《電氣傳動(dòng)》課件

《電氣傳動(dòng)》課程介紹本課程將帶您深入了解電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的核心原理和應(yīng)用。您將學(xué)習(xí)電機(jī)、電力電子器件、控制系統(tǒng)等方面的知識(shí)。課程目標(biāo)深入了解電氣傳動(dòng)系統(tǒng)學(xué)生將掌握電氣傳動(dòng)系統(tǒng)基本原理，并熟悉各種電機(jī)類型和控制技術(shù)。提高應(yīng)用實(shí)踐能力通過案例分析和實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)應(yīng)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中。課程大綱直流電機(jī)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理、速度特性、轉(zhuǎn)矩特性、起動(dòng)和調(diào)速。交流電機(jī)三相異步電機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理、速度特性、轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速和啟動(dòng)。其他電機(jī)同步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、線性電機(jī)等。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)概述、應(yīng)用案例。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)概述電氣傳動(dòng)系統(tǒng)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。主要由電機(jī)、控制系統(tǒng)、電源、機(jī)械傳動(dòng)裝置等組成。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)以其效率高、控制靈活、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化和智能制造的關(guān)鍵技術(shù)。直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子是電機(jī)的外殼，包含磁場線圈。轉(zhuǎn)子位于定子內(nèi)部，包含電樞線圈。當(dāng)電流通過定子線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場。轉(zhuǎn)子線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生機(jī)械能。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常包含一個(gè)或多個(gè)電樞線圈，這些線圈通過一個(gè)稱為換向器的裝置連接到外部電路。換向器用于反轉(zhuǎn)電流方向，使電機(jī)能夠連續(xù)旋轉(zhuǎn)。直流電機(jī)工作原理1電磁感應(yīng)線圈在磁場中運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢2電磁力電流流過導(dǎo)體，產(chǎn)生磁場，與外部磁場相互作用，產(chǎn)生電磁力3轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電磁力作用于轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理基于電磁感應(yīng)和電磁力相互作用。當(dāng)電流流過定子線圈時(shí)，產(chǎn)生磁場，該磁場與轉(zhuǎn)子線圈中的電流相互作用，產(chǎn)生電磁力，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的速度特性直流電機(jī)的速度特性是指電機(jī)轉(zhuǎn)速與勵(lì)磁電流和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。直流電機(jī)的速度特性可以分為空載速度特性、負(fù)載速度特性和調(diào)速特性?？蛰d速度特性是指電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速與勵(lì)磁電流的關(guān)系。負(fù)載速度特性是指電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。調(diào)速特性是指電機(jī)在不同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，改變勵(lì)磁電流或電樞電壓，使電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化的特性。直流電機(jī)的速度特性主要受以下因素影響：電樞電壓、勵(lì)磁電流、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)等。直流電機(jī)的速度特性是電機(jī)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的重要依據(jù)，可以通過改變勵(lì)磁電流或電樞電壓來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度的控制。1空載轉(zhuǎn)速與勵(lì)磁電流成正比2負(fù)載轉(zhuǎn)速隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增加而降低3調(diào)速可以通過改變勵(lì)磁電流或電樞電壓來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩電機(jī)轉(zhuǎn)速特性負(fù)載增加下降負(fù)特性負(fù)載減輕上升負(fù)特性直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性是指電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性通常為負(fù)特性，即負(fù)載增加時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，負(fù)載減輕時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升。直流電機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速1起動(dòng)方式直流電機(jī)起動(dòng)時(shí)，電流較大，可能造成電機(jī)過熱或損壞，需要采用合適的起動(dòng)方式。直接起動(dòng)降壓起動(dòng)軟起動(dòng)2調(diào)速方法直流電機(jī)的調(diào)速方式主要有兩種：改變勵(lì)磁電流和改變電樞電壓。勵(lì)磁調(diào)速電樞調(diào)速3調(diào)速控制調(diào)速系統(tǒng)需要根據(jù)負(fù)載變化和運(yùn)行要求進(jìn)行控制，以保證電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行和效率。開環(huán)控制閉環(huán)控制直流電源變換器電路結(jié)構(gòu)直流電源變換器是將直流電源轉(zhuǎn)換為所需的電壓和電流，用于直流電機(jī)供電的裝置。類型直流電源變換器常見的有DC-DC變換器，用于電壓轉(zhuǎn)換，例如直流電機(jī)控制器。主要組件開關(guān)器件控制電路濾波器直流電機(jī)的功率電子調(diào)速1直流電機(jī)調(diào)速功率電子技術(shù)應(yīng)用于直流電機(jī)調(diào)速，可以實(shí)現(xiàn)精確、快速、高效的調(diào)速控制。2PWM控制脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)通過改變脈沖寬度來控制電機(jī)電壓，進(jìn)而控制電機(jī)速度。3斬波器斬波器將直流電源電壓進(jìn)行切斷和連接，產(chǎn)生可控的直流電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。4反饋控制通過速度傳感器反饋電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，提高調(diào)速精度。功率電子技術(shù)應(yīng)用于直流電機(jī)調(diào)速，可以實(shí)現(xiàn)多種調(diào)速方式，如恒壓調(diào)速、恒流調(diào)速、恒功率調(diào)速等。交流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，它由定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動(dòng)。定子定子是交流電機(jī)的靜止部分，它包含線圈和鐵芯，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。軸承軸承用于支撐轉(zhuǎn)子并減少摩擦，確保電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。三相異步電機(jī)工作原理旋轉(zhuǎn)磁場三相定子繞組通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，磁場方向不斷變化。感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電流。電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與定子磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。異步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子速度始終低于旋轉(zhuǎn)磁場速度，兩者之間存在轉(zhuǎn)差率，故稱異步電機(jī)。三相異步電機(jī)的速度特性三相異步電機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的電機(jī)類型之一。其速度特性通?？梢杂棉D(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線來描述。隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)逐漸下降。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩達(dá)到額定值時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)穩(wěn)定在額定速度。此后，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩繼續(xù)增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)迅速下降，最終可能會(huì)停轉(zhuǎn)。三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性同步轉(zhuǎn)速零電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)低轉(zhuǎn)速高電機(jī)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩接近同步轉(zhuǎn)速逐漸下降電機(jī)轉(zhuǎn)矩逐漸減小三相異步電機(jī)的調(diào)速三相異步電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，其速度控制對于提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源至關(guān)重要。變頻調(diào)速通過改變電源頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速改變轉(zhuǎn)子回路電阻來改變轉(zhuǎn)速改變電源電壓調(diào)速改變電源電壓大小來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速常用的調(diào)速方法有變頻調(diào)速、轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速和改變電源電壓調(diào)速。三相異步電機(jī)的啟動(dòng)1直接啟動(dòng)將定子繞組直接接入電源。電流沖擊大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩低，適用于負(fù)載較輕，啟動(dòng)頻繁的情況。2降壓啟動(dòng)利用降壓啟動(dòng)器降低電壓，降低啟動(dòng)電流，增加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。應(yīng)用于負(fù)載較重，啟動(dòng)時(shí)電流沖擊大的場合。3星-三角啟動(dòng)將定子繞組先接成星形，降低啟動(dòng)電流，然后接成三角形，提高轉(zhuǎn)矩。適用于中等負(fù)載，需要較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。交流變頻電路交流變頻電路是一種利用功率電子器件控制交流電源的頻率和電壓，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的電路。變頻電路通常由整流、濾波、逆變、控制等部分組成。通過改變逆變橋輸出的頻率，可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。矢量控制技術(shù)11.提高電機(jī)控制精度矢量控制通過精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)高精度控制。22.優(yōu)化電機(jī)性能矢量控制提高電機(jī)效率，減少能耗，并改善電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。33.擴(kuò)展應(yīng)用范圍矢量控制技術(shù)可應(yīng)用于各種電機(jī)，如異步電機(jī)、同步電機(jī)等。無傳感器矢量控制無需速度傳感器省略了速度傳感器，降低了成本，提高了可靠性，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置通過觀測電機(jī)電流和電壓信號(hào)來估計(jì)轉(zhuǎn)子位置和速度，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。簡化控制算法無需復(fù)雜的傳感器信號(hào)處理，簡化了控制算法，提高了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能。提高系統(tǒng)性能在不使用傳感器的情況下，仍然可以實(shí)現(xiàn)高性能的電機(jī)控制，提高了效率和精度。永磁同步電機(jī)工作原理磁場產(chǎn)生永磁同步電機(jī)通過內(nèi)置的永磁體產(chǎn)生磁場，不需要額外的勵(lì)磁繞組。定子電流定子繞組通入三相交流電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。磁場交互定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子永磁體磁場相互作用，產(chǎn)生電磁力矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。同步運(yùn)行轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子旋轉(zhuǎn)磁場速度保持同步，電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。永磁同步電機(jī)的特性永磁同步電機(jī)具有高效率、高功率密度、高轉(zhuǎn)矩、高速度、高控制精度等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域。永磁同步電機(jī)的調(diào)速1電壓控制改變定子電壓幅值，改變轉(zhuǎn)速2頻率控制改變定子電流頻率，改變轉(zhuǎn)速3矢量控制通過控制定子電流矢量，實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速4轉(zhuǎn)矩控制通過控制轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)精確轉(zhuǎn)速控制永磁同步電機(jī)的調(diào)速方法多種多樣，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇合適的調(diào)速方式。步進(jìn)電機(jī)的基本原理1脈沖控制步進(jìn)電機(jī)通過接受一系列脈沖信號(hào)來控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，每個(gè)脈沖對應(yīng)一個(gè)固定角度的旋轉(zhuǎn)。2齒輪結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部包含一個(gè)多極磁體轉(zhuǎn)子和一個(gè)由多個(gè)齒組成的定子，轉(zhuǎn)子根據(jù)定子磁場的變化進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。3磁場變化定子上的繞組被通電后，產(chǎn)生一系列的磁場，磁場的極性變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)子被吸引并轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的控制方式開環(huán)控制簡單易行，成本低廉，但精度較低，易受負(fù)載變化影響。閉環(huán)控制精度高，抗干擾能力強(qiáng)，但成本高，系統(tǒng)復(fù)雜。脈沖控制通過脈沖信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精確的定位控制。線性電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)線性電機(jī)是一種將電磁能直接轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，其結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比有很大的區(qū)別。線性電機(jī)主要由定子和動(dòng)子兩部分組成，定子通常固定，動(dòng)子則在定子的磁場中移動(dòng)。定子通常由一系列電磁鐵組成，而動(dòng)子則由導(dǎo)體組成，當(dāng)定子通電時(shí)，會(huì)在動(dòng)子中產(chǎn)生磁場，并推動(dòng)動(dòng)子移動(dòng)。線性電機(jī)的工作原理1磁場產(chǎn)生線圈中通入電流，產(chǎn)生磁場2磁場相互作用磁場與永久磁鐵相互作用3線性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生線性推力，驅(qū)動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)線性電機(jī)的工作原理基于電磁感應(yīng)定律。當(dāng)線圈通電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場。這個(gè)磁場會(huì)與永久磁鐵的磁場相互作用，從而產(chǎn)生一個(gè)線性推力。推力的大小取決于電流的大小和磁場的強(qiáng)度。線性電機(jī)的控制技術(shù)位置控制線性電機(jī)通常用于精確位置控制，通過閉環(huán)反饋系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。速度控制通過調(diào)節(jié)電流或電壓來控制線性電機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)。力控制根據(jù)負(fù)載需求，控制線性電機(jī)產(chǎn)生的力的大小，滿足應(yīng)用要求。運(yùn)動(dòng)控制線性電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡，例如直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)等。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用案例電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車使用電氣傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，提供清潔高效的交通解決方案。工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人