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1、机电传动控制总复习 考试题型: 1.选择题 (2分10=20分) 2.填空题 (1分15=15分) 3.简答题 （30分） 4.作图题 （5分） 5.计算题 (10分3=30分) 目录 第1章 概述 第2章 机电传动系统动力学基础 第3章 直流电机的工作原理及特性 第4章 交流电动机的工作原理及特性 第5章 控制电机与特种电机 第8章 电力电子学基础 第9章 直流调速系统 第10章 交流调速系统 第11章 步进电动机控制系统 第1章 概述 机电传动又称电力传动或电力拖动 指以电动机为原动机驱动生产机械的系统 包括电动机和控制电动机的一整套控制系统 实现生产机械的启动、停止及速度调节 实现机械设
2、备、生产线、车间及工厂的自动化 机电传动控制技术的发展 第1章 概述 机电传动的发展 第一阶段：成组拖动 一台电动机拖动一根天轴，然后再由天轴 通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械。 第二阶段：单电动机拖动 一台电动机拖动一台生产机械。 第三阶段：多电动机拖动 一台生产机械的每一个运动部件 分别由一台专门的电动机拖动。 第1章 概述 机电传动控制系统的发展 20世纪初： 简单的接触器与继电器等电器控制。 20世纪30年代： 电机放大机控制 20世纪40年代60年代： 磁放大器控制和大功率可控水银整流器 控制，晶闸管控制和功率晶体管控制。 20世纪60年代以来： 采样控制，它把晶闸管技术与微电子技
3、 术、计算机技术紧密地结合在一起。 四 个 阶 段 机电传动系统 的运动方程式 运动方程的实用形式 符合下面的关系： TMTLJ 或用转速 n 代替角速度，则为： TMTL 运动方程 的实用形式 第2章 机电传动系统的动力学基础 动态转矩 当Td0时，a0 ，表示系统处于稳态，系统为匀速运动。 当Td0时，a0 ，表示系统处于动态， Td0时，拖动转矩制动转矩，a为正，系统加速运动； Td0时，拖动转矩制动转矩，a为负，系统减速运动。 动态转矩 Td TM TL ；加速度 a 第2章 机电传动系统的动力学基础 静态转矩 TL 运动方程式中符号的约定 若 TM 或 TL 与 n 方向相同，则 T
4、M 或 TL 为拖动转矩； 若 TM 或 TL 与 n 方向相反，则 TM 或 TL 为制动转矩。 判定TM和TL的性质 第2章 机电传动系统的动力学基础 第2章 机电传动系统的动力学基础 典型生产机械的负载特性 负载的机械特性由负载性质决定， 按生产机械在运动中所受阻力的性质不同，分成几种类型： 恒转矩负载 恒转矩型机械特性 泵与风机类负载 通风机型机械特性 恒功率负载 恒功率型机械特性 直线型负载 直线型机械特性 第2章 机电传动系统的动力学基础 典型生产机械的负载特性 通风机型机械特性直线型机械特性恒功率型机械特性 恒转矩型机械特性 (a)反抗转矩(b)位能转矩 机电传动系统稳定运行的条
5、件 判别稳定工作点判别稳定工作点 1异步电动机的机械特性 2恒转矩型生产机械的机械特性 A点是稳定平衡点， B点不是稳定平衡点。 第2章 机电传动系统的动力学基础 在交点附近转速以上 存在 TM TL（转速 以下存在 TM TL ） 则该点为稳定点，反 之为不稳定点。 第3章 直流电机的工作原理及特性 直流电机的直流电机的铭牌数据铭牌数据 额定条件下电机 所能提供的功率 指电刷间输出 的额定电功率 发电机 指轴上输出 的机械功率 电动机 发电机:是指输出额定电压； 电动机:是指输入额定电压。 在额定工况下，电机 出线端的平均电压 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
6、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。 在额定电压下，运行于 额定功率时对应的电流 第3章 直流电机的工作原理及特性 直流电机的可逆性 直流发电机工作原理图直流电动机工作原理图 电动机转子如电动机转子如 何实现反转控何实现反转控 制？制？ 第3章 直流电机的工作原理及特性 直流电动机的基本方程式直流电动机的基本方程式 (1) 转矩方程式 T KmIa 电磁转矩T 为拖动转矩，方向与n 相同 稳态时的转矩平衡 T = TL + T0 (2) 电势方程式 E Ke n 电动势E为反电势，它与外加电压产生 的电流Ia方向相
7、反。 (3) 电压平衡方程式 UEIaRa 外加电枢电压为电枢的反电势和电阻压降所平衡。 第3章 直流电机的工作原理及特性 （4）功率平衡方程式 UIaEIaIa2Ra P1PePCua P1输入功率 Pe电磁功率 PCua电枢铜损耗 Pe P0 P2P0 Pm PFe (3) 电压平衡方程式 UEIaRa 电枢电压、电枢的反电势、电阻压降关系。 第3章 直流电机的工作原理及特性 直流他励电动机的直流他励电动机的人为人为机械特性机械特性 u电枢串电阻时 直流他励电动机 电路原理图 v降低电枢电压时 w减弱励磁磁通时 固有固有机械特机械特性性 第3章 直流电机的工作原理及特性 三种人为机械特性的
8、比较 Rad1Rad2 电枢串电阻 UNU1U2 降低电枢电压 N12 减弱励磁磁通 固有固有机械特机械特性性 第3章 直流电机的工作原理及特性 直流他励电动机的启动特性 起动方法： 直接起动 因为直接加额定电压起动的起动电流很大， 除了小容量的电动机可采用直接起动的方法外， 一般直流电动机都不采用这种方法。 限流起动 由启动电流IstURa可知，常用的启动方法有两种： 降压启动 使电枢电压由Ust逐渐升至UN。起动效果好但需专用设备。 电枢电路串接外加电阻启动 使外电阻由最大逐步减至零。起动设备简单但效果一般。 第3章 直流电机的工作原理及特性 三、调阻调速二、调磁调速一、调压调速 比较比较
9、 直流他励电动机的调速特性 改变 电枢外加电压U 用于用于n n N N 以下以下 恒转矩调速恒转矩调速 改变 励磁磁通 用于用于n n N N 以上以上 恒功率调速恒功率调速 电枢电路 串接外加电阻Rad 此法缺点多此法缺点多 已很少采用已很少采用 第3章 直流电机的工作原理及特性 直流他励电动机的制动特性 三、能耗制动二、反接制动 F E 倒拉反接制动 一、反馈制动 反馈制动 比较重物升降的三种方式比较重物升降的三种方式 F E 第3章 直流电机的工作原理及特性 直流他励电动机的制动特性 三、能耗制动二、反接制动一、反馈制动 倒 拉 反 接 制 动 电 源 反 接 制 动 反 抗 性 恒
10、转 矩 负 载 位 能 性 恒 转 矩 负 载 正 向 反 馈 制 动 反 向 反 馈 制 动 比较比较 三相鼠笼式 三相绕线式 第4章 交流电动机的工作原理及特性 交交 流流 电电 动动 机机 异步 电动机 单相异步电动机 三相异步 电动机 交流电动机的类型 同步电动机 铁心:由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 第4章 交流电动机的工作原理及特性 铁心:由导磁性能很好的硅钢片叠成(导磁部分)。 绕组:放在定子铁心内圆槽内(导电部分)。 机座:固定定子铁心及端盖。 定 子 静止 部分 转 子 旋转 部分 三 相 异 步 电 动 机 转子铁心的每个槽内 插入一根裸导条， 形成一个多相对称短路绕组。
11、 转子绕组为三相对称绕组， 嵌放在转子铁心槽内。 绕线式： 绕组: 转轴、轴承、风扇 鼠笼式： 三相异步电动机的基本结构 电流 相序 A-C-B 2.2.磁生电磁生电 ( (右手定则 ) ) 旋转磁场切割转子导体，旋转磁场切割转子导体， 转子感应电动势和电流。转子感应电动势和电流。 1.1.电生磁电生磁 ( (右手定则) ) 定子三相绕组通入三相对定子三相绕组通入三相对 称电流产生圆形旋转磁称电流产生圆形旋转磁 场。场。 3.3.电磁力电磁力 ( (左手定则) ) 转子载流（有功分量电流）转子载流（有功分量电流） 体在磁场作用下受电磁力体在磁场作用下受电磁力 作用，形成电磁转矩，驱动作用，形成
12、电磁转矩，驱动 电动机旋转，将电能转化为机械能。电动机旋转，将电能转化为机械能。 第4章 交流电动机的工作原理及特性 三相异步电动机的工作原理 X A ZB C Y n n0 0 n 逆时针 方向 旋转 第4章 交流电动机的工作原理及特性 三相异步电动机的引出线三相异步电动机的引出线( (Y形或形接法) 形接法Y形接法 第4章 交流电动机的工作原理及特性 三相异步电动机的额定值三相异步电动机的额定值 额定值的关系：额定值的关系： 额定运行状态时加在 定子绕组上的线电压. 额定条件下转轴上 输出的机械功率. 在额定运行状态下流 入定子绕组的线电流. 额定 运行时电动机的转速 第4章 交流电动机的
13、工作原理及特性 三相异步电动机的结构和工作原理 转差率 异步电动机同步转速和转子额定转速的异步电动机同步转速和转子额定转速的 差值与同差值与同 步转速之比称为步转速之比称为额定转差率额定转差率， 用用 S S NN表示 表示 一般一般S S NN很小 很小 电源为 负相序时 电源为 正相序时 1、固有机械特性 四个重要特殊点： 理想空载点A T = 0，n = n0（s =0） 额定工作点B T = TN，n = nN（s=sN） 启动工作点D T = Tst，n = 0（s =1） 临界工作点C T = Tmax，n = nm（s = sm） 机械特性 n = f（T） 第4章 交流电动机的
14、工作原理及特性 三相异步电动机的转矩与机械特性 第4章 交流电动机的工作原理及特性 2.人为机械特性 定子降压定子降压定子串电抗定子串电抗转子串电阻转子串电阻定子变频定子变频 三相异步电动机的转矩与机械特性 第4章 交流电动机的工作原理及特性 三相异步电动机的启动特性 u生产机械对电动机启动的主要要求 （1）有足够大的启动转矩。 （2）在满足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，以减小对生产机械的冲击。 （4）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。 其中，（1）和（2）是衡量电动机启动性能的主要技术 指标。一般场合下希望启动越快
15、越好，以提高生产效率。 第4章 交流电动机的工作原理及特性 三相异步电动机的启动特性 u异步电动机的启动特性 （1）启动电流大 一般Ist 可达I N的57倍 （2）启动转矩不大 虽然Ist很大，但S = 1， cos2很低，故Tst 却不大， 一般Tst = (0.8 1.5)TN。 异步电动机的固有启动特性 显然，异步电动机的这种启动性能和生产机械的要求是 相矛盾的，为了解决这些矛盾，必须根据具体情况，采取不 同的启动方法。采用什么启动方法，要根据实际情况而定。 第4章 交流电动机的工作原理及特性 三相异步电动机的启动特性 1.直接启动 2.非直接启动 鼠笼式电动机降压启动法 线绕式电动机启动法 定子串电阻 定子串电抗 Y- 自耦变压器 延边三角形 三相异步电动机的启动特性 转子电路串电阻 转子电路串频敏变阻器 第4章 交流电动机的工作原理及特性 三相异步电动机的调速特性 v三相异步电动机的调速特性 改变磁极对数 p 调速（变极调速） 改变频率 f 调速（变频调速） 改变转差率 S 调速 改变电压调速 转子串电阻调速 v直流他励电动机的调速特性 改变电枢电压调速 改变励磁磁通调速 电枢电路串电阻调速 比较比较 2015年11月23日 Monday机电传动控制 罗 武 生 转子串 电阻 调速 改变频率f 调速 (变频调速) 第4章 交流电动机的工作原理及特性 三相异步电动机的
