电机拖动课件例题讲解
《电机拖动与控制》课件
欢迎来到电机拖动与控制课程! 本课程将涵盖电动机的基本原理、控制技术和 调速方法，以及实际应用案例。让我们一起探索电机的神秘世界吧！
课程目标
学会控制电动机
理解电机控制电路
掌握电动机的工作原理和控制技 术，了解不同类型电动机的优缺 点，能够从事电机控制相关工作。
学习电机驱动器、控制芯片等关 键元件的原理和性能，掌握不同 类型电机的控制电路设计技巧。
通过机械装置调节电机输出端的 转速实现调速，结构简单、成本 低，但稳定性和传动效率较差。
实际应用案例
1. 机器人运动控制
掌握电机控制技术后，可以应 用于机器人运动控制中，实现 机器人的定位、姿态控制和轨 迹跟踪等复杂操作。
2. 自动化生产线
电机在自动化生产线中的使用 广泛，如流水线、搬运机器人、 激光切割机等，能够提高生产 效率和稳定性。
3. 风力发电机组
电机在风力发电机组中扮演着 关键的角色，实现对风电机叶 片的控制和自适应的动态调整， 保障发电效率。
总结与回顾
掌握了电动机的基本原理 学会设计电机控制电路和控制模块
了解了主要的电动机控制理
3
电机性能参数
掌握评价电机性能的指标和参数，如转速、扭矩、效率、功率因数等，能够选择 适合的电机和控制技术。
电动机控制方法
直接启动控制
实现最简单的控制方法，适合小功率电机，成 本低、效率高。
电阻调速
改变电动机的绕组电阻值，降低电动机转速从 而调速。常用于直流电机的调速。
频率变换控制
应用于交流电机的控制方法，适合变频控制、 调速等需求。
认识工业应用
了解电动机在各种工业应用中的 作用，如机器人、自动化生产线、 水泵、风扇等，掌握电机在运行 中的特性和相应的控制方法。
电机拖动习题解答
1.6 图1.10为龙门刨床主传动机构图。
齿轮1与电动机轴直接联接，各齿轮有齿轮6与工作台齿条啮合其节距为20mm ，工作台质量m 1=1500kg ，工件质量m 2=1000kg ，电动机飞轮惯量GD 2=200 N·m 2，切削力F =10000N ，切削速度v =40m/min ，总机械拖动效率η=0.8，工作台导轨与床身之间的摩擦系数f =0.1。
试计算：（1）折算到电动机轴上的系统总飞轮惯量及负载转矩； （2）切削时电动机应输出的功率。
解：（1）齿轮折算到电动机轴上的飞轮转矩为：2462222235221222123()()()M GD GD GD GD GD GD GD j j j ++++++22(4020)(7050)130(20010)99(12)()2++=++++ 2223.5N m =⋅齿轮6的转速：640min25min 800.02m n r m==⨯则电机的转速为：2512300min n r =⨯= 则平移部件折算到电动机轴上的转动惯量为：222406091.291.2(15001000)3001.1L v J m n kg m ⎛⎫⎛⎫⎪==⨯⨯+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=⋅ 图1.10 龙门刨床主传动机构图工作台折算成飞轮矩为：22443.1LL GD gJ N m ==⋅ 折算到电动机轴上总的飞轮矩为266.6N·m 2折算到电动机轴上负载转矩为：40(100002500)609.559.550.8300330.3L gf FvT n N mη+⨯'==⨯⨯=⋅（2）切削时电动机应输出的功率为：300330.310.49.55L P T kw '=Ω=⨯≈1.7 如图1.4所示的电机拖动系统，已知提升重物的质量为2kg ，提升速度为0.4m/s,拖动齿轮的效率η1=η2=0.98，卷筒的效率ηL =0.96,卷筒直径D L =0.4m 。
电机拖动精简版讲解
20012-2013《电机与拖动》复习精简版提纲第一部分直流电机及直流电动机的电力拖动一、填空题：4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_________ 直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向______ 。
（相反；相同）6、直流电机的电磁转矩是由_______ 和_______ 同作用产生的。
（每极气隙磁通量；电枢电流）8直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是 ___________ 。
（交流的。
）9、并励直流电动机，当电源反接时，其中l a的方向 _________ ，转速方向_________ 。
（反向，不变。
）10、直流发电机的电磁转矩是转矩________ ，直流电动机的电磁转矩是转矩_________ O （制动，驱动。
）11、电枢反应对并励电动机转速特性和转矩特性有一定的影响，当电枢电流la增加时，转速n将 _________ ，转矩Te将 __________ O（下降，增加）13、直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转速_______ ，而在电枢回路中增加调节电阻，可使转速__________ 。
（升高，降低。
）14、电磁功率与输入功率之差，对于直流发电机包括___________ 损耗；对于直流电动机包括损耗。
（空载损耗功率，绕组铜损耗。
）15、串励直流电动机在电源反接时，电枢电流方向________ ，磁通方向_______ ，转速n的方向___________ 。
（反向，反向，不变）16、当保持并励直流电动机的负载转矩不变，在电枢回路中串入电阻后，则电机的转速将_________ 。
（下降）17、并励直流发电机的励磁回路电阻和转速同时增大一倍，贝U其空载电压 _____ 。
（不变）18、直流电机若想实现机电能量转换，靠_________ 电枢磁势的作用。
（交轴）20、他励直流电动机的固有机械特性是指在________ 件下，_________ 和 _______ 的关系。
《电机与拖动基础》课件
强调电机与拖动在现代工业中的关键作用和重要性，为学生们带来更深的认识。
2 未来电机与拖动技术的发展趋势
展望未来电机与拖动技术的发展方向和趋势，激发学生们的兴趣和思考。
3 课程总结与展望
对本课程进行简要总结，并展望学生们在电机与拖动领域的未来发展。
探讨直流电机和交流电机的异同，分析
三相电机的特点与应用
4
它们在不同场景中的优势和劣势。
介绍三相电机的独特特点，并探讨它们 在工业领域中的广泛应用。
拖动基础
拖动的概念与基原理
解释拖动的基本概念以及背后的基本原理，为后续 内容打下基础。
拖动装置的分类与应用
介绍不同类型的拖动装置及其在各种应用中的案例 和使用场景。
传动系统的结构与特点
探讨传动系统的各个组成部分以及其特点，让您对 其运作有更深入的了解。
传动过程中的性能参数与选型原则
详细分析传动过程中的关键性能参数，并提供选型 指导原则，帮助您做出明智的选择。
电机与拖动控制
电机与拖动的控制方式
介绍电机和拖动控制的不同方式，并探讨其在工 程和自动化应用中的应用。
《电机与拖动基础》PPT 课件
这是一份关于电机与拖动基础的PPT课件，将融合丰富的图像、精炼的文字以 及多种布局方式，让学习变得生动有趣。
电机基础
1
电机的概念与分类
探索电机的定义和不同类型，介绍其在
电机的工作原理
2
各个领域中的应用。
揭示电机背后的工作原理，深入了解不
机与交流电机的比较
传动系统的控制策略与实现方法
提供传动系统控制的不同策略和实现方法，以满 足不同需求和应用场景。
电机控制回路的结构与特点
电机拖动课件例题讲解
?
750 ? 730 ? 750
0.0267
（5）求第1加速级电阻
R1 ? sN 1R2N ? 0.316?
R2N ?
E 2 N ? 0.689? 3I 2N
（6）求各级电阻：
R2
?
R1 q
?
0.156?
, R3
?
R2 q
?
0.077?
R4
?
R3 q
?
0.038?
,r2
?
R2N sN
?
0.018?
? n0 ?
Ra
CeCT? 2
T0
n0' ? 1341 ? 0.17T0 ? 1341 ? 0.17 ? 13.9 ? 1338 .6(r / min)
上下
? （5）电枢回路外串电阻RaΩ=0.206Ω时的
转速
n
?
1341 ?
Ra ? Ra?
9.55(Ce?N )2
T
?
1341 ?
0.044 ? 0.206 9.55 ? 0.1642
?
230 ? 1.3A 177
Ia ? IN ? I f ? 27.4 A E ? U N ? IaRa ? 2? Ub ? 257.2V
Pem ? EIa ? 7047W
Tem
?
Pem ?
?
9.55 7047 nN
?
46.4 N .m
P1 ? Pem ? P0 ? 7047 ? 355 ? 7402W
N
)
2
T
?
220 ?
0.75 ? 0.164
0.044 ? 809.7 9.55 ? (0.75 ? 0.164) 2
《电机与拖动基础(第2版)》(习题解答)
电机与拖动基础第一章电机的基本原理 (1)第二章电力拖动系统的动力学基础 (6)第三章直流电机原理 (12)第四章直流电机拖动基础 (14)第五章变压器 (29)第六章交流电机的旋转磁场理论 (43)第七章异步电机原理 (44)第八章同步电机原理 (51)第九章交流电机拖动基础 (61)第十章电力拖动系统电动机的选择 (73)第一章 电机的基本原理1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。
答：电与磁存在三个基本关系，分别是（1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势。
感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即tΦN e d d -= 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路中磁通的变化。
（2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。
这种导体在磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出Blv e =而感应电动势的方向由右手定则确定。
（3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体，则会在载流导体上产生一个电磁力。
载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关，当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F 与磁通密度B 、导体长度l以及通电电流i 成正比，即Bli F =电磁力的方向可由左手定则确定。
1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁阻），请列表说明。
答：磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人为造成的磁通闭合路径就称为磁路。
而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电回路，也可以说电路是电流所流经的路径。
磁路与电路之间有许多相似性，两者所遵循的基本定律相似，即KCL：在任一节点处都遵守基尔霍夫第一定律约束；KVL：在任一回路中都遵守基尔霍夫第二定律；另外，磁路与电路都有各自的欧姆定律。
电机与拖动(第3版)(附微课视频)第1章
第1章 思考题与习题答案1．图1-11所示为电机中的一个线圈，只考虑ab 、cd 有效边，在图1-11所示的磁场和线圈电流及旋转方向下，分析ab 、cd 导体的受力方向。
答：ab 导体受力方向向左；cd 导体受力方向向右。
图1-112．说明铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗产生的原因，并思考如何减少铁耗。
答：铁磁材料周期性的正反向磁化会产生损耗，称为磁滞损耗。
这是因为磁畴来回翻转产生摩擦而引起的损耗。
涡流损耗是因为交变的磁通在铁芯中产生的感应电动势，形成的环流产生的损耗。
铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗总称为铁芯损耗，它正比于磁通密度B m 的平方及磁通交变频率f 的1.2~1.3次方。
P Fe = P h +P e ≈k Fe f 1.3B m 2G ；要减少铁耗，可以减小磁通密度B m 或减小磁通交变频率f 。
3．实际变压器或电机的铁芯均用硅钢片叠压而成，能否用钢板或整块钢制作？为什么？ 答：实际变压器或电机的铁芯均用硅钢片叠压而成，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，减小涡流，从而减少电能转化成铁芯的内能，提高效率.；如果用钢板或整块钢制作，会产生涡流，烧毁绕组，使变压器或电机无法正常工作。
4．什么是磁路饱和现象，铁芯的额定工作点应如何选择？答：如图1，开始磁化时，由于外磁场较弱，所以B 增加较慢，对应oa 段；随着外磁场增加，铁磁材料产生的附加磁场增加较快，B 值增加很快，如图ab 段；再增加磁场时，附加磁场的增加有限，B 增加越来越慢，最终趋于饱和，见图中bc 段；最后所有磁畴与外磁场方向一致后，外磁场增加，B 值也基本不变，出现深度饱和现象。
为了使铁芯得到充分利用而不进入饱和状态，电机和变压器的铁芯额定工作点设 图1 非铁磁材料的磁化曲线和 定在磁化曲线的微饱和区。
铁磁材料的初始磁化曲线5．如图1-12所示，匝数为N 的线圈与交变的磁通Φ交链，如果感应电动势的正方向如图1-12所示，写出e 和Φ之间的关系式？答： dt d Ne φ-=图1-12。
电机拖动(动力学).课件
05
电机拖动系统的优化与设 计
电机拖动系统的能效优化
电机拖动系统的能效评估
评估电机拖动系统的能效水平，识别能效瓶 颈。
控制系统优化
优化控制算法，提高电机拖动系统的响应速 度和稳定性。
电机选型优化
根据实际需求选择合适的电机类型，如直流 电机、交流电机、步进电机等。
能源回收技术
利用能量回馈装置，将制动能量回收再利用 ，提高能源利用效率。
组成
电机拖动系统通常由电机、传动 装置、控制器和负载等部分组成 。
电机拖动系统的分类
01
02
03
按电机类型分类
直流电机拖动系统、交流 电机拖动系统、步进电机 拖动系统等。
按控制方式分类
开环控制电机拖动系统、 闭环控制电机拖动系统。
按应用场景分类
工业电机拖动系统、汽车 电机拖动系统、航空电机 拖动系统等。
神经网络控制
利用神经网络算法实现电机拖 动系统的非线性控制。
模糊控制
通过模糊逻辑数变化自适应调整 控制策略。
预测控制
利用模型预测算法，对电机拖 动系统的未来状态进行预测和
优化控制。
感谢您的观看
THANKS
直流电机的拖动特性
转矩特性
直流电机在一定电流下产 生的转矩与转速之间的关 系。
调速特性
改变电机的输入电压或电 流，可以改变电机的转速 。
启动和制动特性
描述电机在启动和制动过 程中的性能表现。
直流电机拖动系统的控制方法
调压控制
通过调节电机的输入电压来控制 电机的转速和转矩。
弱磁控制
在电机接近于磁场饱和时，通过减 小磁场强度来提高电机的转速。
通过分析动态特性，可以对电机拖动系统的性能进行评估和优化，以满足不同的 应用需求。
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（7）求各段电阻：
R45 R4 r2 , R34 R3 R4 R23 R2 R3 , R12 R1 R2
（8）计算平均转矩：
b
Tb Tmax
2qsm1 qsm1 2
1
0.464
Tav
a
2
b
Tmax
2471N .m
Tmax
TN
9550PN nN
调速后C点: Ea Cen
1500
T
TLN
C点电压方程: U Ea IaN Ra U 139 115 0.1 150.5V
上下
降压瞬间n´=nN=1500, Ea´=EaN=208.5V
降压瞬间电压方程为：
U
'
Ea
'
Ia
Ra
150.5
208.5
'
Ia
0.1
解：（1）选用5级起动电阻，m=5，预备级数i=1，加速级数n=4
（2）选 Ta 0.8Tmax , a 0.8
（3）计算第1加速级的额定转差率：
1
sm1 a (1
1
2 a
)
2
（4）确定公比q
sN1
(
sm1
2
1)
0.458
q4
sN1 sN
2.03, sN
s sm s 0.166
取不同的s值,得出对应的Tem值,可绘出固有机械特性曲线。
（6）转子绕组每相电阻为：
r2
E2N sN 3I2N
175 0.04 0.0187 1.73 216
（7）串入附加电阻的临界转差率为：
sm'
r2
Ra r2
sm
0.635
（8）串入附加电阻的人为机械特性为：
T' em
2Tmax
s' m
s'
21750 0.635 s'
s'
s' m
s' 0.635
取不同的s’值,得出对应的Tem’值,可绘出人为机械特性曲线。
例：一台YR127-8型绕线转子异步电动机，铭牌数据： PN=130kW,nN=730r/min,λ=2.3,E2N=314V,I2N=263A.计算起动电 阻。
nN 600r/min
解 起动级数m未知，先确定m （1）确定I1、I2，计算λ
选择 I1 2IN 2120A 240A
取 I2 1.2I N 1.2120 144 A
I1 / I2 240 /144 1.667
（2）计算 Rkm
Rkm
UN I1
220 Ω 0.917Ω 1240
3910N .m
• 例1：一台他励直流电动机额定数据为： PN=100kW，UN=220V，IN=517A， nN=1200r/min，电枢回路电阻Ra=0.044Ω， 试求：1）固有机械特性方程式；2）额定 负载时的电枢电势和额定电磁转矩；3）额 定输出转矩和空载转矩；4）理想空载转速 和实际空载转速；5）电机额定运行，分别 求电枢回路外串电阻RaΩ=0.206Ω时的转速、 电压U=50V时的转速和磁通Φ=75%ΦN时的 转速。
N
1500
上下
n
3）弱磁调速
D
调速瞬间工作点由图中A点移至 F点，nF=nN=1500r/min,
F
A N
EaF
CenF
N
.EaN
0.8 208 .5 166 .8V 1
T TLN
F点电压方程为：U N EaF IaF Ra 220 166 .8 IaF 0.1
n B
A UN C U1
'
Ia
580A
'
T
CT
'
Ia
TN CTIN
T
TLN
'
'
T
Ia IaN
TN
580 155
152.65
769.9Nm
功率： P1 U IN 150.5 115 17.3KW
1000
P2 P2N
22 14.67KW
750 730 0.0267 750
（5）求第1加速级电阻
R1 s R N1 2N 0.316
R2N
E2N 0.689 3I2N
（6）求各级电阻：
R2
R1 q
0.156, R3
R2 q
0.077
R4
R3 q
0.038, r2
R2 N sN
0.018
上下
解： 额定运行时：
+ UN -
UN EaN IaNRa
EaN 220 115 0.1 208.5V
TN PemN EaNIaN 208.5 115 152.65Nm
N 2nN / 60 21500/ 60
1、串电阻调速：
n
A Ra
调速前后T不变， Ia也不变=115A
串电阻瞬间电压方程为：
UN
'
Ea
'
Ia
(Ra
Rc)
220
208.5
'
Ia
(0.604
0.1)
n
A Ra
B
C R1
'
Ia
16.33A
'
T
CT
'
Ia
TN CT IaN
T
TLN
'
'
T
Ia IaN
TN
16.33 155
152.65
21.68Nm
上下
n
功率：
B
调速前后I不变，输入功率相等
rk1 ( 1)Ra (1.565 1) 0.153 0.08
rk 2 rk1 0.135 rk3 rk 2 0.211 rk 4 rk3 0.331
上下
例4-3、一他励直流电动机：PN=22KW， UN=220V, IN=115A, nN=1500rpm, Ra=0.1。该电动机带额定负载 转矩运行时，要求把转速从额定降到1000rpm,试计算： 1）采用电枢串电阻，需要RC=？串电阻瞬间Ea´、 Ia´、 T´各为多少？ P1、 P2=？ 2）采用降低U，U=？降压瞬间Ea´、 Ia´、T´各为多少？ P1、 P2=？ 3) 电动机带额定转矩负载运行时，当将Φ 降至0.8Φ N， 试计算Φ 减少瞬间的电枢电流、电动势、电磁转矩，调 速后稳态转速输入功率和输出功率，电动机在此工作方 式下能否带额定转矩负载长期运行？
上下
解：
• （1）求固有机械特性方程式
Ce N
UN
IN nN
Ra
200
517 0.044 1200
0.164
n U N Ra T 220 0.044 T 1341 0.17T
Ce N
Ce
CT
2 N
0.164 9.55 0.164 2
• （2）求电枢电势和电磁转矩 • 电枢电势为：
220 0.044 809 .7 1542 (r / min) 0.75 0.164 9.55 (0.75 0.164 )2
上下
例2 一台Z2 型他励直流电动机的铭牌数据为：PN 22kW U N 220 V I N 116 A nN 1500 r / min 试计算其机械特性。
上下
(3)计算m：
Ra
1 2
(U N IN
PN
I
2 N
103
)
0.153
m
ln
Rkm Ra
ln
0.917 0.153
3.504
ln ln 1.667
将m取整得：m=4
修正λ、I2： m Rkm 1.565
Ra
I2 I1 /1.565 153.3A
上下
（4）计算各级电阻：
Ra
CeCT
2
T0
n0' 1341 0.17T0 1341 0.17 13.9 1338 .6(r / min)
上下
• （5）电枢回路外串电阻RaΩ=0.206Ω时的
转速
n
1341
Ra Ra
9.55(CeN )2
T
1341
0.044 0.206 9.55 0.1642
B C R1
调速前A点: EaN CenN Ea 1000 208.5 139V
调速后C点: Ea Cen
1500
T TLN
C点电压方程: UN Ea IaN(Ra Rc) 220 139 115(0.1 Rc)
Rc 0.604
上下
串电阻瞬间n´=nN=1500, Ea´=EaN=208.5V
809.7
553(r
/
min)
• （6）电压U=50V时的转速