电机与电器控制绪论

1、电机与电器控制电机与电器控制 电机及电力拖动自动控制的发展概况 课程的性质和任务绪论 电器是所有电工器械的简称。按照我国现行标准规定，低压电器通常是指工作在交流1200V或直流1500V以下的电器。本章主要介绍机械设备电气控制系统中常用的几种低压电器。第一章 常用低压电器 电机是一种机电能量转换的电磁装置。直流电动机是将直流电能转换为机械能；直流发电机是将机械能转换为直流电能。本章主要分析直流电机的原理、结构和运行性能。第二章 直流电机及电气控制第三章 变压器第四章 交流电动机及电气控制第五章 机械设备电气控制绪绪 论论 一、电机及电力拖动自动控制的发展概况一、电机及电力拖动自动控制的发展概况

2、 电能是现代工农业生产、交通运输、国防科技以及日电能是现代工农业生产、交通运输、国防科技以及日常生活等各个领域应用极为广泛的一种能量形式。常生活等各个领域应用极为广泛的一种能量形式。 电能的电能的生产、交换、传输、分配、使用和控制生产、交换、传输、分配、使用和控制等环节等环节中，都必须利用电机进行能量转换或信号变换。中，都必须利用电机进行能量转换或信号变换。 在电力系统中，在电力系统中，发电机和变压器发电机和变压器是发电站和变电所的是发电站和变电所的主要设备。主要设备。 在发电站中，发电机由汽轮机、水轮机、柴油机带在发电站中，发电机由汽轮机、水轮机、柴油机带动，把动，把燃料燃烧的动力、水流动力

3、或原子核裂变的能量燃料燃烧的动力、水流动力或原子核裂变的能量转转变为机械能传递给发电机，再由发电机转变为电能。变为机械能传递给发电机，再由发电机转变为电能。 为了经济地分配和运输电能，采用为了经济地分配和运输电能，采用变压器变压器经过升压经过升压降压降压用户。用户。 其它：风力发电、太阳能发电、地热发电、潮汐发电、其它：风力发电、太阳能发电、地热发电、潮汐发电、焚烧垃圾发电、沼气发电、海浪发电等。焚烧垃圾发电、沼气发电、海浪发电等。 在在工业企业工业企业中，大量应用电动机作为原动机去拖动各中，大量应用电动机作为原动机去拖动各种生产机械。如机械工业、冶金工业、化学工业中，机床、种生产机械。如机械

4、工业、冶金工业、化学工业中，机床、电铲、轧钢机、吊车、抽水机、鼓风机等都要用各种各样电铲、轧钢机、吊车、抽水机、鼓风机等都要用各种各样的电动机来拖动；的电动机来拖动； 在在自动控制系统自动控制系统中，各种小巧灵敏的控制电机广泛地中，各种小巧灵敏的控制电机广泛地作为作为检测、放大、执行和解算元件检测、放大、执行和解算元件； 在在日常生活中日常生活中应用也越来越广泛，如：电风扇、洗衣应用也越来越广泛，如：电风扇、洗衣机、吸尘器、空调、冰箱和电动自行车等。机、吸尘器、空调、冰箱和电动自行车等。 各种电动机所消耗的的电能占总发电量的各种电动机所消耗的的电能占总发电量的60%70% 。 电机的定义电机的

5、定义 电机就是依据电机就是依据电磁感应定律电磁感应定律实现实现电能与机械能之间的电能与机械能之间的转换转换或电能之间转换的一种或电能之间转换的一种电磁装置电磁装置。 电机的分类电机的分类 1.按功能分类按功能分类 发电机发电机 电动机电动机 电机电机 变压器变压器 、变频器、变流器、移相器、变频器、变流器、移相器 伺服电机伺服电机 控制电机控制电机 测速发电机测速发电机 步进电动机等步进电动机等 2.按运动方式分类按运动方式分类 静止静止变压器变压器 三相三相电机电机 直流电机直流电机 异步电动机异步电动机 旋转旋转 异步电机异步电机 单相单相 交流电机交流电机 异步发电机异步发电机 同步发电

6、机同步发电机 同步电机同步电机 同步电动机同步电动机 调相机调相机 现代电力工业几乎都是采用现代电力工业几乎都是采用同步发电机同步发电机，异步电机主，异步电机主要作为要作为电动机电动机使用。使用。 电力拖动的定义电力拖动的定义 以电动机作为原动机来拖动生产机械运行的拖动方以电动机作为原动机来拖动生产机械运行的拖动方式，就称为式，就称为“电力拖动电力拖动”。 与其它拖动方式（如：蒸汽机、水轮机、内燃机等）与其它拖动方式（如：蒸汽机、水轮机、内燃机等）相比较，电力拖动的相比较，电力拖动的优点优点：控制简单、调节性能好、损耗：控制简单、调节性能好、损耗小、小、效率高效率高、能实现、能实现远距离控制远

7、距离控制和自动控制等，因而被大和自动控制等，因而被大多数生产机械所采用。多数生产机械所采用。 电力拖动主要由电力拖动主要由电动机电动机、传动机构传动机构和和控制设备控制设备三个基三个基本环节组成：本环节组成： 电 源 控制设备 电动机 传动机构 生产机械 电机的发展概况电机的发展概况 从从1831年年法拉第法拉第发现电磁感应定律，创造了第一部感发现电磁感应定律，创造了第一部感应发电机的模型至今，电机的发展距今不到两百年历史。应发电机的模型至今，电机的发展距今不到两百年历史。 初始阶段的发电机是永磁式发电机初始阶段的发电机是永磁式发电机 。 1845年，英国物理学家年，英国物理学家惠斯通惠斯通电

8、磁铁取代永久磁铁制电磁铁取代永久磁铁制成了第一台电磁式发电机。成了第一台电磁式发电机。 1866年德国科学家年德国科学家西门子西门子制成第一台使用电磁铁的自制成第一台使用电磁铁的自励式发电机。励式发电机。 1880年，美国发明家年，美国发明家爱迪生爱迪生制造了名为制造了名为“巨象巨象”的大的大型型直流发电机。直流发电机。 1885年意大利物理学家费拉里斯年意大利物理学家费拉里斯(1841-1897)提出了旋提出了旋转磁场原理，奠定交流电机的研制和发展的基础。转磁场原理，奠定交流电机的研制和发展的基础。 1880年前后，英国的费朗蒂改进了交流发电机，并提年前后，英国的费朗蒂改进了交流发电机，并提

9、出交流高压输电的概念。出交流高压输电的概念。 1882年法国人高兰德年法国人高兰德(1850-1888)和英国人约翰和英国人约翰吉布斯吉布斯研制成功了第一台具有实用价值的变压器。研制成功了第一台具有实用价值的变压器。 19世纪末，电力拖动代替了蒸汽或水力的拖动。初世纪末，电力拖动代替了蒸汽或水力的拖动。初期，它是由一台电动机拖动一组生产机械，称为期，它是由一台电动机拖动一组生产机械，称为“成组拖成组拖动动”。能量损耗大，效率低能量损耗大，效率低。 随着生产发展的需要随着生产发展的需要, 自自20世纪世纪20年代以来，生产机年代以来，生产机械上广泛采用械上广泛采用“单电动机拖动系统单电动机拖动系

10、统”，即一台生产机械用，即一台生产机械用一一台电动机拖动。台电动机拖动。 在在30年代出现了年代出现了“多电动机拖动系统多电动机拖动系统”，即机械的各，即机械的各运运动部件分别采用不同的电动机拖动。动部件分别采用不同的电动机拖动。 20世纪世纪30年代初，出现了年代初，出现了发电机发电机电动机组电动机组，使调速，使调速性能优异的直流电动机得到了广泛的应用。性能优异的直流电动机得到了广泛的应用。 电力拖动的控制方式由电力拖动的控制方式由手动控制手动控制逐步向逐步向自动控制方向自动控制方向发展。发展。 继电继电-接触器式控制接触器式控制是应用最早的控制系统，它是由是应用最早的控制系统，它是由各种各

11、种有触点有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等组成的的接触器、继电器、按钮、行程开关等组成的控制电路，来实现对电力拖动系统的起动、制动、反转和控制电路，来实现对电力拖动系统的起动、制动、反转和调速的控制；实现对电力拖动系统的保护和生产过程的自调速的控制；实现对电力拖动系统的保护和生产过程的自动化。动化。 这种控制具有使用的单一性，而且控制的输入、输出这种控制具有使用的单一性，而且控制的输入、输出信号只有信号只有通和断通和断两种状态，不能连续反映信号的变化，故两种状态，不能连续反映信号的变化，故称为称为断续控制断续控制。 连续控制系统连续控制系统：电机扩大机、磁放大器、：电机扩大机、磁放大器、

12、晶闸管晶闸管等，等，尤其是晶闸管控制系统获得越来越广泛的应用。尤其是晶闸管控制系统获得越来越广泛的应用。 尽管电力拖动系统已向尽管电力拖动系统已向无触点无触点、连续控制、弱电化、连续控制、弱电化、微机控制方向发展，但由于微机控制方向发展，但由于继电继电-接触器控制系统接触器控制系统具有具有结构结构简单简单、可靠性高可靠性高、维护方便维护方便、价格低廉等优点，目前仍然、价格低廉等优点，目前仍然广泛应用。广泛应用。 20世纪世纪70年代出现了用软件手段来实现各种控制功能年代出现了用软件手段来实现各种控制功能以微处理器为核心以微处理器为核心的新型工业控制器的新型工业控制器可编程序控制器可编程序控制器

13、。 晶闸管及电力电子技术的发展，使交流调速电动机的晶闸管及电力电子技术的发展，使交流调速电动机的应用越来越广泛。应用越来越广泛。 高性能永磁材料高性能永磁材料和和超导材料超导材料的发展。的发展。 随着近代随着近代电力电子技术电力电子技术、大规模集成电路和计算机控、大规模集成电路和计算机控制技术的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动制技术的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动正向着正向着计算机控制的生产过程自动化的方向计算机控制的生产过程自动化的方向迈进。迈进。 对电力拖动提出更高要求：对电力拖动提出更高要求：高速高速、高精度高精度、高效率高效率、快速起动快速起动、制动和反转制动和反

14、转、调速范围广调速范围广等。等。 在计算机集成制造系统在计算机集成制造系统(CIMS）中，自动化的电力拖）中，自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的主要组成部分。动系统仍然是不可缺少的主要组成部分。 二、课程的性质和任务二、课程的性质和任务 本课程是工业电气自动化、机电一体化和电气技术等本课程是工业电气自动化、机电一体化和电气技术等专业的专业的专业基础课专业基础课。它是将。它是将“电机原理电机原理”、“电力拖动基电力拖动基础础”和和“电器控制电器控制”三门课程进行了有机结合而成的一门课。三门课程进行了有机结合而成的一门课。 本课程的任务本课程的任务是掌握常用低压电器、交直流电机及变是掌握常用低压

15、电器、交直流电机及变压器的基本结构与工作原理以及电力拖动系统的运行性能压器的基本结构与工作原理以及电力拖动系统的运行性能和控制方法，以及典型机械设备电气控制系统分析，分析和控制方法，以及典型机械设备电气控制系统分析，分析机、电、磁机、电、磁相结合的综合性问题与实验方法。相结合的综合性问题与实验方法。 学习本课程后，应达到的具体要求是：学习本课程后，应达到的具体要求是： 1）熟悉常用低压电器的基本结构、工作原理及用途。）熟悉常用低压电器的基本结构、工作原理及用途。 2）掌握交、直流电机及变压器的基本结构与工作原理。）掌握交、直流电机及变压器的基本结构与工作原理。 3）掌握电力拖动系统的运行性能和控制方法