電機(jī)學(xué)課件-直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)歡迎來(lái)到直流電動(dòng)機(jī)電力拖動(dòng)的課程。本課程將深入探討直流電動(dòng)機(jī)的原理、特性和控制方法，為您提供全面的理論和實(shí)踐知識(shí)。緒論課程概述介紹直流電動(dòng)機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中的重要性和廣泛應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握直流電動(dòng)機(jī)的基本原理、控制方法和應(yīng)用技術(shù)。課程結(jié)構(gòu)從基礎(chǔ)理論到高級(jí)應(yīng)用，循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)直流電動(dòng)機(jī)知識(shí)。直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理基本結(jié)構(gòu)定子、轉(zhuǎn)子、換向器和電刷是直流電動(dòng)機(jī)的主要組成部分。工作原理基于安培力定律和法拉第電磁感應(yīng)定律，實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。直流電動(dòng)機(jī)特性曲線機(jī)械特性曲線描述轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。電磁特性曲線展示電流與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。調(diào)速特性曲線反映不同電壓下的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩關(guān)系。轉(zhuǎn)速和扭矩的關(guān)系線性關(guān)系在恒定電壓下，轉(zhuǎn)速與扭矩呈線性反比關(guān)系。影響因素電樞電壓、磁場(chǎng)強(qiáng)度和負(fù)載變化都會(huì)影響轉(zhuǎn)速-扭矩關(guān)系。調(diào)節(jié)方法通過(guò)改變電樞電壓或磁場(chǎng)強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速-扭矩特性。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程1初始狀態(tài)電動(dòng)機(jī)靜止，無(wú)電流流過(guò)。2施加電壓電樞繞組產(chǎn)生大電流，形成起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3加速階段轉(zhuǎn)速逐漸增加，反電動(dòng)勢(shì)上升。4穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，電流降至正常值。起動(dòng)電流的計(jì)算歐姆定律起動(dòng)電流=電源電壓/電樞電阻考慮因素電源特性、電機(jī)參數(shù)和負(fù)載特性電流曲線起動(dòng)過(guò)程中電流隨時(shí)間的變化起動(dòng)電流的限制措施1串聯(lián)電阻法2降壓?jiǎn)?dòng)法3晶閘管軟啟動(dòng)4變頻軟啟動(dòng)這些方法可有效降低起動(dòng)電流，保護(hù)電機(jī)和電網(wǎng)。直流電動(dòng)機(jī)的變速控制1電樞電壓控制2磁場(chǎng)調(diào)節(jié)控制3串級(jí)調(diào)速控制4PWM調(diào)速控制不同的變速控制方法適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方式開(kāi)環(huán)控制簡(jiǎn)單直接，但精度較低，適用于低要求場(chǎng)合。閉環(huán)控制通過(guò)反饋調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高精度控制，適用于高要求場(chǎng)合。恒功率變速控制1原理解析通過(guò)調(diào)節(jié)電樞電壓和磁場(chǎng)強(qiáng)度，保持輸出功率恒定。2應(yīng)用場(chǎng)景適用于需要在寬速度范圍內(nèi)保持恒定功率的應(yīng)用。3控制策略低速區(qū)采用恒轉(zhuǎn)矩控制，高速區(qū)采用弱磁控制。四象限工作第一象限正向電動(dòng)狀態(tài)，電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)輸出正轉(zhuǎn)矩。第二象限反向發(fā)電狀態(tài)，電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)輸出負(fù)轉(zhuǎn)矩。第三象限反向電動(dòng)狀態(tài)，電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)輸出負(fù)轉(zhuǎn)矩。第四象限正向發(fā)電狀態(tài)，電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)輸出正轉(zhuǎn)矩。四象限工作下的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性第一象限正轉(zhuǎn)速，正轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)運(yùn)行。第二象限正轉(zhuǎn)速，負(fù)轉(zhuǎn)矩，發(fā)電制動(dòng)。第三象限負(fù)轉(zhuǎn)速，負(fù)轉(zhuǎn)矩，反向電動(dòng)運(yùn)行。第四象限負(fù)轉(zhuǎn)速，正轉(zhuǎn)矩，反向發(fā)電制動(dòng)。四象限工作下的功率-轉(zhuǎn)速特性電動(dòng)狀態(tài)第一和第三象限，電機(jī)消耗電能產(chǎn)生機(jī)械功。發(fā)電狀態(tài)第二和第四象限，電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。過(guò)渡區(qū)域象限之間的過(guò)渡區(qū)域，功率接近于零。電動(dòng)機(jī)負(fù)載對(duì)其工作特性的影響恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載如電梯，轉(zhuǎn)速變化，轉(zhuǎn)矩保持不變。二次型負(fù)載如風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速平方變化。恒功率負(fù)載如卷?yè)P(yáng)機(jī)，轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)矩減小。直流電動(dòng)機(jī)配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)1負(fù)載分析確定電機(jī)功率和運(yùn)行特性。2電源選擇根據(jù)電機(jī)功率選擇合適的電源。3線路設(shè)計(jì)計(jì)算導(dǎo)線截面積和電壓降。4保護(hù)裝置選擇合適的斷路器和保護(hù)設(shè)備。配電網(wǎng)參數(shù)的確定電壓等級(jí)根據(jù)電機(jī)額定電壓選擇合適的配電網(wǎng)電壓。電流容量考慮電機(jī)最大工作電流和啟動(dòng)電流。導(dǎo)線選擇根據(jù)電流容量和電壓降要求選擇導(dǎo)線規(guī)格。電源選擇和供電系統(tǒng)整流器電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，適用于大功率電機(jī)。開(kāi)關(guān)電源高效率、小體積，適用于中小功率電機(jī)。蓄電池電源便攜性好，適用于移動(dòng)設(shè)備和應(yīng)急系統(tǒng)。電機(jī)選型和電機(jī)保護(hù)電機(jī)選型考慮因素負(fù)載特性工作環(huán)境啟動(dòng)性能調(diào)速范圍電機(jī)保護(hù)措施過(guò)載保護(hù)短路保護(hù)過(guò)熱保護(hù)欠壓保護(hù)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1控制目標(biāo)確定2控制策略選擇3控制器設(shè)計(jì)4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)5反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過(guò)程需要考慮系統(tǒng)性能、可靠性和成本等因素。電機(jī)控制元件的選擇電機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成控制單元處理控制算法和邏輯。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率信號(hào)。反饋系統(tǒng)采集電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息。保護(hù)電路確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。PLC在電動(dòng)機(jī)控制中的應(yīng)用靈活性PLC程序易于修改，適應(yīng)不同控制需求?？煽啃怨I(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，適合惡劣環(huán)境。集成性可與其他自動(dòng)化設(shè)備輕松集成。遠(yuǎn)程控制支持網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用案例電動(dòng)汽車直流電機(jī)在電動(dòng)汽車中用作牽引電機(jī)，提供動(dòng)力。機(jī)器人直流電機(jī)用于機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)控制。工業(yè)生產(chǎn)線直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送帶和各種工業(yè)設(shè)備。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能措施1高效電機(jī)選用2變頻調(diào)速應(yīng)用3功率因數(shù)補(bǔ)償4能量回饋技術(shù)這些措施可以顯著提高電機(jī)系統(tǒng)的能源利用效率。電機(jī)效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)η效率輸出功率與輸入功率之比，反映能量轉(zhuǎn)換效率。cosφ功率因數(shù)有功功率與視在功率之比，反映電能利用程度。IE能效等級(jí)國(guó)際電工委員會(huì)制定的電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)六步換向法簡(jiǎn)單可靠，適用于低成本應(yīng)用。正弦波驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)運(yùn)行，低噪音，高效率。矢量控制高性能控制，適用于精密應(yīng)用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)全步進(jìn)驅(qū)動(dòng)每次移動(dòng)一個(gè)完整步距，定位精度較低。半步進(jìn)驅(qū)動(dòng)每次移動(dòng)半個(gè)步距，提高定位精度。微步進(jìn)驅(qū)動(dòng)將一個(gè)步距細(xì)分，實(shí)現(xiàn)更高精度和平滑運(yùn)動(dòng)。編碼器在電機(jī)控制中的應(yīng)用位置反饋提供電機(jī)軸的精確位置信息。速度測(cè)量通過(guò)脈沖頻率計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。方向檢測(cè)