自动控制原理绪论

1、 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 电机与拖动Motors and Electric Drives杨浩东百工楼405 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.1电机的定义1.2电气传动系统发展1.3课程性质1.4研究内容1.5先修课程要求1.6磁路基本知识1.绪论 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论电机：与电能有关的能量转换机械，是实现电能的生产、变换、传输、分配、使用和控制的电磁机械装置。1.11.1电机的定义电机的定义 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论电能的生产、传输和分配电能的生产、传输和分配 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.

2、绪论驱动生产机械和装备驱动生产机械和装备v 拖动生产机械如金属切削、矿山机械、交通运输机械、起重机械、化工机械、农用机械、电动工具、家用电器等；v 构成控制系统和智能化装置的重要元件 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论电机的分类电机的分类电机变压器直线电机旋转电机电动机发电机异步电机同步电机电动机发电机自动控制系统中的执行元件、检测元件直流电机交流电机电动机发电机动力类控制类 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论直流电动机交流电动机电动机励磁直流电机：他励、串励、复励永磁直流电机异步电动机同步电动机鼠笼式绕线式普通同步电机：励磁、永磁无换向器电机磁阻电机电动机的分

3、类电动机的分类 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论1.21.2电气传动系统发展电气传动系统发展 电机负责电能到机械能的转换 涉及多个学科门类 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论电气传动的现状和发展电气传动的现状和发展 目标： 节能、高效发展包括： 控制器件、电机本体、控制策略 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论电气传动的分类电气传动的分类控制对象控制目标电机类型直流传动交流传动速度控制位置控制恒转矩负载恒功率负载通风机型负载转矩控制简单分一下吧 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论功率器件功率器件SCRGTRGTOMOSFETIGB

4、TMCTSiC大电流高电压高频率低损耗 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论控制器控制器ASIC 专用集成电路FPGA 现场可编程门阵列CPLD 复杂可编程逻辑器件单片机DSPDSPARMARM 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论电机电机直流电机-无刷直流电机交流电机 异步电机 同步电机-永磁同步电机功率密度变大效率提高成本降低目前，永磁同步电机以及延伸的一些其他类型电机是研究热点 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论控制方法控制方法 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论控制电路控制电路 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪

5、论运动控制的发展运动控制的发展 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论1.31.3课程性质课程性质 目标： （1）分析电机运行的基本原理 （2）分析直流电机、交流电机、变压器和 一些控制电机的运行性能 （3）电力拖动的基本知识 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论1.41.4研究研究内容内容章章 节节讲课讲课实实 验验第一章第一章 绪论绪论2 第二章第二章 电力拖动系统的动力学电力拖动系统的动力学2第三章第三章 直流电机原理直流电机原理82第四章第四章 直流电动机的运行直流电动机的运行6 第五章第五章 变压器变压器8 2第六章第六章 交流电机交流电机电枢绕组的电动势与

6、磁通势电枢绕组的电动势与磁通势6第七章第七章 异步电动机异步电动机原理原理8 2第八章第八章 异步电动机异步电动机的启动与制动的启动与制动8 第十章第十章 三相交流电动机调速三相交流电动机调速7 2第十一章第十一章 电力拖动系统电动机的选择电力拖动系统电动机的选择1合计合计56 8 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论1.51.5先修先修课程要求课程要求电路大学物理(有关电磁场的部分，基本定律)高等数学 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论考核方法电机拖动课程成绩 总成绩=平时成绩+期末考试 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论参考书目1.许实章. 电

7、机学. 北京：机械工业出版社。2.顾绳谷. 电机与拖动基础.北京：机械工业出版社。3.汤蕴缪，史乃. 电机学. 北京：机械工业出版社。4.李发海，王岩. 电机及拖动基础. 北京：清华大学出版社。5.Jimmie J. Cathey著，戴文进译. 电机原理与设计的MATLAB分析. 北京：电子工业出版社。 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论1.6 1.6 磁路的磁路的基本知识基本知识1.6.11.6.1基本定律基本定律1.6.2常用铁磁材料及其特性 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 绪论-磁路的磁路的基本知识基本知识1.6.1基本定律-基本物理量磁感应强度磁感应强度B B

8、用来表示磁场强弱强弱和方向方向的物理量BI 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 绪论-磁路的基本知识磁通量磁通量 通过某一面积S的磁通量定义为 它等于通过该面积的磁力线条数 在均匀磁场B中若磁力线垂直通过某截面积A则磁通量为 磁链 SdABAB 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 绪论-磁路的基本知识磁场强度磁场强度H H磁场强度H 定义为H = B/，是线圈安匝数的一个表征量，反映磁场来源的强弱，与磁介质没有关系磁感应强度B则表示磁场源在特定环境下的效果磁导率（或称绝对磁导率）表征磁介质的磁性，不是一个常数通常使用的是磁介质的相对磁导率r，其定义为磁导率 与真空磁导率 0之比，0

9、 = 410-7 H/m铁磁材料：例如铸铁 r1000，硅钢片 r6000-7000打个比方：你用一个固定的力去移动一个物体，但实际对物体产生的效果并不一样。比如你是借助于工具，也可能是你使力的位置不同或方向不同。对你来说，你用了一个确定的力，而对物体却有一个实际的感受。你作用的力好比磁场强度H，而物体的实际感受好比磁感应强度B 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 绪论-磁路的基本知识 电磁感应定律电磁感应定律dtdNdtdevlBe电动势电动势e e 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 绪论-磁路的基本知识右手定则：右手定则：导体在磁场中运动产生电势导体在磁场中运动产生电势. .

10、Bfi左手定则：载流导体在磁场中受到的电磁力。eBv 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 绪论-磁路的基本知识21mLNNiiR电感电感L L 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 绪论-磁路的基本知识1.6.1基本定律-磁路的概念 磁通形成的闭和路径，称为磁路 磁通： 主磁通： 同时链着一、二次绕组的磁通 漏磁通： 只链一次绕组或二次绕组的磁通 磁路： 主磁路：铁心 漏磁路： 除了铁磁材料外 还要经空气或变压器油等非铁磁材料 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 绪论-磁路的基本知识1.6.1基本定律-磁路的基本定律安培环路定律 沿任何一条闭合回路L，磁场强度H的线积分等于该闭

11、合回线所包围的电流的代数和 如果在均匀磁场中，沿着回线L 磁场强度H 处处相等，则NiHL LilHd Ni 即为安匝数，也叫磁路的磁势磁势。 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 绪论-磁路的基本知识磁路欧姆定律NiHL 作用在磁路上的磁动势F 等于磁路内的磁通量乘以磁阻Rm磁阻磁阻Rm与磁路长度与磁路长度L L成正比，截面积成正比，截面积S和磁导率和磁导率成反比成反比Rm-R-IF-U 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 绪论-磁路的基本知识例1-1有一闭合铁心磁路，铁心的截面积A=910-4m2,磁路的平均长度 l =0.3m，铁心的磁导率Fe=50000，套装在铁心上的励磁绕

12、组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度时，需要多少励磁磁动势和励磁电流？解 用安培环路定律求解如下A/m159A/m104500001/7FeBHA7.47A3.0159 HlFA1054. 9A5007 .47/2NFi 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 思考题：若上题中，铁心磁路有一0.01m的气隙，试求励磁磁动势和励磁电流？ 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 绪论-磁路的基本知识磁路的基尔霍夫定律 磁路的基尔霍夫电流定律磁路的基尔霍夫电流定律0321 0或或 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 绪论-磁路的基本知识磁路的基尔霍夫电压定律磁路的基尔霍夫电压定律m

13、m22m11221131kkkRRRHlHlHlHNi 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几点差别：磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几点差别：1）电路中有电流I 时，就有功率损耗；而在直流磁路中，维持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。2）电路中的电流全部在导线中流动；而在磁路中，总有一部分漏磁通。3）电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁路中铁心的导磁率随着饱和程度而有所变化4）对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路中，B和H之间的关系为非线性，因此计算时不可以用叠加原理。 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 电电 路路磁磁 路

14、路电流 磁通电流密度 磁通密度电动势 磁动势 电压 磁势 电场强度场强度电阻 磁阻 电导 磁导 电阻率 磁阻率 电导率 磁导率 iAiJ Blve dtdNeRiU qFE lNilFHmmRlHUlHiNFABAdABAlRlArRG1r11rHB1lARGmm1AlRm 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.绪论1.6 1.6 磁路的磁路的基本知识基本知识1.6.11.6.1基本定律基本定律1.6.21.6.2常用铁磁材料及其特性常用铁磁材料及其特性 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 绪论-磁路的基本知识1.6.21.6.2常用铁磁材料及其特性常用铁磁材料及其特性一、铁磁物

15、质的磁化一、铁磁物质的磁化在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，显示出磁性。 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.6.2常用铁磁材料及其特性二、磁化曲线和磁滞回线1、起始磁化曲线将一块未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增加时，磁通密度B将随之增加。用B=f (H)描述的曲线就称为起始磁化曲线。 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.6.2常用铁磁材料及其特性2、磁滞回线剩磁当H从零增加到Hm时，B相应地从零增加到Bm；然后再逐渐减小H，B值将沿曲线ab下降。当H=0 时，B值并不等于零，而是Br。这就是剩磁。

16、磁滞回线当H在Hm和 Hm之间反复变化时，呈现磁滞现象的BH闭合曲线，称为磁滞回线。 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.6.2常用铁磁材料及其特性3、基本磁化曲线对同一铁磁材料，选择不同的Hm反复磁化，得到不同的磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为基本磁化曲线。 2012 电气与自动化学院 常熟理工学院 1.6.2常用铁磁材料及其特性三、铁磁材料三、铁磁材料1、软磁材料、软磁材料2、硬磁材料、硬磁材料四、铁心损耗四、铁心损耗1、磁滞损耗、磁滞损耗材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩 擦而消耗的能量。擦而消耗的能量。2、涡流损耗、涡流损耗铁心内部由于涡流