機(jī)電傳動(dòng)與控制

目的和任務(wù)

目的

電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

組成

電動(dòng)機(jī)+控制系統(tǒng)

發(fā)展

成組拖動(dòng)

單電機(jī)拖動(dòng)

多電機(jī)拖動(dòng)

控制系統(tǒng)發(fā)展

繼電器+接觸器

原理：電磁感應(yīng)

電機(jī)放大器

原理：放大電路

磁放大器

原理：變壓器

晶閘管

多個(gè)PN結(jié)

晶體管

計(jì)算機(jī)技術(shù)

動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

運(yùn)動(dòng)方程式

負(fù)載的機(jī)械特性

恒功率

恒轉(zhuǎn)矩

離心機(jī)式

直線型

等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩+等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

原則：功率不變+動(dòng)能不變

穩(wěn)定運(yùn)行的條件

受到外界擾動(dòng)，擾動(dòng)消失后，恢復(fù)原工作點(diǎn)。

eg:負(fù)載增大，導(dǎo)致速度變化，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大

直流電機(jī)

直流電機(jī)原理及其特性

分類

直流發(fā)電機(jī)

產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢

直流電動(dòng)機(jī)

產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩

與磁通量、轉(zhuǎn)子電流的大小有關(guān)

組成

定子

產(chǎn)生主磁場

轉(zhuǎn)子

產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩

材料

軟磁材料

剩磁比較小

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式分類

他勵(lì)（單獨(dú)勵(lì)磁）

空載特性

勵(lì)磁電流與空載電壓的關(guān)系

外特性

電壓變化率

并勵(lì)（勵(lì)磁回路與主回路并聯(lián)）

需要自勵(lì)，不需外接電源勵(lì)磁

工作條件

剩磁

剩磁方向與勵(lì)磁電流產(chǎn)生磁場方向相同

串勵(lì)（勵(lì)磁回路與主回路串聯(lián)）

回路電流大

復(fù)勵(lì)（兩個(gè)勵(lì)磁線圈，又串又并）

并聯(lián)為主勵(lì)磁+串聯(lián)為補(bǔ)償繞組，電壓變化率小

工作條件

剩磁

剩磁方向與勵(lì)磁電流產(chǎn)生磁場方向相同

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

人為機(jī)械特性

串電阻

n0不變，機(jī)械特性變軟

變電壓

n0隨電壓的變化而變化

改變磁通

n0變化增加，硬度變化軟

機(jī)械特性曲線

轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩線性遞減

參數(shù)

堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩

啟動(dòng)電壓

與堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩成正比

機(jī)械特性硬度

抗干擾的能力

串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

機(jī)械特性曲線

雙曲線

軟特性

并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

并聯(lián)單獨(dú)供電，串聯(lián)在主電路

直流他勵(lì)電機(jī)的啟動(dòng)特性

啟動(dòng)電流過大

大功率電機(jī)啟動(dòng)電流在額定電流的1.5-2

方法：串電阻，逐級(jí)短接

直流他勵(lì)電機(jī)的調(diào)速特性

速度調(diào)節(jié)與速度變化

速度調(diào)節(jié)：人為調(diào)節(jié)

機(jī)械變化：外界負(fù)載變化導(dǎo)致的速度變化

速度調(diào)節(jié)的方法

串調(diào)節(jié)電阻

特點(diǎn)

機(jī)械特性變軟

調(diào)速范圍較小

有級(jí)調(diào)速

消耗功率大

啟動(dòng)電阻不能調(diào)速

改變電壓

特點(diǎn)

可以平滑調(diào)速

硬度不變

電流不變，轉(zhuǎn)矩不變

可以降壓啟動(dòng)

改變磁通

特點(diǎn)

在n0以上無級(jí)調(diào)速

恒功率調(diào)速

機(jī)械特性變軟

通常與調(diào)壓配合使用

磁通不能過小，輕載注意飛車

支流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

反饋制動(dòng)

轉(zhuǎn)速過高，大于n0,反抗電壓大于外加電壓，處于1、4相限

減壓減速+反饋制動(dòng)

增磁+反饋制動(dòng)

下放重物

負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩同向，轉(zhuǎn)速上升，電磁電壓上升，電流減小直到轉(zhuǎn)速達(dá)到n0。然后開始制動(dòng)，電流反向，電磁電壓大于外界電壓。

反接制動(dòng)

串調(diào)節(jié)電阻，限流

電磁電壓與外接電壓同向，電流增加

原理：外接電壓為負(fù)，n0取反，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩反向，減速

在轉(zhuǎn)速為0的時(shí)候關(guān)閉電源

倒拉反接制動(dòng)

串電阻

不能太小，需要在第四象限

能耗制動(dòng)

外接電壓為0

優(yōu)點(diǎn)：相比于倒拉制動(dòng)不會(huì)再次反向啟動(dòng)

過渡過程

存在原因

外因：轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系被破壞

內(nèi)因：慣性原件

研究對象

轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流與時(shí)間的變化關(guān)系

參數(shù)：機(jī)電時(shí)間參數(shù)（與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)械硬度有關(guān)）

規(guī)律：與時(shí)間之間呈負(fù)指數(shù)規(guī)律

過程分析

啟動(dòng)

停止

調(diào)速

縮短過渡過程的方法

減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

增加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

機(jī)械特性變硬

增大極對數(shù)

減小回路電阻

功率放大器內(nèi)阻

從控制過程

提高動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩（驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩-負(fù)載轉(zhuǎn)矩）

增加電流（小于最大電流）

充滿系數(shù)趨近于1

交流電機(jī)

交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

結(jié)構(gòu)

定子

轉(zhuǎn)子

分類

鼠籠式

繞線式

原理

在旋轉(zhuǎn)磁場中，轉(zhuǎn)子被迫切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電勢，產(chǎn)生電流，產(chǎn)生電磁力矩

接線方法

星接：尾端相連

旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生原因

交流電中，三相電呈相差120°正弦規(guī)率變化，磁場隨電場變化，六分之一周期磁場旋轉(zhuǎn)60°

通過在一相電多組線圈可以增加極對數(shù)，做到減速的功能

交流電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子電路

定子電路分析

自感電勢（近似等于外加電壓）

轉(zhuǎn)子電路分析

與定子電路相當(dāng)于組成變壓器，為副邊

頻率與轉(zhuǎn)差率相關(guān)

轉(zhuǎn)子電路阻抗=線圈電阻+旋轉(zhuǎn)線圈的感抗

轉(zhuǎn)差率越小，轉(zhuǎn)速越高，感抗越小

功率因素：電阻/總阻值

能流圖

定子電路

鐵損

渦流損失

磁滯

銅損

導(dǎo)線電阻

轉(zhuǎn)子電路

銅損

導(dǎo)線電路

機(jī)械損失

交流電機(jī)的機(jī)械特性

T-S曲線

轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)差率

機(jī)械特性曲線

理想空載曲線

額定工作點(diǎn)

額定轉(zhuǎn)差率

額定轉(zhuǎn)速

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小

臨界轉(zhuǎn)差率

過載系數(shù)

啟動(dòng)系數(shù)

人為特性曲線

降電壓

最大電磁轉(zhuǎn)矩平方變化

n0，Sm不變

機(jī)械特性變軟

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降

在負(fù)載不變的情況下，速度下降，溫度升高

定子電路串入電阻、電抗

與降電壓相似

改變電源頻率

圖像近似平行移動(dòng)

低頻啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大

頻率高，轉(zhuǎn)速大

轉(zhuǎn)子電路串入電阻

Sm下降

機(jī)械特性變軟

交流電機(jī)的啟動(dòng)

要求

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大

啟動(dòng)電流小

方法

鼠籠式

直接啟動(dòng)（全壓起動(dòng)）

要求

電動(dòng)機(jī)功率不能過大，防止影響同一變壓器下的其他設(shè)備

串電阻、電抗啟動(dòng)

缺點(diǎn)

能量損耗大

機(jī)械特性變軟

星三角啟動(dòng)

星接電流是角接的1/3，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也是角接的1/3

優(yōu)點(diǎn)：簡單，經(jīng)濟(jì)，電流小

缺點(diǎn)：星接不可以用

自耦變壓器降壓啟動(dòng)

優(yōu)點(diǎn)：平滑調(diào)節(jié)

缺點(diǎn)：貴

延邊三角形啟動(dòng)

繞線式

逐級(jí)切除電阻

優(yōu)點(diǎn);起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，電流小

缺點(diǎn)：能耗大

頻敏變阻器

優(yōu)點(diǎn)：電流小，類似于逐級(jí)切除電阻

缺點(diǎn)：對調(diào)速?zèng)]有要求

雙鼠籠

感抗小，先起作用

感抗大

深槽電機(jī)

交流電機(jī)的調(diào)速

調(diào)壓調(diào)速

轉(zhuǎn)子串電阻

改變極對數(shù)

變頻調(diào)速

優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械特性不變

缺點(diǎn)：需要變頻設(shè)備

交流電機(jī)的制動(dòng)

反饋制動(dòng)

特點(diǎn)：速度過大

轉(zhuǎn)子回路串電阻，到第二象限

調(diào)頻

反接制動(dòng)

電源反接

直接反接，電流過大，加限流電阻，效果最好，需要斷電

倒拉制動(dòng)

串電阻，電阻較大

電阻計(jì)算準(zhǔn)確

機(jī)械特性改變

能耗大

能耗制動(dòng)

斷開三相電加直流電，切割磁感線，耗能制動(dòng)

制動(dòng)平穩(wěn)，準(zhǔn)確停車

需直流設(shè)備

單向異步機(jī)

磁場

一個(gè)方向做正弦規(guī)律變化，脈動(dòng)場

可以分解為兩個(gè)對稱圓形旋轉(zhuǎn)磁場

需要自己啟動(dòng)，輕載

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為0

在外力矩的作用下，可以穩(wěn)定運(yùn)行

啟動(dòng)方法

電容分相式

通過電容使電流相位改變，產(chǎn)生兩相交流電，形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，啟動(dòng)后甩開電容電路

電容運(yùn)轉(zhuǎn)

電容啟動(dòng)

換向方向

電容的位置

頭尾互換

罩極式

通過罩極，使磁通量改變一個(gè)角度

方向不可改變

同步電動(dòng)機(jī)

結(jié)構(gòu)

隱極式

高速

凸極式

低速

應(yīng)用于大功率，高電壓

直流電+交流電

磁場

三相電產(chǎn)生磁場與直流電產(chǎn)生磁場相互吸引，隨三相電磁場轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)

類比異步機(jī)，感抗可調(diào)，功率因素可以達(dá)到1

啟動(dòng)

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為0

異步啟動(dòng)

剛開始不同直流電，通過鼠籠條異步啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速上升，接入直流電