(ppt)-它是你建筑机电专业大厦的基石

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1、欢迎选修,机电传动与控制, 它是你建筑机电专业大厦的基石,济南大学 机电传动控制课题组制作 2009,第一章 概 述,1.1 机电一体化技术产品的组成要素,传感器,执行机构,信息处理,机械 本体,第一章 概 述,1. 机电传动的目的和任务 机电传动(又称电力传动或电力拖动)就是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称 目的：将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止以及速度调节，完成各种生产工艺过程的要求，保证生产过程的正常进行。 任务：从广义上讲，就是要使生产机械设备、生产线、车间、甚至整个工厂都实现自动化。从狭义上讲，则专指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数量的增加，质量的提高，生

2、产成本的降低，工人劳动条件的改善以及能量的合理利用。,第一章 概 述,1.3 机电传动及其控制系统的发展概况 机电传动的发展： 成组拖动 单电机拖动 多电机拖动 控制系统的发展： 接触器继电器控制: 控制速度慢，控制精度差。 电机放大机控制: 实现连续控制。 晶闸管、晶体管控制： 控制特性好，反应快，寿命 长，可靠性高，维护容易，体积小，重量轻。 计算机控制：把晶闸管技术与微电子技术，计算机 技术结合在一起，使晶体管和晶闸管控制具有 强大的生命力。,第一章 概 述,1. 课程的性质的和任务 性质：是机械工程及自动化专业基础课程 任务：以伺服驱动系统为主导，以控制为线 索，系统介绍电动机基本原理

3、、运行特性、控制方法、控制手段等知识。,第一章 概 述,1.5 课程的内容安排 重 点 内 容 第二章 机电传动系统的动力学基础 第三章 直流电机的工作原理及特性 第五章 交流电机的工作原理及特性 第六章 控制电机 第十一章 直流传动控制系统 第十二章 交流传动控制系统,第二章,机电传动系统的动力学基础,本 章 重 点,掌握机电传动系统的运动方程式及多轴拖动系统中转矩的折算；学会分析机电传动系统的运行状态。,本章内容不仅适用于直流电机拖动，也适用于交流电机拖动，是电力拖动系统的基础。,2.1 机电传动系统的运动学方程,1、单轴机电传动系统的运动学方程,直线：,旋转：,其中：TM 电磁转矩 TL

4、 负载转矩 J 转动惯量, J=m2,2.1 机电传动系统的运动学方程,系统满足运动方程式：,在实际工程中：常用飞轮转矩GD2代替J，用n代替,动态转矩,2）当TM TL 时，dn/dt 0，系统加速， 当TMTL 时，dn/dt 0，系统减速。,讨论： 1）当 TM=TL 时，加速度为零，电机转速为零或为常 数，运动状态为静态（或稳态）；,2.1 机电传动系统的运动学方程,Notice: 对转矩的正方向作如下规定：以转速n为参考，电动机转矩TM 的方向：与转速n 的方向一致时，为正；与转速n 的方向相反时，为负。 负载转矩TL 的方向：与转速n 的方向相反为正，与转速n的方向一致时，为负。,

5、2.1 机电传动系统的运动学方程,例：起重机提升重物时的启动和动（即加速和减速上升） a）启动时: TM TL =Td b）制动时: -TM - TL=Td,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,多轴拖动系统：,等效为单轴拖动系统：,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,1.负载转矩的折算,a) 对于旋转运动：,折算原则： 功率守恒,电动状态：,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,1.负载转矩的折算,a) 对于旋转运动：,折算原则： 功率守恒,制动状态：,b) 对于直线运动：,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,折算原则： 功率守恒,2. 转动惯量的折算 折算原则：动能守恒 设传动

6、系统有m个转动件和n个平动件组成，转动件的转动惯量和角速度分别为 Ji和i；平动件的质量和速度分别为mj和vj；系统总的动能为：,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,折算到电机轴上时，系统总动能为：,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,根据动能守恒：E2 = E1 故：,3. 飞轮转矩的折算 依据转动惯量与飞轮转矩的关系，得到折算到电机轴上的总的飞轮转矩为：,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,2.3 生产机械的机械特性,机械特性：力（力矩）与运动参数（包括位移、速度、 加速度）之间的关系。 生产机械的机械特性：n=f (T L) 电机的机械特性： n=f (T M),2.3 生产

7、机械的机械特性,几种典型机械特性：,恒转矩型机械特性 特点：TL=常数。 例：提升机、皮带运输机等。包括反抗转矩和位能转矩,2. 风机型机械特性 特点：TL= C n 2 例：鼓风机、水泵等。,2.3 生产机械的机械特性,3. 直线型机械特性 特点：TL=C n 例如：他励直流发电机。,4. 恒功率型机械特性 特点：TL=K/n 例如：车床加工 此外，还有其他形式的机械特性，如转矩随转角变化的，随机变化的；也可能是以上几种典型的综合。,2.4 机电传动系统稳定运行的条件,由机电传动系统的运动方程式： 知，系统的运动状态取决于电动机与生产机械双方为了使系统运行合理就要使电动机的机械持性与生产机械

8、的机械特性尽量相配合。特性配合好的一个起码要求是系统要能稳定运行。,动画,2.4 机电传动系统稳定运行的条件,机电传动系统的稳定运行包含两重含义： 1、系统应能以一定速度匀速运转； 2、系统受某种外部干扰作用使运行速度稍有变化时， 应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速 度。 必要条件：生产机械的机械特性曲线与电动机的机械特 性曲线有交点,即TMTL。 充分条件：扰动消除后仍能回到原来的平衡点。,2.4 机电传动系统稳定运行的条件,结论：a点是稳定的平衡点,TM,讨论： a点：当TL突然增大到TL时，因速度不能突变，电机转矩仍为TM，此时，TMTL, n增大，TM减小，直到与TL相等，即在

9、a点稳定运行。,TM,讨论： b点：当TL突然增大到TL时，因速度不能突变，电机转矩仍为TM，此时，TMTL n减小，TM减小， n进一步减小，直到停转；反之，过点。,2.4 机电传动系统稳定运行的条件,结论： b点不是稳定的平衡点,TM,TM,2.4 机电传动系统稳定运行的条件,稳定运行的充要条件是： 1）生产机械的机械特性曲线与电动机的机械特性曲线有交点； 2）在平衡点对应的转速之上应保证TMTL。,第二章 小 结,1）掌握依据机电传动系统，写出其运动方程； 2）对于多轴系统，要学会根据功率守恒和动能守恒，将负载转矩和转动惯量进行等效转换； 3）掌握机械特性的概念，了解常见生产机械的几种机

10、械特性； 4）掌握机电传动系统稳定运行的条件； 5）学会正确判定稳定平衡点。,作业,23 27 2 211,第三章,直流电机的工作原理及特性,第三章 直流电机的工作原理及特性,本 章 重 点： 掌握直流电机的工作原理； 掌握直流电机的机械特性； 掌握直流电机启动、调速、制动的 方法。,3.1 直流电机的基本结构和工作原理,直流电机,交流电机,3.1 直流电机的基本结构和工作原理,1. 基本结构,定子： 主磁极、换向极、机座、轴承、电刷 转子： 电枢铁心、电枢绕组、轴、换向器,3.1直流电机的基本结构和工作原理,2. 工作原理,发电机：导体在磁场内作切割磁力线运动，导体中便感应出电动势。（电磁感

11、应） 电势方程式：,3.1直流电机的基本结构和工作原理,2. 工作原理,电动机：通电导体在磁场中要受到电磁力（矩）的作用。因此只要电枢绕组里有电流（外电源提供或感应电流），在磁场中就会受到电磁力的作用。 转矩方程式：,表1 电机在不同运行方式下，E和T的作用,3.1直流电机的基本结构和工作原理,3.1直流电机的基本结构和工作原理,直流发电机和直流电动机电磁转矩的作用不同： 发电机的电磁转矩是阻转矩； 电动机的电磁转矩是驱动转矩。 直流发电机和直流电动机的电势作用也不同： 直流发电机的电势是有益的； 直流电动机的电势是反电势，他的方向总是与电源的电压方向相反。,3.2 直流发电机,他励：励磁电流

12、由外电源供电，不受电枢端电压或电流的影响(图a). 并励：励磁绕组与电枢绕组并联 （图b） 串励：励磁绕组与电枢绕组串联 （图c） 复励：一部分并联，一部分串联 （图d）,励磁方式：是指励磁绕组如何供电，以产生励磁磁场。,自 励 发 电 机,一、他励发电机,1、原理：,空载时，即 Ia=0，有 U = E = Ken,他励发电机电枢回路中，电压与电流的关系如下：,一、他励发电机,2、机械特性：,外特性曲线： 发电机端电压 U 与负载电流I 之间关系的曲线称为外特性曲线U f ( I )。,空载特性曲线：当发电机空载时，即 Ia=0，有 U = E = Ken，当转速为常数时，而f (If)是一

13、条磁化曲线，所以E = f ( If ) 与磁化曲线相似。,二、并励发电机,1、原理：励磁绕组与电枢并联,2、思考：并励发电机的励磁电流从何而来？ 电压是如何建立起来的？,条件： 1）磁极有剩磁 ； 2）起始励磁电流所产生的磁场方向与剩磁磁场方向相同 ； 3）Rf 不能过大。,措施： 1）在直流电源上充磁； 2）将励磁绕组两端接线对调； 3）将Rf 减小。,二、并励发电机,三、 复励发电机,原理：励磁绕组与电枢有一部分并联，一部分串联。,在并励发电机中，其端电压随着负载电流的增大而下降。但在复励发电机，当负载电流增大时，串励绕组能自动增加磁通，以补偿端电压的下降。所以在复励发电机的正常运行范围

14、内，其端电压变化不大，这是它的优点。,3.3直流电动机的机械特性,一、他励电动机的机械特性,电压平衡方程：,直流电动机机械特性的一般表达式,一、他励直流电动机的机械特性,讨论: 1)理想空载转速 n0 ： 当T=0 时, n0 = U / (K e)； 2)额定转速 nN : 当T=TN时, nN = n0- n 3)机械特性硬度： 令Ra /KeKt2, n= T， 小速降就小，机械特性硬, 大速降就大，机械特性软。,机械特性硬度： d T/d n=T/n100% 1）绝对硬特性 ,如交流同 步电动机的机械特性,2）硬特性 10，如直流他励电动机的机械特性 3）软特性 10，如直流串励电动机

15、的机械特性,一、他励直流电动机的机械特性,1、固有机械特性： 又称自然机械特性，是指在额定条件下的机械特性，对于他励电动机而言，就是在额定电压UN和额定磁通N下，电枢电路不外接任何电阻时的机械特性。,一般通过两点，理想空载点（0，n0）和额定转速点（TM,，nN ），可得电动机的固有机械特性曲线。,一、他励直流电动机的机械特性,2、人为机械特性： 是改变电压 U 、磁通 或电枢电路外加电阻Rad时的机械特性。,一、他励直流电动机的机械特性,2、人为机械特性：,1）串接Rad时的人为特性。,特点：1） n0不变， 2）变小，机械特性变 软，是一组射线。,一、他励直流电动机的机械特性,2）变U时的人为机械特性,特点：1）n0 与U成正比，n0 变小。 2）不变，机械特性硬度 不变，是一组平行线。 3）电枢电压只允许在额定 电压下调节。,一、他励直流电动机的机械特性,3）变时的人为机械特性,特点： 1）n0与成反比，下降 n0变大； 2）下降， 变大，机械特性硬度变软； 3）不能上升，只能弱磁调节。,一、他励直流电动机的机械特性,说明： （1）电枢绕组严重过流；,（2）飞车：当o时，电动机尚有剩磁，这时转速虽不趋于，但会升到机械强度所不允许的数值，通常称为“飞车”。,（3）启动转矩太小。,一、他励直流电动机的机械特性,3）变时的