1電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)原理2電磁力磁場對電流的作用3轉(zhuǎn)動電磁力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)4能量轉(zhuǎn)換電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能直流電機(jī)通過電磁感應(yīng)和電磁力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。電磁感應(yīng)產(chǎn)生磁場，電磁力驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，最終實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。交流異步電機(jī)工作原理1旋轉(zhuǎn)磁場三相定子繞組通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場2電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成感應(yīng)電流3電磁力感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁力，推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)4異步轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)低于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速交流異步電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備。其工作原理基于電磁感應(yīng)和電磁力的相互作用，其轉(zhuǎn)子速度永遠(yuǎn)低于旋轉(zhuǎn)磁場速度，因此稱為“異步”電機(jī)。交流同步電機(jī)工作原理1定子磁場定子繞組通入交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，磁場方向隨電流變化而旋轉(zhuǎn)。2轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)子繞組通入直流電，產(chǎn)生恒定磁場，該磁場與定子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用。3同步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁場始終追隨定子旋轉(zhuǎn)磁場，兩者同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。電機(jī)特性曲線電機(jī)特性曲線是電機(jī)性能的重要指標(biāo)，反映電機(jī)輸出功率、轉(zhuǎn)速、電流等參數(shù)之間的關(guān)系。常用的特性曲線包括轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線、轉(zhuǎn)速-電流曲線、轉(zhuǎn)速-功率曲線等。根據(jù)電機(jī)類型和工作狀態(tài)，特性曲線會有所不同，例如直流電機(jī)、交流電機(jī)、同步電機(jī)和異步電機(jī)的特性曲線存在差異。了解電機(jī)特性曲線可以幫助我們選擇合適的電機(jī)，并進(jìn)行有效的控制和優(yōu)化。電機(jī)選型11.確定負(fù)載類型考慮負(fù)載的種類、功率、轉(zhuǎn)速等因素.22.選擇電機(jī)類型根據(jù)負(fù)載類型選擇合適的直流、交流異步、交流同步電機(jī)等.33.確定電機(jī)參數(shù)包括功率、電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等參數(shù).44.評估電機(jī)性能考量效率、溫度、噪音等因素.電機(jī)啟動方式直接啟動直接啟動是最簡單的啟動方式，直接將電機(jī)接入電源。適用于負(fù)載較輕或啟動電流較小的電機(jī)。降壓啟動降壓啟動通過降低電機(jī)電壓來降低啟動電流，適用于負(fù)載較重或啟動電流較大的電機(jī)。星-三角啟動星-三角啟動是一種常用的啟動方式，先將電機(jī)接入星形，啟動后接入三角形，可以有效降低啟動電流。軟啟動軟啟動利用電子器件，通過控制電機(jī)電壓和電流，實現(xiàn)平滑的啟動過程，可以減少啟動沖擊。電機(jī)調(diào)速技術(shù)調(diào)速方法直流電機(jī)調(diào)速交流電機(jī)調(diào)速調(diào)速原理改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到所需的運(yùn)行速度。調(diào)速技術(shù)包括電壓調(diào)速、頻率調(diào)速、轉(zhuǎn)差率調(diào)速等。電機(jī)勵磁控制磁場強(qiáng)度控制電機(jī)勵磁控制通過調(diào)節(jié)勵磁電流，改變磁場強(qiáng)度，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩。勵磁繞組勵磁繞組通常位于定子或轉(zhuǎn)子上，通過電流產(chǎn)生磁場。勵磁調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器或其他控制電路用于調(diào)節(jié)勵磁電流，實現(xiàn)精細(xì)控制。電機(jī)電子換向技術(shù)傳統(tǒng)機(jī)械換向器傳統(tǒng)的電機(jī)使用機(jī)械換向器來改變電流方向，導(dǎo)致磨損、火花和噪音。機(jī)械換向器壽命有限，需要定期維護(hù)。電子換向技術(shù)電子換向技術(shù)使用電子開關(guān)來控制電流方向，提高效率、可靠性和靜音性。電子換向技術(shù)適用于各種電機(jī)類型，包括直流電機(jī)和交流電機(jī)。位置伺服系統(tǒng)位置控制控制系統(tǒng)可精確控制電機(jī)軸的位置，實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、自動化生產(chǎn)線等領(lǐng)域。閉環(huán)控制通過傳感器反饋實際位置信息，與目標(biāo)位置進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制，確保精度和穩(wěn)定性。反饋調(diào)節(jié)根據(jù)誤差信號調(diào)整電機(jī)驅(qū)動信號，實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整，提高控制精度，適應(yīng)外部擾動。速度伺服系統(tǒng)1速度控制目標(biāo)：保持恒定速度2閉環(huán)控制反饋信號：速度傳感器3誤差校正控制器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速4控制算法PID、模糊控制等速度伺服系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，例如：工業(yè)自動化、機(jī)器人、汽車等。轉(zhuǎn)矩伺服系統(tǒng)1轉(zhuǎn)矩控制精確控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩2位置控制電機(jī)轉(zhuǎn)動角度控制3速度控制電機(jī)轉(zhuǎn)速控制4負(fù)載變化適應(yīng)快速響應(yīng)負(fù)載變化轉(zhuǎn)矩伺服系統(tǒng)主要用于需要精確控制負(fù)載轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用，例如工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等。運(yùn)動伺服系統(tǒng)高精度運(yùn)動控制運(yùn)動伺服系統(tǒng)在工業(yè)自動化中廣泛應(yīng)用，例如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床和自動化生產(chǎn)線。閉環(huán)控制運(yùn)動伺服系統(tǒng)通過反饋機(jī)制實現(xiàn)精確控制，例如位置、速度和加速度。電機(jī)與控制器系統(tǒng)包括電機(jī)、控制器和傳感器，這些部件協(xié)同工作以實現(xiàn)精確的運(yùn)動控制。實時控制控制器需要快速響應(yīng)輸入信號，并根據(jù)實時反饋調(diào)整輸出，以確保精確的運(yùn)動控制。電機(jī)控制器11.功率控制控制電機(jī)功率輸出，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和位置。22.信號處理接收來自傳感器和控制系統(tǒng)的信號，處理數(shù)據(jù)，并向電機(jī)發(fā)送控制信號。33.故障保護(hù)監(jiān)測電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，在故障發(fā)生時及時切斷電源，保護(hù)電機(jī)和系統(tǒng)。44.人機(jī)交互提供人機(jī)界面，方便用戶設(shè)置參數(shù)、監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)。編碼器與霍爾傳感器11.編碼器編碼器是一種將機(jī)械運(yùn)動轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的傳感器。它主要用于測量速度、位置和方向。22.霍爾傳感器霍爾傳感器是一種基于霍爾效應(yīng)工作的傳感器，用于檢測磁場的存在或強(qiáng)度。33.應(yīng)用在電力拖動系統(tǒng)中，編碼器和霍爾傳感器廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、位置控制和速度控制。44.優(yōu)勢這些傳感器具有高精度、可靠性、抗干擾性和易于安裝等優(yōu)點，為電機(jī)控制系統(tǒng)提供了準(zhǔn)確的信息反饋?？删幊踢壿嬁刂破骺删幊踢壿嬁刂破骺删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）是一種專門為工業(yè)自動化應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字電子設(shè)備。它可以根據(jù)預(yù)先編寫的程序控制各種機(jī)器和過程。PLC的功能PLC通常包括輸入/輸出模塊，用于接收來自傳感器和開關(guān)的信號，以及控制執(zhí)行器（如電機(jī)、閥門和繼電器）。變頻器原理1輸入電壓變頻器首先將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并進(jìn)行平滑濾波。2頻率轉(zhuǎn)換然后，變頻器將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，并通過調(diào)節(jié)頻率和電壓來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。3輸出控制最后，變頻器輸出控制信號，驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行，實現(xiàn)速度、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的精確控制。變頻調(diào)速系統(tǒng)1變頻器將交流電轉(zhuǎn)換為可變頻率的交流電2電機(jī)根據(jù)變頻器的輸出頻率進(jìn)行運(yùn)行3控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率和電壓，實現(xiàn)電機(jī)調(diào)速變頻調(diào)速系統(tǒng)利用變頻器改變電機(jī)供電頻率，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)平滑、精確的調(diào)速，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。電力電子技術(shù)應(yīng)用電機(jī)控制電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制，包括調(diào)速、啟動、制動等。電源變換電力電子器件可實現(xiàn)直流-直流、交流-直流、直流-交流等電源變換功能。電力系統(tǒng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，如無功補(bǔ)償、諧波抑制、電力質(zhì)量改善等。新能源在太陽能、風(fēng)能等新能源發(fā)電領(lǐng)域，電力電子技術(shù)發(fā)揮著重要作用。電力電子裝置整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，例如電源供應(yīng)器。逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，例如太陽能發(fā)電系統(tǒng)。直流-直流轉(zhuǎn)換器將一種直流電壓轉(zhuǎn)換為另一種直流電壓，例如筆記本電腦適配器。交流-交流轉(zhuǎn)換器將一種交流電壓轉(zhuǎn)換為另一種交流電壓，例如變壓器。VVVF控制技術(shù)變頻調(diào)速技術(shù)VVVF是可變電壓變頻(VariableVoltageVariableFrequency)的縮寫，是一種先進(jìn)的電機(jī)控制技術(shù)。通過改變電壓和頻率，可以精確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。優(yōu)越性高效率節(jié)能平滑運(yùn)行精確控制可靠性高應(yīng)用領(lǐng)域VVVF廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，例如電梯、起重機(jī)、機(jī)床、風(fēng)機(jī)、水泵等。矢量控制技術(shù)精確控制矢量控制技術(shù)通過精確控制電機(jī)電流，實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)矩和速度的精確控制。高性能該技術(shù)可實現(xiàn)快速響應(yīng)、高精度控制，適用于各種工業(yè)應(yīng)用，包括機(jī)器人控制、伺服系統(tǒng)等。靈活高效矢量控制技術(shù)能夠優(yōu)化電機(jī)性能，提高效率，降低能耗，并提供更靈活的控制方式。自適應(yīng)控制實時優(yōu)化根據(jù)環(huán)境變化，調(diào)整控制策略，優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。學(xué)習(xí)能力系統(tǒng)能夠不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)新的環(huán)境，提高控制精度和效率。靈活性適應(yīng)不同負(fù)載、速度和環(huán)境變化，實現(xiàn)高效的電機(jī)控制。故障診斷與維護(hù)預(yù)防性維護(hù)定期檢查電機(jī)，檢查磨損、振動和噪音。更換磨損部件，例如軸承和電刷，防止故障。故障診斷識別故障癥狀，例如電機(jī)不啟動、過熱或過載。使用故障診斷工具，如萬用表和示波器，確定故障原因。維修修復(fù)損壞的部件，例如繞組和控制器