电机学论文5页_电机学论文5页是什么.docx
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1、电机学论文5页_电机学论文5页是什么电机学论文5页 电机已经没什么可论的了,d轴q轴的该分析的都分析了,能算出来的也都算出来了,反正派流有刷电机没的研究了,同步电机没得研究了,鼠笼电机也没意思,直流无刷都登峰造极了,有个缺口异步双馈电机,电机学与电子学的结合,强弱电的结合,值得你下番功夫。出了论文答辩的时候我管保你电机教授不敢提你的问题,由于他不懂电子;电子教授也不敢提你的问题,由于他不懂电机;能向你发问的只剩似懂非懂的三脚猫了,你只要知道点皮毛就能够轻松应付。 机电一体化的毕业论文 机电一体化技术及其应用研究 摘 要 讨论了机电一体化技术对于改变整个机械制作业相貌所起的主要作用,并说明其在钢
2、铁工业中的应用以及发展趋势。 本文关键词语 机电一体化 技术 应用 1 机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的穿插融合,其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展,其重要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 1.1 数字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础,如不断发展的数控机床和机器人;而计算机网络的迅速崛起,为数字化设计与制作铺平了道路,如虚拟设计、计算机集成制作等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 1
3、.2 智能化 即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑考虑、判定推理、自立等能力。例如在CNC数控机床上增长人机对话功能,设置智能I/O接口和智能工艺数据库,会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展,为机电一体化技术发展开拓了广阔天地。 1.3 模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元;具有视觉、图像处理、辨别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样,在产品开发设计
4、时,能够利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 1.4 网络化 由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备自己就是机电一体化产品,现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能,利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统,使人们在家里可充足享受各种高技术带来的好处,因而,机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 1.5 人性化 机电一体化产品的最终使用对象是人,怎样给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈主要,机电一体化产品除了完善的性能外,还要求在色彩、造型等方面与环境相协调,使用这些产品,对人来说还是一种艺术享受,如
5、家用机器人的最高境界就是人机一体化。 1.6 微型化 微型化是精细加工技术发展的必定,也是提升效率的需要。微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems,简称MEMS)是指可批量制造的,集微型机构、微型传感器、微型履行器以及信号处理和控制电路,直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针,1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来,国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面获得了很大进展,开发出各种MEMS器件和系统,如各种微型传感器压力传感器、微加速度计、微触觉传感器,各种微构件微
6、膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等。 1.7 集成化 集成化既包括各种技术的互相浸透、互相融合和各种产品不同构造的优化与复合,又包括在生产经过中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率,应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干条理,使系统功能分散,并使各部分协调而又安全地运转,然后再通过软、硬件将各个条理有机地联络起来,使其性能最优、功能最强。 1.8 带源化 是指机电一体化产品本身带有能源,如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在很多场所无法使用电能,因此对于运动的机电一体化产品,自带动力源具有独特的好处
7、。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 1.9 绿色化 科学技术的发展给人们的生活带来宏大变化,在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以,人们呼唤保卫环境,回归天然,实现可连续发展,绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒坦、协调而可再生利用的产品。在其设计、制作、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求,机电一体化产品的绿色化重要是指在其使用时不污染生态环境,产品寿命结束时,产品可分解和再生利用。 2 机电一体化技术在钢铁企业中应用 在钢铁企业中,机电一体化系统是以微处理机为核心,把微机、工控机、数据通讯、显示装配、仪表等技术有机的结合起来,采
8、取组装合并方式,为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件,加强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中重要应用于下面几个方面: 2.1 智能化控制技术(IC) 由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点,传统的控制技术碰到了难以克制的困难,因而非常有需要采取智能控制技术。智能控制技术重要包含专家系统、模糊控制和神经网络等,智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面,如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢-连铸-轧钢综合调度系统、冷连轧等。 2.2 分布式控制系统(DCS) 分布式控制系统采取一台计算机批示若干台面向控制的现场测控计
9、算机和智能控制单元。分布式控制系统能够是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产经过进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展,分布式控制系统的功能越来越多。不仅能够实现生产经过控制,而且还能够实如今线最优化、生产经过实时调度、生产计划统计管理功能,成为一种测、控、管一体化的综合系统。DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统能够扩展、维护方便、可靠性高等特点。DCS是监视集中控制分散,故障影响面小,而且系统具有连锁保卫功能,采取了系统故障人工手动控制操作办法,使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比,其功能更强,具有更高层次的安全性。是当下大型机电一体化系统的重要潮
10、水。 2.3 开放式控制系统(OCS) 开放控制系统(Open Control System)是当前计算机技术发展所引出的新的构造体系概念。“开放意味着对一种标准的信息交换规程的共鸣和支持,按此标准设计的系统,能够实现不同厂家产品的兼容和互换,且资源分享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联,实现控制与经营、管理、决策的集成,通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联,实现测量与控制一体化。 2.4 计算机集成制作系统(CIMS) 钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及经过控制连成一体,用以实现从原料进厂,生产加工到产品发货的整个生产经过全局和经过一体化控制。
11、当前钢铁企业已基本实现了经过自动化,但这种“自动化孤岛式的单机自动化缺乏信息资源的分享和生产经过的统一管理,难以适应现代钢铁生产的要求。将来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产,质优价廉,及时交货。为了提升生产率、节能降耗、减少人员及现有库存,加速资金周转,实现生产、经营、管理整体优化,关键就是加强管理,获取必需的经济效益,提升了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在2080年代已广泛实现CIMS化。 2.5 现场总线技术(FBT) 现场总线技术(Fied Bus Technology)是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采取现场总线技术取
12、代现行的信号传输技术(如420mA,DC直流传输)就能使更多的信息在智能化现场仪表装配与更高层次一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致DCS的变更和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表,如智能变送器、智能履行器、现场总线化检测仪表、现场总线化PLC(Programmable Logic Controller)和现场就地控制站等的发展。 2.6 沟通传动技术 传动技术在钢铁工业中起作至关主要的作用。随着电力电子技术和微电子技术的发展,沟通调速技术的发展非常迅速。由于沟通传动的优越性,电气传动技术在不久的将来由
13、沟通传动全面取代直流传动,数字技术的发展,使复杂的矢量控制技术实用化得以实现,沟通调速系统的调速性能已到达和跨越直流调速水平。如今无论大容量电机或中小容量电机都能够使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。沟通传动系统在轧钢生产中一出现就遭到用户的欢迎,应用不断扩大。 以下为参考文献1 杨自厚 人工智能技术及其在钢铁工业中的应用J冶金自动化,199452 唐立新.钢铁工业CIMS特点和体系构造的研究J冶金自动化,199643 唐怀斌 工业控制的进展与趋势 J自动化与仪器仪表,199644 王俊普 智能控制M 合肥:中国科学技术大学出版社,19965 林行辛 钢铁工业自动化的进展与瞻望J河北冶金,
14、199816 殷际英 光机电一体化实用技术M北京:化学工业出版社,20037 芮延年 机电一体化系统设计M 北京:机械工业出版社,2004电机功率转换的原理引言: 电机调速本质的讨论,是关系到近代沟通调速发展的主要理论问题。随着近代变频调速矢量控制及直接转矩控制等调速控制理论的提出和理论,许多有关文献和论著都把调速的转矩控制确以为调速的普遍规律,并提出调速的本质和关键在于电磁转矩控制。然而,这种观点尚缺乏理论和理论的证明,值得商榷。 本文根据电机功率转换的普遍原理,提出并证明恒转矩调速的本质在于电机的轴功率控制,转速调节是功率控制的响应,其关键为怎样通过电功率控制轴功率。 一、功率控制与转矩控
15、制 根据机电能量转换原理,凡电动机都可划分为主磁极和电枢两个功能部分。主磁极的作用是建立主磁场,电枢则是与磁场互相作用将电磁功率转换为轴功率。 直流电动机的主磁极和电枢不仅构造鲜明,而且功能独立,无疑符合以上定义。而沟通异步电动机通常以定子、转子划分构成,需加说明。 根据所述电枢定义,异步机的轴功率产生于转子,因而,异步机真正的电枢是转子。问题在于定子,一方面定子励磁产生主磁场,故定子是主磁极。另一方面,定子又通过电磁感应为电枢转子输送电磁功率,却不产生轴功率,因而定子又具有电枢的部分特征,这里我们把它称为伪电枢。定子的这种复合功能,是异步机区别于直流机的重要特征。 从电枢输出角度观察,电动机
16、的轴功率与电磁转矩机械转速的关系为: PMM (1) 或 PMM 2 公式2除了给出了电机转速与轴功率和电磁转矩间的量值关系以外,同时表示清楚,电机转速最终只能通过轴功率或电磁转矩两种控制获得调节,前者简称功率控制,后者简称转矩控制。 1. 功率控制 功率控制是以轴功率PM为调速主控量, 作用对象必定是电枢或伪电枢。电磁转矩在调速稳态时,取决于负载转矩的大小。 即 MMfz (3) 当负载转矩一经为客观工况所确定之后,电磁转矩就唯一地被决定了,因而电磁转矩不仅与调速控制无关,而且不能随意改变其量值。 电磁转矩对转速的作用表如今调速的过渡经过,转矩的变化是转速响应滞后的结果,此时,功率控制作成电
17、磁转矩响应。 设电机调速前的稳态转速为1,轴功率为PM1,调速后的稳态转速为2,相应的轴功率变为PM2。 由于电磁转矩: MPM (4 故调速时,电磁转矩变为: MPM2 由于受惯性的作用,在t0的调速瞬时1,故 MPM21 t=0 此时的电磁转矩将与原来的电磁转矩M1PM11不等,转矩平衡被毁坏并产生动态转矩,电机转速在动态转矩作用下开始由1向2过渡,其变化规律为: 112et/T2 5 电磁转矩则为:MPM212et/T2 随着时间增大,动态转矩减小,直至电磁转矩与新的负载转矩平衡,即: MPM22Mfz, 转速稳定在2不变,电机调速结束。 上述的调速经过能够由图1的框图说明。 图1 功率
18、控制的调速流程 功率控制造用的是电枢,主磁场或主磁通量坚持不变,根据电机理论,电机的额定电磁转矩正比于主磁通量,受限于电枢的最大载流量。因而功率控制调速时,电机的额定电磁转矩输出能力不变,属于恒转矩调速。 2. 转矩控制 根据公式2,电机转速在轴输出功率不变的前提下,与电磁转矩成反比。由于受电磁转矩以额定转矩为上限的约束,转矩控制实际上只能在额定转矩下面实现,因而属于恒功率调速。 电磁转矩的独立控制方法重要根据转矩公式: MCMmIS 直流机 (6) 或 MCMmI2COS2 沟通机 (7) 受控的物理量为主磁通m,由于主磁通量m产生于主磁极,因而转矩控制实际上是磁场控制,作用对象为主磁极。转
19、矩控制调速同样要保证稳态时的转矩平衡,即: MMfz 由于调速稳态时,电磁转矩发生了变化,因而要求负载转矩适应于电磁转矩变化,即要求负载跟踪电机。 转矩控制实际是弱磁调速,重要用于额定转速以上的调速。鉴于本文重点讨论的是功率控制,故不赘述。 二、功率控制的方法与性能 电机调速的轴功率控制只能通过电功率间接控制来实现。以异步机为例,图2是其等效三端口网络。 图2.异步机的等效网络 其中电枢转子除产生轴功率输出外,还产生以感应电压u2和电流i2为参量的电功率响应。由于该功率与转差率成正比,故称转差功率,其端口简称Ps口。 假如电机转子为笼型,其绕组呈短路状,Ps口为封闭不可控的。反之为绕线型,Ps
20、口则是开启可控的, 转子能够通过Ps口输出或输入电功率。由此可见,异步机的功率控制调速有两种方式,一种是通过伪电枢间接对电枢实现轴功率控制;另一种是通过Ps口直接控制电枢轴功率。 前者重要适用于笼型异步机,后者则适用于绕线型异步机。 1. 定子伪电枢功率控制。 图3.异步机定子功率控制调速 作为伪电枢,定子向电枢转子传输的电磁功率: PemP1P1 8电枢的轴功率则为:PMPemP2 (9)故 PMP1P1P2 (10) 可见,控制伪电枢的输入功率P1或增大其损耗P1就能够控制电枢的轴功率,后者显然是低效率、高损耗的调速,不宜推荐。 控制P1调速的唯一方法是调压变频, 即所谓的变频调速。由于:
21、 P1m1U1I1COS1 (11) 故对于电压源供电调节端电压U1是控制功率P1的必需手段。问题的关键是为什么不能单纯调压,而必需辅以变频?这是定子除了伪电枢的功能之外,还同时兼主磁极之故。 前已叙及,功率控制的重点有: 坚持主磁通量不变 作用对象是电枢或伪电枢 控制目的是轴功率 假如单纯调压而频率不变,定子的主磁极功能就要遭到严重影响。根据电机理论,做为主磁极,定子的主磁通量: mE4.44W1kr1f1KE1f1KU1f1 (12) 恒频调压的结果,主磁通m将随U1下降而减小,构成了前述的转矩控制。更重要的是此时不只没有能控制功率P1,反而增大了电机损耗,与目的绝然相悖。 设负载为恒转矩
22、性质,由转矩平衡方程,电磁转矩: MMfzconst又 MCMmI1COS1CMmI2COS2 (13) 设功率因数不变,定转子电流I1、I2将随主磁通m下降而正比增大,其结果功率P1不变,但定转子损耗: P1m1I 12 r1P2m2I 222 r1 将按电流的平方律增大。根据式10,轴功率控制虽能实现,却属低效率高损耗的调速。 为此,异步机定子的功率控制调速,必需要将定子的主磁极和伪电枢两种功能游离开。针对同一定子绕组,一方面使主磁极产生的磁场坚持稳定,同时又要控制其向电枢传递的电磁功率。 于是变频调速建立了一条主要原则,就是调压变频,且保证VF压频比为常数,这样就确保了上述控制要求的实现
23、。顺便指出,近代变频调速的矢量控制,实际上就是遵守这一原理。矢量控制的核心思想,是把磁场与转矩游离开,分别加以控制,以为调速的根本在于转矩,而事实上游离的却是磁场和电磁功率,固然结果无误,但理论上必需加以澄清。 2. 转子功率控制 对于绕线转子异步机的调速,能够利用转差功率端口Ps口直接控制轴功率。方法是由Ps口移出或注入转差功率。需要指出: 所述的转差功率应区别经典电机学中的转子损耗转差功率,为此将后者称为转子损耗功率,记以P2。 转差功率有电能与热能之分,分别记以Pes和Prs,两者性质不同,对调速的影响也不同。 图4.异步机转子功率控制调速 当在转子的Ps口引入电转差功率Pes时,转子的
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