机电传动控制教学课件

U U N , N
电压平衡方程式为： U N E I a ( Ra Rad )
UN Ra Rad 人为机械特性方程式为： n T 2 K e N 9.55( K e N )
2. 改变电枢电压U时的人为特性 N , Rad 0
机械特性方程
机械特性的硬度

dT Δ T 100% dn Δ n
（1）绝对硬特性 （2）硬特性>10 （3）软特性<10
二、固有机械特性 在额定条件（额定电压UN和额定磁通 N )下和电枢电路内不外 接任何电阻时的 n=f(T) 即:
UN Ra n T 2 K e N 9.55( K e N )
2.10 在题2.10图中，曲线1和2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？
第三章
直流电机的工作原理及特性
重点掌握：
• 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； • 掌握直流电动机启动、调速和制动等各种特性； • 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。
多轴直线运动系统（下放重物）
例：如图所示电动机拖动重物上升和下降。 设重物上升时速度n的符号为正，下降时n的符号为负。
2．2 多轴拖动系统的简化
一、多轴拖动系统的组成
二、负载转矩的折算 ---按功率守恒的原则 1.对旋转运动：
TL
cM
TL L
'

c j
TL
'
2．2 多轴拖动系统的简化 二、负载转矩的折算 ---按功率守恒的原则
第二章
机电传动系统的运动学基础
基本要求： ①掌握机电传动系统的运行方程式， 学会用它来分析与判别机电传动系统的运行状态； ②了解在多轴拖动系统中， 为了列出系统的运动方程式，必须将转矩等进行折算， 掌握其折算的基本原则和方法； ③了解几种典型生产机械的机械特性 n ＝ f (TL)； ④掌握机电传动系统稳定运行的条件， 并学会用它来分析与判别系统的稳定平衡点。 难点： 根据机电传动系统中TM 、TL、n的方向，确定TM 、TL是 拖动转矩还是制动转矩，从而判别出系统的运行状态，是处 于加速、减速还是匀速； 在机械特性上判别系统稳定工作点时，如何找出TM 、TL。
当干扰出现使TL →TL′， TM暂时不变，有TM ＞TL′， 使n →n ′， TM →TM′， 即使A点→A′点， TL′＝TM′ ；
当干扰消除使TL′→TL， TM′暂时不变，有TM′＜ TL ， 使n ′ →n ， TM′→TM， 即使A′点→A点，TL＝TM；
分析举例1
异步电动机 的机械特性
9.55F N vm / s TL c nr / min 2.对直线运动（上升）：
3.对直线运动（下降）： TL
9.55 c F N vm / s nr / min
2.2.2转动惯量和飞轮转矩的折算（旋转型） 依据动能守恒原则，折算到电机轴上的总转动惯量为
依据动能守恒原则，折算到电机轴上的总飞轮矩为
机 电 传 动 控 制
第一章
概
述
驱动运动部件的原动机 （这里指的是各种电动机） 之总称
1．1 机电传动控制的目的与任务 一、机电系统的组成
机电系统完成生 产任务的基础 控制电动机的系统 驱动生产机械的电 动机和控制电动机 的一整套电气系统
二、机电传动控制的任务 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； 完成各种生产工艺过程的要求； 保证生产过程的正常进行。 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 线、车间乃至整个工厂都实现自动化。 从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数 量的增加（效率）、质量的提高（精度）、生产成本的降低、工人 劳动条件的改善以及能量的合理利用等。
2.1 单轴拖动系统的运动方程式
一、单轴拖动系统的组成
电动机
电动机的驱动对象
联轴器 系统结构图 转距方向
二、运动方程式 是描述机电系统机械运动规律的最基本方程式， 它决定着系统的运行状态。 dn 动态转矩 Td ＝ TM － TL ；加速度 a ＝ dt 当Td＝0时，a＝0 ，表示系统处于稳态，系统为匀速运动。 当Td≠0时，a≠0 ，表示系统处于动态， Td ＞ 0 时，拖动转矩＞制动转矩， a 为正，系统加速运 动； Td ＜ 0 时，拖动转矩＜制动转矩， a 为负，系统减速运 动。
转矩大小恒定不变； 恒与n反向。
2．位能转矩 , 其特点为：
转矩大小恒定不变；
方向不变
二、离心式通风型机械特性
TL Cn
2
其中：C为常数。
三、直线型机械特性
TL Cn
其中：C为常数。
四、恒功率型机械特性 恒功率型机械特性的负载转矩TL的大小与速度n的大小成正比， C 即 TL 其中：C为常数 n
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算 机电传动系统运动方程式中的转矩、转动惯量及飞轮转矩 等，均分别为同一轴上的数值。
由于一般均以传动系统的电动机轴为研究对象，因此，一 般都是将它们折算到电动机轴上。
2.2.1 负载转矩的折算 依据系统传递功率不变的原则 实际负载功率= 折算后的负载功率
j为转速比
3．1 直流电机的基本结构和工作原理 一、直流电机的基本结构
直流电机的组成可分为定子、转子和换向器三大部分。
二、直流电机的基本工作原理
1、作为发电机工作
2、作为电动机工作
电机运行 方式
发电机 电动机
E与I的方 向
相同 相反
E的作用
电源电动
2. 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，即：
当干扰使速度上升时，有 T<TL ；
当干扰使速度下降时，有T>TL 。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。
2、稳定工作点的判别 ① 电动机和生产机械的机械特性曲线 n＝f (TM) 和 n＝f (TL)有交点(即拖动系统的平衡点)。 ② 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。 当转速大于平衡点所对应的转速时，必须有TM ＜TL。 即若干扰使转速上升，当干扰消除后应有TM－TL＜0， 才能使系统减速而回到平衡点。 当转速小于平衡点所对应的转速时，必须有TM ＞TL。 即若干扰使转速下降，当干扰消除后应有TM －TL＞0， 才能使系统加速而回到平衡点。 3、判别稳定工作点的实用方法 “1”电动机的机械特性 n＝f (TM) “2”生产机械的机械特性 n＝f (TL)
定转速。 速度变化：在 电动机参数
不变 的条件下，由于 负载波动 引起的速度的改变。
二、调速方法
从直流他励电动机机械特性方程式
Ra Rad U n T 2 K e 9.55( K e )
直流电动机调速的方法有以下三种： 改变串入电枢回路的电阻Rad ； 改变电枢供电电压U 改变主磁通
交点a
生产机械 的机械特 性
a点为稳定平衡点 b点不是
分析举例 2，曲线 1为异步电动机的机械特性，曲线 2 为异步电
动机拖动的生产机械的机械特性。
异步电动机 的机械特性
生产机械的 机械特性
n
TL
TL’
2.3 试列出以下几种情况下(见题图2.3)系统的运动方程式，并针 对各系统说明： 1） TM、TL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？
固有特性的计算方法： (1) 估算电枢电阻Ra (2) 求 K e N 还可以根据要求进一步 求出以下变量 (1) 求理想空载转速: (2) 求额定转矩:
PN TN 9.55 N nN
PN
三、人为机械特性 人为地改变U和Φ的大小以及电枢回路串接附加电阻Rad所得到
的机械特性。
1. 电枢回路中串接附加电阻时的人为特性
n
Ra U T K e N 9.55( Ke N ) 2
1）特性曲线平行，k不变； 2）转速降落不变，硬度不变； 3）由于U≤UN，所以n≤nN
3．改变磁通 时的人为特性 U U N , Rad 0
UN Ra 与n T 2 K e 9.55( K e )
I st U N / Ra
Ist U / Ra
I st U N /( Ra Rst )
2. 电枢回路串电阻启动
1) 串一段电阻启动
2)串多段电阻逐级切除的启动方法
3．4 直流他励电动机的调速特性 一、速度调节和速度变化 速度调节：在负载不变的 条件下，人为地改变电动机的
电路参数，以改变电动机的稳
T1=T+ T0 T= TL+ T0
四、直流电动机的分类
3．2 他励直流电动机的机械特性 一、机械特性方程
3．2 他励直流电动机的机械特性 一、机械特性方程
U E I a Ra E K e n、
电压平衡方程
T Kt I a
Kt 9.55Ke
Ra U n T 2 K e 9.55( K e ) n0 kT n0 n
直线运动系统 折算到电机轴上的总转动惯量、飞轮矩为
多轴系统的运动方程式
2．3 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 械的机械特性。 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。 分别如图所示：
1．反抗转矩：又称摩擦性转矩，其特点如下：
1）随着Φ 的减小，n0增加，k变大，特性变软； 2）Φ ≤Φ N，n≥nN
例3.1：一台Z2系列他励直流电动机， PN=22KW,UN=220V,IN=116A,nN=1500r/min，试计算： 1.固有机械特性 2.电枢回路串Rad=0.4Ω电阻的人为特性 3.电源电压降为100V时的人为特性 4.弱磁至Φ=ΦN时的人为特性