《電動機與電氣傳動》課件

《電動機與電氣傳動》課程簡介本課程旨在幫助學(xué)生深入了解電動機與電氣傳動的基本原理、工作特性和應(yīng)用。涵蓋交流電機、直流電機、同步電機、異步電機等類型，并介紹各種電氣傳動系統(tǒng)，如電力電子技術(shù)和控制技術(shù)。電動機工作原理1電磁感應(yīng)磁場變化產(chǎn)生電流2電磁力電流產(chǎn)生磁場，磁場相互作用產(chǎn)生力3旋轉(zhuǎn)運動電磁力驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電動機通過電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為機械能。當(dāng)電流通過線圈時，會產(chǎn)生磁場。該磁場與轉(zhuǎn)子上的磁場相互作用，產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。直流電動機結(jié)構(gòu)及型號直流電動機結(jié)構(gòu)直流電動機主要由定子、轉(zhuǎn)子、電刷、換向器和軸承等組成。直流電動機型號直流電動機型號眾多，常見類型包括永磁直流電機、串勵直流電機、并勵直流電機、復(fù)勵直流電機等。應(yīng)用場景直流電動機廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備，例如汽車、機床、電梯等。直流電動機特性曲線分析轉(zhuǎn)矩電流效率直流電動機特性曲線反映了電動機在不同轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩、電流和效率等參數(shù)的變化規(guī)律，可用于分析電動機的性能、選擇合適的電機型號以及進行控制策略的設(shè)計。直流電動機調(diào)速方式改變勵磁電流改變勵磁電流可以改變磁場強度，從而改變電動機轉(zhuǎn)速。改變電樞電壓改變電樞電壓可以改變電樞電流，從而改變電動機轉(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。直流電動機控制速度控制通過改變勵磁電流或電樞電壓，控制直流電動機轉(zhuǎn)速。方向控制改變電樞電流方向，反轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)方向。電流控制控制電機電流以防止過載和提高效率。交流異步電動機工作原理1旋轉(zhuǎn)磁場定子繞組通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場切割轉(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)電流與定子磁場相互作用，產(chǎn)生電磁感應(yīng)力，該力推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。3轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速永遠小于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，兩者之間的差值稱為轉(zhuǎn)差率。交流異步電動機結(jié)構(gòu)及型號主要結(jié)構(gòu)交流異步電動機主要由定子、轉(zhuǎn)子、機殼、軸承、冷卻系統(tǒng)等組成。定子是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的部件，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的部件，機殼是用來固定電機并保護內(nèi)部部件的結(jié)構(gòu)。主要型號交流異步電動機按結(jié)構(gòu)可分為籠型異步電動機和繞線式異步電動機。按相數(shù)可分為單相異步電動機和三相異步電動機。按電壓可分為低壓異步電動機和高壓異步電動機。交流異步電動機特性曲線分析交流異步電動機特性曲線是描述電動機性能的重要指標(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，可以了解電動機的起動性能和過載能力。功率-轉(zhuǎn)矩特性反映輸出功率與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，可以了解電動機在不同負(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，可以了解電動機的經(jīng)濟運行范圍。交流異步電動機調(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。3改變定子磁場通過改變定子電流或磁場強度來改變轉(zhuǎn)速，效率較高，應(yīng)用廣泛。4改變極對數(shù)改變電機極對數(shù)，從而改變轉(zhuǎn)速，適用于特定應(yīng)用場景。交流異步電動機控制控制方法交流異步電動機控制方法包括轉(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)電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或位置的偏差進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制。同步電動機工作原理同步電機是一種旋轉(zhuǎn)磁場電機。它的轉(zhuǎn)子繞組勵磁，產(chǎn)生與定子旋轉(zhuǎn)磁場同步的磁場。1同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)。2電磁轉(zhuǎn)矩定子旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。3磁場同步轉(zhuǎn)子磁場方向始終與定子旋轉(zhuǎn)磁場方向一致。當(dāng)同步電機負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)子會滯后于定子磁場，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降。為了保持同步轉(zhuǎn)速，需要增加勵磁電流。同步電動機結(jié)構(gòu)及型號轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)同步電動機轉(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)同步電動機定子結(jié)構(gòu)與異步電動機定子結(jié)構(gòu)相同，由定子鐵芯、定子繞組和定子機座組成。電源供應(yīng)同步電動機需要直流勵磁電源，勵磁電流的大小影響同步電動機的磁場強度。型號常見的同步電動機型號包括Y系列、YR系列和DY系列，型號中包含電動機功率、電壓、轉(zhuǎn)速等信息。同步電動機特性曲線分析同步電動機特性曲線是反映電動機運行性能的重要指標(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)矩曲線同步電動機的轉(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效率曲線同步電動機的效率較高，在額定負(fù)載附近達到最高值。4功率因數(shù)曲線同步電動機的功率因數(shù)可通過勵磁電流調(diào)節(jié)，通?？梢赃_到接近1的值。通過分析這些特性曲線，可以了解同步電動機的運行特性，并為其選擇合適的控制策略和運行條件。同步電動機調(diào)速方式11.改變轉(zhuǎn)子磁場頻率同步電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，改變電源頻率可以改變同步電動機的轉(zhuǎn)速。22.改變定子磁場強度改變定子電流可以改變定子磁場強度，從而改變同步電動機的轉(zhuǎn)速。33.改變定子繞組極數(shù)改變定子繞組極數(shù)可以改變同步電動機的同步轉(zhuǎn)速。44.改變轉(zhuǎn)子磁場強度改變勵磁電流可以改變轉(zhuǎn)子磁場強度，從而改變同步電動機的轉(zhuǎn)速。同步電動機控制電壓控制通過調(diào)節(jié)定子電壓，控制同步電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。電流控制利用電流環(huán)控制，實現(xiàn)對同步電動機電流的精確控制，進而控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速控制通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流，控制同步電動機的轉(zhuǎn)速，確保電機平穩(wěn)運行。位置控制通過位置反饋，實現(xiàn)對同步電動機轉(zhuǎn)子的精準(zhǔn)位置控制，滿足高精度定位需求。步進電動機工作原理脈沖控制步進電動機通過接收脈沖信號來控制轉(zhuǎn)動，每個脈沖對應(yīng)一個固定角度的旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)子具有多個磁極，每個磁極與定子上的磁極相互吸引或排斥，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。步進角步進電機每接收一個脈沖，轉(zhuǎn)子就會旋轉(zhuǎn)一個固定角度，稱為步進角。位置精度步進電機具有較高的位置精度，可以精確地控制轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動角度和位置。步進電動機結(jié)構(gòu)及型號步進電機結(jié)構(gòu)步進電機通常由定子和轉(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。步進電機類型步進電機分為單相、雙相和多相步進電機。根據(jù)結(jié)構(gòu)類型，步進電機可分為永磁式、混合式、變阻式、反應(yīng)式等。步進電機型號步進電機型號通常由字母和數(shù)字組成。例如，57BYGH系列步進電機，表示電機尺寸為57mm，型號為BYGH。步進電動機特性曲線分析步進電動機特性曲線描述了步進電動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流等參數(shù)之間的關(guān)系，是理解和應(yīng)用步進電動機的關(guān)鍵。步進電動機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電動機在不同轉(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電動機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電動機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電動機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，可以確定步進電動機在特定應(yīng)用中的工作性能，并選擇合適的驅(qū)動器和控制方法。步進電動機控制開環(huán)控制開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但精度較低，適用于對精度要求不高的場合。閉環(huán)控制閉環(huán)控制采用反饋機制，可提高精度，適用于對精度要求較高的場合。脈沖控制通過脈沖信號控制步進電機的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)步進電機精確的定位和控制。微處理器控制采用微處理器控制步進電機，可以實現(xiàn)更復(fù)雜的控制功能，例如多軸同步控制。伺服電動機工作原理1控制信號位置、速度、加速度2控制器信號處理和反饋控制3放大器功率放大，驅(qū)動電機4電動機旋轉(zhuǎn)運動，執(zhí)行指令5反饋傳感器位置、速度反饋伺服電動機是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過控制信號驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，同時通過反饋傳感器實時監(jiān)控電機的狀態(tài)，并根據(jù)反饋信號調(diào)整控制信號，實現(xiàn)對電機位置、速度和加速度的精確控制。伺服電動機結(jié)構(gòu)及型號11.轉(zhuǎn)子伺服電動機轉(zhuǎn)子一般采用永磁體或電磁鐵結(jié)構(gòu)，用于產(chǎn)生磁場，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，與轉(zhuǎn)子的磁場相互作用，驅(qū)動轉(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)進行閉環(huán)控制。44.型號伺服電動機型號種類繁多，通常包含品牌、系列、功率、尺寸等信息。伺服電動機特性曲線分析轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性反映電機轉(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效率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩或輸出功率之間的關(guān)系伺服電動機調(diào)速及位置控制調(diào)速控制伺服電機可通過多種方式調(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能夠以精確的精度運行，滿足各種應(yīng)用的需求。位置控制伺服電機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)，電機可以根據(jù)指令信號調(diào)整位置，實現(xiàn)精確的運動控制。電機驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計要求可靠性確保電機驅(qū)動系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地運行，并具備故障自診斷和保護功能。安全性要保證電機驅(qū)動系統(tǒng)在運行過程中不會對人身和設(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)用場景，電機驅(qū)動系統(tǒng)的控制精度要求也不同，需要根據(jù)實際需求進行設(shè)計。成本在滿足性能要求的前提下，要盡可能降低電機驅(qū)動系統(tǒng)的成本，以提高性價比。電氣傳動系統(tǒng)的能量傳輸機械能電能熱能電氣傳動系統(tǒng)主要能量類型包括機械能、電能和熱能。機械能是驅(qū)動負(fù)載工作的能量，電能是驅(qū)動電機工作的能量，熱能是系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的能量損失。電氣傳動系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電源例如發(fā)電機、變壓器、整流器等。電動機例如直流電動機、交流異步電動機、同步電動機等?？刂葡到y(tǒng)包括控制器、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等。負(fù)載指需要電動機驅(qū)動的機器或設(shè)備，例如風(fēng)機、泵、起重機等。電氣傳動系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)電機效率優(yōu)化采用高效率電機，減少電機運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)整電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)節(jié)能效果。智能控制系統(tǒng)通過智能控制系統(tǒng)優(yōu)化電機運行參數(shù)，實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。再生制動技術(shù)利用再生制動技術(shù)回收能量，提高能源利用率。電氣傳動系統(tǒng)的故障診斷1故障分析通過觀察、測量、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)測性維護通過對系統(tǒng)運行參數(shù)的監(jiān)測，提前發(fā)現(xiàn)潛在的故障，并進行預(yù)防性維護。電氣傳動系統(tǒng)的應(yīng)用舉例電氣傳動系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國防等領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)中，電氣傳動系統(tǒng)