机电传动控制教学课件.ppt

1、11 机电传动控制的目的与任务机电传动控制的目的与任务 第一章第一章 概概 述述一、机电系统的组成一、机电系统的组成 机电系统完成生机电系统完成生产任务的基础产任务的基础驱动运动部件的原动机驱动运动部件的原动机（这里指的是各种电动机）（这里指的是各种电动机）之总称之总称控制电动机的系统控制电动机的系统 驱动生产机械的电动驱动生产机械的电动机和控制电动机的一机和控制电动机的一整套电气系统整套电气系统二、机电传动控制的任务二、机电传动控制的任务 将电能转换为机械能；将电能转换为机械能；实现生产机械的启动、停止以及速度的调节；实现生产机械的启动、停止以及速度的调节；完成各种生产工艺过程的要求；完成各

2、种生产工艺过程的要求；保证生产过程的正常进行。保证生产过程的正常进行。三、机电传动控制的目的三、机电传动控制的目的 从广义上讲，机电传动控制的目的就是要使生产设备、生产从广义上讲，机电传动控制的目的就是要使生产设备、生产线、车间乃至整个工厂都实现线、车间乃至整个工厂都实现自动化自动化。从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数数量的增加量的增加（效率）、（效率）、质量的提高质量的提高（精度）、（精度）、生产成本的降低生产成本的降低、工人工人劳动条件的改善劳动条件的改善以及以及能量的合理利用能量的合理利用等。等。1.2 机电传动控制

3、的发展机电传动控制的发展一、机电传动的发展一、机电传动的发展 成组拖动：成组拖动：一台电机拖动多台设备一台电机拖动多台设备 单电机拖动：单电机拖动：一台电机拖动一台设备一台电机拖动一台设备 多电机拖动：多电机拖动：多台电机拖动一台设备多台电机拖动一台设备二机电传动控制系统的发展二机电传动控制系统的发展 1继电器继电器接触器控制接触器控制:开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制 2电机放大机控制：电机放大机控制：模拟量的闭环连续控制模拟量的闭环连续控制 3大功率晶体管和晶闸管控制大功率晶体管和晶闸管控制：特性好、反应快、高可靠特性好、反应快、高可靠、体积小、重量轻、体积小、重量轻 4数字控制（数字控制

4、（NC）：）：晶闸管（电力电子技术）、微电子技晶闸管（电力电子技术）、微电子技术、计算机有机结合术、计算机有机结合第二章第二章 机电传动系统的运动学基础机电传动系统的运动学基础单轴机电传动系统的运动方程式；单轴机电传动系统的运动方程式；多轴传动系统中转矩折算的基本原则和方法；多轴传动系统中转矩折算的基本原则和方法；了解几种典型生产机械的负载特性；了解几种典型生产机械的负载特性；了解机电传动系统稳定运行的条件以及学会分析实际了解机电传动系统稳定运行的条件以及学会分析实际系统的稳定性。系统的稳定性。2.1 单轴拖动系统的运动方程式单轴拖动系统的运动方程式 一、单轴拖动系统的组成一、单轴拖动系统的组

5、成 电动机电动机电动机的驱动对象电动机的驱动对象联轴器联轴器系统结构图系统结构图转距方向转距方向 二、运动方程式二、运动方程式 tJTTddL运动方程式运动方程式dLTTT 转矩平衡方程式转矩平衡方程式 srmNNmLNmtdndGDTTmin/23752三、传动系统的状态三、传动系统的状态:.1L时）稳态（TT 0ddd tJT，为常数，传动系统以恒速运动。为常数，传动系统以恒速运动。T=TL时时传动系统处于恒速运动的这种状态被称为稳态。传动系统处于恒速运动的这种状态被称为稳态。时）：动态（L.2TT 时：LTT 0ddd tJT 传动系统加速运动。传动系统加速运动。时：LTT,0ddd t

6、JT 传动系统减速运动。传动系统减速运动。T TL 时时传动系统处于加速或减速运动的这种状态被称为动态。传动系统处于加速或减速运动的这种状态被称为动态。四、四、T、TL、n的参考方向的参考方向 以以（或（或n）的转动方向为参考来确定转矩的正负。）的转动方向为参考来确定转矩的正负。当当T的方向与的方向与n同向同向时时，符号与符号与n相同；相同；T为为 拖动转矩拖动转矩 1.T的符号与性质的符号与性质 当当T的方向与的方向与n反向反向时时，符号与符号与n相反；相反；T为制动转矩为制动转矩 拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。2.TL的符号与性质的符号与性质 当当

7、TL的方向与的方向与n同向同向时时，符号与符号与n相反；相反；TL为为 拖动转矩拖动转矩 当当TL的方向与的方向与n反向反向时时，符号与符号与n相同；相同；TL为制动转矩为制动转矩例：如图所示电动机拖动重物上升和下降。例：如图所示电动机拖动重物上升和下降。设重物设重物上升上升时速度时速度n的符号为的符号为正正，下降下降时时n的符号为的符号为负负。22 多轴拖动系统的简化多轴拖动系统的简化 一、多轴拖动系统的组成一、多轴拖动系统的组成 二、负载转矩的折算二、负载转矩的折算-按功率守恒的原则按功率守恒的原则 1.对旋转运动：对旋转运动：jTTTcLMcLLL22 多轴拖动系统的简化多轴拖动系统的简

8、化 二、负载转矩的折算二、负载转矩的折算-按功率守恒的原则按功率守恒的原则 2.对直线运动（上升）：对直线运动（上升）：3.对直线运动（下降）：对直线运动（下降）：min/c/L55.9rsmNnvFT min/L55.9rsmNcnvFT23 生产机械的机械特性生产机械的机械特性 在同一轴上，负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机在同一轴上，负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机械的机械特性。械的机械特性。一、恒转矩型机械特性一、恒转矩型机械特性 恒转矩型机械特性根据其特点可分为反抗转矩和位能转矩两种。恒转矩型机械特性根据其特点可分为反抗转矩和位能转矩两种。分别如图所示：分别如图所示：1

9、反抗转矩反抗转矩：又称摩擦性转矩，其特点如下：又称摩擦性转矩，其特点如下：恒与恒与n反向。反向。转矩大小恒定不变；转矩大小恒定不变；2位能转矩位能转矩,其特点为：其特点为：转矩大小恒定不变；转矩大小恒定不变；方向不变方向不变二、离心式通风型机械特性二、离心式通风型机械特性 2LCnT 其中：其中：C为常数。为常数。三、直线型机械特性三、直线型机械特性 CnT L其中：其中：C为常数。为常数。恒功率型机械特性的负载转矩恒功率型机械特性的负载转矩TL的大小与速度的大小与速度n的大小成正比，的大小成正比，即即 nCT L其中：其中：C为常数为常数四、恒功率型机械特性四、恒功率型机械特性 2.4 机电

10、系统稳定运行的条件机电系统稳定运行的条件 一、机电系统稳定运行的含义一、机电系统稳定运行的含义 1.系统应能以一定速度匀速运行；系统应能以一定速度匀速运行；2.系统受某种外部干扰（如电压波动、负载转矩波动等）使运系统受某种外部干扰（如电压波动、负载转矩波动等）使运行速度发生变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行行速度发生变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。速度。二、机电系统稳定运行的条件二、机电系统稳定运行的条件n=f(T)和和n=f(TL)必须有交点，交点被称为必须有交点，交点被称为平衡点平衡点。2.充分条件充分条件 系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，

11、即：系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：当干扰使速度上升时，有当干扰使速度上升时，有 TTL。这是稳定运行的充分条件。这是稳定运行的充分条件。符合稳定运行条件的平衡点称为稳定平衡点。符合稳定运行条件的平衡点称为稳定平衡点。1.必要条件必要条件 电动机的输出转矩电动机的输出转矩T和负载转矩和负载转矩TL大小相等，方向相反。大小相等，方向相反。分析举例分析举例1异步电动机异步电动机的机械特性的机械特性生产机械生产机械的机械特的机械特性性交点交点a 分析举例分析举例2，曲线，曲线1为异步电动机的机械特性，曲线为异步电动机的机械特性，曲线2为异步电为异步电动机拖动的生产机械的机械特性。动

12、机拖动的生产机械的机械特性。异步电动机异步电动机的机械特性的机械特性生产机械的生产机械的机械特性机械特性TLTLn 2.3 试列出以下几种情况下试列出以下几种情况下(见题图见题图2.3)系统的运动方程式，并针系统的运动方程式，并针对各系统说明：对各系统说明：1）TM、TL的性质和符号并代入运动方程的性质和符号并代入运动方程2）运动状态是加速、减速还是匀速？运动状态是加速、减速还是匀速？2.6 如图如图2.3(a)所示，电动机轴上的转动惯量所示，电动机轴上的转动惯量TM=2.5kgm2，转速，转速nM900rmin；中间传动轴的转动惯量；中间传动轴的转动惯量J1=2kgm2，转速，转速n1300

13、rmin；生产机械轴的转动惯量；生产机械轴的转动惯量JL16kgm2，转速，转速nL=60rmin。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。2.7 如图所示，电动机转速如图所示，电动机转速nM950rmin，齿轮减速箱的传动，齿轮减速箱的传动比比j1=j2=4，卷简直径，卷简直径D=0.24m，滑轮的减速比滑轮的减速比j3=2，起重负荷力，起重负荷力F=100N，电动机的飞轮转矩，电动机的飞轮转矩GDM2=1.05Nm2，齿轮、滑轮和卷筒，齿轮、滑轮和卷筒总的传动效率为总的传动效率为0.83。试求提升速度。试求提升速度v和折算到电动机轴上的静态转和折算到电动机轴

14、上的静态转矩矩TL以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GDZ2 2.10 在题在题2.10图中，曲线图中，曲线1和和2分别为电动机和负载的机械特性，分别为电动机和负载的机械特性，试判定那些是系统的稳定平衡点？那些不是？试判定那些是系统的稳定平衡点？那些不是？第三章第三章 直流电机的工作原理及特性直流电机的工作原理及特性重点掌握：重点掌握：了解直流电机的基本结构及工作原理；了解直流电机的基本结构及工作原理；掌握直流电动机的机械特性；掌握直流电动机的机械特性；掌握直流电动机启动、调速和制动等各种特性；掌握直流电动机启动、调速和制动等各种特性；掌握直流

15、电动机电压平衡方程、机械特性方程及其相关掌握直流电动机电压平衡方程、机械特性方程及其相关 的计算方法。的计算方法。31 直流电机的基本结构和工作原理直流电机的基本结构和工作原理 一、直流电机的基本结构一、直流电机的基本结构 直流电机的组成可分为直流电机的组成可分为定子定子、转子转子和和换向器换向器三大部分。三大部分。二、直流电机的基本工作原理二、直流电机的基本工作原理1、作为发电机工作、作为发电机工作2、作为电动机工作、作为电动机工作电机运行电机运行方式方式E与与I的方的方向向E的作用的作用T的性质的性质转矩之间的转矩之间的关系关系发电机发电机相同相同电源电动势电源电动势阻转矩阻转矩T1=T+

16、T0电动机电动机相反相反反电动势反电动势驱动转矩驱动转矩T=TL+T0四、直流电动机的分类四、直流电动机的分类 32 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 一、机械特性方程一、机械特性方程 32 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 一、机械特性方程一、机械特性方程 aaRIEU 、nKE e nnkTnTKRKUn002eae)(55.9at IKTe55.9KKt电压平衡方程电压平衡方程机械特性方程机械特性方程机械特性的硬度机械特性的硬度 （1）绝对硬特性）绝对硬特性 （2）硬特性）硬特性 10 （3）软特性）软特性 n0；2）n与与T反向反向 1电车走下坡路时的反

17、馈制动电车走下坡路时的反馈制动 2电枢电压突然下降时的反馈制动电枢电压突然下降时的反馈制动 二、反接制动二、反接制动 特点：特点：1）U与与E由相反变为相同；由相反变为相同；2）T与转速与转速n的方向相反。的方向相反。改变改变U的方向的方向所产生的反接制动称为所产生的反接制动称为电源反接制动电源反接制动；改变改变E的方向的方向所产生的反接制动称为所产生的反接制动称为倒拉反接制动倒拉反接制动。1电源反接制动电源反接制动 电动机的机械特性为：电动机的机械特性为：TKRRKUnN2eadae)(55.9U=-UN串串Rad电阻电阻 2倒拉反接制动倒拉反接制动 TKRRKUnN2eadae)(55.9

18、串串Rad电阻电阻电动机的机械特性为：电动机的机械特性为：三、能耗制动三、能耗制动 TKRRn2eada)(55.9U=0电动机的机械特性为：电动机的机械特性为：例例3-2 有一台他励电动机，有一台他励电动机，PN5.6kW，UN220V，IN3lA，nN1000rmin，Ra0.4，负载转矩，负载转矩TL49Nm，电动机的过载倍数，电动机的过载倍数2，试计算：，试计算：(1)电动机拖动摩擦性负载，采用能耗制动过程电动机拖动摩擦性负载，采用能耗制动过程停车，电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少停车，电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少?若采用反接制动停车，电阻最小值是多少若采用反接制动停车，电

19、阻最小值是多少?(2)电动机拖动位能性恒转矩负载，要求以电动机拖动位能性恒转矩负载，要求以300rmin速度下放重物，采用倒拉反接制动，电枢回速度下放重物，采用倒拉反接制动，电枢回路应串多大电阻路应串多大电阻?若采用能耗制动，电枢回路应串若采用能耗制动，电枢回路应串多大电阻多大电阻?(3)想使电机以想使电机以n1200rmin速度，在再生速度，在再生发电制动状态下，下放重物，电枢回路应串多大电发电制动状态下，下放重物，电枢回路应串多大电阻阻?若电枢回路不串电阻，在再生发电制动状态下，若电枢回路不串电阻，在再生发电制动状态下，下放重物的转速是多少下放重物的转速是多少?3.8 一台他励直流电动机所

20、拖动的负载转矩一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL常数，当电枢常数，当电枢电压或电枢附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流电压或电枢附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小的大小?为什么为什么?这时拖动系统中哪些量必然要发生变化这时拖动系统中哪些量必然要发生变化?3.9 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E=E1，如负载转矩如负载转矩TL常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电

21、势将如何变化?是大是大于、小于还是等于于、小于还是等于El?3.12 一台他励直流电动机的技术数据如下：一台他励直流电动机的技术数据如下：PN6.5kW，UN=220V，IN=34.4A，nN=1500r/min，Ra=0.242,试计算出此电动机的如下特试计算出此电动机的如下特性：性：固有机械特性；固有机械特性；电枢附加电阻分别为电枢附加电阻分别为3和和5时的人为机械特性；时的人为机械特性；电枢电压为电枢电压为UN2时的人为机械特性；时的人为机械特性；磁通磁通0.8N时的人为机械特性。时的人为机械特性。并绘出上述特性的图形。并绘出上述特性的图形。3.19 有一台他励电动机：有一台他励电动机：

22、PN=10kW，UN=220V，IN=53.8A，nN=1500rmin，Ra=0.29，试计算：，试计算：(1)直接起动瞬间的堵转电流直接起动瞬间的堵转电流Iu；(2)若限制起动电流不超过若限制起动电流不超过2IN，采用电枢串电阻启动时，应串入，采用电枢串电阻启动时，应串入启动电阻的最小值是多少启动电阻的最小值是多少?若用降压启动，最低电压应为多少若用降压启动，最低电压应为多少?3.20 有一台他励直流电动机：有一台他励直流电动机：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000rmin，在额定负载下，求：，在额定负载下，求：(1)想降至想降至800rmin稳定运行，外串多大电阻

23、稳定运行，外串多大电阻?采用降压方法，电采用降压方法，电源电压应降至多少伏源电压应降至多少伏?(2)想升速到想升速到1100rmin稳定运行，弱磁系数稳定运行，弱磁系数N为多少为多少?3.21 有一台他励直流电动机，有一台他励直流电动机，PN7.5kW，UN220V，IN=4lA，nN1500rmin，Ra0.38，拖动恒转矩负载，且，拖动恒转矩负载，且TLTN，现，现将电源电压降到将电源电压降到U=150V，问：，问：(1)降压瞬间的电枢电流及电磁转矩各多大降压瞬间的电枢电流及电磁转矩各多大?(2)稳定运行转速是多少稳定运行转速是多少?3.22 有一台他励直流电动机，有一台他励直流电动机，P

24、N=21kW，UN220V，IN=115A，nN980rmin，Ra=0.1，拖动恒转矩负载运行，弱磁调速时，拖动恒转矩负载运行，弱磁调速时从从N调到调到0.8N，问：，问：(1)调速瞬间电枢电流是多少调速瞬间电枢电流是多少?(TLTN)(2)若若TLTN和和TL0.5TN，调速前后的稳态转速各是多少，调速前后的稳态转速各是多少?3.23 有一台他励直流电动机，有一台他励直流电动机，PN29kW，UN440V，IN76A，nN1000rmin，Ra0.377，负载转矩，负载转矩TL=0.8TN，最大制动电，最大制动电流为流为1.8IN。求当该电动机拖动位能性负载时，用哪几种方法可使电。求当该电

25、动机拖动位能性负载时，用哪几种方法可使电动机以动机以500rmin的转速下放负载，在每种方法中电枢回路应串电的转速下放负载，在每种方法中电枢回路应串电阻为多少欧阻为多少欧?并画出相应的机械特性，标出从稳态提升重物到以并画出相应的机械特性，标出从稳态提升重物到以500rmin转速下放重物的转换过程。转速下放重物的转换过程。3.24 有一台有一台Z252型他励直流电动机，型他励直流电动机，PN4kW，UN220V，IN22.3A，nN1000rmin，Ra0.91，TLTN，为了使电动机，为了使电动机停转，采用反接制动，如串入电枢回路的制动电阻为停转，采用反接制动，如串入电枢回路的制动电阻为9，求

26、：，求：(1)制动开始时电动机所发出的电磁转矩；制动开始时电动机所发出的电磁转矩；(2)制动结束时电动机所发出的电磁转矩；制动结束时电动机所发出的电磁转矩；(3)如果是摩擦性负载，在制动到如果是摩擦性负载，在制动到n0时，不切断电源，电机能否时，不切断电源，电机能否反转反转?为什么为什么?第第5章章 直流传动控制系统直流传动控制系统5.1 概述概述 一、自动控制系统的组成和分类一、自动控制系统的组成和分类 1.自动控制系统的组成自动控制系统的组成 2.自动控制系统的组成自动控制系统的组成(1)按采用不同的反馈方式，可分为按采用不同的反馈方式，可分为转速负反馈、电势负反馈、电压负转速负反馈、电势

27、负反馈、电压负反馈及电流正反馈反馈及电流正反馈(2)按自动调节系统的复杂程度，可分为按自动调节系统的复杂程度，可分为单环自动调节系统和多环自动单环自动调节系统和多环自动调节系统调节系统(3)按系统稳态时被调量与给定量有无差别，可分为按系统稳态时被调量与给定量有无差别，可分为有静差调节系统和有静差调节系统和无静差无静差调节系统调节系统(4)按给定量变化的规律，可分为按给定量变化的规律，可分为定值调节系统、程序控制系统和随动定值调节系统、程序控制系统和随动系统系统(5)按调节动作与时间的关系，可分为按调节动作与时间的关系，可分为断续控制系统和连续控制系统断续控制系统和连续控制系统，或，或无级调速和

28、有级调速无级调速和有级调速。(6)按系统中所包含的元件特性，可分为按系统中所包含的元件特性，可分为线性控制系统和非线性控制系线性控制系统和非线性控制系统统（7）按电机调速特性分，可分为）按电机调速特性分，可分为恒转矩调速和恒功率调速恒转矩调速和恒功率调速二二 调速系统主要性能指标调速系统主要性能指标 调速系统的调速技术指标调速系统的调速技术指标静态指标静态指标动态指标动态指标1.静态技术指标静态技术指标 1）静差度静差度S：静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。速度稳定性指标速度稳定性指标 000nnnnnSee 静静态态速速降降eennn0 当负

29、载变化时，生产机械转速的变化要能维持在一定范围之内，即要求静差当负载变化时，生产机械转速的变化要能维持在一定范围之内，即要求静差度度S小于一定数值。小于一定数值。普通设备普通设备普通车床普通车床龙门刨床龙门刨床冷轧机冷轧机热轧机热轧机造纸机造纸机S50%S30%S5%S2%0.2%0.5%S0.1%电动机的机械特性愈硬，则静差度愈小，转速的相对稳定性就愈高电动机的机械特性愈硬，则静差度愈小，转速的相对稳定性就愈高;在一个调速系统中，如果在最低转速运行时能满足静差度的要求，则在其他在一个调速系统中，如果在最低转速运行时能满足静差度的要求，则在其他转速时必能满足要求。转速时必能满足要求。2）调速范

30、围）调速范围D 在在额定负载额定负载下，允许的下，允许的最高转速最高转速和在保证生产机械对转速变化率要求的前提和在保证生产机械对转速变化率要求的前提下所能达到的下所能达到的最低转速最低转速之比称为调速范围之比称为调速范围。minmaxnnD 车床车床龙门刨床龙门刨床钻床钻床铣床铣床轧钢机轧钢机造纸机造纸机进给机械进给机械20120204021220303151020530000)1(maxminmaxSnSnnnD 3）D、n n和和S S的关系的关系2.动态技术指标动态技术指标 从一种稳定速度变化到另一种稳定速度运转所经过的一段过渡过程，从一种稳定速度变化到另一种稳定速度运转所经过的一段过渡

31、过程，称为称为动态过程动态过程。1.最大超调量最大超调量%10022maxnnn超调量太大，达不到生产工艺上的要求；超调量太大，达不到生产工艺上的要求；超调量太小，会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高超调量太小，会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高%35%10范围：范围：2.过渡过程时间过渡过程时间tr 4.振荡次数振荡次数 N系系统统超调超调量量过渡过程过渡过程时间时间T振荡次振荡次数数性能性能10长长无无不好不好2大大长长多多不好不好3小小短短中中好好 3.过渡过程时间过渡过程时间ts例例5.1 5.1 有一生产机械要求调速范围有一生产机械要求调速范围D=5D=5，静差率，静差率5

32、 5，电动机额定数据为电动机额定数据为10KW10KW，220V220V，55A55A，1000r/min1000r/min，电枢回，电枢回路总电阻路总电阻R=1R=1，KeKe=0.1925V.r/min=0.1925V.r/min，问开环系统能否，问开环系统能否满足要求？满足要求？三、根据生产机械的负载性质来选择电动机的调速方式三、根据生产机械的负载性质来选择电动机的调速方式 1.生产机械的负载特性生产机械的负载特性2电动机调速过程中的负载能力电动机调速过程中的负载能力 在调速过程中应保持电枢电流在调速过程中应保持电枢电流Ia为额定值为额定值IN，在不同，在不同转速下电动机轴上输出的转矩和

33、功率就是电动机所能允许转速下电动机轴上输出的转矩和功率就是电动机所能允许长期输出的最大转矩和最大功率，亦即电动机调速过程中长期输出的最大转矩和最大功率，亦即电动机调速过程中的负载能力。的负载能力。3电动机的调速性质与生产机械的负载特性的配合电动机的调速性质与生产机械的负载特性的配合 负载为恒转矩型的生产机械应尽可能选用恒转负载为恒转矩型的生产机械应尽可能选用恒转矩性质的调速方式，且电动机的额定转矩矩性质的调速方式，且电动机的额定转矩T应等于或应等于或略大于负载转矩略大于负载转矩TL；负载为恒功率型的生产机械应尽可能选用恒功负载为恒功率型的生产机械应尽可能选用恒功率性质的调速方式，且电动机的额定

34、功率率性质的调速方式，且电动机的额定功率PN应等于应等于或略大于生产机械的静负载功率或略大于生产机械的静负载功率PL。5.2 晶闸管电动机直流传动控制系统晶闸管电动机直流传动控制系统按结构的不同：按结构的不同：单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统可逆系统可逆系统 一、单闭环直流调速系统一、单闭环直流调速系统 1.有静差转速负反馈调速系统有静差转速负反馈调速系统 1)基本组成基本组成 按静态误差的不同：按静态误差的不同：无静差直流调速系统无静差直流调速系统有静差直流调速系统有静差直流调速系统任务：任务：调节速度；调节速度；扩大调速范围，减小静态误差。扩大调速范

35、围，减小静态误差。分类：分类：测速反馈回路测速反馈回路速度给定速度给定 放大器放大器触发回路触发回路可控整流回路可控整流回路 电枢回路电枢回路励磁回路励磁回路+-晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理带电阻性负载的单相可控整流电路带电阻性负载的单相可控整流电路 2)工作原理工作原理 当当Ug、Uf不变时，电动机的转速不变，这种状态称为不变时，电动机的转速不变，这种状态称为稳态稳态。fgUUU 不不变变 kU 不不变变 不不变变 dU 不不变变 n不不变变 (2)调速（调速（Uf不变，改变不变，改变Ug的大小）的大小）gUU fgUUkU dUnnUUUUUUdkfgg 改变改变Ug的大小可改变电动机

36、的转速，这种状态称为的大小可改变电动机的转速，这种状态称为调速调速.(1)稳态（稳态（Ug、Uf 不变）不变）(3)稳速（稳速（Ug不变、负载变化使不变、负载变化使Uf变化变化)nUUUUUUndkfgf 当当负负载载增增加加使使 nUUUUUUndkfgf 当当负负载载减减小小使使 当负载发生变化使速度发生变化后，系统通过反馈能维持速度基本不变，这当负载发生变化使速度发生变化后，系统通过反馈能维持速度基本不变，这种状态称为稳速。种状态称为稳速。3)静特性分析静特性分析 静特性：静特性：电动机的转速与负载电流之间的大小关系电动机的转速与负载电流之间的大小关系。(1)各环节输入输出的关系各环节输

37、入输出的关系 电动机电路电动机电路 RInCRInKUaeaed 可控硅和触发电路可控硅和触发电路 kspdUKKU 放大器电路放大器电路)(fgpPkUUKUKU 反馈电路反馈电路 nUf (2)分析与结论分析与结论 fofeaegGnn)K(CRI)K(CUKn 11闭闭环环系系统统的的静静特特性性nnICRCUKnaeegG 0开环系统的静特性开环系统的静特性 理想空载转速理想空载转速 转速降转速降 设设00nnfKnI)K(CRnaef11 调速范围调速范围 在最大运行转速和低速时最大允许静差度不变的情况下，在最大运行转速和低速时最大允许静差度不变的情况下，DKDf)1(转速负反馈闭环

38、系统的稳态结构图转速负反馈闭环系统的稳态结构图2.无静差转速负反馈调速系统无静差转速负反馈调速系统 1）比例积分（）比例积分（PI）调节器）调节器比例调节器比例调节器其输入输出之间的关系如下其输入输出之间的关系如下：i01oURRU积分调节器积分调节器tUCRtiCUd1d1io1o其输入输出之间的关系如下其输入输出之间的关系如下：tICRIUd1111100i01/RUIItUCRURRUd1 i10i010比例积分调节器比例积分调节器2）采用采用PI调节器的无静差调速系统调节器的无静差调速系统 3）动态调节过程动态调节过程二、双闭环直流调速系统二、双闭环直流调速系统n1.转速、电流双闭环调

39、速系统的组成转速、电流双闭环调速系统的组成nCRIUnCRIUeadeamd启动时电动机电压启动时电动机电压启动结束时电压启动结束时电压Idt1t2IamIa0启动时的电压波形启动时的电压波形tIa,n,UdUdn(Iam-Ia)RIamRIaIamt理想的启动波形理想的启动波形n2.2.转速、电流双闭环调速系统的分析转速、电流双闭环调速系统的分析n1)1)静态分析静态分析MACRASRUK-Ugi+Ufi-UfnUnBR+UgnUiUdIaLTAn2.2.转速、电流双闭环调速系统的分析转速、电流双闭环调速系统的分析n2)2)系统分析系统分析IaILnngIamttt1t2t3t4三、正反转控

40、制三、正反转控制1.利用接触器的可逆线路利用接触器的可逆线路n2.可控硅切换线路可控硅切换线路MUdIa(Ia)VT1VT3VT2VT4+-ABMUdIa(Ia)KM1KM2KM2KM1+-AB55 有一直流调速系统，其高速时的理想空载转速有一直流调速系统，其高速时的理想空载转速n01=1480rmin，低速时的理想空载转速，低速时的理想空载转速n02=157rmin，额定负载时的转，额定负载时的转速降速降nN10rmin。试画出该系统的静特性。试画出该系统的静特性(即电动机的机械即电动机的机械特性特性)，求出调速范围和静差度，求出调速范围和静差度511 某一有静差调速系统的速度调节范围为某一

41、有静差调速系统的速度调节范围为75rmin1500rmin，要求静差度，要求静差度S2，该系统允许的静态速降是多，该系统允许的静态速降是多少少?如果开环系统的静态速降是如果开环系统的静态速降是100rmin，则闭环系统的开环，则闭环系统的开环放大倍数应有多大放大倍数应有多大?512 某一直流调速系统调速范围某一直流调速系统调速范围D10，最高额定转速，最高额定转速nmax=1000rmin，开环系统的静态速降是，开环系统的静态速降是100rmin。试问该。试问该系统的静差度为多少系统的静差度为多少?若把该系统组成闭环系统，保持若把该系统组成闭环系统，保持n02不变不变的情况下，使新系统的静差度

42、为的情况下，使新系统的静差度为5，试问闭环系统的开环放，试问闭环系统的开环放大倍数为多少大倍数为多少?第六章第六章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机的工作原理及特性 了解三相异步电动机的基本结构及工作原理；了解三相异步电动机的基本结构及工作原理；掌握三相异步电动机的机械特性；掌握三相异步电动机的机械特性；掌握三相异步电动机的连接方法和额定参数；掌握三相异步电动机的连接方法和额定参数；掌握三相异步电动机启动、调速和制动等各种特性；掌握三相异步电动机启动、调速和制动等各种特性；掌握实现三相异步电动机启动、调速和制动的各种方法及它们掌握实现三相异步电动机启动、调速和制动的各种方法及它们的使用场所

43、；的使用场所；61 三相异步电动机的基本结构和工作原理三相异步电动机的基本结构和工作原理 一、三相异步电动机的基本结构一、三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成1.定子定子 定子由定子铁心、绕组定子由定子铁心、绕组以及机座组成。以及机座组成。2.转子转子 转子由铁心与绕组组成。转子由铁心与绕组组成。鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机转子绕转子绕组是在转子铁心槽里插入铜条，组是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成。端环上而组成。线绕式异步电动线绕式异步电动机转机转子绕组是由线

44、圈绕组放入转子绕组是由线圈绕组放入转子铁心槽内，并分为三相对子铁心槽内，并分为三相对称绕组，与定子产生的磁极称绕组，与定子产生的磁极数相同。数相同。二、三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的工作原理 1定子旋转磁场定子旋转磁场 时时01 tiB为负，为负，iC为正为正;iA=0 时时62Tt iA为正为正,iB为负为负;iC=0 时时33Tt iB=0iA为正，为正，iC为负为负;0A i 时时24Tt iB为正，为正，iC为负为负2旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 如果将三相定子绕组中的如果将三相定子绕组中的任意两相对调任意两相对调，旋转磁场的方向就改变，旋转磁场的方向就改变3.旋

45、转磁场的极数与旋转速度旋转磁场的极数与旋转速度 在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为同步速在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为同步速度，用度，用n0表示。表示。pfn600 4.转转差率差率 S00nnnS 6.26.2 三相异步电动机的额定参数三相异步电动机的额定参数 一、一、三相异步电动机定子绕组的接法三相异步电动机定子绕组的接法 1两种接法两种接法 二机械特性二机械特性 1固有机械特性固有机械特性 异步电动机在异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性定子和转子电路中

46、不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有称为固有（自然）机械特性。（自然）机械特性。根据根据 2202222)(SXRUKSRT00nnnS 0010 S,nn,T理想空载工作点理想空载工作点：NNN,2SSnnTT 1,0,3st SnTT2202222stXRURKT 额定工作点额定工作点：NnPTNN55.9 0N0NnnnS 启动工作点启动工作点 mmmax,4SSnnTT 202max2XUKT 202m/XRS 临界工作点临界工作点（1）（2）（4）（3）通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比Nmaxm/TT 称为电动机的过

47、载能力系数。它表征了电动机能够承受冲击负称为电动机的过载能力系数。它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小，是电动机的又一个重要运行参数。载的能力大小，是电动机的又一个重要运行参数。鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机 2.28.1m 线绕式异步电动机线绕式异步电动机8.25.2m 2人为机械特性人为机械特性 改变改变定子电压定子电压U 定子电源频率定子电源频率f 定子电路串入电阻或电抗定子电路串入电阻或电抗 转子电路串入电阻或电抗转子电路串入电阻或电抗等，都可得到异步电动机的人为机等，都可得到异步电动机的人为机械特性。械特性。2202222)(SXRUKSRT00nnnS pfn600 （1）降

48、低电动机电源电压时的人为特性）降低电动机电源电压时的人为特性 Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0n不变不变mS不变不变maxT随着电压的减小而大大地减小随着电压的减小而大大地减小stT随着电压的减小而大大地减小随着电压的减小而大大地减小（2）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性（3）改变定子电源频率时的人为特性）改变定子电源频率时的人为特性 fKfXTTXRURKTXUKTnnnXRSpfn1,26020Nmax2202222st202max0m0202m0注意到：注意到：fn 0fS/1

49、m fT/1st 不不变变maxT Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0nmaxT不变不变mS随着串接电阻的增加而增大随着串接电阻的增加而增大，（4）转子电路串电阻时的人为特性）转子电路串电阻时的人为特性不变不变 63 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性 采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要要求如下。采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要要求如下。（1）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。（2）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。）在满足

50、启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。（3）要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小对生产机）要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小对生产机械的冲击。械的冲击。（4）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。（5）启动过程中的功率损耗越小越好。）启动过程中的功率损耗越小越好。一、一、鼠笼式异步电动机的启动方法鼠笼式异步电动机的启动方法 1直接启动（全压启动）直接启动（全压启动）直接启动就是将电动机的定子绕组通直接启动就是将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源，在额过闸刀开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动。定电压下进行启