《电机拖动与调速技术0-基础导论教学课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机拖动与调速技术0-基础导论教学课件.ppt（41页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、电机拖动与调速技术教学课件电机拖动与调速技术 中国制造2025提出的背景 中国制造2025三步走战略目标l 到2025年，中国制造业迈入制造强国行列。l 到2035年，中国制造业整体达到世界强国中等水平。l 在建国一百周年时，中国制造业综合实力迈入世界制造强国前列。中国制造2025十大领域电机拖动与调速技术电磁感应原理1变压器基本概述2电机基本概述3控制电机基本概述4电力电子基本知识 5变频器简介60、基础导论1.安培力磁场对场中载流导体施加的力称为安培力。电磁感应原理 安培力的方向：左手定则，如右图所示。安培力的大小：f=Bil B-磁感应强度、l-导体的有效长度，i-流过导体的电流为，f-
2、载流导线所受的力。0、基础导论2.磁感应强度描述磁场强弱及方向的物理量是磁感应强度（磁通密度），用B 表示。电磁感应原理 磁感应强度的大小与产生它的电流的大小之间的关系可以用毕奥-萨伐尔定律描述。磁力线的方向与电流的方向满足右手螺旋定则。如右图所示。0、基础导论3.磁通和磁场强度电磁感应原理1）磁通磁感应强度B 描述的只是空间某一点的磁场，若要描述一个给定面上的磁场，就要用到磁通量，简称磁通。磁感应强度可以看成是单位面积内的磁通，所以磁感应强度又称为磁通密度。磁通量的大小：=BAB-磁感应强度，单位：特斯拉（T）；A-有效面积，单位：平方米（m2），-磁通，单位：韦伯（Wb）。0、基础导论3.
3、磁通和磁场强度电磁感应原理2）磁场强度磁场强度用H 表示，单位是安培/米（A/m），它是计算磁场时引用的物理量。的大小：=r 0 0-真空中的磁导率，r-相对磁导率。非铁磁材料的相对磁导率近似为 1。而铁磁材料的磁导率 比真空的磁导率0大几千倍到几万倍。磁场强度与磁感应强度的关系：B=H-导磁物质的磁导率。0、基础导论4.铁磁材料的磁化特性将 铁、镍 和 钴 等 铁 磁 材 料 放 进 磁 场 后，磁 场 将 明 显 增 强，铁 磁材料呈现很强的磁性，这种现象称为铁磁材料的磁化。电磁感应原理起始磁滞曲线磁滞回线 软磁材料：磁滞回线较窄的铁磁材料属于软磁材料，如硅钢片、铁镍合金、铸钢等，多用于制
4、作电机、变压器的铁心。硬磁材料：如钨钢、钴钢等，其磁滞回线较宽，主要用作永久磁铁。0、基础导论课堂体验1：电磁线圈控制原理体验 交 流 接 触 器 一 个，对 其 通 入 交 流220 V 电 源，观 察 其 工 作 情况。模 拟 由 于 紧 固 不 当 而 导 致 的 声 音 加 大；模 拟 铁 心 断 面 有 杂质而导致的声音加大；模拟短路环断裂而造成的声音过大。课堂体验课堂体验2：电磁磁化现象体验 交 流 电 磁 铁 一 个，对 其 通 入 交 流220 V 电 源，观 察 其 工 作 情况。断 开 对 其 施 加 的 电 源，用 螺 丝 刀 接 触 铁 心 断 面 并 轻 轻 拉 动，
5、感受磁化效果。0、基础导论1.变压器的概念变 压 器 是 基 于 电 磁 感 应 原 理 工 作 的 一 种 电 能 转 换 设 备。其 转 换的 媒 介 是 磁 通，变 压 器 有 一 次 和 二 次 两 个 绕 组，分 别 被 磁 通 所链接。变压器的基本概述变压器电磁转换原理 变压器的额定容量：SN=UN IN SN-视在容量，单位：kVA；UN-额定电压，单位：V 或kV；IN-额定电流，单位：A 或kA。0、基础导论2 变压器的主要分类变 压 器 按 照 功 能 的 不 同 可 分 为 电 力 变 压 器、控 制 变 压 器、特 殊用途变压器等，具体分类如下图所示。变压器的基本概述0
6、、基础导论1）电力变压器电 力 变 压 器 主 要 用 于 供、配 电，它 分 为 单 相 变 压 器 和 三 相 变 压器，而三相变压器又分为干式变压器和油浸式变压器。变压器的基本概述 右图为油浸式电力变压器的主要结构：0、基础导论2）控制变压器控制变压器主要用来为机床电气控制提供不同等级的控制电源，通常一次侧可接电源AC：380 V、220 V；二次侧输出AC：110 V、36 V、24 V、12 V、6 V 等。变压器的基本概述3）特殊用途变压器特殊用途变压器包括整流变压器、电焊变压器、自耦变压器、仪表用变压器等。0、基础导论3 变压器的基本特性当 变 压 器 一 次 绕 组 两 端 加
7、 交 流 电 压u1时，绕 组 中 便 有 与u1相 同频 率 且 同 时 交 链 一、二 次 绕 组 的 交 变 磁 通。根 据 电 磁 感 应 原理，主磁通在两个绕组中感应出相同频率的电动势e1和e2。变压器的基本概述 忽略损耗的情况下，u1、u2与e1、e2 之间的关系如右所示：式中：N1为一次绕组的匝数；N2为二次绕组的匝数。；u1为一次侧电压；u2为次侧电压。0、基础导论3 变压器的基本特性由 上 式 可 知，变 压 器 一、二 次 绕 组 的 感 应 电 动 势 的 大 小 正 比 于匝数。即变压器的基本概述当变压器连接负载后，二次侧就会产生感应电流，在忽略损耗的情况下，可认为一、
8、二次的磁势相等，即0、基础导论课堂体验3：变压器运行特性体验 变 压 器（AC：220 V/AC：24 V；100 VA）一 次 侧 接 通 交 流220 V 电 源，二 次 侧 连 接 白 炽 灯（24 V，40 W），观 察 白 炽 灯的亮度。减小一次侧供电电源的电压，观察白炽灯的亮度变化。课堂体验课堂体验4：电流卡表的测量体验 接 通 交 流 电 动 机 的 供 电 电 源，观 察 其 工 作 情 况。使 用 钳 形 卡表测量其电流的大小。减小供电电源并再次用卡表进行测量。0、基础导论1.电机的概念 电 机 是 发 电 机（机 械 能 转 化 为 电 能）和 电 动 机（电 能 转 化
9、为机 械 能）的 统 称，它 是 一 种 利 用 电 磁 感 应 定 律 和 电 磁 力 定 律，将能量或信号进行转换或变换的电磁机械装置。电机的基本概述 一般发电机在电路中用字母G 表示。电动机在电路中用字母M表示。0、基础导论2.电机的主要分类 从 电 源 类 型 上 来 分，电 机 主 要 包 括 直 流 电 机 和 交 流 电 机。电机的具体分类如下图所示。电机的基本概述0、基础导论1）直流电机直 流 电 机 是 电 机 的 主 要 类 型 之 一，一 台 直 流 电 机 既 可 作 为 发 电机使用，也可作为电动机使用。直流电机有以下特点：（1）具 有 宽 广 的 调 速 范 围，平
10、 滑 的 无 级 调 速 特 性，可 实 现 频繁的无级快速起动、制动和反转。（2）过 载 能 力 大，能 承 受 频 繁 的 冲 击 负 载，能 满 足 自 动 化 生产系统中各种特殊运行要求。（3）直 流 发 电 机 能 提 供 无 脉 动 的 大 功 率 直 流 电 源，电 势 波 形较 好，对 电 磁 干 扰 的 影 响 小，且 输 出 电 压 容 易 精 确 地 调 节 和 控制。电机的基本概述0、基础导论（4）制造工艺复杂，消耗有机金属较多，生产成本高。（5）由于直流电的运行时电刷和换向器之间容易产生火花，因而可靠性较差，维护保养困难。根据励磁方式的不同，直流电机可分为四种类型，即
11、他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机和复励直流电机。电机的基本概述0、基础导论2）交流电机 交流电机结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大，从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。交流电机分为同步电机和异步电机两大类。同步电机可用来作为发电机和电动机使用。异步电机又称为感应电动机，主要用于电动机使用，根据结构的不同，它通常可分为鼠笼型异步电动机和绕线型异步电动机。电机的基本概述0、基础导论3.电动机拖动 用 电 动 机 拖 动 生 产 机 械 的 拖 动 方 式，称 为“电 机 拖 动”或“电 力 拖 动”。电 力 拖 动 系 统
12、 主 要 由 电 动 机、传 动 机 构 和 控 制 设备（包 括 反 馈 装 置）三 个 基 本 环 节 组 成。反 馈 装 置 往 往 也 是 用控制电机来实现反馈功能的。电机的基本概述电力拖动系统框图如右图所示。0、基础导论4.电动机的主要应用 直 流 电 动 机 应 用 广 泛。应 用 最 广 的 是 直 流 电 动 工 具，电 动 工 具 取代 手 工 工 具，已 广 泛 应 用 于 机 械、建 筑、机 电、冶 金 设 备 的 安 装，桥 梁 架 设，住 宅 装 修，农 牧 业 生 产，医 疗、卫 生 等 各 个 方 面。此 外，在 许 多 工 业 部 门，如 大 型 轧 钢 设 备
13、、大 型 精 密 机 床、矿 井 卷 扬 机、市 内 电 车、电 缆 设 备 要 求 严 格 线 速 度 一 致 的 地 方 等，通 常 都 采 用 直流电动机作为原动机来拖动工作机械。电机的基本概述0、基础导论电机的基本概述4.电动机的主要应用 交流同步电机主要用作发电机，也可以用作电动机。同步电动机的功率因数较高，在要求改善功率因数的条件下，不调速的大功率电机选用同步电动机。同步电动机也用于负载变化时要求转速恒定不变的情况。交流异步电动机分为单相异步电动机和三相异步电动机两大类。单相异步电动机用于只有单相电源的家用电器和医疗设备中。三相异步电动机具有结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠等
14、优点，还具有较高的运行效率和较好的运行特性，从空载到满载接近恒速运行，在工业生产、农业机械化、民用电器等方面应用广泛、需求量居各种电机之首。0、基础导论课堂体验5：直流电动机的运行体验 接 通 直 流 电 动 机 的 直 流 供 电 电 源，观 察 其 工 作 情 况。调 整 直流电源的大小，测试直流电动机的转速变化。课堂体验课堂体验6：交流电动机运行体验 接 通 交 流 电 动 机 的 供 电 电 源，观 察 其 工 作 情 况。断 开 对 其 施加的电源，改变其供电的相序，继续供电并观察其工作情况。0、基础导论 问题1 电磁控制的主要特点是什么？问题与思考 问题2 电机的主要作用是什么？主
15、要用在哪些地方？问题3 变压器的主要特点是什么？主要分类有哪些？0、基础导论1 控制电机的概念 控 制 电 机 一 般 是 指 在 自 动 控 制 系 统 中 作 为 执 行 元 件 或 测 量 元件 使 用 的 电 气 单 元，控 制 电 机 主 要 用 来 完 成 控 制 信 号 的 传 递 和变换。控制电机基本概述 现代控制系统对控制电机的如下几个基本要求：1）高精确度 2）高灵敏度 3）高可靠性0、基础导论2.控制电机的分类 控 制 电 机 的 功 能 和 用 途尽 管 各 不 相 同，但 大 致上 仍 然 可 以 分 为 执 行 元件 和 测 量 元 件 两 大 类。因 此，控 制
16、电 机 的 分 类可由右图表示。控制电机基本概述0、基础导论3.控制电机的基本功能下面仅介绍几种最常见的控制电机的基本功能。1）执行元件类控制电机（1）伺服电动机。伺服电动机根据其电源的类型可分为直流伺服电动机和交流伺服电动机。在控制系统中，伺服电动机作为执行元件，机械特性近于线性，即转速随转矩的增加近似线性下降，比普通电动机的控制精度高。（2）步进电动机。步进电动机是一种将脉冲信号转为相应的角位移或线位移的机电元件。它由专门的电源供给脉冲信号电压，再由相应的驱动器将脉冲信号转换成电压相序的变化信号。当输入一个电脉冲信号时，步进就前进一步，输出角位移量或线位移量与输入脉冲数成正比，而转速与脉冲
17、频率成正比。步进电动机在经济型数控系统中作为执行元件得到广泛应用。控制电机基本概述0、基础导论3.控制电机的基本功能2）测量元件类控制电机（1）测速发电机。测速发电机是机械转速测量装置，它的输入是转速，输出是电压信号，其输出电压与转速精确地保持正比关系。根据其输出电压信号的不同，测速发电机又可分为直流测速发电机和交流测速发电机两种。测速发电机也可以作为微分、积分的计算元件来使用。（2）自整角机。自整角机的基本用途是传输角度数据，一般由两个以上元件对接使用，输出电压信号时是测量元件，输出转矩时是执行元件。作为测量元件时，输出电压是两个元件转子角差的正弦函数。作为执行元件时，输出转矩也近似为两个元
18、件转子角差的正弦函数。自整角机在伺服系统中可作为自整步元件或角度的传输、变换、接收元件。控制电机基本概述0、基础导论4.控制电机的典型应用 在科学技术高速发展的今天，控制电机已经是构成各类控制系统的基础元件，广泛应用于各行各业。控制电机多用来处理直线位移、角位移、速度、加速度等物理量。控制电机基本概述现以自动控制系统的一个典型实例来说明控制电机的用途。如右图所示，这种控制系统常用于数控机床上，系统按预定设置控制工件到指定位置。0、基础导论课堂体验7：步进电机的运行体验 步 进 电 机 接 通 控 制 脉 冲，观 察 其 旋 转 的 角 度。改 变 控 制 脉 冲的数量，再次观察步进电机的旋转角
19、度。课堂体验课堂体验8：测速发电机的运行体验 接 通 交 流 电 动 机 的 供 电 电 源（连 接 测 速 发 电 机），测 量 测 速发 电 机 的 输 出 电 压。改 变 交 流 电 动 机 的 转 速，再 次 测 量 测 速 发电机的输出电压。0、基础导论 为 了 提 高 电 能 利 用 效 率，经 常 通 过 改 变 交 流 电 频 率 或 将 交 流 电 变成 直 流 电，再 进 行 使 用。而 要 实 现 这 样 的 改 变，就 必 须 用 到 电 力 电子器件。电力电子基本知识 在 通 用 变 频 器 的 主 电 路 中，整 流 电 路 一 般 采 用 整 流 二 极 管。逆
20、变电 路 的 电 力 电 子 器 件 的 种 类 较 多，常 用 的 有 双 极 晶 体 管BJT（GTR），门 极 可 关 断 晶 闸GTO，集 成 门 极 换 流 晶 闸 管IGCT和绝缘栅双极型晶体管IGBT 等。右图显示的就是常见的主要电力电子器件的封装实物图片。0、基础导论 另 外，5 A 以 上 的 电 力 电 子 器 件 都 要 求 安 装 散 热 器。下 图 为 各 种 与器件配套的散热装置。电力电子基本知识 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路 接 收 控 制 系 统 输 出 的 弱 电 平 信 号，经 过处 理 后 给 器 件 的 控 制 极 提 供 足 够 大 的
21、电 压 或 电 流，使 之 立 即 导 通 及关断。0、基础导论课堂体验9：普通晶闸管的体验 连 接 晶 闸 管 整 流 电 路，其 负 载 为 台 灯。调 整 晶 闸 管 的 倒 通 角，观察台灯的亮度变化。课堂体验课堂体验10：IGBT 的极性测量 用 指 针 式 万 用 表 电 阻 挡 或 数 字 万 用 表 二 极 管 挡 测 量IGBT 的 极性及好坏。0、基础导论1.变频器基本概述1）变频器发展历程变频器的发展主要伴随着电力电子器件的发展、计算机微处理器的发展、控制理论的发展等几个方面的发展而发展。变频器及软起动器简介2）变频调速的方法和特点（1）变频器结构复杂，价格昂贵，容量有限
22、。随着电力电子技术的发展，其未来发展趋势将会简单可靠、性能优异、操作方便。（2）变频器具有机械特性较硬，静差率小，转速稳定性好，调速范围广，平滑性高等特点；可实现无极调速。（3）变频调速时，转差率s较小，则转差功率损耗较小，效率较高。（4）变频调速时，基频以下的调速为恒转矩调速方式；基频以上调速时，近似为恒功率调速方式。0、基础导论2.变频技术的常见类型 变频技术常见的有交直交变频技术和交交变频技术，即移相技术。具体的又可分为即整流技术、即斩波技术和逆变技术等。变频器及软起动器简介3.变频技术的典型应用1）变频技术在自动生产线上的应用 2）变频技术在民用产品中的应用3）变频技术在高层供水上的应
23、用4）变频技术在电梯上的应用5）变频技术在照明上的应用6）变频技术在风力发电上的应用0、基础导论课堂体验11：变频器的运行体验 连 接 变 频 器 供 电 电 源（变 频 器 和 三 相 交 流 异 步 电 动 机 已 连 接）。调整电位器，改变三相交流异步电动机的速度变化。课堂体验0、基础导论 问题4 IGBT 的主要用途是什么？一般怎么使用？问题与思考 问题5 变频器有哪些类型？主要特点是什么？0、基础导论 学习磁场、磁路及电磁感应的概念，是学习电机拖动和电机调速的重要基础。电机的类型很多，包括直流电机、交流机、变压器、控制电机等。按照能量转换方向又可分为发电机和电动机。根据电力拖动的需要，我们在学习中重点放在电动机的学习上。电动机的工作原理是通过一种静止的磁场与以传导方式通入电枢绕组中的电流相互作用而产生一种恒定方向的电磁转矩，来实现拖动作用。电力电子器件是电力电子技术的核心，是电力电子电路的基础，同时也是变频技术的关键器件。就是使用对电能进行变换和控制的技术。小结电机拖动与调速技术祝你进步！