《电机调速技术》绪论

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老师备课不发愁“文旌课堂”来帮忙作业布置宣传片欢迎播放了解（一次扫码，一学期轻松）本课作业布置二维码老师扫描此码即可进行本课线上作业布置扫描右侧二维码，添加客服企业微信，客服免费帮您实现以上功能绪论全课导航项目1认识直流调速系统项目2认识调压调速系统

和串级调速系统项目3认识变频调速系统项目4认识矢量控制调速系统项目5认识直接转矩控制调速系统项目6了解电机调速技术的应用绪论电机调速技术概述电机调速系统12项目导航0.1电机调速技术概述电机调速技术是指通过改变电机的输入电压、频率或极对数，实现对电机转速的控制，而用于完成这一技术的自动控制系统称为电机调速系统。0.1电机调速技术概述电机调速技术在现代工业和日常生活中具有广泛的应用。无论是工厂中的大型电机，还是家用电器中的微型电机，都需要进行精确的调速控制，以满足不同的工作需求和实现特定的工艺要求。0.1电机调速技术概述在日常生活或者工业生产中，电机调速技术有哪些具体应用呢？头脑风暴电机是将机械能转换为电能或者将电能转换为机械能的装置。将机械能转换为电能的电机称为发电机；将电能转换为机械能的电机称为电动机。0.1电机调速技术概述0.1电机调速技术概述只要有合适的电源，基本上都可以用电动机来取代其他形式的动力机械，它是当今世界上应用最广泛的动力执行单元。本书主要以电动机为代表，对电机调速技术的相关知识进行介绍。电动机的特点易控制高效环保电动机是电气传动的关键部件根据工作电源、整体结构及工作原理、转子结构、用途的不同，电动机可划分为不同的类型，具体如下表所示。0.1.1电动机的分类和结构分类方式类型按工作电源分直流电动机有刷直流电动机永磁直流电动机电磁直流电动机无刷直流电动机稀土永磁直流电动机铝镍钴永磁直流电动机铁氧体永磁直流电动机交流电动机单相电动机单相罩极式异步电动机单相电阻启动异步电动机单相电容启动异步电动机单相电阻运转异步电动机三相电动机三相笼型异步电动机三相绕线型异步电动机电动机的分类1．电动机的分类分类方式类型按整体结构

及工作原理分同步电动机永磁同步电动机磁滞同步电动机磁阻同步电动机异步电动机感应电动机单相异步电动机罩极异步电动机三相异步电动机交流换向器电动机交直流两用电动机单相串励电动机推斥电动机按转子结构分绕线转子感应电动机笼型感应电动机（续表）0.1.1电动机的分类和结构1．电动机的分类分类方式类型按用途分控制用电动机步进电动机伺服电动机驱动用电动机电动工具用电动机家电用电动机其他通用小型机械设备用电动机（续表）0.1.1电动机的分类和结构1．电动机的分类电动机主要由定子、转子及其他附件组成，具体如下图所示。电动机的结构0.1.1电动机的分类和结构2．电动机的结构定子主要由机座、定子铁心和定子绕组组成，其主要作用是产生主磁场并做电动机的机械支撑。电动机的结构0.1.1电动机的分类和结构2．电动机的结构转子是电动机的重要部件，主要由转子铁心和转子绕组组成，其作用是保证产生连续的电磁力矩，通过轴输出机械能。电动机的结构0.1.1电动机的分类和结构2．电动机的结构定子和转子之间的间隙称为气隙，磁场能量主要集中在气隙内。气隙对电动机性能影响较大，气隙小可减少电动机励磁安匝及损耗。但气隙过小会增大气隙谐波磁场，使电动机杂散损耗及电磁噪声增加，影响运行可靠性。0.1.1电动机的分类和结构2．电动机的结构定子、转子间的气隙结构电动机的其他附件主要包括轴承、接线盒、风扇和风罩等。1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇知识链接轴承用来连接固定部分和转动部分，轴承内一般装有润滑油。1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇知识链接接线盒对引出线端子和定子绕组起保护与固定的作用。1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇知识链接风扇安装在转轴上，有足够的冷却气流通过电动机，可使电动机的发热和散热协调平衡。1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇知识链接风罩安装在风扇的外侧，用来保护风扇。1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇知识链接电机调速技术的主要作用是根据不同的工作要求，调整电动机的转速或转矩，以实现对电动机驱动系统的精准控制，从而达到以下目的。电机调速技术的作用节能降耗和降低成本提高系统控制性能实现多功能操作0.1.2电机调速技术的作用通过电机调速技术可以降低能耗，实现节能目的。在一些工作场景中，不需要电动机一直以最大转速运行，通过调整转速可以降低电动机的运行功率，从而降低能耗和运行成本。此外，电机调速技术还可以减少电动机的机械磨损和热损耗，延长电动机的使用寿命，减少维修和更换成本。0.1.2电机调速技术的作用1．节能降耗和降低成本电机调速技术可以使系统的响应性更好，提高控制性能。通过调整电动机的转速或转矩，可以实现对系统的快速响应和精确控制。在一些自动化生产线、机器人系统或运输设备等需要高度精确控制的场景中，电机调速技术起到至关重要的作用。0.1.2电机调速技术的作用2．提高系统控制性能通过电机调速技术可以使电动机实现多种工作要求，具备多功能操作能力。例如：一台车床可以通过电机调速技术实现不同的工艺过程，适应不同的生产要求，提高生产效率和灵活性。3．实现多功能操作0.1.2电机调速技术的作用电动机可分为哪几类？电机调速技术要达到哪些目的？课堂训练电机调速技术概述电动机的分类和结构电机调速技术的作用课堂小结0.2电机调速系统目前，电机调速系统可分为两大类。0.2电机调速系统电机调速系统直流调速系统交流调速系统0.2电机调速系统但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性能交流调速系统的应用范围逐渐扩大，并有取代直流调速系统的发展趋势。直流调速系统调速平滑范围宽精度高过载能力大具有良好的动态性能因此在电气传动中获得了广泛应用1．直流电动机的机械特性直流电动机的电路原理图0.2.1直流调速系统1．直流电动机的机械特性0.2.1直流调速系统1．直流电动机的机械特性0.2.1直流调速系统称为直流电动机的机械特性方程，它反映了直流电动机的转速与电磁转矩之间的变化关系。1．直流电动机的机械特性0.2.1直流调速系统直流电动机的调速方法电枢回路串电阻调速弱磁调速调节电枢电压调速2．直流电动机的调速方法0.2.1直流调速系统1)电枢回路串电阻调速2．直流电动机的调速方法0.2.1直流调速系统电枢回路串电阻调速的机械特性曲线电枢回路串电阻调速的机械特性曲线1)电枢回路串电阻调速2．直流电动机的调速方法0.2.1直流调速系统弱磁调速的机械特性曲线2）弱磁调速2．直流电动机的调速方法0.2.1直流调速系统2）弱磁调速2．直流电动机的调速方法0.2.1直流调速系统弱磁调速的机械特性曲线若磁通量为恒定值，电枢回路电阻不变，将电枢电压往小调节，可使机械特性曲线向下均匀平移，如图所示。3）调节电枢电压调速2．直流电动机的调速方法0.2.1直流调速系统调节电枢电压调速的机械特性曲线调节电枢电压调速的机械特性曲线3）调节电枢电压调速2．直流电动机的调速方法0.2.1直流调速系统目前，调节电枢电压调速是直流电动机调速的主要方法。本书项目1主要介绍这两种直流调速系统的相关知识。3）调节电枢电压调速2．直流电动机的调速方法0.2.1直流调速系统调节电枢电压调速系统根据供电形式的不同相位控制直流调速系统脉宽调制（pulsewidthmodulation，PWM）直流调速系统目前，交流调速系统逐步具备了大调速范围、高稳态精度和良好的动态响应等技术性能，在调速性能方面可以与直流调速技术媲美。同时，交流异步电动机的用电量在各国的总用电量中都占有很大的比重，交流调速系统本身存在着很大的节能潜力。因此，交流调速系统正逐步取代直流调速系统，以达到节能、缩小体积、降低成本的目的。0.2.2交流调速系统随着交流调速技术的发展，对于异步电动机，出现了两类调速方法一类是基于静态模型的交流调速方法，其动态性能不高，出现于发展初期另一类是基于动态模型的交流调速方法，其能够实现高动态性能，是随着客观需要和研究成果陆续开发出来的异步电动机0.2.2交流调速系统1．基于静态模型的交流调速方法常用的基于静态模型的交流调速方法有变极对数调速、调压调速、串级调速和变频调速四种，它们都是来源于异步电动机的转速公式，即:0.2.2交流调速系统变极对数调速是通过改变定子绕组的接线方式来实现的。由于异步电动机的极对数只能成倍改变，因此变极对数调速是有级调速而不是无级调速。变极对数调速没有滑差损耗，效率高，结构简单。1．基于静态模型的交流调速方法1）变极对数调速0.2.2交流调速系统调压调速是通过改变异步电动机定子端电压来实现调速的方法。调压时，异步电动机的临界转差率不变，导致调速范围较小，而临界转矩会大大减小，因此调压调速仅适用于10kW以下的小功率异步电动机。1．基于静态模型的交流调速方法2）调压调速0.2.2交流调速系统串级调速是在异步电动机的转子回路中串入同频电动势来实现调速的。这种调速方法将调速引起的转差功率损耗回馈给电网或电动机本身，既可提高效率、又能实现变转差率调速。串级调速常应用在数百至数千千瓦的大功率异步电动机上。1．基于静态模型的交流调速方法3）串级调速0.2.2交流调速系统1．基于静态模型的交流调速方法4）变频调速0.2.2交流调速系统变频调速的方法也有多种。变频调速变频器类型交-交变频器调速交-直-交变频器调速1．基于静态模型的交流调速方法4）变频调速0.2.2交流调速系统变频调速控制方法标量控制调速矢量控制调速直接转矩控制调速从性能上来讲，变频调速是异步电动机最理想的调速方法。1．基于静态模型的交流调速方法4）变频调速0.2.2交流调速系统异步电动机的动态模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，研究高性能异步电动机的调速方法。而矢量控制调速和直接转矩控制调速是已经获得成熟应用的两种基于动态模型的高性能交流调速方法。2．基于动态模型的交流调速方法0.2.2交流调速系统矢量控制调速是通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，然后模仿直流电动机控制电磁转矩和转子磁链，将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。2．基于动态模型的交流调速方法1）矢量控制