《电动机与电气传动》课件

《电动机与电气传动》课程简介本课程旨在帮助学生深入了解电动机与电气传动的基本原理、工作特性和应用。涵盖交流电机、直流电机、同步电机、异步电机等类型，并介绍各种电气传动系统，如电力电子技术和控制技术。电动机工作原理1电磁感应磁场变化产生电流2电磁力电流产生磁场，磁场相互作用产生力3旋转运动电磁力驱动转子旋转电动机通过电磁感应原理将电能转换为机械能。当电流通过线圈时，会产生磁场。该磁场与转子上的磁场相互作用，产生电磁力，驱动转子旋转。直流电动机结构及型号直流电动机结构直流电动机主要由定子、转子、电刷、换向器和轴承等组成。直流电动机型号直流电动机型号众多，常见类型包括永磁直流电机、串励直流电机、并励直流电机、复励直流电机等。应用场景直流电动机广泛应用于各种机械设备，例如汽车、机床、电梯等。直流电动机特性曲线分析转矩电流效率直流电动机特性曲线反映了电动机在不同转速下的转矩、电流和效率等参数的变化规律，可用于分析电动机的性能、选择合适的电机型号以及进行控制策略的设计。直流电动机调速方式改变励磁电流改变励磁电流可以改变磁场强度，从而改变电动机转速。改变电枢电压改变电枢电压可以改变电枢电流，从而改变电动机转速。串联电阻调速在电枢回路中串联电阻，可以降低电枢电压，从而降低转速。并联电阻调速在电枢回路中并联电阻，可以提高电枢电压，从而提高转速。直流电动机控制速度控制通过改变励磁电流或电枢电压，控制直流电动机转速。方向控制改变电枢电流方向，反转电机旋转方向。电流控制控制电机电流以防止过载和提高效率。交流异步电动机工作原理1旋转磁场定子绕组通入三相交流电，产生旋转磁场，该磁场切割转子导体，并在转子导体中产生感应电流。2电磁感应力转子导体中的感应电流与定子磁场相互作用，产生电磁感应力，该力推动转子旋转。3转速转子转速永远小于定子旋转磁场的转速，两者之间的差值称为转差率。交流异步电动机结构及型号主要结构交流异步电动机主要由定子、转子、机壳、轴承、冷却系统等组成。定子是产生旋转磁场的部件，转子是旋转的部件，机壳是用来固定电机并保护内部部件的结构。主要型号交流异步电动机按结构可分为笼型异步电动机和绕线式异步电动机。按相数可分为单相异步电动机和三相异步电动机。按电压可分为低压异步电动机和高压异步电动机。交流异步电动机特性曲线分析交流异步电动机特性曲线是描述电动机性能的重要指标。主要包括转速-转矩特性、功率-转矩特性、效率-转矩特性等。转速-转矩特性反映转速与转矩之间的关系，可以了解电动机的起动性能和过载能力。功率-转矩特性反映输出功率与转矩之间的关系，可以了解电动机在不同负载下的输出能力。效率-转矩特性反映效率与转矩之间的关系，可以了解电动机的经济运行范围。交流异步电动机调速方式1转子绕组调速改变转子绕组电阻的大小来改变转速，适用范围有限，效率较低。2改变电源频率改变电源频率，从而改变转速，成本较高，通常用于大型电机。3改变定子磁场通过改变定子电流或磁场强度来改变转速，效率较高，应用广泛。4改变极对数改变电机极对数，从而改变转速，适用于特定应用场景。交流异步电动机控制控制方法交流异步电动机控制方法包括转速控制、转矩控制和位置控制等。转速控制常用方法包括电压控制、频率控制和滑差控制等。控制策略常用的控制策略包括开环控制、闭环控制和自适应控制等。闭环控制系统可以根据电机转速、转矩或位置的偏差进行调节，从而实现更精准的控制。同步电动机工作原理同步电机是一种旋转磁场电机。它的转子绕组励磁，产生与定子旋转磁场同步的磁场。1同步转速转子与定子磁场同步旋转。2电磁转矩定子旋转磁场切割转子绕组，产生感应电动势。3磁场同步转子磁场方向始终与定子旋转磁场方向一致。当同步电机负载增加时，转子会滞后于定子磁场，导致转速下降。为了保持同步转速，需要增加励磁电流。同步电动机结构及型号转子结构同步电动机转子结构包括凸极型和隐极型，凸极型转子具有明显的磁极，而隐极型转子没有明显的磁极。定子结构同步电动机定子结构与异步电动机定子结构相同，由定子铁芯、定子绕组和定子机座组成。电源供应同步电动机需要直流励磁电源，励磁电流的大小影响同步电动机的磁场强度。型号常见的同步电动机型号包括Y系列、YR系列和DY系列，型号中包含电动机功率、电压、转速等信息。同步电动机特性曲线分析同步电动机特性曲线是反映电动机运行性能的重要指标，主要包括转速-转矩曲线、功率-转矩曲线、效率曲线和功率因数曲线等。1转速-转矩曲线同步电动机的转速与负载转矩之间存在线性关系，转速恒定。2功率-转矩曲线功率与转矩成正比，最大功率在额定转矩处获得。3效率曲线同步电动机的效率较高，在额定负载附近达到最高值。4功率因数曲线同步电动机的功率因数可通过励磁电流调节，通常可以达到接近1的值。通过分析这些特性曲线，可以了解同步电动机的运行特性，并为其选择合适的控制策略和运行条件。同步电动机调速方式11.改变转子磁场频率同步电动机的转速与电源频率成正比，改变电源频率可以改变同步电动机的转速。22.改变定子磁场强度改变定子电流可以改变定子磁场强度，从而改变同步电动机的转速。33.改变定子绕组极数改变定子绕组极数可以改变同步电动机的同步转速。44.改变转子磁场强度改变励磁电流可以改变转子磁场强度，从而改变同步电动机的转速。同步电动机控制电压控制通过调节定子电压，控制同步电动机的转速和转矩。电流控制利用电流环控制，实现对同步电动机电流的精确控制，进而控制转速和转矩。转速控制通过调节转子励磁电流，控制同步电动机的转速，确保电机平稳运行。位置控制通过位置反馈，实现对同步电动机转子的精准位置控制，满足高精度定位需求。步进电动机工作原理脉冲控制步进电动机通过接收脉冲信号来控制转动，每个脉冲对应一个固定角度的旋转。转子磁场转子具有多个磁极，每个磁极与定子上的磁极相互吸引或排斥，产生旋转力矩。步进角步进电机每接收一个脉冲，转子就会旋转一个固定角度，称为步进角。位置精度步进电机具有较高的位置精度，可以精确地控制转轴的转动角度和位置。步进电动机结构及型号步进电机结构步进电机通常由定子和转子两部分组成。定子由电磁线圈组成，转子由永磁体或铁芯组成。步进电机类型步进电机分为单相、双相和多相步进电机。根据结构类型，步进电机可分为永磁式、混合式、变阻式、反应式等。步进电机型号步进电机型号通常由字母和数字组成。例如，57BYGH系列步进电机，表示电机尺寸为57mm，型号为BYGH。步进电动机特性曲线分析步进电动机特性曲线描述了步进电动机的转速、转矩、电流等参数之间的关系，是理解和应用步进电动机的关键。步进电动机特性曲线通常包含以下几种类型：1转速-转矩曲线该曲线显示了步进电动机在不同转速下所能输出的最大转矩。通常，转速越高，输出转矩越小。2电流-转矩曲线该曲线显示了步进电动机在不同电流下所能输出的最大转矩。3步距角-转矩曲线该曲线显示了步进电动机在不同步距角下所能输出的最大转矩。4频率-转矩曲线该曲线显示了步进电动机在不同频率下所能输出的最大转矩。通过分析这些特性曲线，可以确定步进电动机在特定应用中的工作性能，并选择合适的驱动器和控制方法。步进电动机控制开环控制开环控制结构简单，成本低，但精度较低，适用于对精度要求不高的场合。闭环控制闭环控制采用反馈机制，可提高精度，适用于对精度要求较高的场合。脉冲控制通过脉冲信号控制步进电机的转动，实现步进电机精确的定位和控制。微处理器控制采用微处理器控制步进电机，可以实现更复杂的控制功能，例如多轴同步控制。伺服电动机工作原理1控制信号位置、速度、加速度2控制器信号处理和反馈控制3放大器功率放大，驱动电机4电动机旋转运动，执行指令5反馈传感器位置、速度反馈伺服电动机是一种闭环控制系统，通过控制信号驱动电机旋转，同时通过反馈传感器实时监控电机的状态，并根据反馈信号调整控制信号，实现对电机位置、速度和加速度的精确控制。伺服电动机结构及型号11.转子伺服电动机转子一般采用永磁体或电磁铁结构，用于产生磁场，与定子相互作用以产生旋转力矩。22.定子定子绕组通电后产生磁场，与转子的磁场相互作用，驱动转子旋转。33.编码器编码器用于反馈转子的位置和速度信息，用于控制系统进行闭环控制。44.型号伺服电动机型号种类繁多，通常包含品牌、系列、功率、尺寸等信息。伺服电动机特性曲线分析转速-转矩特性反映电机转速与负载转矩之间的关系速度-电流特性反映电机转速与定子电流之间的关系转矩-电流特性反映电机负载转矩与定子电流之间的关系效率特性反映电机效率与负载转矩或输出功率之间的关系伺服电动机调速及位置控制调速控制伺服电机可通过多种方式调节转速，例如电压控制、电流控制和频率控制。这些控制方法使电机能够以精确的精度运行，满足各种应用的需求。位置控制伺服电机能够精确控制轴的位置，使其适用于需要精准定位的应用。通过反馈系统，电机可以根据指令信号调整位置，实现精确的运动控制。电机驱动系统的设计要求可靠性确保电机驱动系统能够稳定可靠地运行，并具备故障自诊断和保护功能。安全性要保证电机驱动系统在运行过程中不会对人身和设备造成危害，并符合相关安全标准。精度根据不同的应用场景，电机驱动系统的控制精度要求也不同，需要根据实际需求进行设计。成本在满足性能要求的前提下，要尽可能降低电机驱动系统的成本，以提高性价比。电气传动系统的能量传输机械能电能热能电气传动系统主要能量类型包括机械能、电能和热能。机械能是驱动负载工作的能量，电能是驱动电机工作的能量，热能是系统运行过程中产生的能量损失。电气传动系统的拓扑结构电源例如发电机、变压器、整流器等。电动机例如直流电动机、交流异步电动机、同步电动机等。控制系统包括控制器、传感器、执行机构等。负载指需要电动机驱动的机器或设备，例如风机、泵、起重机等。电气传动系统的节能技术电机效率优化采用高效率电机，减少电机运行过程中的能量损耗，降低电能消耗。变频调速技术利用变频器根据负载变化调整电机转速，实现节能效果。智能控制系统通过智能控制系统优化电机运行参数，实现节能目标。再生制动技术利用再生制动技术回收能量，提高能源利用率。电气传动系统的故障诊断1故障分析通过观察、测量、分析，确定故障的性质、部位和原因。2故障排除采用相应的维修手段，修复故障，恢复系统正常运行。3预防措施采取措施，避免相同故障的再次发生。4预测性维护通过对系统运行参数的监测，提前发现潜在的故障，并进行预防性维护。电气传动系统的应用举例电气传动系统广泛应用于工业、农业、交通、国防等领域。在工业生产中，电气传动系统