气动伺服定位技术及其应用
液压与气动990110
液压与气动
CHINESE
HYDRAULICS &
PNEUMATICS
1999年第1期No.11999
气动伺服定位技术及其应用*
周 洪**
1 前言
随着工业自动化技术的发展，传统气动系统只能在两个机械设定位置可靠定位并且其运动速度只能靠单向节流阀单一设定的状况，经常无法满足许多设备的自动控制要求。因而电-气比例和伺服控制系统，特别是定位系统得到了越来越广泛的应用。因为采用电-气伺服定位系统可非常方便地实现多点无级定位(柔性定位)和无级调速，此外，利用伺服定位气缸的运动速度连续可调性以替代传统的节流阀加气缸端位缓冲器方式，可以达到最佳的速度和缓冲效果，大幅度降低气缸的动作时间，缩短工序节拍，提高生产率。
虽然对气动伺服定位系统的学术研究可追溯到80年代初期，但真正实现其工业实用化却是近几年的事。关键的技术困难是状态反馈控制参数的优化设定十分复杂，难以被一般的用户掌握。由于缺乏具有工程可靠度的参数优化算法，目前一般在市场能得到的气动伺服定位系统其控制参数往往是预先在生产厂家设定的，即根据用户提出的使用要求，由厂家提供整套已调试完毕的系统。同时，为了容易地得到令人满意的控制结果，往往要对所采用的气缸进行特殊设计，以使其摩擦特性得到优化(见图5)。这种系统在应用中的局限性是十分明显的：
大幅度增加气动伺服定位系统的成本，缩短其寿命并且气缸的最大运动速度受到 限制；
用户选择气缸的机械结构时受到很大的限制，因为并不是每种机械结构的特种气缸都能在市场上找到的；
由于用户得到的是一套他们无法自行重新调整的系统，因此当一些重要使用参数改变时(如负载质量)，必须请厂家派人对控制参数重新调整，既费时又费钱。
本文将系统地介绍一种达到工业实用化的气动伺服定位系统智能控制器——
SPC100，用户只需要给入最基本的元件尺寸和运行数据(如气缸行程和缸径，负载重量及气源压力等)，SPC100即可自动地完成其反馈控制参数计算和优化。因此用户无需掌握复杂的控制技术和气体力学等方面知识即可操作气动伺服定位系统。这一成果改变了只有专家才能对气动伺服定位系统进行操作和调整的传统局面。
2 系统描述以及最优控制参数的理论设计
一个气动伺服定位系统主要由4部分元件组成(见图1)。
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气动技术基本知识
一、气动技术基本知识 1. 气动技术中常用的单位 1个大气压=760mmHg =1.013bar =101kpa 压力单位换算 1N/㎡=bar 105-=1002.17-?kgf/m ㎡=1002.15-?kgf/c ㎡ 1kgf/c ㎡=0.1Mpa 2. 气动控制装置的特点 ⑴空气廉价且不污染环境，用过的气体可直接排入大气 ⑵速度调整容易 ⑶元件结构紧凑，可靠性高 ⑷受湿度等环境影响小 ⑸使用安全便于实现过载保护 ⑹气动系统的稳定性差 ⑺工作压力低，功率重量比小 ⑻元件在行程中途停止精度低 3. 气动系统的组成 气动系统基本由下列装置和元件组成 (1)气源装置——气动系统的动力源提供压缩空气 (2)空气处理装置——调节压缩空气的洁净度及压力 (3)控制元件 方向控制元件——切换空气的流向 流量控制元件——调节空气的流量 (4)逻辑元件——与或非 (5)执行元件——将压力能转换为机械功 (6)辅助元件——保证气动装置正常工作的一些元件 压缩机 a ）气源装置 储气罐 后冷却器 过滤器 油雾分离器 减压阀 b ）空气调节 油雾器 处理装置 空气净化单元 干燥器 其它
电磁阀 气缸 气压控制阀 带终端开关气缸 方向控制阀 机械操作阀 带制动器气缸 手动阀 气缸 带锁气缸 其它 带电磁阀气缸 其它 速度控制阀 C ）控制元件 速度控制阀 d ）执行元件 节流阀 摆动缸 回转执行件 逻辑阀 空气马达 管子接头 消音器 e ）辅助元件 压力计 其它 二、空气处理元件 压缩空气中含有各种污染物质。由于这些污染物质降低了气动元件的使用寿命。并且会经常造成元件的误动作和故障。表1列出了各种空气处理元件对污染物的清除能力。 1．空气滤清器 空气滤清器又称为过滤器、分水滤清器或油水分离器。它的作用在于分离压缩空气中的水分、油分等杂质，使压缩空气得到初步净化。 2．油雾分离器
气动技术发展及趋势
一、气动系统的简介 1.气动技术：气动技术是以压缩空气作为介质,以空气压缩机作为动力源,来实现能量传递或信号传递与控制的工程技术,是流体传动与控制的重要重要组成技术之一,也是实现工业自动化和机电一体化的重要途径。 2.气动系统的典型构成：气压发生装置—执行元件—控制元件—辅助元件 3.气动系统的优点：气动技术与传统的液压技术相比,有以下优点:(1)结构简单轻便、方便安装维护;(2)输出速度一般在50~500mm/s,速度快于液压和电气方式;(3)对冲击负载和负载过载的适应能力较强;(4)可靠性高、使用寿命长、安全无污染且成本较低。由于气动技术具有以上的使用优点,气动技术在世界工业企业得到了广泛的应用。一个完善的机电一体化系统包括机械、动力、信息检测传感、执行、控制及信号处理等部分。作为机电一体化系统的执行部分的气动元件及其系统不仅仅具有机械、气动执行机构,同时也集成了信息检测传感等元件,甚至还集成了其他一些微型机电系统。 4.气动系统的缺点：动作稳定性差、输出功率小、噪声大、信号传递较电信号慢 二、气动系统应用概述 气动技术应用面的扩大是气动工业发展的标志。气动元件的应用主要为两个方面：维修和配套。国产气动元件的应用,从价值数千万元的冶金设备到只有几百元的椅子。铁道扳岔、列车的煞车、街道清扫、特种车间内的起吊设备、军事指挥车等都用上了专门开发的国产气动元件。这说明气动技术已渗透到各行各业,并且正在日益扩大。气动技术的应用主要在: (1)汽车、轮船等制造业:包括焊装生产线、夹具、机器人、输送设备、组装线、等方面。 (2)生产自动化:机械加工生产线上零件的加工和组装,如工件的搬运、转位、定位、检测等工序。 (3)某些机械设备:冶金机械、印刷机械、建筑机械、农业机械、制鞋机械、塑料制品生产线、等许多场合 (4)电子半导体、家电制造业:硅片的搬运、元器件的插入与锡焊, 彩电、冰箱的装配生产线等。 (5)包装过程自动化:化肥、粮食、食品、药品等实现粉末、粒状、块状物料的自动计量包装。用于烟草工业的自动化卷烟和自动化包装等许多工气动系统发展及趋势序。用于对粘稠液体(如化妆品、牙膏等)和有毒气体(如煤气等)的自动计量灌装。 三、气动技术的发展及趋势 近年来随着微电子和计算机技术的引入，新材料、新技术、新工艺的开发和应用，气动元器件和气动控制技术迎来了新的发展空间，正向微型化、多功能化、集成化、网络化和智能化的方向发展。从当前市场上的各类气动产品来看，气动元器件的发展主要体现在以下几个方面。 1.向小型化和高性能化发展 经过多年来的努力，内资企业产品水平多数达到上世纪90 年代国外企业产品水平，少数主导产品已达到当代国外企业产品水平。气动元件的性能也在飞速地提高，质量、精度、体积、可靠性等方面均在向用户需求的目标靠拢，主要体现了其小型化、低功耗、高速化、高精度、高输出力、高可靠性和高寿命的发展趋势。 如市场上已经普及的CJ1 型针笔型气缸，其缸径可小至2.5～15 mm，如图1 所示；如SMC公司研 制的三通直动式V100 系列电磁阀（如图2 所示），耗电量仅0.1 W、响应时间低于10 ms，寿命超过1 亿次、抗污能力极强，其全新的设计有划时代的意义[1，2]。
电力电子技术的产品、技术和前沿动态
电力电子技术的简介、产品、技术及前沿动态摘要：本文简要地介绍了电力电子技术的内涵、产品；回顾了电力电子技术的发展历程以及主要应用；介绍了我国电力电子技术产业的发展现状以及电力电子技术将来的发展趋势。 关键词：电力电子、电力电子器件、电力电子设备和系统 如今，公认的是“电力技术是通向可持续发展的桥梁”，因为在保证相同的能源服务水平的前提下, 使用电力这种优质能源最清洁、方便，易于控制、效率最高。以下将对若干电力电子技术的产品，发展历史，以及前沿技术的现状和未来发展前景进行论述。 一、电力电子技术简介 现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,促进了电力电子技术在许多新领域的应用。现在已经进入现代电力电子时代。 电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的电子技术。它包括电力电子器件、电力电子设备和系统及其控制三个方面，与以信息处理为主的信息电子技术不同，电力电子技术主要用于功率变换。 二、电力电子技术的应用及产品 电力电子设备和系统种类繁多、行业应用范围极广，主要包括三大类产品：变频器、电能质量类产品以及电子电源产品。
电力电子技术应用领域十分广泛几乎涉及到国民经济各个工业部门和社会生活各个方面。下面具体说一下其的应用领域。 1、一般工业 工业中大量应用各种交直流电动机。例如，很多交流电机都广泛采用电力电子交直流调速技术来提高调速性能。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。 2、交通运输 电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置；直流斩波器也广泛用于铁道车辆；车辆中的各种辅助电源、蓄电池的充电也应用了电力电子技术；此外，一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。 3、电力系统 电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。直流输电其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置。此外，近年发展起来的柔性交流输电也是依靠电力电子装置才得以实现的。晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器都是重要的无功补偿装置。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。
电力电子技术的实际应用(读书笔记)
电力电子技术的实际应用 摘要 随着科技的飞速进步，时代的高速发展，电力电子技术作为一个新兴的学科诞生并被迅速应用于电力电子领域中，已在国民经济中发挥着巨大作用，已对输变电系统性能将产生巨大影响。目前电力电子技术的应用已涉及电力系统的各个方面，包括发电环节、输配电系统、储能系统等等。电力电子技术是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术，其发展在优化电能使用、改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业、扩大电网规模和功能等方面起到了重要作用。本文将重点介绍电力电子技术在电 理网络中的应用。 关键字：电力电子技术、输配电系统、晶闸管、电力网络。 在电气工程领域，电力电子技术作为一个新兴的学科，因其在电力领域中起到的巨大作用，越来越受到重视。随着晶闸管等电力器件的发明并被应用于电力领域，正式标志着电力电子技术被应用于电力系统，其在全球电力领域的发展中，有着里程碑的意义。 电力电子技术主要应用于电力领域中的电力系统中。电力系统由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。其功能就是产生电能，再经输电系统、变电系统和配电系统将电能供应到用户。为了实现此功能，电力电子技术的应用起到了举足轻重的作用。保证了用户能够获得安全、经济、优质的电能。 电力电子技术最初应用到电力领域的历史最早是在20世纪50年代利用不可控器件二极管构成的整流器来替代直流发电机对同步发电机进行励磁调节。随后出现的利用半控器件晶闸管构成的可控整流器更是为发电机的励磁提供里一个快捷有效的控制手段，从根本上改变了发电机的动态和静态性能，有效的改善了系统的稳定性。 在当前大范围使用的电力系统中，通常都是以固定的电压和频率来向用户提供交流电能的（例如我国使用220V、50Hz的交流电），但是最终的用户需要的电能可能形式会有着各式各样的差别，可能是不同频率的交流电、可能是同频率但电压不同的交流电也可能是直流电等等、如果这些要由普通的常规电力系统器件来完成，例如使用变频器，变压器和整流器等，这就需要大量的此类设备，且还要根据不同用户的要求而使用不同的器件，这是很不经济的，也不可能实现。而电力电气器件可以作为电力系统和用户之间的接口，通过受控的开关作用对系统输送到用户的电能进行不同的变换来满足用户不同的需求。故而自其问世以来，就被广泛的应用在电力领域的各个角落。 在电力领域中，实现常规电流变换的装置包括：整流器、逆变器、交流变换器和斩波器四种基本类型。整流器是利用电力电子器件的单向导电性和可控性将交流电能转换为可控的直流电能的变流装置；逆变器是将直流电能转换为交流电能的装置；交流变换器是把一种交流电能变换为另一种交流电能的装置；斩波器是把一种直流电脑变为另一种直流电能的装置。
气动技术的应用
气动技术的应用 气动执行元件主要用于作直线往复运动。在工程实际中，这种运动形式应用最多，如许多机器或设备上的传送装置、产品加工时工件的进给、工件定位和夹紧、工件装配以及材料成形加工等都是直线运 动形式。但有些气动执行元件也可以作旋转运动，如摆动气缸（摆动角度可达3 60°）。在气动技术应用范围内，除个别情况外，对完成直线运动形式来说，无论是从技术还是从成本角度看，全机械涉笔 都无法与气动设备相比。 （从技术和成本角度看，气缸作为执行元件是完成直线运动的最佳形式，如同用电动机来完成旋转运动一样。） 在气动技术中，控制元件与执行元件之间的相互作用是建立在一些简单元件基础上的。根据任务要求，这些元件可以组合成多种系统方案。由于气动控制使机构或设备的机械化程度大大提高，并能够实 现完全自动化，因此，气动技术在“廉价”自动化方面做出了重大贡献。实际上，单个气动元件（如各种类型气缸和控制阀）都可以看成是模块式元件，这是因为气动元件必须进行组合，才能形成一个 用于完成某一特定作业的控制回路。广义上讲，气动设备可以应用于任何工程领域。气动设备常常是由少量气动元件和若干个气动基本回路组合而成的。 气动控制系统的组成具有可复制性，这为组合气动元件的产生与应用打下了基础。一般来说，组合气动元件内带有许多预定功能，如具有12步的气-机械步进开关，虽然被装配成一个控制单元，但却可用 来控制几个气动执行元件。间歇式进料器也常作为整个机器的一个部件来提供。这样就大大简化了气动系统的设计，减少了设计人员和现场安装调试人员的工作量，使气动系统成本大大降低。 采用气动技术解决工业生产中的问题时，其特征是灵活性强，既适用于解决某种问题的气动技术方案，也适用于解决其它场合的相同或相似的问题。 既然空气动力在气源与完成各种操作的工位之间不需要安装复杂的机械设备，因此，在各工位相距较远的场合应用气动技术是再合适不过了。对于需要高速驱动情况，优先选择全气动设备是合适的。气- 液进给装置作为特殊元件可以应用在机床上。在各种材料的操作过程中，很少要求各顺序动作具有较高的进给精度，且在这些操作中设计的力也较小，因此，采用气动技术不仅可以完成这些操作，而且
电力电子技术的应用及其发展
【应用管理】 电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等血多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。随着电力电子、计算机技术的迅速发展，交流调速取代直流调速已成为发展趋势。变频调速以其优异的调速和启、制动性能被国内外公认为是最有发展前途的调速方式。变频技术是交流调速的心技术，电力电子和计算机技术又是变频技术的核心，而电力电子器件是电力电子技术的基础。电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术，广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域，现已成为各国竞相发展的一种高新技术。 一、电力电子技术应用 用电领域中的电力电子技术，电动机的优化运行。全世界的用电量中约有60％左右是通过电动机来消耗的。高能量密度的电源应用，电化学电源广泛应用在作为国民经济的铜、铝、锌、镍等有色金属以及氯碱等电解产业中；体积小、重量轻、效率高的各种开关电源应用也是十分广泛；信息领域中的电力电子技术，电力电子技术为信息技术提供先进的电源和运动控制系统，日益成为信息产品中不可缺少的一部分；发电领域中的电力电子技术，发电机的直流励磁。常规发电机中励磁的建立已经由传统的直流磁励机转变为由中频交流励磁机加电力电子整流的方法，并已取得良好的经济效益，可靠性较高。水轮发电机的变频励磁。发电频率取决于发电机的转速，采用了电力电子技术后，将水轮发电机直流励磁转变为低频交流变频励磁。当水流量减少时，提高励磁频率，可以把发电频率补偿到额定，延长水轮发电机的发电周期，解决了水力发电中发电机工作时间受季节性水流量影响而导致的频率无法调节、浪费较多水能的问题；环保型能源发电，利用太阳能、风能、潮汐能、地热能等新能源发电，是解决一次能源危机（煤、石油、天然气等石化类能源日趋匮乏）的重要途径，它们是可再生的绿色能源。 二、电力电子器件发展趋势 纵观几十年的发展历史，半导体器件起到了推动电子技术发展的作用，晶闸管等电力半导体器件扮演了电力电子发展中的主要角色。电力电子技术的创新与电力电子器件制造工艺，己成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的阵地，各发达国家均在这一领域注入极大的人力，物力和财力，使之进入高科技行业，就电力电子技术的理论研究言，目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等西欧国家可以说是齐头并进，在这些国家各种先进的电力电子功率量不断开发完善，促进电力电子技术向着高频化迈进，实现用电设备的高效节能，为真正实现工控设备的小型化，轻量化，智能化奠定了重要的技术基础，也为21世纪电力电子技术的不断拓展创新描绘了广阔的前景。 1.全球范围内石油储量、煤储量逐渐在减少，生态平衡也严重受到破坏，环境污染越来越严重,现在世界各国普遍关注新能源的应用..新能源发电中的电力电子技术应用特点如下：一次能源供给随机性大，风能、太阳能都随天气情况而有很大变化;并网发电要求高，电网侧要求输入电能波动小，电能质量高等。 2.电力牵引（electric traction）是利用电能为动力的一种轨道运输牵引动力形式。电力机车或动车的牵引电动机将电能转换为机械能，驱动铁路列车、电动车组和城市轨道交通电动车辆组运行。因此，在以后的发展中，要不断应用先进的技术来扼杀电力牵引的缺点，达到尽量完美。 3.智能电网，就是电网的智能化，它是建立在集成的高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。智能电网技术正蓬勃发展，太阳能和风能发电是智能电网的分布式发电组成部分。从更高的层面来讲，现今的电网变得比以往更大、更安全及更高能效，但其智能化程度仍然偏低，故智能电网是当今的重要发展趋势。 我国开发研制电力电子器件的综合技术能力与国外发达国家相比，仍有较大的差距，要发展和创新我国电力电子技术，并形成产业化规模，就必须走有中国特色的产学创新之路，即牢牢坚持和掌握产、学、研相结合的方法走共同发展之路。从跟踪国外先进技术，逐步走上自主创新，从交叉学科的相互渗透中创新，从器件开发选择及电路结构变换上创新，这对电力技术创新是尤其实用的。目前世界上许多大公司已开发出IPM智能化功率模块，日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的产品推出。国产电力半导体器件研发生产能力还落后于世界电力电子器件的发展水平，在新世纪国际电力电子崛起之时，中国电力半导体器件的落后状态将会影响中国经济的发展，国产电力半导体器件产业任重而道远。从发展前景看，以电力半导体器件及“变频技术”为核心的电力电子行业，在国家政策的强持下将会走向更加辉煌的明天。 电力电子技术的应用及其发展 刘云霞 （北方机电工业学校河北张家口075000） 摘要：随着科技的不断发展和人们要求的不断提高，电力电子技术的应用越来越广泛。电力电子技术作为信息产业和传统产业之间的桥梁，它将在国民经济中占有很重要的作用。本为主要从电气节能、新能源发电、电力牵引以及智能电网这几个领域对电力电子技术的应用进行分析。 关键词：电力电子；技术；应用及其发展 刘云霞：电力电子技术的应用及其发展 114 ··
电力电子技术期末复习考卷综合
一、填空题： 1、电力电子技术的两个分支是电力电子器件制造技术和 变流技术 。 2、举例说明一个电力电子技术的应用实例 变频器、 调光台灯等 。 3、电力电子承担电能的变换或控制任务，主要为①交流变直流（AC —DC ）、②直流变交流（DC —AC ）、③直流变直流（DC —DC ）、④交流变交流（AC —AC ）四种。 4、为了减小电力电子器件本身的损耗提高效率，电力电子器件一般都工作在 开关状态，但是其自身的功率损耗（开通损耗、关断损耗）通常任远大于信息电子器件，在其工作是一般都需要安装 散热器 。 5、电力电子技术的一个重要特征是为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态，其损耗包括 三个方面：通态损耗、断态损耗和 开关损耗 。 6、通常取晶闸管的断态重复峰值电压UDRM 和反向重复峰值电压URRM 中较 小 标值作为该器件的额电电压。选用时，额定电压要留有一定的裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。 7、只有当阳极电流小于 维持 电流时，晶闸管才会由导通转为截止。导通：正向电压、触发电流 （移相触发方式） 8、半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路可能会出现 失控 现象，为了避免单相桥式 半控整流电路的失控，可以在加入 续流二极管 来防止失控。 9、整流电路中，变压器的漏抗会产生换相重叠角，使整流输出的直流电压平均值 降低 。 10、从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度称为 触发角 。 ☆从晶闸管导通到关断称为导通角。 ☆单相全控带电阻性负载触发角为180度 ☆三相全控带阻感性负载触发角为90度 11、单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 2√2U1 。（电源相电压为U1） 三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 。（电源相电压为U 2） 12、四种换流方式分别为 器件换流 、电网换流 、 负载换流 、 强迫换流 。 13、强迫换流需要设置附加的换流电路，给与欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流而关断。 14、直流—直流变流电路，包括 直接直流变流电路 电路和 间接直流变流电路 。（是否有交流环节） 15、直流斩波电路只能实现直流 电压大小 或者极性反转的作用。 ☆6种斩波电路：电压大小变换：降压斩波电路（buck 变换器)、升压斩波电路、 Cuk 斩波电路、Sepic 斩波电路、Zeta 斩波电路 升压斩波电路输出电压的计算公式 U= 1E β=1- ɑ 。 降压斩波电路输出电压计算公式： U=ɑE ɑ=占空比，E=电源电压 ☆直流斩波电路的三种控制方式是PWM 、 频率调制型 、 混合型 。 16、交流电力控制电路包括 交流调压电路 ，即在没半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路， 调功电路 即以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路， 交流电力电子开关即控制串入电路中晶闸管根据需要接通或断开的电路。
气动技术概论
第1章气动技术概论 1.1 气动技术的应用范围 我们在日常工作和生活中经常见到各种机器，如汽车、电梯、机床等通常都是由原动机、传 动装置和工作机构三部分组成。其中传动装置最常见的类型有机械传动、电力传动和流体传动。 流体传动是以受压的流体为工作介质对能量进行转换、传递、控制和分配。它可以分为气压传动、 液压传动和液力传动。 气压传动技术简称“气动技术”，是一门涉及压缩空气流动规律的科学技术。气动技术不仅被用来完成简单的机械动作，而且在促进自动化的发展中起着极为重要的作用。 从50年代起，气动技术不仅用于做功，而且发展到检测和数据处理。传感器、过程控制器 和执行器的发展导致了气动控制系统的产生。近年来，随着电子技术、计算机与通信技术的 发展及各种气动组件的性价比进一步提高，气动控制系统的先进性与复杂性进一步发展，在 自动化控制领域起着越来越重要的作用。 气动技术可使气动执行组件依工作需要作直线运动、摆动和旋转运动。气动系统的工作介质是压缩空气。压缩空气的用途极其广泛,从用低压空气来测量人体眼球内部的液体压力、 气动机械手焊接到气动压力机和使混凝土粉碎的气钻等,几乎遍及各个领域。在工业中的典 型应用如下： 1)材料输送（夹紧、位移、定位 与定向）、分类、转动、包装与计量、排 列、打印与堆置； 2)机械加工（钻、车削、铣、锯、 成品精加工、成形加工、质量控制） 3)设备的控制、驱动、进给与压 力加工； 4)工件的点焊、铆接、喷漆、剪 切； 5)气动机器人； 6)牙钻。 图1.1所示的两条传送带的气动旋转分配装置，可通过气缸的伸缩使工件传输到相应的地方。 1.2 基本气动系统的组成 基本的气动系统如图1.2所示，它由压缩空气的产生和输送系统及压缩空气消耗系统二个主要部分组成。 一、压缩空气产生系统各组件及其主要功能 （一）压缩机：将大气压力的空气压缩并以较高的压力输给气动系统，把机械能 转变为气压能。 （二）电动机：把电能转变成机械能，给压缩机提供机械动力。 （三）压力开关：将储气罐内的压力转变为电信号，用来控制电动机。它被调节 到一个最高压力，达到这个压力就使电动机停止；也被调节另一个最低压力， 储气罐内压力跌到这个压力就重新激活电动机。 （四）单向阀：让压缩空气从压缩机进入气罐，当压缩机关闭时.阻止压缩空气反 方向流动。 （五）储气罐：贮存压缩空气。它的尺寸大小由压缩机的容量来决定，储气罐的 容积愈大，压缩机运行时间间隔就愈长。 （六）压力表：显示储气罐内的压力。 （七）自动排水器：无需人手操作，排掉凝结在储气罐内所有的水。 （八）安全阀：当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气溢出。 （九）冷冻式空气干燥器：将压缩空气冷却到零上若干度，使大部分空气中的湿气 凝结，以减少系统中的水份。
电力电子技术的发展及应用趋势
浅析电力电子技术的发展及应用 张友均 摘要：本文主要简要回顾了电力电子技术的发展史，简述了电力电子在电力系统中的一些应用及发展趋势。关键词：电力电子技术；发展史；电力系统；应用；发展趋势 1 引言 自上世纪五十年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气控制技术舞台，标志着电力电子技术的诞生。究竟什么是电力电子技术呢？美国电气与电子工程师协会下设的电力电子学会对“电力电子技术”的阐述是：有效的使用电力半导体器件，应用电路设计理论以及分析开发工具，实现对电能高效能变换和控制的一门技术。对电能的高效能变换和控制包括对电压，电流，频率或波形等方面的变换。它广泛应用于电力、电气自动化及各种电源系统等工业生产和民用部门。它是介于电力、电子和控制三大领域之间的交叉学科。目前，电力电子技术的应用已遍及电力、汽车、现代通信、机械、石化、纺织、家用电器、灯光照明、冶金、铁路、医疗设备、航空、航海等领域。进入21世纪，随着新的理论、器件、技术的不断出现，特别是与微控制器技术的日益融合，电力电子技术的应用领域也必将不断地得以拓展，随之而来的必将是智能电力电子时代。 2 电力电子技术的发展史 电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 2.1 整流器时代 大功率的工业用电由工频( 50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解) 、牵引(电气机车、电传动的
电力电子实训心得体会
电力电子技术实验总结 随着大功率半导体开关器件的发明和变流电路的进步和发展，产生了利用这类器件和电路实现电能变换与控制的技术——电力电子技术。电力电子技术横跨电力、电子和控制三个领域，是现代电子技术的基础之一，是弱电子对强电力实现控制的桥梁和纽带，已被广泛应用于工农业生产、国防、交通、能源和人民生活的各个领域，有着极其广阔的应用前景，成为电气工程中的基础电子技术。 本学期实验课程共进行了四个实验。包括单结晶体管触发电路实验，单相半波整流电路实验，三相半波有源逆变电路实验，单相交流调压电路实验. 单结晶体管触发电路实验 实验目的 (1)熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。 (2)掌握单结晶体管触发电路的基本调试步骤。 实验线路及原理单结晶体管触发电路利用单结晶体管(又称双基极二极管)的负阻特性和rc充放电特性，可组成频率可调的自激振荡电路。v6为单结晶体管，其常用型号有 bt33和bt35两种，由等效电阻v5和c1组成rc充电回路，由c1-v6-脉冲变压器原边组成电容放电回路，调节rp1电位器即可改变c1充电回路中的等效电阻，即改变电路的充电时间。由同步变压器副边输出60v的交流同步电压，经vd1半波整流，再由稳压管v1、v2 进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过r7及等效可变电阻v5向电容c1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压up时，v6导通，电容通过脉冲变压器原边迅速放电，同时脉冲变压器副边输出触发脉冲；同时由于放电时间常数很小，c1两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压uv，使得v6重新关断，c1再次被充电，周而复始，就会在电容c1两端呈现锯齿波形，在每次v6导通的时刻，均在脉冲变压器副边输出触发脉冲；在一个梯形波周期内，v6可能导通、关断多次，但对晶闸管而言只有第一个输出脉冲起作用。电容c1的充电时间常数由等效电阻等决定，调节rp1电位器改变c1的充电时间，控制第一个有效触发脉冲的出现时刻，从而实现移相控制。 实验内容 (1)单结晶体管触发电路的调试。 (2)单结晶体管触发电路各点电压波形的观察。 单相半波整流电路实验 实验目的 1、熟悉强电实验的操作规程； 2、进一步了解晶闸管的工作原理； 3、掌握单相半波可控整流电路的工作原理。 4、了解不同负载下单相半波可控整流电路的工作情况。 实验原理 1、晶闸管的工作原理晶闸管的双晶体管模型和内部结构如下：晶闸管在正常工作时，承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。当承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值一下。 2.单相半波可控整流电路（电阻性负载） 2.1电路结构若用晶闸管t替代单相半波整流电路中的二极管d，就可以得到单相半波可控整流电路的主电路。变压器副边电压u2为50hz正弦波，负载 rl为电阻性负载。 三相半波有源逆变电路实验 实验目的 1、掌握三相半波有源逆变电路的工作原理，验证可控整流电路在有源逆变时的工作条件，并比较与整流工作时的区别。
电力电子技术的应用
电力电子技术的应用 电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等血多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。 电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术，广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域，现已成为各国竞相发展的一种高新技术。它不仅应用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。以下分几个主要应用领域加以叙述。 一、一般工业 工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。电力电子技术在一般工业中的应用最主要的就是电机调速传动和电源。电机调速传动又分工艺调速传动和节能调速传动两大类：工艺调速传动指工艺要求必须调速的传动，例如轧机，矿井卷扬，机床，造纸等以前用直流电动机驱动的机械的传动。节能调速指风机、泵等以前不调速，为节能而改用调速。 二、交通运输 电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。其典型代表就是在常导中低速磁悬浮列车中的应用，其中的电力电子设备都起着举足轻重的作用。 三、电力系统 电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采
液压或气动技术在工业中的应用[1]
读书报告课题：液压或气动技术在工业中的应用姓名：ck其班别：机械（1）学号:2008334129 我国液压，气动工业经过40余年的发展，已形成了门类齐全，有一定技术水平并初具规模的生产科研体系。我国现有主要生产企业近300家，液压产品的年产量为450万件，气动产品的年产量为300万件。为机床，工程机械，冶金机械，矿山机械，农业机械，汽车，铁路，船舶，电子，石油化工，国防，纺织，轻工等行业机械设备提供种类比较齐全的产品。据中国液压气动密封件工业协会对185个企业的统计资料表明，2004年液压件产量达942万件，液压工业总值103。14亿元，产品品种1500余种，16000余个规格。应当指出，我国液压工业在产品品种，数量及技术水平上，与国际水平以及主机行业的需求还有不少差距，每年还需进口大量液压元件。因而，国家十分重视液压工业的发展，在产业政策中，把液压气动等基础元件产品列入机械工业技术改造和生产重点支持序列。 机械工业各部门使用液压传动的出发点是不尽相同的：有的是利用它在动力传递上的长处，比如工程机械，压力机械和航空工业采用液压传动的主要原因是取其结构简单，体积小，重量轻，输入功率大；有的是利用它在操纵控制上的优点，如机床上采用液压传动是取其能在工作过程中实现无级变速，易于实现频繁换向，易于实现自动化等。此外，不同精度要求的主机也会选用不同控制形式的液压传动装置。在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中。1，进给运动传动装置 2，往复主体运动传动装置 3，仿形装置 4，辅助装置 5，静压支撑。液压行业：液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平均无故障工作时间；液力变矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术，开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术；液粘调速离合器应提高产品质量，形成批量，向大功率和高转速方向发展。气动行业：产品向体积小、重量轻、功耗低、组合集成化方向发展，执行元件向种类多、结构紧凑、定位精度高方向发展；气动元件与电子技术相结合，向智能化方向发展；元件性能向高速、高频、高响应、高寿命、耐高温、耐高压方向发展，普遍采用无油润滑，应用新工艺、新技术、新材料。 气动技术是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专业技术。由于它具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单等优点，广泛应用于各种机械和生产线上。过去汽车、拖拉机等生产线上的气动系统及其元件，都由各厂自行设计、制造和维修。气动技术应用面的扩大是气动工业发展的标志。气动元件的应用主要为两个方面：维修和配套。过去国产气动元件的销售要用于维修，近几年，直接为主要配套的销售份额逐年增加。国产气动元件的应用，从价值数千万元的冶金设备到只有1~2百元的椅子。铁道扳岔、机车轮轨润滑、列车的煞车、街道清扫、特种车间内的起吊设备、军事指挥车等都用上了专门开发的国产气动元件。这说明气动技术已“渗透”到各行各业，并且正在日益扩大。我国的
气动技术知识总结
1、气动技术是以压缩空气为介质，以空气压缩机为动力源，实现能量传递或信号 传递与控制的工程技术。 2、气动是气动技术或气压传动与控制的简称。它是流体传动与控制的重要组成技术之一，也是实现工业自动化和机电一体化的重要途径。 3、一个较完善的机电一体化系统包括动力部分、执行部分、机械部分、检测传感部分、控制部分、信息处理部分，各部分之间通过接口相联系。通过控制系统发送控制信号，由执行部分产生力和运动的输出。 4、气动技术的优点： 简单、方便：气动装置结构简单、轻便、安装维护方便。 输出速度大：气缸动作速度一般为50～500mm/s，比液压和电气方式的速度快。 有良好的缓冲性：对冲击负载和负载过载具有较强的适应能力。 可靠性高、使用寿命长：电器元件的有效动作次数约为数百万次，而电磁阀（如SMC公司生产的电磁阀）的寿命大于3000万次，小型阀超过1亿次。 无污染：工作介质是空气，无污染。 安全性：气动压力等级低，具有防火、防爆、耐潮的能力，与液压方式相比可在高温条件下使用，同时，对于振动、腐蚀具有较强的耐受力，因而，具有很高的安全性。在很多特殊场合具有不可比拟的优越性。 成本低：在自动化系统中，与单纯分别采用机械、电气、液压的传动与控制方式相比，气动方式成本低，经济性好。 5、气动技术的缺点： 能量利用率低：电气传动的效率在90％以上，液压传动的的效率为70～80％，气压传动的的效率为30～40％。实施精确控制的难度较大：气体的压缩性大。 6、气动元件的制造过程：精密压铸、挤压成型、精密加工、表面处理、装配、性能测试 7、气源设备 气源设备：空气压缩机：产生压缩空气的动力源 气源处理设备：过滤器：清除压缩空气中的水分、油污和灰尘；干燥器：进一步清除压缩空气中的水分；自动排水器：自动排除冷凝水 8、气动元件的类型及其功能 气动执行元件：气缸：推动工件作直线运动。摆动气缸：推动工件在一定角度范围内作摆动气马达：驱动工件作连续旋转运动。气爪：抓取工件。复合气缸：实现各种复合运动。气动控制元件：压力阀：控制气体压力，增压、或降压。流量阀：控制执行元件的运动速度。 方向阀：改变气流的流动方向或实现通断控制 气动辅助元件：润滑元件：a油雾器：将润滑油雾化，随压缩空气流入需要润滑的部位； b集中润滑元件：可供多点润滑的油雾器 消声器：降低排气噪声；排气洁净器：降低排气噪声，并能分离掉排出空气中所含的油雾和冷凝水；压力开关：当空气压力达到预设值，便能接通或断开电触点；管道及管接头：连接各种气动元件用；气液转换器：将气体压力转换成相同压力的液体压力，以便实现气压控制液压驱动；液压缓冲器：用于吸收冲击能量、并能降低噪声；气动显示器：有气压信号时予以显示的元件；气动传感器：将待测物理量转换为气压信号，供后续系统进行判断和控制。可用于检测尺寸精度、定位精度、计数、尺寸分选、纠偏、液位控制、判断有无等。 真空元件：真空发生器：利用压缩空气的流动产生真空；真空吸盘：利用真空直接吸吊工件；真空压力开关：检测真空压力的电触点开关；真空过滤器：把空气中的灰尘过滤掉以保证真空器件洁净、不受污染。
电力电子技术的发展及应用
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/6717812400.html, 电力电子技术的发展及应用 作者：法官 来源：《科技风》2016年第08期 摘要：电力电子技术又被人们称之为功率电子技术，主要指的是利用电力电子器件对电 能的转换和控制的技术。现代的电力电子技术是一门以电子学和电力学为基础的交叉学科，它实现强电和弱电的相互结合，一方面它是电子学在高电流大电压等强电领域的应用，另一方面它又是电工学在低电压低电流等弱点领域的结合。通过电力电子技术的使用能够有效地影响电能的获取、传输、变换和利用的每个环节。 关键词：电力电子技术；功率电子技术；能源 在我国的国民经济建设过程中电力的产生以及使用占据着很大的战略地位，电力电子技术的出现也就相应的成为了控制整个电力获取、传输、变换和使用的每个环节。随着电力使用的提高，以及全球能源危机的出现以及严峻的环境问题，电力电子技术因其独有的特点展现出了不可替代的重要作用。 1 电力电子技术的发展 随着上世纪五十年代末，世界上第一支晶闸管的问世以来，电力电气技术就开始在世界的现代电气传输技术上大放异彩。由于晶闸管的问世，使得可控流硅整装置的开发提上了日程。随着可控流硅整装置的成功开发，电能的变换和控制从传统的旋转变流机组和静止离子变流器进入了由电力电子器件控制的变流时代。所以总的来看电力电子技术的发展经过了晶闸管整流时代、电力电子的逆变时代、现代电力电子变频器时代这三个重要的阶段。 1）晶闸管整流时代。上世纪五十年代末以前，经济发展所需要使用的大功率用电主要是由工频交流发电机来提供的。但是，由于当时技术的不发达，所产生的交流电在使用的过程中总有大约20%的电能以直流的形式来进行使用的。这20%的直流电使用的领域主要包括：电解、牵引、直流传动等领域。但是，随着晶闸管的成功研制，以及可控流硅整装置的成功开发，使得由工频发电机产生的交流电能够被直接转化为直流电。可控流硅整装置的大规模使用极大的促进了一些以使用直流电为基础的产业快速发展。2）电力电子技术的逆变时代。随着自关断器件在上世纪70年代末的成功研制以及大范围的应用，电力电子技术成功的从晶闸管整流时代进入到了电力电子技术的逆变时代。由于上世纪70年代以后爆发世界范围内的能源危机，为了解决能源危机带来的一些经济发展问题，交流电机变频调速因节能效果显著而被迅速的关注并得到了迅猛的发展。将直流电变成0～100Hz的交流电是整个变频调速技术的关键技术所在。在大功率逆变过程中所使用的晶闸管以及巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶闸管（GT0）快速的成为当时电力电子技术市场上的器件主要角色。虽然能够实现直流电和交流电的相互转换，但是这种转换依旧只是存在于低频的工作范围之内，即所用的工作频率较低。3）现代电力电子变频器时代。随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，为新的电力
气动技术概述
第一章气动技术概论 1.1 气动技术的应用范围 我们在日常工作和生活中经常见到各种机器，如汽车、电梯、机床等通常都是由原动机、传动装置和工作机构三部分组成。其中传动装置最常见的类型有机械传动、电力传动和流体传动。流体传动是以受压的流体为工作介质对能量进行转换、传递、控制和分配。它可以分为气压传动、液压传动和液力传动。 气压传动技术简称“气动技术”，是一门涉及压缩空气流动规律的科学技术。气动技术不仅被用来完成简单的机械动作，而且在促进自动化的发展中起着极为重要的作用。从50年代起，气动技术不仅用于做功，而且发展到检测和数据处理。传感器、过程控制器和执行器的发展导致了气动控制系统的产生。近年来，随着电子技术、计算机与通信技术的发展及各种气动组件的性价比进一步提高，气动控制系统的先进性与复杂性进一步发展，在自动化控制领域起着越来越重要的作用。 气动技术可使气动执行组件依工作需要作直线运动、摆动和旋转运动。气动系统的工作介质是压缩空气。压缩空气的用途极其广泛,从用低压空气来测量人体眼球内部的液体压力、气动机械手焊接到气动压力机和使混凝土粉碎的气钻等,几乎遍及各个领域。在工业中的典型应用如下： 1)材料输送（夹紧、位移、定位与定向）、分 类、转动、包装与计量、排列、打印与堆置； 2)机械加工（钻、车削、铣、锯、成品精加工、 成形加工、质量控制） 3)设备的控制、驱动、进给与压力加工； 4)工件的点焊、铆接、喷漆、剪切； 5)气动机器人； 6)牙钻。 图 1.1所示的两条传送带的气动旋转分配 装置，可通过气缸的伸缩使工件传输到相应的地方。 1.2 基本气动系统的组成 基本的气动系统如图1.2所示，它由压缩空气的产生和输送系统及压缩空气消耗系统二个主要部分组成。 一、压缩空气产生系统各组件及其主要功能 （一）压缩机：将大气压力的空气压缩并以较高的压力输给气动系统，把机械能转变为气压能。 （二）电动机：把电能转变成机械能，给压缩机提供机械动力。 （三）压力开关：将储气罐内的压力转变为电信号，用来控制电动机。它被调节到一个最高压力，达到这个压力就使电动机停止；也被调节另一个最低压力， 储气罐内压力跌到这个压力就重新激活电动机。 （四）单向阀：让压缩空气从压缩机进入气罐，当压缩机关闭时.阻止压缩空气反方向流动。