机电一体化常规控制技术
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• 电机铭牌上所标的数据称为额定数据，具体含义 如下：
• 额定功率PN是指在额定条件下电机所能供给的功 率。对于电动机，额定功率是指电动机轴上输出 的最大机械功率；对于发电机，额定功率是指电 刷间输出的最大电功率。额定功率的单位为kW。
• 额定电压UN是指额定工作条件下电机出线端的 平均电压。对于电动机，额定电压是指输入额定 电压；对于发电机，额定电压是指输出额定电压。 额定电压的单位为V。
第一节 电机控制技术
一.电机和电力拖动技术在国民经济中的作用：
• 电能是现代能源中应用最广的二次能源，它的生产、变换、 传输、分配、使用和控制都比较方便经济，而要实现电能 的生产、变换和使用等都离不开电机。
• 电机是一种利用电磁感应定律和电磁力定律，将能量或信 号进行转换或变换的电磁机械装置。电机在国民经济的各 个领域起着重要作用。在电力工业中，产生电能的发电机 和对电能进行变换、传输与分配的变压器是电站和变电所 的主要设备。在工业企业中，人们利用电动机把电能转换 为机械能去拖动各种生产机械，从而满足生产工艺过程的 要求。在交通运输业中，需要大量的牵引电动机。在电力 排灌、播种、收割等农用机械中，都需要规格不同的电动 机。在品种繁多的家用电器中，也离不开功能各异的小功 率电动机。
• 国产电机型号一般采用大写的汉语拼音字母和阿 拉伯数字表示，其格式为：第一部分用大写的拼 音表示产品代号，第二部分用阿拉伯数字表示设 计序号，第三部分用阿拉伯数字表示机座代号， 第四部分用阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号。
• 如：Z2 92中的Z表示一般用途直流电机；2表 示设计序号，第二次改型设计；9表示机座代号； 2表示电枢铁芯长度代号。
换向器固定在转轴的一端。换向片靠近电枢绕组 的部分与绕组引出线间焊接。
图1wk.baidu.com9 换向器结构 1—V形套筒；2—云母片；
3—换向片；4—联结片
2.直流电机的铭牌数据
• 表征电机额定运行情况的各种数据称为额定值。 额定值一般标注在电机的铭牌上，所以又称为铭 牌数据。它是正确合理使用电机的依据。铭牌数 据主要包括电机型号、额定功率、额定电压、额 定电流、额定转速和额定励磁电流及励磁方式等， 此外还有电机的出厂数据，如出厂编号、出厂日 期等。
1.直流电机的结构
• 直流电动机和直流发电机的结构基本是相同的， 即都有可旋转部分和静止部分。可旋转部分称 为转子，静止部分称为定子，在定子和转子之 间存在着气隙。小型直流电动机结构如图1.3 所示，其剖面结构如图1.4所示。
• （1） 定子部分 • 定子的作用，在电磁方面是产生磁场和构成磁
路，在机械方面是整个电机的支撑。定子由磁 极、机座、换向极、电刷装置、端盖和轴承等 组成，如图1.3所示。
图1.3小型直流电动机的结构
图1.4小型直流电动机的剖面结构 1—电枢绕组；2—电枢铁芯；3—机座； 4—主磁极铁芯；5—励磁绕组；6—换向绕组； 7—换向极铁芯；8—主磁极极靴；9—机座底脚
• （2） 转子部分 • 转子又称电枢，是电机的转动部分，是用来产生
感应电动势和电磁转矩，从而实现机电能量转换 的关键部分。它包括电枢铁芯、换向器、电机转 轴、电枢绕组、轴承和风扇等。 • ① 电枢铁芯电枢铁芯是主磁路的一部分，同时用 来嵌放电枢绕组。当电机旋转时，为减小电枢铁 芯中的磁通变化引起的磁滞损耗和涡流损耗，电 枢铁芯用涂有绝缘漆的0.5 mm厚的硅钢片叠成。 电枢铁芯冲片上冲有放置电枢绕组的电枢槽、轴 孔和通风口。 • ② 电枢绕组电枢绕组是用绝缘铜线绕制的线圈按 一定规律放置在电枢铁芯槽内，并与换向器联结。 电枢绕组是直流电机的重要组成部分，电机工作 时线圈中产生感应电动势和电磁转矩，实现机电 能量的转换。
• 无论是哪一种电机，都 必须以磁场作为其耦合 场，通过电磁感应作用 来实现能量转换。为了 在一定的励磁电流下产 生较强的磁场,电机的磁 路均用导磁性能良好的 铁磁材料组成。
三.直流电机的工作原理与结构
• 直流电机可分为直流发电机和直流电动机 两大类。将机械能转化为电能的直流电机 是直流发电机，将电能转化为机械能的直 流电机是直流电动机。直流电机具有良好 的调速性能、较大的起动转矩和过载能力， 一般应用于对起动和调速要求较高的场合。 另外，结构复杂、成本较高、维护较困难 是直流电机的不足之处。
• （3） 电动机的形式和种类很多，具有各种各样 的特性，可适应不同生产机械的需要，且电力拖 动的起动、制动与调速等控制简便迅速，调节性 能好；
• （4） 可实现远距离控制与自动调节，并进而实 现生产过程的自动化。
二.电机的类型及所用的材料
• 现代能源的主要形式是电能，与电能密切关联的电机广泛 应用于社会生产的各个部门和社会生活的各个方面。电机 的品种繁多，按其功能用途可分为变压器、直流电机、交 流电机和控制电机，如图0.1所示。
• 额定电流IN是指电机在额定电压下，运行于额定 功率时对应的电流值。额定电流的单位为A。
• 额定功率、额定电压和额定电流的关系为： • 发电机 • 电动机 • 额定转速 指对应于额定电流、额定电压，电机
• 用电动机作为原动机拖动生产机械运行的系统， 称为电力拖动系统。电力拖动是机电设备中的一 个重要组成部分。除小部分生产机械采用气动或 液压拖动外，绝大多数的生产机械都采用电力拖 动，这源于电力拖动有其一系列的优点：
• （1） 电能的远距离输送简便经济，分配简单， 检测方便；
• （2） 电力拖动比其他形式的拖动效率高，电动 机与被拖动机械的联接简便；
• ③ 换向器换向器又称整流子。对于发电机，换向
器的作用是把电枢绕组中的交变电动势转变为直 流电动势向外部输出直流电压；对于电动机，它 是把外界供给的直流电流转变为绕组中的交变电 流以使电机旋转。换向器如图1.9所示。换向器
是由换向片组合而成的，是直流机的关键部件， 也是最薄弱的部分。
• 换向器采用导电性能好、硬度大、耐磨性能好的 紫铜或铜合金制成。换向片的底部做成燕尾形， 嵌在含有云母绝缘的V形钢环内，拼成圆筒形套 在钢套筒上，相邻的两换向片间以0.6～1.2 mm厚的云母片作为绝缘，最后用螺纹压圈压紧。
• 额定功率PN是指在额定条件下电机所能供给的功 率。对于电动机，额定功率是指电动机轴上输出 的最大机械功率；对于发电机，额定功率是指电 刷间输出的最大电功率。额定功率的单位为kW。
• 额定电压UN是指额定工作条件下电机出线端的 平均电压。对于电动机，额定电压是指输入额定 电压；对于发电机，额定电压是指输出额定电压。 额定电压的单位为V。
第一节 电机控制技术
一.电机和电力拖动技术在国民经济中的作用：
• 电能是现代能源中应用最广的二次能源，它的生产、变换、 传输、分配、使用和控制都比较方便经济，而要实现电能 的生产、变换和使用等都离不开电机。
• 电机是一种利用电磁感应定律和电磁力定律，将能量或信 号进行转换或变换的电磁机械装置。电机在国民经济的各 个领域起着重要作用。在电力工业中，产生电能的发电机 和对电能进行变换、传输与分配的变压器是电站和变电所 的主要设备。在工业企业中，人们利用电动机把电能转换 为机械能去拖动各种生产机械，从而满足生产工艺过程的 要求。在交通运输业中，需要大量的牵引电动机。在电力 排灌、播种、收割等农用机械中，都需要规格不同的电动 机。在品种繁多的家用电器中，也离不开功能各异的小功 率电动机。
• 国产电机型号一般采用大写的汉语拼音字母和阿 拉伯数字表示，其格式为：第一部分用大写的拼 音表示产品代号，第二部分用阿拉伯数字表示设 计序号，第三部分用阿拉伯数字表示机座代号， 第四部分用阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号。
• 如：Z2 92中的Z表示一般用途直流电机；2表 示设计序号，第二次改型设计；9表示机座代号； 2表示电枢铁芯长度代号。
换向器固定在转轴的一端。换向片靠近电枢绕组 的部分与绕组引出线间焊接。
图1wk.baidu.com9 换向器结构 1—V形套筒；2—云母片；
3—换向片；4—联结片
2.直流电机的铭牌数据
• 表征电机额定运行情况的各种数据称为额定值。 额定值一般标注在电机的铭牌上，所以又称为铭 牌数据。它是正确合理使用电机的依据。铭牌数 据主要包括电机型号、额定功率、额定电压、额 定电流、额定转速和额定励磁电流及励磁方式等， 此外还有电机的出厂数据，如出厂编号、出厂日 期等。
1.直流电机的结构
• 直流电动机和直流发电机的结构基本是相同的， 即都有可旋转部分和静止部分。可旋转部分称 为转子，静止部分称为定子，在定子和转子之 间存在着气隙。小型直流电动机结构如图1.3 所示，其剖面结构如图1.4所示。
• （1） 定子部分 • 定子的作用，在电磁方面是产生磁场和构成磁
路，在机械方面是整个电机的支撑。定子由磁 极、机座、换向极、电刷装置、端盖和轴承等 组成，如图1.3所示。
图1.3小型直流电动机的结构
图1.4小型直流电动机的剖面结构 1—电枢绕组；2—电枢铁芯；3—机座； 4—主磁极铁芯；5—励磁绕组；6—换向绕组； 7—换向极铁芯；8—主磁极极靴；9—机座底脚
• （2） 转子部分 • 转子又称电枢，是电机的转动部分，是用来产生
感应电动势和电磁转矩，从而实现机电能量转换 的关键部分。它包括电枢铁芯、换向器、电机转 轴、电枢绕组、轴承和风扇等。 • ① 电枢铁芯电枢铁芯是主磁路的一部分，同时用 来嵌放电枢绕组。当电机旋转时，为减小电枢铁 芯中的磁通变化引起的磁滞损耗和涡流损耗，电 枢铁芯用涂有绝缘漆的0.5 mm厚的硅钢片叠成。 电枢铁芯冲片上冲有放置电枢绕组的电枢槽、轴 孔和通风口。 • ② 电枢绕组电枢绕组是用绝缘铜线绕制的线圈按 一定规律放置在电枢铁芯槽内，并与换向器联结。 电枢绕组是直流电机的重要组成部分，电机工作 时线圈中产生感应电动势和电磁转矩，实现机电 能量的转换。
• 无论是哪一种电机，都 必须以磁场作为其耦合 场，通过电磁感应作用 来实现能量转换。为了 在一定的励磁电流下产 生较强的磁场,电机的磁 路均用导磁性能良好的 铁磁材料组成。
三.直流电机的工作原理与结构
• 直流电机可分为直流发电机和直流电动机 两大类。将机械能转化为电能的直流电机 是直流发电机，将电能转化为机械能的直 流电机是直流电动机。直流电机具有良好 的调速性能、较大的起动转矩和过载能力， 一般应用于对起动和调速要求较高的场合。 另外，结构复杂、成本较高、维护较困难 是直流电机的不足之处。
• （3） 电动机的形式和种类很多，具有各种各样 的特性，可适应不同生产机械的需要，且电力拖 动的起动、制动与调速等控制简便迅速，调节性 能好；
• （4） 可实现远距离控制与自动调节，并进而实 现生产过程的自动化。
二.电机的类型及所用的材料
• 现代能源的主要形式是电能，与电能密切关联的电机广泛 应用于社会生产的各个部门和社会生活的各个方面。电机 的品种繁多，按其功能用途可分为变压器、直流电机、交 流电机和控制电机，如图0.1所示。
• 额定电流IN是指电机在额定电压下，运行于额定 功率时对应的电流值。额定电流的单位为A。
• 额定功率、额定电压和额定电流的关系为： • 发电机 • 电动机 • 额定转速 指对应于额定电流、额定电压，电机
• 用电动机作为原动机拖动生产机械运行的系统， 称为电力拖动系统。电力拖动是机电设备中的一 个重要组成部分。除小部分生产机械采用气动或 液压拖动外，绝大多数的生产机械都采用电力拖 动，这源于电力拖动有其一系列的优点：
• （1） 电能的远距离输送简便经济，分配简单， 检测方便；
• （2） 电力拖动比其他形式的拖动效率高，电动 机与被拖动机械的联接简便；
• ③ 换向器换向器又称整流子。对于发电机，换向
器的作用是把电枢绕组中的交变电动势转变为直 流电动势向外部输出直流电压；对于电动机，它 是把外界供给的直流电流转变为绕组中的交变电 流以使电机旋转。换向器如图1.9所示。换向器
是由换向片组合而成的，是直流机的关键部件， 也是最薄弱的部分。
• 换向器采用导电性能好、硬度大、耐磨性能好的 紫铜或铜合金制成。换向片的底部做成燕尾形， 嵌在含有云母绝缘的V形钢环内，拼成圆筒形套 在钢套筒上，相邻的两换向片间以0.6～1.2 mm厚的云母片作为绝缘，最后用螺纹压圈压紧。