机电一体化设计基础总复习.ppt

总复习 第二章机电传动系统的运动学基础 机电传动系统的运动方程式 多轴传动系统中转矩折算的基本原则和方法 机电传动系统稳定运行的条件 1 直流电机的原理及结构 主磁极 换向极 电刷 电枢 换向器 直流电机的换向 2 铭牌数据 PNUNIN NnN 第三章直流电机 3 直流电动机械特性根据已知条件画机械特性 求出两点 n0 0 nN TN 4 直流电动的人为机械特性 5 直流电动机的启动方法 降压启动 电枢回路串电阻 6 直流他励电动机的调速 各种调速方式的特点 适用场合 7 直流他励电动机的制动特性 反接制动 反馈制动 能耗制动 能够分析机电过程 直流电动机的失磁保护 交流电动机的工作原理及特性 一 结构与原理1 结构 定子 转子 类型 线绕式与鼠笼式2 原理 定子三相绕组通三相交流电产生圆形旋转磁场 旋转方向 与接线相序 旋转速度 60f p 转子电动势 转子电流 相对于旋转磁场的频率Sf1 三相异步电动机的铭牌值与接法 星型 三角形根据参数分析计算电机运行情况 二 机械特性 三相异步电动机机械特性的实用公式 已知额定功率PN 额定转速nN 过载系数 可以求出Sm 在某一转差率下和电磁转矩 如 PN 130KW U1N 380V nN 570r m 过载系统 2 6 求 1 最大转差率 2 S 0 02时的电磁转矩 5 人为机械特性降低电动机电源电压时的人为特性 异步电机的同步转速与电压无关 不同电压的人为机械性 都得通过n1点 电磁转矩T与U12成正比 为此最大转矩Tm以及起动转矩TS都要随U1的降低而按U1的平方减小 而临界转差率sm不变 如图所示 改变定子电源频率时的人为特性 从基频向下调速 为恒转矩调速方式 从基频向上调速 近似为恒功率调速方式 调速范围大 转速稳定性好 运行时小 效率高 频率可以连续调节 变频调速为无级调速 转子电路串电阻的人为特性 转子回路串电阻并不改变同步转速 转子回路稍串入一些电阻 可以增大起动转矩 串的电阻合适时 但是若串入转子回路的电阻再增加 则sm 1了 因此转子回路串电阻增大起动转矩并非是电阻越大越好 三 启动鼠笼式异步电动机的启动方法 1 直接启动 有独立变压器 无独立变压器 2 电阻或电抗器降压启动 3 Y 降压启动 4 自耦变压器降压启动 线绕式异步电动机的启动 转子电路串电阻逐极切除启动电阻 每次切除电阻时转子电流有突变 电压 电流 转矩 P69 表5 2 四 调速 1调压调速 2变极调速 Y yy恒转矩 yy恒功率 3变频调速 4串级调速 五 制动 1反馈制动 2反接制动 电源反接制动 倒拉反接制动 3能耗制动 试分析起重机 三相异步电动机 吊起重物 然后下放的机电过程 转子串电阻 及电源改变相序方式 六 单相异步电动机 1在脉动磁场作用下的单相异步电动机没有启动能力 即启动转矩为零 2单相异步电动机一旦启动 它能自行加速到稳定运行状态 其旋转方向不固定 完全取决于启动时的旋转方向 3单相异步电动机的启动方法 电容分相式起动 罩极式单相电机 七 同步电机 启动方式 第十章电力电子技术 一 电力半导体器件 电力二极管晶闸管 SCR TH 晶闸管导通及关断条件电力晶体管GTR 门极可判断晶闸管GRO 电力场效应管P MOSFET 绝缘栅双极晶体管IGBT 它们的图形符号 负载能力 开关频率等P242表10 2 二 晶闸管触发电路 1 单结晶体管分压比 峰点电压Up 谷点电压Uv 自振荡电路RC2 晶闸管触发的组成与要求 同步电压为锯齿波的触发电路输出可为双窄脉冲 也可输出单窄脉冲三个基本环节 同步环节 锯齿波的形成和脉冲移相 脉冲的形成与放大 三 晶闸管整流电路 1 单相半波可控整流 2 单相桥式可控整流 3 三相半波可控整流 电阻负载 阻感负载无续流 阻感性负载及电阻负载 30 电阻负载 30 按VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6的顺序 相位依次差60 共阴极组VT1 VT3 VT5的脉冲依次差120 共阳极组VT4 VT6 VT2也依次差120 同一相的上下两个桥臂 即VT1与VT4 VT3与VT6 VT5与VT2 脉冲相差180 4 三相桥式全控整流 四 逆变电路 1 单相全桥逆变基波的幅值及有效值 3 三相桥式PWM逆变电路载波比N 调制比M SPWM波 相电压与线电压的电平 2 电压型逆变电路与电流型逆变电路主要特点 换流方式 电压型180 电流型120 导电方式每桥臂导电180 同一相上下两臂交替导电 各相开始导电的角度差120 任一瞬间有三个桥臂同时导通每次换流都是在同一相上下两臂之间进行 也称为纵向换流 电压型逆变电路 1 直流侧为电压源或并联大电容 直流侧电压基本无脉动 2 输出电压为矩形波 输出电流因负载阻抗不同而不同 3 阻感负载时需提供无功功率 为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道 逆变桥各臂并联反馈二极管 电流型逆变电路主要特点 1 直流侧串大电感 相当于电流源 2 交流输出电流为矩形波 输出电压波形和相位因负载不同而不同 3 直流侧电感起缓冲无功能量的作用 不必给开关器件反并联二极管 导电方式 每个臂一周期内导电120 每时刻上下桥臂组各有一个臂导通 横向换流 三相桥式PWM逆变电路 调制法 三相桥式PWM型逆变电路 三相桥式PWM逆变电路波形 U V和W三相的PWM控制通常公用一个三角波载波uc 三相的调制信号urU urV和urW依次相差120 第十一章直流传动控制系统 一 直流调速系统的动 静太技术指标静差度 调速范围 最大超调量 过渡时间 振荡次数 二 单闭环直流调速系统 有静差调速系统 1 转速负反馈调速系统的基本组成 闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用 在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压 以补偿电枢回路电阻压降 P347 11 5 11 10 11 11 11 12 2 转速单闭环系统静态特性 3 转速单闭环直流调速系统特点 由于放大倍数不可能为无穷大 即静态速降不可能为0 因此 上述系统只能维持速度基本不变 这种维持被调量 转速 近于恒值不变 但又具有偏差的反馈控制系统通常称为有差调节系统 即有差调速系统 采用转速负反馈调速系统能克服扰动作用对电动机转速的影响 能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作用 则紧紧地跟随着给定作用 对给定信号的任何变化都是唯命是从的 提高系统的开环放大倍数K是减小静态转速降落 扩大调速范围的有效措施 系统的放大倍数越大 准确度就越高 静差度就越小 调速范围就越大 但是放大倍数也不能过分增大 否则系统容易产生不稳定现象 4 转速及电流截止负反馈的直流调速系统 因为只有当电流大到一定程度反馈才起作用 故称电流截止负反馈 这种特性因它常被用于挖土机上 故又称 挖土机特性 IO 1 35IaN Iao 2 3 Ian 三 转速 电流双闭环直流调速系统 使电动机在启动过程中 动态转矩保持不变 即电动机电枢电流不变 且为电动机电枢允许的最大电流 当启动结束后 使电流回到额定值 电流环 内环 启动时起作用速度环 外环 运行时起作用转速 电流双闭环直流调速系统是无静差系统其静态机械特性是一条水平线 十二章交流传动控制系统 一 鼠笼式异步电动机变压变频调速系统 VVVF 1 交 直 交变频器的基本构成 整流器 中间直流环节 逆变器 控制电路常分为电压型逆变器 电流型逆变器 数字式变频器的基本结构 采用不同的调制方式 同步 异步 分段 变频器输出性能 整流电路 滤波电路 制动电路 逆变电路 控制电路 单片机或DSP 位置传感器HL与永磁无刷直流电动机的转子同轴连接 控制电路对转子位置传感器检测到