《电机与拖动基础 教学课件 ppt 作者 王丁 第1章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机与拖动基础 教学课件 ppt 作者 王丁 第1章（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,电机与拖动基础,机械工业出版社,黑龙江大学电子工程学院王丁,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电机的起源,1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为 旋转运动。,1870年比利时工程师格拉姆发明了直流发电机，在设 计上，直流发电机和电动机很相似。,1888年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电动机通常用三相交流供电。,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电机的起源,在1820年4月，丹麦化学家和物理学家汉斯奥斯特
2、（Hans Christian Oersted）发现电流可以产生磁场（magnetic field）：通过接通和关断连接一根导线的电源，可以注意靠近通电导线的指南针的指针可以改变方向。 几个月后，法国数学家和物理学家安培（Andre-Marie Ampere）发表了关于磁力和电流之间的数学关系的论文。 1821年，英国化学家和物理学家法拉第（ Michael Faraday ）揭示了所有电机中内在的机电转换的一般原理。,图1-1 电磁力与磁力作用产生转动实验,第一章,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,一个电机实例：永磁同步电机,定子通常也称作电枢，它由定子三相绕组、定子铁芯、机
3、座和端盖等零部件所构成。定子铁芯是由冲压后的硅钢片紧密叠装而成。,定子：,转子：,转子有两种型式的结构，依据定转子之间的气隙分布有隐极式和凸极式之分。见下图为凸极式，从图可看出转子有明显的凸出磁极，且气隙不均匀分布。下图为隐极式，转子成圆柱形，均匀分布气隙。对这两种转子需要采用不同的驱动方式，在永磁电机运行原理一节再详细描述。,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,一个电机实例：永磁同步电机,图1-2 永磁同步电动机转子结构 a) 径向结构 b) 切向结构 c) 并联结构 d) 混合结构,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,一个电机实例：永磁同步电机,图1-3 三相电
4、枢绕组的旋转磁场,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,图1-4 永磁同步电机运行原理示意图,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,总结,电机的负载影响,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,总结,电机的负载影响,分类,运动形式,负载的性质,平移运动,升降运动,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,负载的运动形式:,平移运动：,图1-6平移运动示意图,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,负载的运动形式:,升降运动,图1-7升降运动示意图,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,负载的机械特性,1.恒转矩负载特性,所谓恒转矩
5、负载是指生产机械的负载转矩的大小不随转速n变化，这种特性称为恒转矩负载特性。根据负载转矩的方向特点又分为反抗性和位能性负载两种。 （1）反抗性恒转矩负载 反抗性恒转矩负载的特点是负载转矩的大小不变，但负载转矩的方向始终与生产机械运动的方向相反，总是阻碍电动机的运转，当电动机的旋转方向改变时，负载转矩的方向也随之改变，始终是阻转矩。属于这类特性的生产机械有轧钢机和机床的平移机构等。负载特性如图1-8所示。,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,负载的机械特性,图1-8 反抗性恒转矩负载特性,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,负载的机械特性,2位能性恒转矩负载 这种负载
6、的特点是负载转矩由重力作用产生，不论生产机械运动的方向变化与否，负载转矩的大小和方向始终不变。例如起重设备提升重物时，负载转矩为阻转矩，其作用方向与电动机旋转方向相反，当下放重物时，负载转矩变为驱动转矩，其作用方向与电动机旋转方向相同，促使电动机旋转。负载特性如图1-9所示。,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,负载的机械特性,图1-9 位能性恒转矩负载特性,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,负载的机械特性,2 通风机型负载特性,通风机型负载的方向特点是属于反抗性负载；大小特点是负载转矩的大小与转速n的平方成正比，即 TL=Kn2 式中 K比例常数 常见的这类负载
7、如风机、水泵、油泵等。负载特性曲线如图1-10所示。 应该指出，以上3类是典型的负载特性，实际生产机械的负载特性常为几种类型负载的相近或综合。例如起重机提升重物时，电动机所受到的除位能性负载转矩外，还要克服系统机械摩擦所造成的反抗性负载转矩，所以电动机轴上的负载转矩应是上述两个转矩之和。,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,负载的机械特性,图1-10 通风机负载特性曲线,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,负载的机械特性,3 恒功率负载特性,恒功率负载的方向特点是属于反抗性负载；大小特点是当转速变化时，负载从电动机吸收的功率为恒定值常数 即负载转矩与转速成反比。例如
8、，一些机床切削加工，车床粗加工时，切削量大，用低速挡；精加工时， 切削量小, 用高速挡。恒功率负载特性曲线如图1-11所示。,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,负载的机械特性,图1-11 恒功率负载特性曲线,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,负载的机械特性,4.实际生产机械的负载特性,实际生产机械的负载转矩特性可能是以上几种典型特性的综合。例如，实际通风机除了主要是通风机负载特性外，由于其轴承上还有一定的摩擦转矩Tf，因而实际通风机负载特性应为 TL= Tf+kn2,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,负载的机械特性,图1-12 实际的通风机负载特
9、性,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,负载的机械特性,图1-13实际的起重机负载特性,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电机拖动的系统组成,产生电磁转矩的电磁部分可以有多种不同形式，对应着已发明的不同种类的电机，不同电机的电磁部分可以有不同的形式，对应着已发明的不同种类的电机，不同电机的电磁部分需要有不同的电气部分，但不通的电机的机械部分却有着相同的规律。,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电机拖动的系统组成,图1-14 电机拖动系统的三个组成部分,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电机拖动系统机械部分的表达式,单轴电力拖动系统的
10、运动方程,（1-4）,由于n与的关系,（1-5）,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电机拖动系统机械部分的表达式,电机拖动运动方程的实际运动形式为,（1-7）,J与GD2的关系为,（1-6）,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电机拖动系统的状态,式（1-7）表明电力拖动系统的转速变化dn/dt由电动机的电磁转矩Te 与生产机械的负载转矩TL 的关系决定。具体分以下几种情况讨论： 1 当Te= TL 时， dn/dt=0，表示电动机以恒定转速旋转或静止不动，电力拖动系统的这种运动状态被称为静止或稳态； 2 若Te TL 时, dn/dt 0,系统处于加速状态 3
11、若TeTL时， dn/dt0，系统处于减速状态 也就是一旦 dn/dtTL，则转速将发生变化，我们把这种称为动态或过渡状态。,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电动机与负载之间的传动装置,1 传动装置与传动比 （1）传动装置 在大多数电力拖动系统中，电动机与负载之间，是通过传动机构相连接的，常见的传动机构有联轴器，皮带，齿轮，如图1-15所示,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电动机与负载之间的传动装置,联轴器传动 (b) 皮带传动 (c) 齿轮传动 图1-15 常见的传动机构,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电动机与负载之间的传动装置,（2）
12、传动比,电动机侧的转速n与nL之比，称为传动机构的传动比，用j表示,(1-8）,经过传动机构，负载侧的转速变为,（1-9）,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电动机与负载之间的传动装置,（1-11）,或者说，经过传动机构减速后，负载侧的转矩为,（1-12）,所以，传动机构两侧的转矩与转速是成反比的，即,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电动机与负载之间的传动装置,2.传动比对电机拖动系统的影响,（1）传动比和电动机容量的关系 （2）传动比与电动机的启动,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,实例分析,例1-1 某负载为：；nL=375r/min;。所
13、用电动机的额定转速为nN=1500r/min。现比较在不同的传动比时所需电动机的容量。,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,实例分析,解 当 时， 电动机运行速度n=nL=375r/min， 电动机转矩的电动机，为负载功率的4.28倍,如图1-16所示。 选用,图1-16,的传动结构,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,实例分析,当 时，,电动机运行速度n=2nL=750(r/min) 电动机转矩,，,选用,的电动机，为负载功率的2.14倍, 如图1-17所示。 可知当传动比加大为2时, 所需电动机容量减小了一半。,的传动结构,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响
14、,基本情况,图1-16,的传动结构,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,实例分析,当 时，,电动机运行速n=4nL=1500(r/min)， 电动机转矩,，,选用,的电动机，与负载功率基本一样,所需电动机容量又比上一种情况减小了一半，如图1-18所示。这已是最优的结果，从能量角度看，电动机容量已不能再减小。,图1-16,的传动结构,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,实例分析,图1-16,的传动结构,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,实例分析,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电动机与负载之间的传动装置,图1-19 锯片磨床示意图,第
15、一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电机拖动系统的关键技术问题,1 应用目标 在应用电动机时，基本的应用目标是可以实现有不同速度值的调速功能和针对每个速度的稳速功能 2 控制性能与电机特性 开环控制,闭环控制,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,电机拖动系统的关键技术问题,闭环控制要求对电机性能有很好的掌握。 3 系统性能与应用技术 三个运行状态 1.具有某一速度的稳定运行状态 2.起动的暂态运行状态 3.制动的暂态运行状态,1 应用目标,在使用电机时，作为最为简单的应用形式，可以把它加上适当的电能就可以使它运转了。但是，这往往是不能满足现场的生产设备要求的。电机所拖
16、动的设备一般要能在不同的工作速度下运行，要求电动机控制有调速功能。那么电机是不是给定了一个速度就在这个速度下运行了？不是的。因为电动机所拖动的设备是电动机的负载，这个负载的数值大小在工作中是经常变化的，这就导致电机的速度会发生变化。为了克服这种情况，就需要电动机的控制有稳速功能。因此，在应用电动机时，基本的应用目标是可以实现有不同速度值的调速功能和针对每个速度的稳速功能。,的传动结构,第一章,电机的起源,一个实例,负载影响,基本情况,2、控制性能与电机特性,作为使用电机进行调速的一种基本方法是通过一个控制器直接给电动机加上可变的电能，使其在不同的速度下运行。这种控制方式如图1-20表示。这是一个广泛
