《電力拖動技術(shù)ch》課件

電力拖動技術(shù)電力拖動技術(shù)是指利用電能來驅(qū)動機械設備的技術(shù)，它是現(xiàn)代工業(yè)自動化、機械化和信息化的重要基礎。課程目標掌握電力拖動系統(tǒng)基礎理解電力拖動系統(tǒng)的基本概念、工作原理和應用領域。學習電機控制技術(shù)掌握直流電機、交流異步電機、伺服電機、同步電機和永磁同步電機的控制方法。了解電力電子技術(shù)掌握電力電子器件和電路，并將其應用于電力拖動系統(tǒng)的設計中。培養(yǎng)實踐能力通過實驗和項目案例，鍛煉學生設計、調(diào)試和應用電力拖動系統(tǒng)的能力。電機基礎知識回顧本節(jié)課回顧電機基礎知識。主要內(nèi)容包括：電機的基本概念、種類、工作原理、結(jié)構(gòu)特點、性能參數(shù)等。重點講解直流電機和交流電機的基本原理和工作特性。電機的選型和應用與電氣系統(tǒng)息息相關(guān)，需要考慮多種因素，例如負載特性、運行環(huán)境、控制要求等。電機分類和特點直流電機直流電機利用直流電產(chǎn)生磁場，轉(zhuǎn)子繞組通電后在磁場中受力轉(zhuǎn)動，廣泛應用于各種機械傳動系統(tǒng)。交流異步電機交流異步電機依靠旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子之間的相對運動產(chǎn)生電磁感應力，廣泛應用于各種工業(yè)和民用設備。交流同步電機交流同步電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場同步，具有高效率、高功率因數(shù)等優(yōu)點，常用于大型發(fā)電廠。永磁同步電機永磁同步電機轉(zhuǎn)子采用永磁材料，具有效率高、體積小、重量輕等優(yōu)點，廣泛應用于伺服系統(tǒng)和電動汽車。直流電機工作原理電磁感應原理當勵磁線圈通電產(chǎn)生磁場時，轉(zhuǎn)子繞組中的電流會受到磁場力的作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。電磁轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)力矩的大小取決于勵磁磁場強度、轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)。反電動勢當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線，感應出反電動勢，反電動勢的大小與轉(zhuǎn)速成正比。電樞電流電樞電流等于電源電壓減去反電動勢除以電樞電阻。機械特性直流電機的機械特性是指電機轉(zhuǎn)速與負載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線。直流電機結(jié)構(gòu)及特性直流電機主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子通常由機座、磁極、勵磁繞組組成，提供磁場。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、電樞、電樞繞組組成，在磁場作用下旋轉(zhuǎn)。直流電機的特性包括電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電流、電壓等。直流電機主要依靠電樞電流和磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。直流電機控制方式11.勵磁控制調(diào)節(jié)勵磁電流，改變磁場強度，從而控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。22.電樞電壓控制通過改變電樞電壓，直接控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。33.電樞電流控制通過改變電樞電流，控制電機的轉(zhuǎn)矩，并間接影響轉(zhuǎn)速。44.組合控制綜合運用上述三種控制方式，實現(xiàn)對電機的精確控制。直流電機調(diào)速技術(shù)調(diào)速方法原理特點電樞電壓控制改變電樞電壓，調(diào)節(jié)電樞電流簡單，成本低，但效率較低勵磁電流控制改變勵磁電流，改變磁場強度調(diào)速范圍大，但響應速度慢串聯(lián)電阻調(diào)速在電樞回路中串聯(lián)電阻，降低電壓簡單，但效率低，會產(chǎn)生熱量交流異步電機工作原理1旋轉(zhuǎn)磁場定子繞組通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場2感應電流旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導體，感應出電流3電磁力感應電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁力4轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電磁力驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，帶動負載交流異步電機結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護方便，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活。異步電機的工作原理是基于電磁感應原理，通過定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子中感應出電流，從而產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。交流異步電機結(jié)構(gòu)及特性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)子軸組成。轉(zhuǎn)子繞組一般采用鼠籠型，在轉(zhuǎn)子鐵芯上安裝了多個導條，導條兩端短路連接成閉合回路。定子定子是交流異步電機的磁場產(chǎn)生部分，由定子鐵芯、定子繞組和定子機殼組成。定子繞組一般采用三相繞組，定子繞組通入三相交流電時，便會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。風扇風扇主要用于電機散熱。風扇一般安裝在電機軸端，利用電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流帶走電機運行過程中產(chǎn)生的熱量。軸承軸承用于支撐轉(zhuǎn)子，減小轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的摩擦阻力。常見的軸承有滾動軸承和滑動軸承。交流異步電機控制方式電壓控制通過調(diào)節(jié)定子繞組的電壓來控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。頻率控制通過改變定子繞組的電流頻率來控制電機的轉(zhuǎn)速，適合于恒轉(zhuǎn)矩負載?；羁刂仆ㄟ^改變定子繞組的電流頻率和電壓來控制電機的轉(zhuǎn)速，適合于恒功率負載。矢量控制通過精確控制電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，提高了電機的效率和性能。交流異步電機調(diào)速技術(shù)交流異步電機調(diào)速技術(shù)廣泛應用于工業(yè)自動化和電力拖動系統(tǒng)，可以有效提高效率和控制精度。常見的調(diào)速方法包括變頻調(diào)速、轉(zhuǎn)子繞組調(diào)速、滑差極調(diào)速等。變頻調(diào)速通過改變交流電源的頻率來控制電機的轉(zhuǎn)速，是目前最常用的調(diào)速方法之一。轉(zhuǎn)子繞組調(diào)速通過改變轉(zhuǎn)子繞組的電阻來控制電機的轉(zhuǎn)速，主要用于對轉(zhuǎn)速要求精度較低的場合?；顦O調(diào)速通過改變滑差極的連接方式來控制電機的轉(zhuǎn)速，通常用于大型電機或起動時需要較大轉(zhuǎn)矩的場合。伺服電機基礎高精度控制伺服電機是能夠精確控制速度、位置和扭矩的電機，廣泛應用于工業(yè)自動化、機器人等領域。閉環(huán)控制系統(tǒng)伺服電機通常與伺服驅(qū)動器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)精確的運動控制。廣泛應用伺服電機在工業(yè)自動化中扮演著重要角色，包括機器人、數(shù)控機床、包裝機械等。伺服電機結(jié)構(gòu)及特性結(jié)構(gòu)包括定子、轉(zhuǎn)子、軸承、編碼器和電機殼等。定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子隨著磁場旋轉(zhuǎn)。特性高精度、高響應速度、高轉(zhuǎn)矩、高效率、高可靠性，以及可實現(xiàn)精確位置控制和速度控制。伺服電機控制方式開環(huán)控制開環(huán)控制僅根據(jù)輸入指令進行控制，無需反饋信息，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。閉環(huán)控制閉環(huán)控制通過傳感器反饋實際位置和速度信息，與指令進行比較，實現(xiàn)精準控制。數(shù)字控制數(shù)字控制使用微處理器或?qū)Ｓ每刂破?，可以實現(xiàn)更復雜的控制功能，如軌跡規(guī)劃和自適應控制。網(wǎng)絡控制網(wǎng)絡控制利用網(wǎng)絡技術(shù)實現(xiàn)遠程控制，可以提高系統(tǒng)的靈活性，方便維護和管理。伺服電機調(diào)速技術(shù)伺服電機調(diào)速技術(shù)是控制伺服電機轉(zhuǎn)速和位置的關(guān)鍵技術(shù)，在工業(yè)自動化、機器人等領域有著廣泛的應用。伺服電機調(diào)速技術(shù)主要包括以下幾種方式：1開環(huán)控制根據(jù)輸入信號直接控制電機轉(zhuǎn)速2閉環(huán)控制通過反饋系統(tǒng)，根據(jù)實際轉(zhuǎn)速和目標轉(zhuǎn)速的偏差進行控制3矢量控制利用矢量控制技術(shù)，實現(xiàn)高精度、高性能的電機控制4直流電機直流電機調(diào)速技術(shù)主要通過改變電樞電壓或勵磁電流來實現(xiàn)交流同步電機工作原理1磁場建立定子繞組通入交流電2旋轉(zhuǎn)磁場定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場3同步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)4電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子受到電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動交流同步電機利用定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場來驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)電能到機械能的轉(zhuǎn)換。交流同步電機結(jié)構(gòu)及特性交流同步電機是電機的一種，它結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，效率高。其主要結(jié)構(gòu)包括定子、轉(zhuǎn)子、定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、軸承、風機等。交流同步電機的特性包括同步運行、高效率、高功率密度、優(yōu)良的調(diào)速性能等。由于其結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，效率高，因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用。交流同步電機控制方式11.矢量控制通過電流矢量控制，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的精準控制。22.直接轉(zhuǎn)矩控制直接控制電機轉(zhuǎn)矩，無需速度反饋，動態(tài)響應快。33.無傳感器控制無需速度傳感器，通過電流和電壓信息進行電機控制。44.自適應控制自適應控制，能夠適應電機參數(shù)變化，保持控制效果。交流同步電機調(diào)速技術(shù)交流同步電機調(diào)速技術(shù)是指通過改變電機轉(zhuǎn)速來控制負載的速度和轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)對負載的精確控制。交流同步電機調(diào)速技術(shù)主要有以下幾種方法：頻率控制調(diào)速、轉(zhuǎn)子磁場控制調(diào)速、勵磁電流控制調(diào)速等。永磁同步電機工作原理1磁場產(chǎn)生永磁體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，磁場方向由永磁體極性決定。2轉(zhuǎn)子運動轉(zhuǎn)子上的繞組通入電流，產(chǎn)生與定子磁場相互作用的磁場，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。3同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子磁場旋轉(zhuǎn)速度保持一致，即同步轉(zhuǎn)速。永磁同步電機結(jié)構(gòu)及特性永磁同步電機(PMSM)是一種廣泛應用于電力拖動系統(tǒng)的電機類型。其結(jié)構(gòu)主要包含定子、轉(zhuǎn)子、磁鋼等部件。PMSM的特點是高效、高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、良好的控制特性等。永磁同步電機控制方式矢量控制矢量控制是將定子電流分解為與轉(zhuǎn)子磁場方向相同的勵磁電流和與轉(zhuǎn)子磁場方向垂直的轉(zhuǎn)矩電流，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的精確控制。直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制根據(jù)電機電壓和電流信息直接控制電機轉(zhuǎn)矩，無需進行坐標變換，響應速度更快，控制精度更高。永磁同步電機調(diào)速技術(shù)調(diào)速方法優(yōu)點缺點矢量控制高精度，響應速度快計算量大，實現(xiàn)難度高直接轉(zhuǎn)矩控制簡單，效率高精度低，轉(zhuǎn)矩波動大滑?？刂启敯粜詮姡垢蓴_能力強控制系統(tǒng)復雜，易產(chǎn)生抖振電力電子技術(shù)基礎電力電子器件電力電子器件是電力拖動系統(tǒng)的核心部件，它可以實現(xiàn)對電能的轉(zhuǎn)換、控制和調(diào)節(jié)。電力電子電路電力電子電路是由電力電子器件組成的，它可以實現(xiàn)直流/交流變換、電壓/電流調(diào)節(jié)等功能。電力電子控制電力電子控制是指利用電力電子器件和電路來實現(xiàn)對電能的精確控制，如電機速度控制、功率因數(shù)校正等。電力拖動系統(tǒng)方案設計1需求分析了解應用場景，明確目標，確定性能指標。2方案選擇選擇合適的電機、控制系統(tǒng)和驅(qū)動器。3系統(tǒng)設計設計控制算法，實現(xiàn)電機控制和系統(tǒng)優(yōu)化。4調(diào)試驗證進行系統(tǒng)調(diào)試，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。電力拖動系統(tǒng)方案設計涉及多個環(huán)節(jié)，需要綜合考慮各種因素。電力拖動系統(tǒng)應用實例電力拖動系統(tǒng)應用廣泛，包括：工業(yè)自動化交通運輸航空航天家用電器醫(yī)療設備知識點總結(jié)與思考11.電機基礎知識直流電機、交流電機，了解基本原理和特性。22.電機控制方式掌握常用的電機控制技術(shù)，如調(diào)速、轉(zhuǎn)矩控制等。33.電力拖動系統(tǒng)理解電力拖動系統(tǒng)組成、工作原