1、電機(jī)與電器控制電機(jī)與電器控制 電機(jī)及電力拖動(dòng)自動(dòng)控制的發(fā)展概況 課程的性質(zhì)和任務(wù)緒論 電器是所有電工器械的簡稱。按照我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，低壓電器通常是指工作在交流1200V或直流1500V以下的電器。本章主要介紹機(jī)械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)中常用的幾種低壓電器。第一章 常用低壓電器 電機(jī)是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的電磁裝置。直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能。本章主要分析直流電機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行性能。第二章 直流電機(jī)及電氣控制第三章 變壓器第四章 交流電動(dòng)機(jī)及電氣控制第五章 機(jī)械設(shè)備電氣控制緒緒 論論 一、電機(jī)及電力拖動(dòng)自動(dòng)控制的發(fā)展概況一、電機(jī)及電力拖動(dòng)自動(dòng)控制的發(fā)展概況

2、 電能是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防科技以及日電能是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防科技以及日常生活等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛的一種能量形式。常生活等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛的一種能量形式。 電能的電能的生產(chǎn)、交換、傳輸、分配、使用和控制生產(chǎn)、交換、傳輸、分配、使用和控制等環(huán)節(jié)等環(huán)節(jié)中，都必須利用電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)變換。中，都必須利用電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)變換。 在電力系統(tǒng)中，在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)和變壓器發(fā)電機(jī)和變壓器是發(fā)電站和變電所的是發(fā)電站和變電所的主要設(shè)備。主要設(shè)備。 在發(fā)電站中，發(fā)電機(jī)由汽輪機(jī)、水輪機(jī)、柴油機(jī)帶在發(fā)電站中，發(fā)電機(jī)由汽輪機(jī)、水輪機(jī)、柴油機(jī)帶動(dòng)，把動(dòng)，把燃料燃燒的動(dòng)力、水流動(dòng)力

3、或原子核裂變的能量燃料燃燒的動(dòng)力、水流動(dòng)力或原子核裂變的能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｗ優(yōu)闄C(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?為了經(jīng)濟(jì)地分配和運(yùn)輸電能，采用為了經(jīng)濟(jì)地分配和運(yùn)輸電能，采用變壓器變壓器經(jīng)過升壓經(jīng)過升壓降壓降壓用戶。用戶。 其它：風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、潮汐發(fā)電、其它：風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、潮汐發(fā)電、焚燒垃圾發(fā)電、沼氣發(fā)電、海浪發(fā)電等。焚燒垃圾發(fā)電、沼氣發(fā)電、海浪發(fā)電等。 在在工業(yè)企業(yè)工業(yè)企業(yè)中，大量應(yīng)用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)去拖動(dòng)各中，大量應(yīng)用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)去拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械。如機(jī)械工業(yè)、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)中，機(jī)床、種生產(chǎn)機(jī)械。如機(jī)械

4、工業(yè)、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)中，機(jī)床、電鏟、軋鋼機(jī)、吊車、抽水機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等都要用各種各樣電鏟、軋鋼機(jī)、吊車、抽水機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等都要用各種各樣的電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)；的電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)； 在在自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，各種小巧靈敏的控制電機(jī)廣泛地中，各種小巧靈敏的控制電機(jī)廣泛地作為作為檢測(cè)、放大、執(zhí)行和解算元件檢測(cè)、放大、執(zhí)行和解算元件； 在在日常生活中日常生活中應(yīng)用也越來越廣泛，如：電風(fēng)扇、洗衣應(yīng)用也越來越廣泛，如：電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、吸塵器、空調(diào)、冰箱和電動(dòng)自行車等。機(jī)、吸塵器、空調(diào)、冰箱和電動(dòng)自行車等。 各種電動(dòng)機(jī)所消耗的的電能占總發(fā)電量的各種電動(dòng)機(jī)所消耗的的電能占總發(fā)電量的60%70% 。 電機(jī)的定義電機(jī)的

5、定義 電機(jī)就是依據(jù)電機(jī)就是依據(jù)電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能之間的電能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換或電能之間轉(zhuǎn)換的一種或電能之間轉(zhuǎn)換的一種電磁裝置電磁裝置。 電機(jī)的分類電機(jī)的分類 1.按功能分類按功能分類 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 電機(jī)電機(jī) 變壓器變壓器 、變頻器、變流器、移相器、變頻器、變流器、移相器 伺服電機(jī)伺服電機(jī) 控制電機(jī)控制電機(jī) 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等 2.按運(yùn)動(dòng)方式分類按運(yùn)動(dòng)方式分類 靜止靜止變壓器變壓器 三相三相電機(jī)電機(jī) 直流電機(jī)直流電機(jī) 異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī) 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 異步電機(jī)異步電機(jī) 單相單相 交流電機(jī)交流電機(jī) 異步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī) 同步發(fā)電

6、機(jī)同步發(fā)電機(jī) 同步電機(jī)同步電機(jī) 同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī) 調(diào)相機(jī)調(diào)相機(jī) 現(xiàn)代電力工業(yè)幾乎都是采用現(xiàn)代電力工業(yè)幾乎都是采用同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)，異步電機(jī)主，異步電機(jī)主要作為要作為電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)使用。使用。 電力拖動(dòng)的定義電力拖動(dòng)的定義 以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行的拖動(dòng)方以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行的拖動(dòng)方式，就稱為式，就稱為“電力拖動(dòng)電力拖動(dòng)”。 與其它拖動(dòng)方式（如：蒸汽機(jī)、水輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等）與其它拖動(dòng)方式（如：蒸汽機(jī)、水輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等）相比較，電力拖動(dòng)的相比較，電力拖動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：控制簡單、調(diào)節(jié)性能好、損耗：控制簡單、調(diào)節(jié)性能好、損耗小、小、效率高效率高、能實(shí)現(xiàn)、能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制遠(yuǎn)

7、距離控制和自動(dòng)控制等，因而被大和自動(dòng)控制等，因而被大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械所采用。多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械所采用。 電力拖動(dòng)主要由電力拖動(dòng)主要由電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和和控制設(shè)備控制設(shè)備三個(gè)基三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成：本環(huán)節(jié)組成： 電 源 控制設(shè)備 電動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 生產(chǎn)機(jī)械 電機(jī)的發(fā)展概況電機(jī)的發(fā)展概況 從從1831年年法拉第法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律，創(chuàng)造了第一部感發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律，創(chuàng)造了第一部感應(yīng)發(fā)電機(jī)的模型至今，電機(jī)的發(fā)展距今不到兩百年歷史。應(yīng)發(fā)電機(jī)的模型至今，電機(jī)的發(fā)展距今不到兩百年歷史。 初始階段的發(fā)電機(jī)是永磁式發(fā)電機(jī)初始階段的發(fā)電機(jī)是永磁式發(fā)電機(jī) 。 1845年，英國物理學(xué)家年，英國物理學(xué)家惠斯通惠斯通電

8、磁鐵取代永久磁鐵制電磁鐵取代永久磁鐵制成了第一臺(tái)電磁式發(fā)電機(jī)。成了第一臺(tái)電磁式發(fā)電機(jī)。 1866年德國科學(xué)家年德國科學(xué)家西門子西門子制成第一臺(tái)使用電磁鐵的自制成第一臺(tái)使用電磁鐵的自勵(lì)式發(fā)電機(jī)。勵(lì)式發(fā)電機(jī)。 1880年，美國發(fā)明家年，美國發(fā)明家愛迪生愛迪生制造了名為制造了名為“巨象巨象”的大的大型型直流發(fā)電機(jī)。直流發(fā)電機(jī)。 1885年意大利物理學(xué)家費(fèi)拉里斯年意大利物理學(xué)家費(fèi)拉里斯(1841-1897)提出了旋提出了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)原理，奠定交流電機(jī)的研制和發(fā)展的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)磁場(chǎng)原理，奠定交流電機(jī)的研制和發(fā)展的基礎(chǔ)。 1880年前后，英國的費(fèi)朗蒂改進(jìn)了交流發(fā)電機(jī)，并提年前后，英國的費(fèi)朗蒂改進(jìn)了交流發(fā)電機(jī)，并提

9、出交流高壓輸電的概念。出交流高壓輸電的概念。 1882年法國人高蘭德年法國人高蘭德(1850-1888)和英國人約翰和英國人約翰吉布斯吉布斯研制成功了第一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的變壓器。研制成功了第一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的變壓器。 19世紀(jì)末，電力拖動(dòng)代替了蒸汽或水力的拖動(dòng)。初世紀(jì)末，電力拖動(dòng)代替了蒸汽或水力的拖動(dòng)。初期，它是由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一組生產(chǎn)機(jī)械，稱為期，它是由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一組生產(chǎn)機(jī)械，稱為“成組拖成組拖動(dòng)動(dòng)”。能量損耗大，效率低能量損耗大，效率低。 隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要, 自自20世紀(jì)世紀(jì)20年代以來，生產(chǎn)機(jī)年代以來，生產(chǎn)機(jī)械上廣泛采用械上廣泛采用“單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系

10、統(tǒng)”，即一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械用，即一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械用一一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 在在30年代出現(xiàn)了年代出現(xiàn)了“多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)”，即機(jī)械的各，即機(jī)械的各運(yùn)運(yùn)動(dòng)部件分別采用不同的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。動(dòng)部件分別采用不同的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 20世紀(jì)世紀(jì)30年代初，出現(xiàn)了年代初，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組電動(dòng)機(jī)組，使調(diào)速，使調(diào)速性能優(yōu)異的直流電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。性能優(yōu)異的直流電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。 電力拖動(dòng)的控制方式由電力拖動(dòng)的控制方式由手動(dòng)控制手動(dòng)控制逐步向逐步向自動(dòng)控制方向自動(dòng)控制方向發(fā)展。發(fā)展。 繼電繼電-接觸器式控制接觸器式控制是應(yīng)用最早的控制系統(tǒng)，它是由是應(yīng)用最早的控制系統(tǒng)，它是由各種各

11、種有觸點(diǎn)有觸點(diǎn)的接觸器、繼電器、按鈕、行程開關(guān)等組成的的接觸器、繼電器、按鈕、行程開關(guān)等組成的控制電路，來實(shí)現(xiàn)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和控制電路，來實(shí)現(xiàn)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速的控制；實(shí)現(xiàn)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的保護(hù)和生產(chǎn)過程的自調(diào)速的控制；實(shí)現(xiàn)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的保護(hù)和生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。動(dòng)化。 這種控制具有使用的單一性，而且控制的輸入、輸出這種控制具有使用的單一性，而且控制的輸入、輸出信號(hào)只有信號(hào)只有通和斷通和斷兩種狀態(tài)，不能連續(xù)反映信號(hào)的變化，故兩種狀態(tài)，不能連續(xù)反映信號(hào)的變化，故稱為稱為斷續(xù)控制斷續(xù)控制。 連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)：電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、磁放大器、：電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、磁放大器、

12、晶閘管晶閘管等，等，尤其是晶閘管控制系統(tǒng)獲得越來越廣泛的應(yīng)用。尤其是晶閘管控制系統(tǒng)獲得越來越廣泛的應(yīng)用。 盡管電力拖動(dòng)系統(tǒng)已向盡管電力拖動(dòng)系統(tǒng)已向無觸點(diǎn)無觸點(diǎn)、連續(xù)控制、弱電化、連續(xù)控制、弱電化、微機(jī)控制方向發(fā)展，但由于微機(jī)控制方向發(fā)展，但由于繼電繼電-接觸器控制系統(tǒng)接觸器控制系統(tǒng)具有具有結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單簡單、可靠性高可靠性高、維護(hù)方便維護(hù)方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，目前仍然、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，目前仍然廣泛應(yīng)用。廣泛應(yīng)用。 20世紀(jì)世紀(jì)70年代出現(xiàn)了用軟件手段來實(shí)現(xiàn)各種控制功能年代出現(xiàn)了用軟件手段來實(shí)現(xiàn)各種控制功能以微處理器為核心以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器的新型工業(yè)控制器可編程序控制器可編程序控制器

13、。 晶閘管及電力電子技術(shù)的發(fā)展，使交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)的晶閘管及電力電子技術(shù)的發(fā)展，使交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。應(yīng)用越來越廣泛。 高性能永磁材料高性能永磁材料和和超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料的發(fā)展。的發(fā)展。 隨著近代隨著近代電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控、大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，自動(dòng)化電力拖動(dòng)制技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，自動(dòng)化電力拖動(dòng)正向著正向著計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)過程自動(dòng)化的方向計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)過程自動(dòng)化的方向邁進(jìn)。邁進(jìn)。 對(duì)電力拖動(dòng)提出更高要求：對(duì)電力拖動(dòng)提出更高要求：高速高速、高精度高精度、高效率高效率、快速起動(dòng)快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)制動(dòng)和反

14、轉(zhuǎn)、調(diào)速范圍廣調(diào)速范圍廣等。等。 在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS）中，自動(dòng)化的電力拖）中，自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)仍然是不可缺少的主要組成部分。動(dòng)系統(tǒng)仍然是不可缺少的主要組成部分。 二、課程的性質(zhì)和任務(wù)二、課程的性質(zhì)和任務(wù) 本課程是工業(yè)電氣自動(dòng)化、機(jī)電一體化和電氣技術(shù)等本課程是工業(yè)電氣自動(dòng)化、機(jī)電一體化和電氣技術(shù)等專業(yè)的專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課專業(yè)基礎(chǔ)課。它是將。它是將“電機(jī)原理電機(jī)原理”、“電力拖動(dòng)基電力拖動(dòng)基礎(chǔ)礎(chǔ)”和和“電器控制電器控制”三門課程進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合而成的一門課。三門課程進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合而成的一門課。 本課程的任務(wù)本課程的任務(wù)是掌握常用低壓電器、交直流電機(jī)及變是掌握常用低壓

15、電器、交直流電機(jī)及變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理以及電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理以及電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能和控制方法，以及典型機(jī)械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)分析，分析和控制方法，以及典型機(jī)械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)分析，分析機(jī)、電、磁機(jī)、電、磁相結(jié)合的綜合性問題與實(shí)驗(yàn)方法。相結(jié)合的綜合性問題與實(shí)驗(yàn)方法。 學(xué)習(xí)本課程后，應(yīng)達(dá)到的具體要求是：學(xué)習(xí)本課程后，應(yīng)達(dá)到的具體要求是： 1）熟悉常用低壓電器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及用途。）熟悉常用低壓電器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及用途。 2）掌握交、直流電機(jī)及變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。）掌握交、直流電機(jī)及變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。 3）掌握電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能和控制方法