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1、一机电传动系统的组成、运动方程及运动规律、稳定运行条件（1）机电系统由机械运动部件、机电传动和电气控制系统组成。其中机械运动部件指完成生产任务的基础机械执行部分，机电传动指电力传动或电力拖动，是驱动生产机械运动部件的原动机的总称，电气控制系 统指控制电动机的系统。2）机电传动系统的运动方程式dto2 dn , dn理论方程式：T T = J = J= k ML dt 60 dt dt实用方程式：=-T - GD2 dnM l 375 dt式中：T、T 分别为电动机产生的转矩、负载转矩，单位皆为N m ；MLJ、t 转动惯量（kg m 2）、角速度（rad / s）、时间（s ）；GD 2 飞轮
2、惯量（N m2 ），G、D 转动部分的重量（N）和惯性直径（m ）；n 电动机的转速，r /min 。J，牢3Il 小弋旬境施耶7飞号和圧旬亠巨釧冲.7 Tl, 4扶達鼠一丁侶Tl pr t -fwt / u vi- - W* Fl_ 旬 i、（3）机电传动系统稳定运行的条件A. 机电传动系统稳定运行的两重含义1. 系统能以一定速度匀速运转；2. 系统受外部干扰作用致使运行速度稍有变化时，应保证在干扰消除后恢复到原来的运行速度。B. 保证系统匀速运转的必要条件1物理条件：电动机轴上的拖动转矩T,与折算到电动机轴上的负载转矩T大小相等、方向相反、相互ML平衡。2.几何意义：电动机的机械特性曲线n
3、二f（TJ与生产机械的负载特性曲线n二f（T）B有交点一一ML“拖动系统的平衡点”。C. 稳定工作点的判别与分析 电动机和生产机械的机械特性曲线 n=f(T )和n=f(T)有交点(即拖动系统的平衡点)。ML 给该点施加干扰，使转速变化，然后取消干扰，如果转速能恢复，则该点为稳定点，反之为不稳定点。A. 当转速大于平衡点所对应的转速时，必须有TT，即若干扰使转速上升，当干扰消除后应有T-T T，即若干扰使转速下降，当干扰消除后应有T-T 0，才M L M L1、电动机的机械特性n=f(T )M2、生产机械的机械特性n=f(T )LA. 当干扰出现使T-T，T暂时不变，有TT,使n-n,T-T,
4、即使A点到A点，T =T ;L L M M L M M L MB. 当干扰消除使T-T，T暂时不变，有T T，使n-n ,T-T，即使A点一A点，T= TL L M M L M M L M 。D. 机电传动系统稳定工作运行的充要条件1. 必要条件一一电动机的输出转矩=与负载M转矩Tl大小相等、方向相反。即：电动机的机械特性曲线n二f与生产机械的负载特性曲线n二f(T)有交点(即拖动系统的平衡 ML点)。2. 充分条件系统受干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力。即:.当干扰使转速f (I)时一-T p T (t f t)oM LM L二分析机电传动系统机械特性，在此基础上总结机电传动控制的基本思
5、路和主要内容 直流电动机的机械特性A.他励（并励）电动机的机械特性1固有（自然）机械特性一一额定条件下的n = f （T）曲线。机械特性硬度卩转矩变化dT与所引起的转速变化dn的比值B 二 dT / dn 二 AT / An x 100 %（3.14）。 绝对硬特性（卩一8）； 硬特性（卩10）；软特性（卩 n f。b）特点：特性变软，串入的附加电阻越f,特性越软。c）电路和特性曲线：见P26/T3.20。B.三相异步电动机的机械特性1. 固有机械特性一一电动机用规定接线方式、定、转子回路不附加任何 电阻或电抗时的机械特性，又称“自然机械特性”。（启动-临界-空载- 额定） 空载工作点A T
6、= 0、n = n0、S二0。 额定工作点BT = T、n二n、S = S 。n S)O (1)Tk 片 丁NNN此时 T = 9.55P /n S = （n 一n ）/nN N N N 0 N 0式中：化_电动机的额定转速，一般化二（.940.985）nN N 0 电动机的额定转差率，一般S = 0.060.015。NN启动工乍点C T = 1S二1。此时,stRU2C2R 2 + ( X )22 20显然】U 和 X20 H寸，Tst明显这是我们所不需要的。为此把TJTn =几st作为电动机启动能力的一个衡量参数，一般九-1.01.2。st临界工作点DT = T、n二n、S二S，不稳定工作
7、点。max m m2. 人为机械特性人为的改变电动机的某些参数而获得的机械特性。J电源电压时的人为机械特性（见P64/T4.24）a）电压U的变化空载转速和临界转差率S无影响，但丁 T * U 2T 大大J。m max maxb）在负载转矩不变下，电网U J导致一 S f、n J、1 f、电动机发热甚至烧坏。定子电路串电阻或电抗时的人为机械特性（见P65/T4.25或下左图）S5.15定子电踣弊授电阴或庖抗时的人为机械特性O 丁敲tlt改变足子跑频舉时 的人詡机樋特性a）机械特性电源电压时的人为机械特性。b）只是最大转矩降低电源电压的最大转矩。 改变定子电源频率f时的人为机械特性（见P66/T
8、4.26或上右图） 改变f对三相异步电动机的影响比较复杂，仅就n = f （T）而言：f J临界S f、化J、T f、而T 基本保持不变。m0stmax 转子回路串接电阻时的人为机械特性（见P66/T4.27）改变转子回路的电阻，对三相异步电动机的n、T没有影响，但随着串入电阻的f,机械特性比固有（自0 max然）特性疲软。C. 机电传动控制的基本思路机电传动控制旨在实现生产机械的启动，停止及速度调节，来满足各种生产工艺过程的要求、保证生产过程正常进行。我们通过掌握电机、控制电器的工作原理，特性，应用及选用方法，实现对生产机械（电）的设计与控制。我们可以通过分析机械特性，充分使用电机功率和合理
9、地设计电力拖动的控制和调速系统D. 机电传动控制的主要内容1、掌握机电传动系统的动力学基础2、直流机的结构、原理，机械特性（含固有与人为），启动特性，调速特性及制动特性3、交流机的结构及工作原理，异步电动机电磁转矩及机械特性，异步电动机的启动特性，调速方法及特性 制动特性4、继电器-接触器控制电路的组成，基本控制电路等三.分析介绍它励直流电机和鼠笼三相异步电机的结构、原理、启动特点及方法电机结构原理启动方法启动特点他励直 流电机1、转子（电枢）=铁芯+绕组+换向器+轴+ 风扇等组成。2、主磁极：产生磁场， 铁芯和励磁线圈（铁芯+ 励磁绕组或一个永磁 体）3、其他构件（包括：前、 后端盖、电刷装
10、置、轴 承、风扇、防护罩等。所谓直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机 械。固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈连同导磁圆 柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端连接到 两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转 子线圈与外电路的连接是通过放路在换向片上固定 不动的电刷进行的。当原动机驱动电机转子逆时针 旋转时，线圈将切割定子磁极磁感线，产生感应电 动势。而他励直流发电机，定子线圈就是励磁绕组，用 来建立磁场的，他相对其它类型直流电机，它的励 磁绕组和转子绕组分别单独供电,需要两个电源，而 其它直流电机只需一个电源.直接启动1、启动电流很大 （限制启动电流 为额定电流的1.5-2倍一降压 启动）2
11、、启动转矩太大 （对电动机机械 部分影响）降压启动启动电流小，启 动转矩易控制， 启动平稳，能耗 小电枢串电阻启动设备简单，可靠鼠笼三 相异步 电机定子=铁芯+绕组+机 座组成转子=铁芯+绕组+转 轴+风扇等组成定子产生旋转磁场一-磁力线切割转子绕组一-转 子绕组中产生感应电流一-转子电流与旋转磁场相 互作用一-在转子上形成电磁转矩（且方向与旋转磁 场相同）一-转子旋转一-轴上有转矩输出。直接启动设备简单，方法 简便，但启动电 流大，启动转矩 小。降压启动转矩小，电流小四分析比较交、直流电机的转速调整方法，电机调速技术的发展方向A. 分析比较交、直流电机的转速调整方法： 直流电机调速(1) 改
12、变电枢回路电阻。该方法的优点是系统结构简单，缺点是效率低。因此,该方法适于小功率直流电机、 开环控制且仅能有级调速；(2) 改变电动机主磁通。该方法的优点是能够实现平滑调速，缺点是调速范围小而且通常是配合调压调速在 基速以上作小范围的升速。现已很少单独使用,通常以非独立控制励磁的方式出现；(3) 调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定向下变速,属于恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说,这种方法最好。 比较上面三种直流调速方法可看出自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。 交流电机调速(1) 降电压调速：调速过程中增加转差损耗,此损耗
13、使转子发热,效率较低，调速范围比较小;要求采用高转 差电机,比如特殊设计的力矩电机,所以特性较软,一段适用于55以下的异步电动机。(2) 转差离合器调速：结构简单,控制装置容量小,价值便宜运行可靠,维修容易。无波干扰但速度损失大, 因为电磁转差离合器本身转差较大,所以输出轴的最高转速仅为电机同步转速的80%-90%，并且调速过程中 转差功率全部转化成热能形式的损耗,效率低。(3) 转子串电阻调速无电磁波干扰。但是串铸铁电阻只能进行有级调速。若用液体电阻进行无级调速,则维 护、保养要求较高;调速过程中附加的转差功率全部转化为所串电阻发热形式的损耗,效率低调速范围不大。(4) 绕线转子电动机串级调速和双馈电动机调速。可以将调速过程中产生的转差能量加以回馈利用效率高; 装置容量与调速范围成正比,适用于70%-95%的调速。但是功率因素较低,有谐波干扰,正常运行时无制动转 矩,适用于单象限运行的负载。(5) 变极对数调速。无附加转差损耗,效率高控制电路简单,易维修,价格低;与定子调压或电磁转
