《电力拖动技术ch》课件

电力拖动技术电力拖动技术是指利用电能来驱动机械设备的技术，它是现代工业自动化、机械化和信息化的重要基础。课程目标掌握电力拖动系统基础理解电力拖动系统的基本概念、工作原理和应用领域。学习电机控制技术掌握直流电机、交流异步电机、伺服电机、同步电机和永磁同步电机的控制方法。了解电力电子技术掌握电力电子器件和电路，并将其应用于电力拖动系统的设计中。培养实践能力通过实验和项目案例，锻炼学生设计、调试和应用电力拖动系统的能力。电机基础知识回顾本节课回顾电机基础知识。主要内容包括：电机的基本概念、种类、工作原理、结构特点、性能参数等。重点讲解直流电机和交流电机的基本原理和工作特性。电机的选型和应用与电气系统息息相关，需要考虑多种因素，例如负载特性、运行环境、控制要求等。电机分类和特点直流电机直流电机利用直流电产生磁场，转子绕组通电后在磁场中受力转动，广泛应用于各种机械传动系统。交流异步电机交流异步电机依靠旋转磁场和转子之间的相对运动产生电磁感应力，广泛应用于各种工业和民用设备。交流同步电机交流同步电机转子的转速与定子旋转磁场同步，具有高效率、高功率因数等优点，常用于大型发电厂。永磁同步电机永磁同步电机转子采用永磁材料，具有效率高、体积小、重量轻等优点，广泛应用于伺服系统和电动汽车。直流电机工作原理电磁感应原理当励磁线圈通电产生磁场时，转子绕组中的电流会受到磁场力的作用，从而产生旋转力矩。电磁转矩旋转力矩的大小取决于励磁磁场强度、转子电流和转子绕组的匝数。反电动势当转子旋转时，转子绕组切割磁力线，感应出反电动势，反电动势的大小与转速成正比。电枢电流电枢电流等于电源电压减去反电动势除以电枢电阻。机械特性直流电机的机械特性是指电机转速与负载转矩之间的关系曲线。直流电机结构及特性直流电机主要由定子和转子构成。定子通常由机座、磁极、励磁绕组组成，提供磁场。转子由转轴、电枢、电枢绕组组成，在磁场作用下旋转。直流电机的特性包括电磁转矩、转速、电流、电压等。直流电机主要依靠电枢电流和磁场相互作用产生电磁转矩，驱动电机转动。直流电机控制方式11.励磁控制调节励磁电流，改变磁场强度，从而控制电机的转速和转矩。22.电枢电压控制通过改变电枢电压，直接控制电机的转速和转矩。33.电枢电流控制通过改变电枢电流，控制电机的转矩，并间接影响转速。44.组合控制综合运用上述三种控制方式，实现对电机的精确控制。直流电机调速技术调速方法原理特点电枢电压控制改变电枢电压，调节电枢电流简单，成本低，但效率较低励磁电流控制改变励磁电流，改变磁场强度调速范围大，但响应速度慢串联电阻调速在电枢回路中串联电阻，降低电压简单，但效率低，会产生热量交流异步电机工作原理1旋转磁场定子绕组通入三相交流电，产生旋转磁场2感应电流旋转磁场切割转子导体，感应出电流3电磁力感应电流与旋转磁场相互作用，产生电磁力4转子旋转电磁力驱动转子旋转，带动负载交流异步电机结构简单，运行可靠，维护方便，广泛应用于工业生产和日常生活。异步电机的工作原理是基于电磁感应原理，通过定子绕组产生的旋转磁场，在转子中感应出电流，从而产生电磁力，驱动转子旋转。交流异步电机结构及特性转子转子由转子铁芯、转子绕组和转子轴组成。转子绕组一般采用鼠笼型，在转子铁芯上安装了多个导条，导条两端短路连接成闭合回路。定子定子是交流异步电机的磁场产生部分，由定子铁芯、定子绕组和定子机壳组成。定子绕组一般采用三相绕组，定子绕组通入三相交流电时，便会产生旋转磁场。风扇风扇主要用于电机散热。风扇一般安装在电机轴端，利用电机旋转产生的气流带走电机运行过程中产生的热量。轴承轴承用于支撑转子，减小转子旋转时的摩擦阻力。常见的轴承有滚动轴承和滑动轴承。交流异步电机控制方式电压控制通过调节定子绕组的电压来控制电机的转速和转矩。频率控制通过改变定子绕组的电流频率来控制电机的转速，适合于恒转矩负载。滑差控制通过改变定子绕组的电流频率和电压来控制电机的转速，适合于恒功率负载。矢量控制通过精确控制电机的转矩和转速，提高了电机的效率和性能。交流异步电机调速技术交流异步电机调速技术广泛应用于工业自动化和电力拖动系统，可以有效提高效率和控制精度。常见的调速方法包括变频调速、转子绕组调速、滑差极调速等。变频调速通过改变交流电源的频率来控制电机的转速，是目前最常用的调速方法之一。转子绕组调速通过改变转子绕组的电阻来控制电机的转速，主要用于对转速要求精度较低的场合。滑差极调速通过改变滑差极的连接方式来控制电机的转速，通常用于大型电机或起动时需要较大转矩的场合。伺服电机基础高精度控制伺服电机是能够精确控制速度、位置和扭矩的电机，广泛应用于工业自动化、机器人等领域。闭环控制系统伺服电机通常与伺服驱动器组成闭环控制系统，以实现精确的运动控制。广泛应用伺服电机在工业自动化中扮演着重要角色，包括机器人、数控机床、包装机械等。伺服电机结构及特性结构包括定子、转子、轴承、编码器和电机壳等。定子产生旋转磁场，转子随着磁场旋转。特性高精度、高响应速度、高转矩、高效率、高可靠性，以及可实现精确位置控制和速度控制。伺服电机控制方式开环控制开环控制仅根据输入指令进行控制，无需反馈信息，结构简单，成本低廉。闭环控制闭环控制通过传感器反馈实际位置和速度信息，与指令进行比较，实现精准控制。数字控制数字控制使用微处理器或专用控制器，可以实现更复杂的控制功能，如轨迹规划和自适应控制。网络控制网络控制利用网络技术实现远程控制，可以提高系统的灵活性，方便维护和管理。伺服电机调速技术伺服电机调速技术是控制伺服电机转速和位置的关键技术，在工业自动化、机器人等领域有着广泛的应用。伺服电机调速技术主要包括以下几种方式：1开环控制根据输入信号直接控制电机转速2闭环控制通过反馈系统，根据实际转速和目标转速的偏差进行控制3矢量控制利用矢量控制技术，实现高精度、高性能的电机控制4直流电机直流电机调速技术主要通过改变电枢电压或励磁电流来实现交流同步电机工作原理1磁场建立定子绕组通入交流电2旋转磁场定子产生旋转磁场3同步旋转转子磁场与定子磁场同步旋转4电磁转矩转子受到电磁转矩驱动交流同步电机利用定子绕组产生的旋转磁场来驱动转子旋转，转子磁场与定子磁场同步旋转，从而实现电能到机械能的转换。交流同步电机结构及特性交流同步电机是电机的一种，它结构简单，运行可靠，效率高。其主要结构包括定子、转子、定子绕组、转子绕组、轴承、风机等。交流同步电机的特性包括同步运行、高效率、高功率密度、优良的调速性能等。由于其结构简单，运行可靠，效率高，因此在工业生产中得到广泛应用。交流同步电机控制方式11.矢量控制通过电流矢量控制，实现对电机转矩和转速的精准控制。22.直接转矩控制直接控制电机转矩，无需速度反馈，动态响应快。33.无传感器控制无需速度传感器，通过电流和电压信息进行电机控制。44.自适应控制自适应控制，能够适应电机参数变化，保持控制效果。交流同步电机调速技术交流同步电机调速技术是指通过改变电机转速来控制负载的速度和转矩，实现对负载的精确控制。交流同步电机调速技术主要有以下几种方法：频率控制调速、转子磁场控制调速、励磁电流控制调速等。永磁同步电机工作原理1磁场产生永磁体产生旋转磁场，磁场方向由永磁体极性决定。2转子运动转子上的绕组通入电流，产生与定子磁场相互作用的磁场，驱动转子旋转。3同步转速转子旋转速度与定子磁场旋转速度保持一致，即同步转速。永磁同步电机结构及特性永磁同步电机(PMSM)是一种广泛应用于电力拖动系统的电机类型。其结构主要包含定子、转子、磁钢等部件。PMSM的特点是高效、高转矩密度、高功率密度、良好的控制特性等。永磁同步电机控制方式矢量控制矢量控制是将定子电流分解为与转子磁场方向相同的励磁电流和与转子磁场方向垂直的转矩电流，实现对电机转速和转矩的精确控制。直接转矩控制直接转矩控制根据电机电压和电流信息直接控制电机转矩，无需进行坐标变换，响应速度更快，控制精度更高。永磁同步电机调速技术调速方法优点缺点矢量控制高精度，响应速度快计算量大，实现难度高直接转矩控制简单，效率高精度低，转矩波动大滑模控制鲁棒性强，抗干扰能力强控制系统复杂，易产生抖振电力电子技术基础电力电子器件电力电子器件是电力拖动系统的核心部件，它可以实现对电能的转换、控制和调节。电力电子电路电力电子电路是由电力电子器件组成的，它可以实现直流/交流变换、电压/电流调节等功能。电力电子控制电力电子控制是指利用电力电子器件和电路来实现对电能的精确控制，如电机速度控制、功率因数校正等。电力拖动系统方案设计1需求分析了解应用场景，明确目标，确定性能指标。2方案选择选择合适的电机、控制系统和驱动器。3系统设计设计控制算法，实现电机控制和系统优化。4调试验证进行系统调试，确保系统稳定可靠。电力拖动系统方案设计涉及多个环节，需要综合考虑各种因素。电力拖动系统应用实例电力拖动系统应用广泛，包括：工业自动化交通运输航空航天家用电器医疗设备知识点总结与思考11.电机基础知识直流电机、交流电机，了解基本原理和特性。22.电机控制方式掌握常用的电机控制技术，如调速、转矩控制等。33.电力拖动系统理解电力拖动系统组成、工作原