《控制用电机》课件

《控制用电机》电机是现代工业生产中的重要组成部分。控制用电机是指专门用于控制系统中的电机。by目录11.电机的基本原理了解电机的基本工作原理，包括电磁感应、磁场和力矩。22.电机的分类介绍常见的电机类型，包括直流电机、交流电机、步进电机和伺服电机。33.电机驱动器学习电机驱动器的功能，包括功率放大、反馈控制和保护功能。44.电机应用案例展示电机在不同领域的应用，例如工业自动化、机器人和家用电器。电机的基本原理电机是一种将电能转换为机械能的装置，其基本原理是电磁感应现象。电磁感应是指在磁场中运动的导体或在变化的磁场中的导体，会产生感应电流。电机通过线圈通电产生磁场，并利用电磁感应原理驱动转子旋转。电机的结构通常包括定子、转子、磁场和绕组等部分。定子是固定不动的部分，转子是旋转的部分，磁场是由定子绕组产生的，绕组是通电产生磁场的线圈。不同的电机类型在结构和工作原理上有所差异，但基本原理都是基于电磁感应现象。电机的分类直流电机直流电机使用直流电作为电源，在各种领域广泛应用。直流电机的工作原理是通过电磁感应，产生旋转的磁场，驱动转子旋转。交流电机交流电机使用交流电作为电源，通常用于工业生产和大型电力系统中。交流电机的类型包括同步电机和异步电机，分别对应着不同的运行原理和应用场景。步进电机步进电机是一种特殊类型的电机，它根据接收到的脉冲信号进行步进旋转，适用于需要精确控制位置和速度的应用。伺服电机伺服电机是控制系统中的核心组件，它可以精准地控制速度、位置和扭矩，广泛应用于自动化设备和机器人领域。直流电机直流电机是一种将直流电能转换为机械能的旋转电机。它在各种应用中发挥着重要作用，例如汽车、电动工具和工业设备。直流电机结构转子直流电机的转子由转轴、电枢和换向器组成。电枢上绕制着导线，形成闭合回路，并与换向器连接。定子定子由磁极和磁场线圈组成。磁极产生磁场，并在转子周围形成磁场。磁极可以是永久磁铁，也可以是电磁铁。换向器换向器用于将直流电源的电流引入转子电枢绕组，并保证电流方向与磁场方向始终保持一致，从而产生持续的旋转力矩。电刷电刷用于将直流电源的电流从外部电路传递到换向器，并保证转子电枢绕组的良好接触。直流电机的基本原理电流方向线圈中电流方向发生变化磁场变化产生磁场变化，切割磁力线电磁力线圈受到磁场力的作用，开始旋转持续旋转电磁力不断变化，电机持续旋转直流电机的控制方式脉宽调制(PWM)通过改变脉冲宽度来调节直流电机的电压和电流，实现对电机速度和转矩的精确控制。电阻控制使用电阻来改变直流电机的电压，实现对电机速度和转矩的粗略控制。斩波控制使用斩波电路将直流电压转换为脉冲直流电压，实现对电机速度和转矩的精确控制。交流电机交流电机是利用交流电来产生旋转磁场的电机。它们广泛应用于工业、商业和家庭中，驱动各种设备，例如风扇、泵、压缩机和电动汽车。同步电机磁场同步转子磁场与定子磁场同步旋转，实现稳定的转速控制。高效率能量损耗较低，在高负载和高转速应用中表现出色。精确控制适用于需要精准转速控制的场合，例如伺服系统。异步电机结构异步电机主要由定子、转子、轴承等部件组成。定子外侧绕有线圈，通电后产生旋转磁场。转子通常为鼠笼式结构，由铝或铜制成。定子和转子之间的气隙很小，使旋转磁场可以有效地切割转子导体，从而产生感应电流。工作原理异步电机工作原理基于电磁感应现象。定子绕组通电后产生旋转磁场，该磁场会切割转子导体，产生感应电流。感应电流在转子磁场的作用下产生电磁力，驱动转子旋转。由于转子速度永远小于旋转磁场速度，因此被称为异步电机。工作原理感应电动机转子绕组中感应电流产生磁场，与定子磁场相互作用，产生旋转力矩，驱动转子旋转。同步电机转子磁场与定子磁场同步旋转，保持转子与定子磁场之间的磁力耦合，实现同步运行。交流电机控制方式电压控制改变电压幅值，调节电机转速和转矩，应用于调速系统。频率控制通过改变频率，改变磁场旋转速度，实现电机转速控制。矢量控制精确控制电机磁场和转矩，提升电机性能和控制精度。直接转矩控制直接控制转矩，无需速度传感器，简化系统结构，提高控制响应速度。步进电机步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的电机。它通常用于需要精确控制位置和速度的应用。步进电机的结构1转子步进电机转子由多个永磁体组成，通常采用永磁体，以产生磁场，推动电机转动。2定子定子包含多个电磁线圈，通过电流的变化来控制磁场的变化，从而推动转子旋转。3轴承步进电机采用轴承，用于减少摩擦力，确保转子平稳旋转。4外壳外壳用来保护电机内部结构，同时起到散热作用，确保电机能够安全可靠地工作。步进电机的工作原理11.步进电机由定子和转子构成定子上有绕组，转子由永磁体或铁芯构成。22.步进电机通过电信号驱动每个电信号脉冲对应转子的一个固定角度转动。33.旋转角度由脉冲序列控制脉冲序列的频率和方向决定转子的旋转速度和方向。44.步进电机精准定位步进电机可以精确地控制转子的位置，常用于需要高精度定位的应用场景。步进电机的控制方式脉冲控制每个脉冲信号对应步进电机转动一个固定角度，脉冲频率控制电机转速。方向控制通过控制脉冲信号的极性来改变步进电机的旋转方向，实现正反转。微步控制将一个脉冲细分为多个微步，提高电机转动的精度，实现更平滑的运动。开环控制通过控制脉冲信号来控制步进电机的转动，无需反馈信号，适合对精度要求不高的应用。伺服电机伺服电机是一种闭环控制的电机，能够精确控制转速、位置和扭矩。伺服电机广泛应用于工业自动化、机器人控制、数控机床等领域。伺服电机-结构电机部分伺服电机由电机本体、编码器和驱动器组成。电机本体通常采用永磁同步电机，具有高效率、高精度和高扭矩等特点。伺服电机的工作原理伺服电机转子上的磁极与定子上的磁极相互作用，产生旋转力矩。伺服电机带有反馈传感器，用于测量转子位置和速度。控制器接收指令信号，根据反馈信息调整电机电流，控制电机转速和位置。伺服电机控制方式位置控制通过反馈信号，精确控制电机转动角度。速度控制通过反馈信号，设定和控制电机转速。扭矩控制根据负载变化，调节电机输出扭矩。电机驱动器电机驱动器是控制电机运行的关键部件。它接收来自控制系统的指令，并将其转换为电机可识别的信号，驱动电机旋转。电机驱动器-功率放大功率放大器作用电机驱动器中的功率放大器负责将控制信号放大，从而驱动电机运行。功率放大器将弱信号转换成高电流信号，为电机提供所需的功率。功率放大器类型常用的功率放大器类型包括线性放大器和开关放大器。线性放大器效率较低，但性能稳定，适合高精度控制。开关放大器效率高，但控制精度较低，适合高功率应用。反馈控制位置反馈电机转动位置信息反馈给控制器，确保电机精准运行。速度反馈电机转速信息反馈给控制器，实现精确速度控制。电流反馈电机电流信息反馈给控制器，防止电机过载运行。负载反馈负载变化信息反馈给控制器，调整电机输出功率。电机应用案例电机在现代工业和生活中应用广泛，驱动着各种机械设备和装置。从数控机床到机器人，从家用电器到汽车，电机为我们提供了便捷高效的服务。数控机床高精度加工数控机床通过计算机控制刀具运动，实现高精度加工，提高产品质量。自动化生产数控机床自动化程度高，可实现无人化生产，提高生产效率。复杂零件加工数控机床可加工各种复杂形状的零件，满足现代工业生产需求。灵活性和可编程性数控机床可根据需要编程加工不同的零件，适应多种生产场景。机器人工业机器人广泛应用于制造业，提高生产效率和产品质量。服务机器人提供各种服务，例如医疗保健、清洁和教育。特种机器人用于危险或特殊环境，例如太空探索或深海勘探。家用电器洗衣机洗衣机采用电机驱动，实现衣物的清洗、脱水等功能。电机可提供必要的转动扭力和速度，确保洗衣机正常工作。冰箱冰箱压缩机使用电机驱动，实现制冷功能。电机可通过调节转速控制制冷效果，维持冰箱内部温度。吸尘器吸尘器主要依靠电机驱动风机，产生负压吸入灰尘。不同类型的吸尘器电机功率和转速有所不同，以适应不同场景需求。空调空调压缩机采用电机驱动，实现冷媒循环，调节室内温度。电机控制压缩机的转速，实现空调的制冷、制热和除湿功能。电机选型技巧选择合适的电机是确保设备高效运行的关键。需综合考虑负载需求、运行环境等因素，进行合理选型。电机选型技巧-功率匹配负载需求根据负载的类型和大小选择合适的功率。负载功率过低会导致电机过载，影响寿命。负载功率过高则会造成浪费。安全裕量选择电机时应预留一定功率裕量，避免电机长时间工作在过载状态。转速范围高速电机高速电机通常用于需要高转速的应用，例如涡轮机和风力发电机。低速电机低速电机适用于需要高扭矩的应用，例如起重机和拖拉机。可变速度电机可变速度电机可以根据需要调整转速，例如家用电器和工业生产设备。环境适应性工作温度电机在不同温度环境下，性能会发生变化。例如，高温环境下，电机绕组电阻会增大，导致电机效率下降。湿度高湿度环境会加速电机绝缘老化，降低电机寿命。选择防潮电机，或采取防潮措施，避免电机损坏。振动强烈的振动会影响电机正常运行，甚至导致电机内部零部件松动或损坏。选用抗振电机，或采取减振措施。腐蚀性环境在腐蚀性环境下，电机表面易被腐蚀，影响电机使用寿命。选择耐腐蚀电机，或采取防腐措施。电机故障诊断电机故障诊断是保证电机正常运行的关键环节。及时发现并解决电机故障，可以提高设备效率，延长使用寿命，降低维护成本。电机常见故障过热故障电机温度过高，可能导致绝缘老化、寿命降低振动故障电机运行时产生异常振动，可能由于轴承磨损、转子不平衡噪音故障电机运行时发出异常噪音，可能由于轴承损坏、电磁干扰堵转故障电机无法正常启动或运行，可能由于负载过大、电源故障电机故障诊断：检测方法外观检查观察电机表面是否有异常现象，例如烧焦、裂纹、变形等，判断电机是否存在过热、机械损伤等问题。电气测试使用万用表测量电机绕组的电阻、电压、电流等参数，判断电机是否断路、短路或其他电气故障。机械测试检查电机轴承的磨损情况、转子是否卡死或松动，判断电机是否存在机械故障。振动分析使用振动传感器测量电机运行时的振动频率和幅值，判断电机是否存在不平衡、轴承损坏等问题。电机故障诊断：维修处理确定故障部位仔细检查电机外观，查看是否有明显的损坏，如烧毁的线圈、断裂的轴承等。更换损坏部件更换损坏的线圈、轴承、电刷等部件，确保使用全新的或经过测试的合格部件。测试和调试维修完成后，对电机进行测试和调试，确保其能够正常运行，并达到设计要求。记录维修记录记录电机故障类型、维修过程、更换的部件等信息，方便日后的维护和管理。电机节能技术电机节能技术可显著降低能耗，提高能源利用效率。主要方法包括变频调速、再生制动和能量回馈。变频调速工作原理通过改变电机电源频率，控制电机转速。变频器产生不同频率的交流电，改变电机转速。优点节能高效，运行平稳，启动平滑。提高电机效率，减少能耗，延长电机寿命。再生制动11.能量回收将电机运行时的动能转化为电能，返回电网或存储起来。22.效率提升