《电气传动》课件

《电气传动》课程介绍本课程将带您深入了解电气传动系统的核心原理和应用。您将学习电机、电力电子器件、控制系统等方面的知识。课程目标深入了解电气传动系统学生将掌握电气传动系统基本原理，并熟悉各种电机类型和控制技术。提高应用实践能力通过案例分析和实验操作，学生能够将理论知识应用到实际工程项目中。课程大纲直流电机直流电机结构、工作原理、速度特性、转矩特性、起动和调速。交流电机三相异步电机结构、工作原理、速度特性、转矩特性、调速和启动。其他电机同步电机、步进电机、线性电机等。电气传动系统电气传动系统概述、应用案例。电气传动系统概述电气传动系统是将电能转换为机械能的系统，广泛应用于工业、交通、农业等领域。主要由电机、控制系统、电源、机械传动装置等组成。电气传动系统以其效率高、控制灵活、运行可靠等优点，成为现代工业自动化和智能制造的关键技术。直流电机基本结构直流电机由定子和转子两部分组成。定子是电机的外壳，包含磁场线圈。转子位于定子内部，包含电枢线圈。当电流通过定子线圈时，会产生磁场。转子线圈在磁场中旋转，产生机械能。直流电机的转子通常包含一个或多个电枢线圈，这些线圈通过一个称为换向器的装置连接到外部电路。换向器用于反转电流方向，使电机能够连续旋转。直流电机工作原理1电磁感应线圈在磁场中运动，产生感应电动势2电磁力电流流过导体，产生磁场，与外部磁场相互作用，产生电磁力3转矩产生电磁力作用于转子，产生转矩，驱动电机旋转直流电机的转动原理基于电磁感应和电磁力相互作用。当电流流过定子线圈时，产生磁场，该磁场与转子线圈中的电流相互作用，产生电磁力，推动转子旋转。直流电机的速度特性直流电机的速度特性是指电机转速与励磁电流和负载转矩的关系。直流电机的速度特性可以分为空载速度特性、负载速度特性和调速特性。空载速度特性是指电机空载运行时，转速与励磁电流的关系。负载速度特性是指电机带负载运行时，转速与负载转矩的关系。调速特性是指电机在不同的负载转矩下，改变励磁电流或电枢电压，使电机转速发生变化的特性。直流电机的速度特性主要受以下因素影响：电枢电压、励磁电流、负载转矩、电机的结构参数等。直流电机的速度特性是电机设计和应用的重要依据，可以通过改变励磁电流或电枢电压来调节电机转速，实现对电机速度的控制。1空载转速与励磁电流成正比2负载转速随负载转矩的增加而降低3调速可以通过改变励磁电流或电枢电压来调节转速直流电机的转矩特性转矩电机转速特性负载增加下降负特性负载减轻上升负特性直流电机的转矩特性是指电机转矩与转速之间的关系。直流电机的转矩特性通常为负特性，即负载增加时，电机转速下降，负载减轻时，电机转速上升。直流电机的起动和调速1起动方式直流电机起动时，电流较大，可能造成电机过热或损坏，需要采用合适的起动方式。直接起动降压起动软起动2调速方法直流电机的调速方式主要有两种：改变励磁电流和改变电枢电压。励磁调速电枢调速3调速控制调速系统需要根据负载变化和运行要求进行控制，以保证电机稳定运行和效率。开环控制闭环控制直流电源变换器电路结构直流电源变换器是将直流电源转换为所需的电压和电流，用于直流电机供电的装置。类型直流电源变换器常见的有DC-DC变换器，用于电压转换，例如直流电机控制器。主要组件开关器件控制电路滤波器直流电机的功率电子调速1直流电机调速功率电子技术应用于直流电机调速，可以实现精确、快速、高效的调速控制。2PWM控制脉宽调制(PWM)技术通过改变脉冲宽度来控制电机电压，进而控制电机速度。3斩波器斩波器将直流电源电压进行切断和连接，产生可控的直流电压，实现电机调速。4反馈控制通过速度传感器反馈电机实际转速，可以实现闭环控制，提高调速精度。功率电子技术应用于直流电机调速，可以实现多种调速方式，如恒压调速、恒流调速、恒功率调速等。交流电机基本结构转子转子是交流电机的旋转部分，它由定子产生的旋转磁场驱动。定子定子是交流电机的静止部分，它包含线圈和铁芯，用于产生旋转磁场。轴承轴承用于支撑转子并减少摩擦，确保电机平稳运行。三相异步电机工作原理旋转磁场三相定子绕组通入三相交流电，产生旋转磁场，磁场方向不断变化。感应电流转子绕组切割磁力线，产生感应电流。电磁转矩转子感应电流与定子磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动转子旋转。异步旋转转子速度始终低于旋转磁场速度，两者之间存在转差率，故称异步电机。三相异步电机的速度特性三相异步电机是目前应用最广泛的电机类型之一。其速度特性通常可以用转速-转矩曲线来描述。随着负载转矩的增加，电机转速会逐渐下降。当负载转矩达到额定值时，电机转速会稳定在额定速度。此后，如果负载转矩继续增加，电机转速会迅速下降，最终可能会停转。三相异步电机的转矩特性转速转矩特性同步转速零电机处于静止状态低转速高电机具有较大的启动转矩接近同步转速逐渐下降电机转矩逐渐减小三相异步电机的调速三相异步电机广泛应用于工业生产中，其速度控制对于提高生产效率、节约能源至关重要。变频调速通过改变电源频率来控制电机转速转子电阻调速改变转子回路电阻来改变转速改变电源电压调速改变电源电压大小来控制电机转速常用的调速方法有变频调速、转子电阻调速和改变电源电压调速。三相异步电机的启动1直接启动将定子绕组直接接入电源。电流冲击大，启动转矩低，适用于负载较轻，启动频繁的情况。2降压启动利用降压启动器降低电压，降低启动电流，增加启动转矩。应用于负载较重，启动时电流冲击大的场合。3星-三角启动将定子绕组先接成星形，降低启动电流，然后接成三角形，提高转矩。适用于中等负载，需要较高的启动转矩。交流变频电路交流变频电路是一种利用功率电子器件控制交流电源的频率和电压，从而改变电机转速的电路。变频电路通常由整流、滤波、逆变、控制等部分组成。通过改变逆变桥输出的频率，可以控制电机的转速。矢量控制技术11.提高电机控制精度矢量控制通过精确控制电机转矩和转速，实现高精度控制。22.优化电机性能矢量控制提高电机效率，减少能耗，并改善电机动态响应。33.扩展应用范围矢量控制技术可应用于各种电机，如异步电机、同步电机等。无传感器矢量控制无需速度传感器省略了速度传感器，降低了成本，提高了可靠性，简化了系统结构。估计电机转子位置通过观测电机电流和电压信号来估计转子位置和速度，实现闭环控制。简化控制算法无需复杂的传感器信号处理，简化了控制算法，提高了系统实时性能。提高系统性能在不使用传感器的情况下，仍然可以实现高性能的电机控制，提高了效率和精度。永磁同步电机工作原理磁场产生永磁同步电机通过内置的永磁体产生磁场，不需要额外的励磁绕组。定子电流定子绕组通入三相交流电流，产生旋转磁场。磁场交互定子旋转磁场与转子永磁体磁场相互作用，产生电磁力矩，驱动转子旋转。同步运行转子旋转速度与定子旋转磁场速度保持同步，电机达到稳定运行状态。永磁同步电机的特性永磁同步电机具有高效率、高功率密度、高转矩、高速度、高控制精度等优点。广泛应用于各种工业领域。永磁同步电机的调速1电压控制改变定子电压幅值，改变转速2频率控制改变定子电流频率，改变转速3矢量控制通过控制定子电流矢量，实现精确调速4转矩控制通过控制转矩，实现精确转速控制永磁同步电机的调速方法多种多样，可以根据不同的应用场景选择合适的调速方式。步进电机的基本原理1脉冲控制步进电机通过接受一系列脉冲信号来控制转子的旋转角度，每个脉冲对应一个固定角度的旋转。2齿轮结构步进电机内部包含一个多极磁体转子和一个由多个齿组成的定子，转子根据定子磁场的变化进行旋转。3磁场变化定子上的绕组被通电后，产生一系列的磁场，磁场的极性变化导致转子被吸引并转动。步进电机的控制方式开环控制简单易行，成本低廉，但精度较低，易受负载变化影响。闭环控制精度高，抗干扰能力强，但成本高，系统复杂。脉冲控制通过脉冲信号控制电机转动，实现精确的定位控制。线性电机的基本结构线性电机是一种将电磁能直接转换为直线运动的电机，其结构与旋转电机相比有很大的区别。线性电机主要由定子和动子两部分组成，定子通常固定，动子则在定子的磁场中移动。定子通常由一系列电磁铁组成，而动子则由导体组成，当定子通电时，会在动子中产生磁场，并推动动子移动。线性电机的工作原理1磁场产生线圈中通入电流，产生磁场2磁场相互作用磁场与永久磁铁相互作用3线性运动产生线性推力，驱动滑块运动线性电机的工作原理基于电磁感应定律。当线圈通电时，会产生磁场。这个磁场会与永久磁铁的磁场相互作用，从而产生一个线性推力。推力的大小取决于电流的大小和磁场的强度。线性电机的控制技术位置控制线性电机通常用于精确位置控制，通过闭环反馈系统来实现。速度控制通过调节电流或电压来控制线性电机的速度，实现精准的运动。力控制根据负载需求，控制线性电机产生的力的大小，满足应用要求。运动控制线性电机可以实现复杂的运动轨迹，例如直线运动、曲线运动等。电气传动系统的应用案例电动汽车电动汽车使用电气传动系统驱动，提供清洁高效的交通解决方案。工业机器人工业机器人