情境1-直流电动机的控制.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,项目引入,1.,项目提出,设计一简易四轮,直流电动机牵引小车。,要 求：,能够实现起制动及调速。,现场条件：,0.5KW,直流电动机一台，配套电气元,件若干、小车用机械基础件。,项目引入,2.,项目介绍,四轮直流电动机车广泛用于工厂车间内部进行货物运输，既环保，又节能，是典型的机电一体化产品。,通过本项目训练的能力目标：,(1),熟悉直流电动机的结构，掌握直流电动机控制方式及控制系统图；,(2),能合理选用低压电气元件；,(3),能够按规范完成工作项目，查阅相关资料；,(4),具备团队精神，具有良好的职业道德。,项目引入,3.,项目涉及的知识点：,(1),直流电动机的基本结构及铭牌知识；,(2),直流电动机的起动及正反转控制；,(3),直流电动机的制动控制；,(4),直流电动机的调速控制。,1.,任务描述,本任务目的要通过教师的现场教学以及学生的自学和查找资料，完成对直流电机的拆装，并讲解出直流电机的内部构造以及各元件的作用。,项目知识储备,任务,1,任务目标,掌握直流电动机的基本结构组成和工作原理；,认识直流电动机铭牌数据；,能对工程中常用直流电动机进行拆装；,正确合理将直流电动机在生产中应用；,掌握直流电动机励磁方式及分类；,掌握直流电机电枢电势和电磁转矩。,重点：,掌握直流电动机的基本结构组成。,难点：,分析直流电机的工作原理，了解电枢电机电枢电势和电磁转矩。,项目知识储备,任务,1,1),电动机的定义,电动机是将电能转变成机械能的机械装置，是电动机和发电机的统称。将电能转换为机械能的电机称为,电动机,；将机械能转换为电能的电机称为,发电机,。,工业应用中电动机的位置,电动机基础知识,项目知识储备,任务,1,2.,知识点,2),电动机分类：,直流电机,伺服电动机、步进电动机、,测速发电机、自整角机、,直线电动机,动力电机,微特电机,感应电机,同步电机,感应电动机,感应发电机,交流电机,直流电动机,直流发电机,电动机,同步电动机,同步发电机,同步补偿机,项目知识储备,任务,1,直流电动机知识,1),直流电动机分类,项目知识储备,任务,1,2),直流电动机的基本组成认识,项目知识储备,任务,1,3,）直流电动机的结构识别,磁极,换向器和电刷,转子,项目知识储备,任务,1,4),直流电动机工作原理,在直流电动机中，电刷两端虽然加的是直流电源，但在电刷和换向器的作用下，线圈内部却变成了交流电，从而产生了单方向的电磁转矩，驱动电动机持续旋转。这样虽然导体中流通的电流为交变的，但,N,级下的导体受力方向和,S,级下导体所受力的方向并未发生变化，电动机在此方向不变的转矩作用下转动。,项目知识储备,任务,1,额定条件下电机所能提供的功率,指轴上输出的机械功率,在额定工况下，电机出线端的平均电压,在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流,在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速。,对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流,电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。,5),直流电动机的铭牌数据,项目知识储备,任务,1,6,）直流电动机的电枢绕,组,a,、单叠绕组的展开图,项目知识储备,任务,1,b,、单波绕组的展开图,项目知识储备,任务,1,7,）直流电机的电磁转矩和电枢电动势的计算,a,、电磁转矩的计算,产生,:,电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。,大小,:,为电机的转矩常数，有,其中,可见，制造好的直流电机其电磁转矩与每极磁通及电枢电流成正比。,性质,:,电动机,驱动,(,与转速方向相同,),。,项目知识储备,任务,1,b,、电枢感应电动势的计算,电枢电动势,:,电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势,大小,:,为电机的结构常数（电动势常数）,其中,可见,直流电机的感应电动势与电机结构、每极磁通及转速有关。,性质,:,电动机,反电势,(,与电枢电流反方向,).,项目知识储备,任务,1,直流电动机的拆装,目的：,有保养和修理两种。,保养：,拆装工序一般有拆卸、清洗零件、更换易损件、装配和试验。,修理：,在拆卸前要先用仪表和观察法进行整机检查，然后在拆卸电动机后查明故障，并采用维护和绕组等修理平行作业法，来缩短修理周期。,直流电动机拆卸前应在刷架处、端盖与机座配合处等做好标记，便于装配。,项目知识储备,任务,1,拆卸的工艺步骤,项目知识储备,任务,1,直流电动机,装配步骤,项目知识储备,任务,1,任务要求,1,、,熟悉直流电动机结构,2,、,掌握直流电动机拆装工艺,组队,1,、分组查找资料，讨论制定工作步骤,2,、合理分工，方法得当,实施,小型直流电动机的拆装，参照实训项目。,评价,1,、自评,2,、互评,团队：,地点：,格物楼数控实训室,项目知识储备,任务,1,3.,任务实施,任务二 直流电动机控制线路安装,任务描述,知识点,任务实施,1,2,3,项目知识储备,任务,2,1.,任务描述,本任务目的要通过教师的现场教学以及学生的自学和查找资料，完成小型直流电动机常用控制回路安装实训项目。,项目知识储备,任务,2,任务目标,熟悉并掌握电气原理图中各元件的图形符号,掌握直流电机的多种控制线路的控制原理。,掌握电气控制线路设计方法；,能对工程中常用直流电动机电气系统进行安装。,能正确选用直流电动机的类型及型号。,正确合理将直流电动机在生产中应用。,重点：,熟悉电气符号，掌握直流电动机的机械特性,及启动、反转、制动。,难点：,了解直流电机的机械特性及调速。,2.,知识点,电气控制系统图的基本知识,电气控制线路：,由各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等按不同连接方式组合而成的。,电气控制线路作用：,实现对电力拖动系统的启动、正反转、制动、调速和保护，满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。,相关国家标准：,GB472885,电气图常用图形符号,GB522685,机床电气设备通用技术条件,GB715987,电气技术中的文字符号制定通则,GB698886,电气制图,GB509485,电气技术中的项目代号,项目知识储备,任务,2,降压启动,控制线路,多地控制线路,正反转控制线路,正转控制线路,调速控制线路,点动控制线路,基本,控制线路,制动控制线路,位置控制线路,顺序控制线路,项目知识储备,任务,2,1),图形符号和文字符号,限定符号,一般符号,符号要素,电气符号,补助文字符号,辅助文字符号,基本文字符号,图形符号,文字符号,项目知识储备,任务,2,2),绘制、识读电气控制系统图的原则,电气控制系统图,电气原理图,电气安装图,框图,电器安装图,电气互连图,主电路,控制电路,照明和显示电路,电气控制系统图的结构,项目知识储备,任务,2,.,电气原理图,用图形符号和项目代号表示电路各个电器元件连接关系和工作原理的图,绘制原则：,主电路、控制电路和信号电路应分开绘出。,表示出各个电源电路的电压值、极性或频率及相数。,主电路的电源电路一般绘制成水平线，受电的动力装置（电动机）及其保护电器支路用垂直线绘制在图的左侧，控制电路用垂直线绘制在图面的右侧；,项目知识储备,任务,2,同一电器的各元件采用同一文字符号表明。,所有电路元件的图形符号，均按电器未接通电源和没有受外力作用时的状态绘制。,循环运动的机械设备，在电气原理图上绘出工作循环图。,转换开关、行程开关等绘出动作程序及动作位置示意图表。,由若干元件组成具有特定功能的环节，用虚线框括起来，并标注出环节的主要作用，如速度调节器、电流继电器等。,电路和元件完全相同并重复出现的环节，可以只绘出其中一个环节的完整电路，其余的可用虚线框表示，并标明该环节的文字号或环节的名称。,绘制原则：,项目知识储备,任务,2,电气原理图示例,项目知识储备,任务,2,D,6,5,.,电气安装图,电器位置图：,表示电气控制系统中各电器元件的实际位置和接线情况。,详细绘制出电器元件安装位置。,50,50,50,50,320,360,线槽,端子板,FU1,FU2,KM,FR,TC,FU3,FU4,车床电器位置图,项目知识储备,任务,2,、电器互连图：,表明了电器设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接，是实际安装接线的依据。,电器互连图示例：,EL,0,HL,2,3,1,42,42,31,0,3,2.5mm,2,2,M1,M2,41,3,2.5mm,2,3,1mm,2,5,0.75mm,2,3,0.75mm,2,3,2.5mm,2,QS,Q1,车床电器互连图,项目知识储备,任务,2,直流电动机控制,1),他励直流电动机的机械特性,直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：,由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：,称为理想空载转速。,实际空载转速,项目知识储备,任务,2,2),固有机械特性和人为机械特性,当 时的机械特性称为固有机械特性,：,由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性。,当改变 或 或 得到的机械特性称为人为机械特性,。,项目知识储备,任务,2,、电枢串接电阻时的人为机械特性,保持 不变,只在电枢回路中串入电阻 的人为特性。,特点：,1,）不变，变大；,2,）越大，特性越软。,项目知识储备,任务,2,、改变电枢电压时的人为机械特性,保持 不变，只改变电枢电压时的人为特性：,项目知识储备,任务,2,、减弱磁通时的人为机械特性,保持 不变，只改变励磁回路调节电阻 的人为特性：,特点：,1,）弱磁，,增大；,2,）弱磁，增大,项目知识储备,任务,2,机械特性的绘制,1),固有特性的绘制,已知 ，求两点,:,理想空载点 和额定运行,。,具体步骤：,a.,估算,b.,计算,c.,计算理想空载点：,d.,计算额定工作点：,2),人为特性的绘制,在固有机械特性方程 的基础上，根据人为特性所对应的参数 或 或 变化，重新计算 和 ，然后得到人为机械特性方程式。,项目知识储备,任务,2,3),他励直流电动机起动控制,起动：,是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。,起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很小，所以起动电流将达很大值。,起动方式：,为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用,电枢电路串电阻,或,降低电枢电压,起动。,、电枢电路,串电阻起动,（,a,）主电路,（,b,）机械特性,项目知识储备,任务,2,串二级电阻按时间原则启动控制,电气原理图：,过电流,继电器,欠电流,继电器,电枢绕组,励磁绕组,断电延时时间继电器,放电电阻,启动,接触器,短接电阻接触器,启动电阻,、单向运转起动控制线路,项目知识储备,任务,2,D,6,工作原理：,合上,Q1,和,Q2,按下按钮,SB2,KT1,通电,KM1,通电,KT1,常闭,触点断开,KM1Z,主触点闭合,切断,KM2,、,KM3,电路,M,串电阻,启动,短接,R2,自锁,KM2,通电,KT2,断电,延时,短接,R1,KT1,断电,延时,KM1,常开,触点闭合,M,全压运行,项目知识储备,任务,2,、降低电枢压起动,当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。,起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，保证按需要的加速度升速。,降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。,保护环节,：,过载和短路保护过电流继电器,KA1,欠磁场保护欠电流继电器,KA1,过电压保护电阻,R3,与二极管,VD,串二级电阻按时间原则起动控制,项目知识储备,任务,2,直流电动机的转动方向：取决于电磁转矩的方向,4,）他励直流电动机正反转控制,改变直流电动转向,改变电枢,两端电压的方向,改变励磁电流的方向,项目知识储备,任务,2,电气原理图,直流电动机正反转控制,短路保护,反转,接触器,正转,接触器,短接电阻,接触器,项目知识储备,任务,2,5,）他励直流电动机的电气制动,制动：,当电磁转矩的方向与转速方向相同时,电机运行于电动机状态,;,当电磁转矩方向与转速方向相反时,电机运行于制动状态。,制动方式：,直流电动机的制动方式主要有,能耗制动、反接制动和回馈制动,、能耗制动,电动状态，如图所示：,将开关,S,投向制动电阻 上即实现制动,.,制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。为了尽快停转电机,可在转速下降到一定度时,切除一部分制动电阻,增大制动转矩。,电动,制动,项目知识储备,任务,2,电气原理图,能耗制动控制电路,电源,接触器,启动,接触器,制动,接触器,项目知识储备,任务,2,、反接制动,a.,电枢反接制动,电枢反接制动时接线如图所示,。,电动,制动,开关,S,投向“电动”侧时，电枢接正极电压，电机处于电动状态。进行制动时，开关投向“制动”侧，电枢回路串入制动电阻 后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流。反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从而产生很强的制动作用。,项目知识储备,任务,2,电气原理图,电动机反接制动控制电路,制动接触器,启动,接触器,正反转接触器,项目知识储备,任务,2,b.,倒拉反接制动,倒拉反转反接制动只适用于,位能性恒转矩负载,在电枢回路中串联一个较大的电阻,即可实现制动,.,正向电动状态提升重物,(A,点,),电枢回路串入较大电阻 后特性曲线,负载作用下电机反向旋转,(,下放重物,),电机以稳定的转速下放重物,D,点,工作点由,A-B-C-D,CD,段为制动段,项目知识储备,任务,2,c.,回馈制动,电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现,情况，此时 ，反向，反向，由驱动变为制动。,从能量方向看，电机处于发电状态,回馈制动状态。,回馈制动时的机械特性方程与电动状态时相同。,稳定运行有两种情况,:,当运行转速可能超过理想空载转速,进入第二象限,电压反接制动带位能性负载进入第四象限,项目知识储备,任务,2,发生在动态过程中的回馈制动过程有以下两种情况,:,a,、降压调速时产生的回馈制动,制动过程为 线段,b,、增磁调速时产生的回馈制动,制动过程为 线段,回馈制动时由于有功率回馈到电网，因此与能耗和反接制动相比，回馈制动是比较经济的。,项目知识储备,任务,2,6,）他励直流电动机的调速,调速：,通过改变传动机构速比进行调速的方法称为,机械调速,；,通过改变电动机参数进行调速的方法称为,电气调速,。,电气调速：,改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。,电气调速方法,:,1.,改变,电枢电压,;,2.,改变电枢回路电阻值,;,3.,改变,励磁电流；,项目知识储备,任务,2,、调速指标,a.,调速范围,:,b.,静差率（相对稳定性）,指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。,c.,调速的平滑性,d.,调速的经济性,项目知识储备,任务,2,、改变电枢电压调速,调速压前工作点,A,T,em,T,L,A,A,B,降压瞬间工作点,稳定后工作点,降压调速过程与电枢串电阻调速过程相似，调速过程中转速和电枢电流（或转矩）随时间变化的曲线也相似,。,项目知识储备,任务,2,、改变电枢回路电阻调速,未串电阻时的工作点,0,串电阻后,工作点由,AAB,项目知识储备,任务,2,、,改变,励磁电流调速,电气原理图,整流电路,启动电阻,调速电阻,能耗制动接触器,工作接触器,切除启动电阻接触器,项目知识储备,任务,2,工作过程：,启动：,按下起动按钮,SB2,，,KM2,、,KT,得电吸合并自锁，电动机,M,串电阻,R,起动，,KT,延时后使,KM3,吸合并自保，切除起动电阻,R,，启动过程结束。,调速：,调节电阻器,R3,，改变电动机的转速,停车制动：,正常运行时，按下按钮,SB1,，,KM2,及,KM3,断电释放，,KM1,通电吸合，通过,R,使能耗制动回路接通，同时短接电容,C,，电源电压全部加于励磁绕组实现制动过程中的强励作用。松开按钮,SB1,，制动结束，电路又处于准备工作状态。,项目知识储备,任务,2,7,）串励电动机的起动和调速,为了限制起动电流，串励电动机的起动方法与他励电动机一样，也采用,电枢串电阻,和,降低电源电压,起动。,串励电动机的调速也采用,电枢串电阻、降压,和,弱磁,三种方法，其中串电阻常用，弱磁用得较少,。,8,）串励电动机的制动,串励电动机若不考虑剩磁，理想空载转速为无穷大，因此不能有回馈制动。,串励电动机的制动只有,能耗,和,反接,制动。,能耗制动分他励磁式和自励式，反接制动分电压反接和倒拉反转反转反接制动。,项目知识储备,任务,2,任务要求,熟悉直流电动机常用控制回路，并合理选择配套电气元件及回路安装调试。,组队,1,、分组查找资料，讨论制定工作步骤,2,、合理分工，方法得当,实施,直流电动机常用控制回路安装调试，参照实训项目,评价,1,、自评,2,、互评,团队：,地点：,格物楼数控实训室,项目知识储备,任务,2,3.,任务实施,1,、分发学生工作页、分组、时间及实施场所；,2,、所需设备、元器件、及相关产品样本；,3,、按照工作页制定工作计划，并依照工作计划完成项目原理图设计及相元器件选择；,4,、按照安全规范完成项目并进行试车，填写过程资料；,5,、检查评估。,项目实施,牵引小车,机电联调,安装试车,电气,控制系统,装配、调试,选配,直流电动机,低压电气,元件,按要求设计,牵引小车,控制电路图,步骤,1,步骤,2,步骤,3,步骤,4,项目实施,任务,布置,1,总结,提高,5,检查,评价,4,确定,方案,2,项目,实施,3,项目实施步骤,项目实施,