1、電機與電器控制電機與電器控制 電機及電力拖動自動控制的發展概況 課程的性質和任務緒論 電器是所有電工器械的簡稱。按照我國現行標準規定，低壓電器通常是指工作在交流1200V或直流1500V以下的電器。本章主要介紹機械設備電氣控制系統中常用的幾種低壓電器。第一章 常用低壓電器 電機是一種機電能量轉換的電磁裝置。直流電動機是將直流電能轉換為機械能；直流發電機是將機械能轉換為直流電能。本章主要分析直流電機的原理、結構和運行性能。第二章 直流電機及電氣控制第三章 變壓器第四章 交流電動機及電氣控制第五章 機械設備電氣控制緒緒 論論 一、電機及電力拖動自動控制的發展概況一、電機及電力拖動自動控制的發展概況

2、 電能是現代工農業生產、交通運輸、國防科技以及日電能是現代工農業生產、交通運輸、國防科技以及日常生活等各個領域應用極為廣泛的一種能量形式。常生活等各個領域應用極為廣泛的一種能量形式。 電能的電能的生產、交換、傳輸、分配、使用和控制生產、交換、傳輸、分配、使用和控制等環節等環節中，都必須利用電機進行能量轉換或信號變換。中，都必須利用電機進行能量轉換或信號變換。 在電力系統中，在電力系統中，發電機和變壓器發電機和變壓器是發電站和變電所的是發電站和變電所的主要設備。主要設備。 在發電站中，發電機由汽輪機、水輪機、柴油機帶在發電站中，發電機由汽輪機、水輪機、柴油機帶動，把動，把燃料燃燒的動力、水流動力

3、或原子核裂變的能量燃料燃燒的動力、水流動力或原子核裂變的能量轉轉變為機械能傳遞給發電機，再由發電機轉變為電能。變為機械能傳遞給發電機，再由發電機轉變為電能。 為了經濟地分配和運輸電能，采用為了經濟地分配和運輸電能，采用變壓器變壓器經過升壓經過升壓降壓降壓用戶。用戶。 其它：風力發電、太陽能發電、地熱發電、潮汐發電、其它：風力發電、太陽能發電、地熱發電、潮汐發電、焚燒垃圾發電、沼氣發電、海浪發電等。焚燒垃圾發電、沼氣發電、海浪發電等。 在在工業企業工業企業中，大量應用電動機作為原動機去拖動各中，大量應用電動機作為原動機去拖動各種生產機械。如機械工業、冶金工業、化學工業中，機床、種生產機械。如機械

4、工業、冶金工業、化學工業中，機床、電鏟、軋鋼機、吊車、抽水機、鼓風機等都要用各種各樣電鏟、軋鋼機、吊車、抽水機、鼓風機等都要用各種各樣的電動機來拖動；的電動機來拖動； 在在自動控制系統自動控制系統中，各種小巧靈敏的控制電機廣泛地中，各種小巧靈敏的控制電機廣泛地作為作為檢測、放大、執行和解算元件檢測、放大、執行和解算元件； 在在日常生活中日常生活中應用也越來越廣泛，如：電風扇、洗衣應用也越來越廣泛，如：電風扇、洗衣機、吸塵器、空調、冰箱和電動自行車等。機、吸塵器、空調、冰箱和電動自行車等。 各種電動機所消耗的的電能占總發電量的各種電動機所消耗的的電能占總發電量的60%70% 。 電機的定義電機的

5、定義 電機就是依據電機就是依據電磁感應定律電磁感應定律實現實現電能與機械能之間的電能與機械能之間的轉換轉換或電能之間轉換的一種或電能之間轉換的一種電磁裝置電磁裝置。 電機的分類電機的分類 1.按功能分類按功能分類 發電機發電機 電動機電動機 電機電機 變壓器變壓器 、變頻器、變流器、移相器、變頻器、變流器、移相器 伺服電機伺服電機 控制電機控制電機 測速發電機測速發電機 步進電動機等步進電動機等 2.按運動方式分類按運動方式分類 靜止靜止變壓器變壓器 三相三相電機電機 直流電機直流電機 異步電動機異步電動機 旋轉旋轉 異步電機異步電機 單相單相 交流電機交流電機 異步發電機異步發電機 同步發電

6、機同步發電機 同步電機同步電機 同步電動機同步電動機 調相機調相機 現代電力工業幾乎都是采用現代電力工業幾乎都是采用同步發電機同步發電機，異步電機主，異步電機主要作為要作為電動機電動機使用。使用。 電力拖動的定義電力拖動的定義 以電動機作為原動機來拖動生產機械運行的拖動方以電動機作為原動機來拖動生產機械運行的拖動方式，就稱為式，就稱為“電力拖動電力拖動”。 與其它拖動方式（如：蒸汽機、水輪機、內燃機等）與其它拖動方式（如：蒸汽機、水輪機、內燃機等）相比較，電力拖動的相比較，電力拖動的優點優點：控制簡單、調節性能好、損耗：控制簡單、調節性能好、損耗小、小、效率高效率高、能實現、能實現遠距離控制遠

7、距離控制和自動控制等，因而被大和自動控制等，因而被大多數生產機械所采用。多數生產機械所采用。 電力拖動主要由電力拖動主要由電動機電動機、傳動機構傳動機構和和控制設備控制設備三個基三個基本環節組成：本環節組成： 電 源 控制設備 電動機 傳動機構 生產機械 電機的發展概況電機的發展概況 從從1831年年法拉第法拉第發現電磁感應定律，創造了第一部感發現電磁感應定律，創造了第一部感應發電機的模型至今，電機的發展距今不到兩百年歷史。應發電機的模型至今，電機的發展距今不到兩百年歷史。 初始階段的發電機是永磁式發電機初始階段的發電機是永磁式發電機 。 1845年，英國物理學家年，英國物理學家惠斯通惠斯通電

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電磁式發電機。成了第一臺電磁式發電機。 1866年德國科學家年德國科學家西門子西門子制成第一臺使用電磁鐵的自制成第一臺使用電磁鐵的自勵式發電機。勵式發電機。 1880年，美國發明家年，美國發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電機。直流發電機。 1885年意大利物理學家費拉里斯年意大利物理學家費拉里斯(1841-1897)提出了旋提出了旋轉磁場原理，奠定交流電機的研制和發展的基礎。轉磁場原理，奠定交流電機的研制和發展的基礎。 1880年前后，英國的費朗蒂改進了交流發電機，并提年前后，英國的費朗蒂改進了交流發電機，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具有實用價值的變壓器。研制成功了第一臺具有實用價值的變壓器。 19世紀末，電力拖動代替了蒸汽或水力的拖動。初世紀末，電力拖動代替了蒸汽或水力的拖動。初期，它是由一臺電動機拖動一組生產機械，稱為期，它是由一臺電動機拖動一組生產機械，稱為“成組拖成組拖動動”。能量損耗大，效率低能量損耗大，效率低。 隨著生產發展的需要隨著生產發展的需要, 自自20世紀世紀20年代以來，生產機年代以來，生產機械上廣泛采用械上廣泛采用“單電動機拖動系統單電動機拖動系

10、統”，即一臺生產機械用，即一臺生產機械用一一臺電動機拖動。臺電動機拖動。 在在30年代出現了年代出現了“多電動機拖動系統多電動機拖動系統”，即機械的各，即機械的各運運動部件分別采用不同的電動機拖動。動部件分別采用不同的電動機拖動。 20世紀世紀30年代初，出現了年代初，出現了發電機發電機電動機組電動機組，使調速，使調速性能優異的直流電動機得到了廣泛的應用。性能優異的直流電動機得到了廣泛的應用。 電力拖動的控制方式由電力拖動的控制方式由手動控制手動控制逐步向逐步向自動控制方向自動控制方向發展。發展。 繼電繼電-接觸器式控制接觸器式控制是應用最早的控制系統，它是由是應用最早的控制系統，它是由各種各

11、種有觸點有觸點的接觸器、繼電器、按鈕、行程開關等組成的的接觸器、繼電器、按鈕、行程開關等組成的控制電路，來實現對電力拖動系統的起動、制動、反轉和控制電路，來實現對電力拖動系統的起動、制動、反轉和調速的控制；實現對電力拖動系統的保護和生產過程的自調速的控制；實現對電力拖動系統的保護和生產過程的自動化。動化。 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、輸出信號只有信號只有通和斷通和斷兩種狀態，不能連續反映信號的變化，故兩種狀態，不能連續反映信號的變化，故稱為稱為斷續控制斷續控制。 連續控制系統連續控制系統：電機擴大機、磁放大器、：電機擴大機、磁放大器、

12、晶閘管晶閘管等，等，尤其是晶閘管控制系統獲得越來越廣泛的應用。尤其是晶閘管控制系統獲得越來越廣泛的應用。 盡管電力拖動系統已向盡管電力拖動系統已向無觸點無觸點、連續控制、弱電化、連續控制、弱電化、微機控制方向發展，但由于微機控制方向發展，但由于繼電繼電-接觸器控制系統接觸器控制系統具有具有結構結構簡單簡單、可靠性高可靠性高、維護方便維護方便、價格低廉等優點，目前仍然、價格低廉等優點，目前仍然廣泛應用。廣泛應用。 20世紀世紀70年代出現了用軟件手段來實現各種控制功能年代出現了用軟件手段來實現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控制器的新型工業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的發展，使交流調速電動機的晶閘管及電力電子技術的發展，使交流調速電動機的應用越來越廣泛。應用越來越廣泛。 高性能永磁材料高性能永磁材料和和超導材料超導材料的發展。的發展。 隨著近代隨著近代電力電子技術電力電子技術、大規模集成電路和計算機控、大規模集成電路和計算機控制技術的發展以及現代控制理論的應用，自動化電力拖動制技術的發展以及現代控制理論的應用，自動化電力拖動正向著正向著計算機控制的生產過程自動化的方向計算機控制的生產過程自動化的方向邁進。邁進。 對電力拖動提出更高要求：對電力拖動提出更高要求：高速高速、高精度高精度、高效率高效率、快速起動快速起動、制動和反轉制動和反

14、轉、調速范圍廣調速范圍廣等。等。 在計算機集成制造系統在計算機集成制造系統(CIMS）中，自動化的電力拖）中，自動化的電力拖動系統仍然是不可缺少的主要組成部分。動系統仍然是不可缺少的主要組成部分。 二、課程的性質和任務二、課程的性質和任務 本課程是工業電氣自動化、機電一體化和電氣技術等本課程是工業電氣自動化、機電一體化和電氣技術等專業的專業的專業基礎課專業基礎課。它是將。它是將“電機原理電機原理”、“電力拖動基電力拖動基礎礎”和和“電器控制電器控制”三門課程進行了有機結合而成的一門課。三門課程進行了有機結合而成的一門課。 本課程的任務本課程的任務是掌握常用低壓電器、交直流電機及變是掌握常用低壓

15、電器、交直流電機及變壓器的基本結構與工作原理以及電力拖動系統的運行性能壓器的基本結構與工作原理以及電力拖動系統的運行性能和控制方法，以及典型機械設備電氣控制系統分析，分析和控制方法，以及典型機械設備電氣控制系統分析，分析機、電、磁機、電、磁相結合的綜合性問題與實驗方法。相結合的綜合性問題與實驗方法。 學習本課程后，應達到的具體要求是：學習本課程后，應達到的具體要求是： 1）熟悉常用低壓電器的基本結構、工作原理及用途。）熟悉常用低壓電器的基本結構、工作原理及用途。 2）掌握交、直流電機及變壓器的基本結構與工作原理。）掌握交、直流電機及變壓器的基本結構與工作原理。 3）掌握電力拖動系統的運行性能和控制方法