机电传动控制(第三版)第1,第2章
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第1第2章机电传动动力学基础(第三版)PPT课件
6
3.“机电传动控制”课程的性质和任 务
1) 课程性质 该课程是机械类专业的一门必修的专业基础课,是机
电一体化人才所需电知识的驱体.它将电机,电器,继电器 -接触器控制,PLC,电力电子技术,自动调速系统有机地 结合在一起. 2) 课程内容 全书13章,分为5个单元: (1)机电传动系统的动力学基础和过渡过程; (2)电机及继电器-接触器控制系统; (3)可编程序控制器; (4)电力电子技术的基本知识; (5)自动调速系统.
7
3) 课程学习任务 掌握继电器-接触器控制系统的工作原理和元件选择, 掌握PLC的编程方法与应用, 掌握闭环控制系统的工作原理与性能及其应用场所. 了解电力拖动的一般知识, 了解最新电气控制技术在生产机械上的应用.
8
阅读书目:
1.齐占庆主编.机床电气控制技术(第三版).北京:机械 工业出版社.2004年6月.
折算时,可以折算到电动机轴上(高速轴),也可以折 算至低速轴上.
17
旋转运动
直线运动
三轴旋转运动折算至电动机轴上
1.负载转矩的折算
TL
TL/ C
式中,
c -传动效率;
式中,速比
j1
nM n1
jL
nM nL
3.飞轮转矩的折算
GDZ2GDM2GjD 1212GjD L2L2
2.转动惯量的折算
机电传动控制(第三版)
邓星钟 主编
“机电传动控制(第三版)”多媒体课件 湖南理工学院张万奎 2005年
1
整体概况
概况一
点击此处输入 相关文本内容
01
概况二
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02
概况三
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03
3.“机电传动控制”课程的性质和任 务
1) 课程性质 该课程是机械类专业的一门必修的专业基础课,是机
电一体化人才所需电知识的驱体.它将电机,电器,继电器 -接触器控制,PLC,电力电子技术,自动调速系统有机地 结合在一起. 2) 课程内容 全书13章,分为5个单元: (1)机电传动系统的动力学基础和过渡过程; (2)电机及继电器-接触器控制系统; (3)可编程序控制器; (4)电力电子技术的基本知识; (5)自动调速系统.
7
3) 课程学习任务 掌握继电器-接触器控制系统的工作原理和元件选择, 掌握PLC的编程方法与应用, 掌握闭环控制系统的工作原理与性能及其应用场所. 了解电力拖动的一般知识, 了解最新电气控制技术在生产机械上的应用.
8
阅读书目:
1.齐占庆主编.机床电气控制技术(第三版).北京:机械 工业出版社.2004年6月.
折算时,可以折算到电动机轴上(高速轴),也可以折 算至低速轴上.
17
旋转运动
直线运动
三轴旋转运动折算至电动机轴上
1.负载转矩的折算
TL
TL/ C
式中,
c -传动效率;
式中,速比
j1
nM n1
jL
nM nL
3.飞轮转矩的折算
GDZ2GDM2GjD 1212GjD L2L2
2.转动惯量的折算
机电传动控制(第三版)
邓星钟 主编
“机电传动控制(第三版)”多媒体课件 湖南理工学院张万奎 2005年
1
整体概况
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02
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03
《机电传动控制》PPT课件
都要靠电动机及其控制系统来实现。
机电传动控制的任务
一、机电传动的特点
• 5、机电传动系统构成：
电动机。产生原动力 生产机械。拖动对象 传动机构。传递机械能 电气控制设备。控制电动机运转 电源。对电动机和电气控制设备供电
一、机电传动的特点
• 它们之间的关系可表示为
电源
自控设 备
电动机
传动机构
的需要。
电动机
二、机电传动系统发展概况
• 1、传动方式经历了三个阶段：
成组拖动 单机拖动 多电机拖动
二、机电传动系统发展概况
传动方式 成组拖动：一台电动机带动一根天轴，再由天轴
通过带轮和传动带分别拖动各生产机械。特点： 效率低，故障影响广。
单机拖动：一台电动机拖动一个机械。特点：如
一 机电传动系统的动力学方程
电动机 （M）
TL
生产机械
TM
MM
+TL
单轴拖动系统
一 机电传动系统的动力学方程
• 单轴(单级)机电传动系统的运动方程
• 由牛顿第二定律
TM
TL
J
d
dt
(1.1)
J m 2 mD2 / 4
G mg TM----电动机转矩
GD2 J
4g
(1.2)
TL----负载转矩 GD2---飞轮矩
2 n
60
(1.3)
TM
TL
GD2 375
dn dt
(1.4)
n-----转速
t-----时间 ω 为角速度
375 4g 60
2
单位 :
米 秒分
• GD2=4J
• GD2是一个整体，不是G与D2 的乘积， GD2 由产品样本或机械手册上查出。 GD2 中的 D 为回转直径，不是实际直径。
机电传动控制的任务
一、机电传动的特点
• 5、机电传动系统构成：
电动机。产生原动力 生产机械。拖动对象 传动机构。传递机械能 电气控制设备。控制电动机运转 电源。对电动机和电气控制设备供电
一、机电传动的特点
• 它们之间的关系可表示为
电源
自控设 备
电动机
传动机构
的需要。
电动机
二、机电传动系统发展概况
• 1、传动方式经历了三个阶段：
成组拖动 单机拖动 多电机拖动
二、机电传动系统发展概况
传动方式 成组拖动：一台电动机带动一根天轴，再由天轴
通过带轮和传动带分别拖动各生产机械。特点： 效率低，故障影响广。
单机拖动：一台电动机拖动一个机械。特点：如
一 机电传动系统的动力学方程
电动机 （M）
TL
生产机械
TM
MM
+TL
单轴拖动系统
一 机电传动系统的动力学方程
• 单轴(单级)机电传动系统的运动方程
• 由牛顿第二定律
TM
TL
J
d
dt
(1.1)
J m 2 mD2 / 4
G mg TM----电动机转矩
GD2 J
4g
(1.2)
TL----负载转矩 GD2---飞轮矩
2 n
60
(1.3)
TM
TL
GD2 375
dn dt
(1.4)
n-----转速
t-----时间 ω 为角速度
375 4g 60
2
单位 :
米 秒分
• GD2=4J
• GD2是一个整体，不是G与D2 的乘积， GD2 由产品样本或机械手册上查出。 GD2 中的 D 为回转直径，不是实际直径。
机电传动控制(第1、2章)机电传动控制的目的与任务
转距方向
二、运动方程式
d T TL J dt
……运动方程式
GD T T 375
2 Nm L Nm
N m 2
d nr / min d s t
T TL Td
……转矩平衡方程式
三、传动系统的状态
1.稳态（T TL时） : d
Td J dt
机 电 传 动 控 制
第一章
概
ห้องสมุดไป่ตู้
述
1．1 机电传动控制的目的与任务
一、机电传动系统的定义 机电传动是以电动机为原动机驱动生产机械的系统的总称。 机电传动系统包括： 1. 拖动生产机械的电动机 2. 控制电动机的控制系统
二、机电系统的组成
驱动运动部件的原动机 （这里指的是各种电动机） 之总称
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
2.4 机电系统稳定运行的条件 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； 2. 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
速度。
二、机电系统稳定运行的条件
1. 必要条件
电动机的输出转矩T和负载转矩TL大小相等，方向相反。 n=f(T)和n=f(TL)必须有交点，交点被称为平衡点。
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
'
机电传动控制第1-2电子讲稿-120229-080306-090302
二、负载转矩的折算
假设电动机以 ωM角速度旋转，负载转矩 TL折算到电动机轴 上的负载转矩为Teq，而生产机械的转动速度为ωL 。则电动机输 出功率PM和负载所需功率PL分别为： PM M Teq PL L TL 考虑传动机构在传输功率的过程中有损耗，这个损耗可用效率 ηc来表示，且 减速机构的输出功率 TL L C 减速机构的输入功率 Teq M 则生产机械上的负载转矩折算到电动机轴上的等效转矩为： T T Teq L L L c M c j 式中：ηc—电动机拖动生产机械运动时的传动效率； M j L —传动机构的总传动比
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； 2. 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
来的运行速度。
二、机电系统稳定运行的条件
1. 必要条件 电动机的输出转矩TM和负载转矩TL大小相等，方向相反。 从T—n坐标上来看，就是电动机的机械特性曲线 n=f(TM)和生 产机械的机械特性曲线 n=f(TL)必须有交点，交点被称为平衡点。 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 TM<TL ；否则，当干扰使速度下降 时，有TM>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。
2.1 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
系统结构图
连接件
转距方向
电动机M通过连接件直接与生产机械相连，由电动机M产生输 出转矩TM，用来克服负载转矩TL ，带动生产机械以角速度ω（或 速度n）进行运动。
控制电机第三版答案
控制电机第三版答案【篇一：电机与电力拖动(第三版)习题参考答案】lass=txt>第1章思考题和习题一、填空题1．直流电动机主磁极的作用是产生，它由和两大部分组成。
气隙磁场、主磁极铁心和主磁极绕组2．直流电动机的电刷装置主要由、、成。
电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫3．电枢绕组的作用是产生感应电动势、电枢电流4．电动机按励磁方式分类，有他励、并励、串励、复励5．在直流电动机中产生的电枢电动势ea方向与外加电源电压及电流方向为，用来与外加电压相平衡。
相反、反电势6．直流电动机吸取电能在电动机内部产生的电磁转矩，一小部分用来克服摩擦及铁耗所引起的转矩，主要部分就是轴上的有效转矩，它们之间的平衡关系可用表示。
输出、电磁转矩=损耗转矩+输出转矩4．电枢反应不仅使合成磁场发生畸变，还使得合成磁场减小。
（√ ） 6．直流电动机的换向是指电枢绕组中电流方向的改变。
（√ ）三、选择题(将正确答案的序号填入括号内)1．直流电动机在旋转一周的过程中，某一个绕组元件(线圈)中通过的电流是( b )。
a．直流电流 b．交流电流c．互相抵消，正好为零2．在并励直流电动机中，为改善电动机换向而装设的换向极，其换向绕组( b )。
a．应与主极绕组串联 b．应与电枢绕组串联c．应由两组绕组组成，一组与电枢绕组串联，另一组与电枢绕组并联3．直流电动机的额定功率pn是指电动机在额定工况下长期运行所允许的( a )。
a．从转轴上输出的机械功率 b．输入电功率c．电磁功率4．直流电动机铭牌上的额定电流是。
( c )。
a．额定电枢电流 b．额定励磁电流c．电源输入电动机的电流5．在—个4极直流电动机中，n、s表示主磁极的极性，n、s表示换向极的极性。
顺着转子的旋转方向，各磁极的排列顺序应为( c )。
a．n—n—n—n—s—s一s—sb．n—s—n—s一s—n—s—nc．n—n—s—s一n一n—s—sd．n—s一s—n—n—s一s—n四、简答题1．有一台复励直流电动机，其出线盒标志已模糊不清，试问如何用简单的方法来判别电枢绕组、并励绕组和串励绕组?答：根据阻值大小和绕组直径判断。
程宪平机电传动与控制(第三版)课件
步进电机的工作原理和控制方式
要点一
步进电机工作原理
要点二
控制方式
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机 电元件，通过按一定顺序给定子各相绕组输入脉冲信号， 实现转子转动。
通过改变输入脉冲的频率、数量和相序，可以控制步进电 机的转速、方向和位置。
伺服电机的工作原理和控制方式
伺服电机工作原理
启动控制
直流电机的启动控制包括直接启动和降 压启动两种方式，直接启动适用于小容 量电机，降压启动适用于大容量电机， 通过降低启动电流来保护电机。
VS
制动控制
直流电机的制动控制包括能耗制动、反接 制动和回馈制动三种方式，能耗制动通过 在电枢两端反接制动电阻实现，反接制动 通过在电枢两端反接电源实现，回馈制动 则是通过能量回馈实现。
电气传动的发展
随着电力技术的出现，直流电机、交流电机等电气 传动系统逐渐取代了机械传动。
控制理论的引入
随着控制理论的发展，现代的机电传动与控制系统 逐渐形成，并广泛应用于各个领域。
机电传动与控制的重要性和应用领域
80%
工业自动化
机电传动与控制是实现工业自动 化的关键技术之一，能够提高生 产效率和产品质量。
100%
智能制造
在智能制造领域，机电传动与控 制技术能够实现自动化生产线和 智能设备的控制。
80%
新能源领域
在新能源领域，如风能、太阳能 等，机电传动与控制技术能够实 现高效、可靠的能源转换和利用 。
课程的主要内容和学习方法
主要内容
机电传动与控制系统的基本原理、电机及其驱动、控制系统设计 、实践环节等。
程宪平《机电传动与控制（第 三版》课件
目
CONTENCT
《机电传动控制》笔记
《机电传动控制》笔记第一章：绪论1.1 简介《机电传动控制》将机械工程与电气工程相结合，通过研究电机、驱动器以及控制系统来实现对机械设备的有效操作。
本课程旨在培养学生理解并掌握机电一体化系统的设计原理和方法，为将来从事相关领域的科研或工程实践打下坚实的基础。
1.2 机电传动控制系统的基本概念•定义：机电传动控制系统是指利用电气、电子及计算机技术来控制机械设备运动的系统。
•组成要素：o执行机构（如电动机）：负责产生驱动力。
o传感器：用于监测系统的状态信息。
o控制器：根据设定的目标值与实际反馈进行比较，并据此调整执行机构的动作。
o被控对象：即需要被控制的机械设备。
•工作流程：输入信号 → 控制器处理 → 输出信号 → 执行机构响应 → 反馈至控制器形成闭环回路。
1.3 发展历程与趋势自20世纪初以来，随着电力技术的发展，人们开始尝试用电能替代传统的蒸汽动力来进行工业生产。
到了20世纪中后期，随着微处理器技术和自动控制理论的进步，机电传动控制逐渐从简单的手动调节向自动化方向转变。
近年来，智能化、网络化成为该领域的主要发展方向之一。
未来，预计还将进一步融入物联网(IoT)、大数据分析等先进技术，提高整个系统的效率与可靠性。
第二章：电力拖动基础2.1 电机类型及其工作原理•直流电机o结构：由定子（包括主磁极、换向极）、转子（电枢铁心+绕组）、换向器三部分组成。
o工作原理：当电流通过电枢绕组时，在磁场作用下会产生电磁力矩使转子旋转；改变电压大小可以调节转速。
•交流电机o异步电机（感应电机）▪特点：简单耐用、成本低。
▪分类：单相、三相。
▪工作原理：依靠定子产生的旋转磁场切割转子导条，从而在转子内部形成闭合电路产生感应电流，进而产生转矩。
o同步电机▪特点：适用于高精度场合。
▪工作方式：转子转速严格等于电网频率与极对数之比，可通过改变励磁电流来调整输出功率因数。
2.2 电动机的选择原则选择合适的电动机对于确保整个系统的性能至关重要。
程宪平机电传动与控制(第三版)课件
控制系统的设计方法
经典控制理论设计方法
经典控制理论主要采用根轨迹法和频 率法等设计控制器，以达到系统的稳 定性、快速性和准确性要求。
现代控制理论设计方法
现代控制理论主要采用状态空间法设 计控制器，以达到最优控制和自适应 控制等高级控制目标。
05
机电传动控制系统实例
Chapter
数控机床的传动控制系统实例
电动机的发明和应用，使得机械传动 和控制技术进入电气时代。
机电传动与控制的重要性
01
提高生产效率
通过精确的传动和控 制，实现自动化生产 ，提高生产效率。
02
保证产品质量
精确的传动和控制技 术可以保证产品质量 的稳定性和一致性。
03
降低能耗
优化传动和控制方式 ，降低能源消耗，实 现节能减排。
04
提高安全性
1 2
控制系统的定义
控制系统是由控制器、受控对象和反馈通路组成 的整体。
控制系统的分类
按照不同的分类标准，如控制方式、控制精度、 控制速度等，可以将控制系统分为多种类型。
3
控制系统的基本组成
控制系统由控制器、受控对象和反馈通路三部分 组成，其中控制器负责调节受控对象的输出，使 其达到预定的目标值。
控制系统的数学模型
自动化生产线的传动控制系统实例
自动化生产线概述
自动化生产线是一种高度自动化的生产流程，通过自动化 设备实现生产过程的连续性和高效性。
自动化生产线的传动系统
自动化生产线的传动系统主要包括传送带、提升机和传动 装置等部分，通过精确控制实现生产线的连续运转。
自动化生产线的控制技术
自动化生产线的控制技术主要包括可编程逻辑控制器、分 布式控制系统和传感器等，实现对生产线的精确控制。
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TM
TM＞TL n n TL
解:TM与n反向为负,TL与n 反向为正,运动方程如下式; 状态为减速.
TM GD 2 dn TL 375 dt
举例
例2:提升重物过程如左图示, 写出运动方程式. 解:(a)中,提升重物,TM为 正,TL为正,运动方程式为:
GD 2 dn TM TL 375 dt
1)n f (TM )和 n f (TL ) 两条特 性曲线有交点,该交点称之 为系统的平衡点. 2)当转速大于平衡点对应的 转速时,有: TM<TL; 当转速小于平衡点对应 的转速时, 有: TM ＞ TL
2.稳定工作点判别
稳定运行判别举例
例1, 试判别右图所示三相 异步电动机特性曲线与 恒转矩负载特性曲线组 成系统的稳定平衡点. 分析:
稳定判别举例
例2 右图中b点是不是稳定 平衡点?为什么?
解:b点是平衡工作点. 1)两条曲线有交点b; 2)当转速大于b点对应 的转速时,即在b点上方作 一条虚线,与这两条曲线有 交点,其中,与负载特性曲 线的交点位于与电动机特 性曲线交点的右侧,即电动 机转矩小于负载转矩.
n f (TL )
2.恒功率特性 特点:负载转矩与转速成反比, 功率基本不变.
举例:球磨机, 碎石机, 机床的主运动.
3.通风机特性 特点:负载转矩与转速的平 方成正比.
举例:水泵, 通风机. 风机,水泵电动机的容 量占工业用户总用电量 的70%.
2.4机电传动系统稳定运行的条件
1.机电传动系统稳定运行 的条件
三轴直线运动折算到电动机轴上
1.负载转矩的折算 提升时 TL 9.55 FV nM 下降时 T 9.55 FV L
nM
3.飞轮转矩的折算
GD12 GDL 2 GV 2 GDZ 2 GDM 2 2 2 365 2 j1 jL nM
2.转动惯量的折算
J1 J L V2 JZ JM 2 2 m 2 j1 JL M
电气控制系统的发展概况
3) 可编程序控制器(PLC) 是继电器常规控制技术与微机技术的结合,是一台按 开关量输入的工业控制专用计算机; 具有逻辑运算功能,定时/计数功能,数字运算功能,通 信功能. 4) 计算机数字控制系统 1952年美国出现第一台数控铣床,1958年出现加工中 心,20世纪70年代CNC应用于数控机床和加工中心,80年 代出现了柔性制造系统(FNS); 提高了生产机械的通用性和效率,实现机械加工全盘 自动化.
2.2转矩.转动惯量和飞轮转矩的折算
实际拖动系统一般是多轴传动系统,该系统的运动 方程式,是将其转矩等折算到一根轴上,再按2.1的方法 列出运动方程式. 折算时,可以折算到电动机轴上(高速轴),也可以折 算至低速轴上.
旋转运动
直线运动
三轴旋转运动折算至电动机轴上
1.负载转矩的折算
式中,速比
TL
TM
TM
d TL J dt
GD 2 dn TL 375 dt
定义式
工程计算式
d TM TL J dt
TM
GD 2 dn TL 375 dt
在上述两个式子中: TM-电动机转矩; TL-负载转矩; J-转动惯量; GD2-飞轮转矩, 且J=mD2 /4 =(GD2) 1/4g; = 2 n
则工程计算式可写为: TM-TL= Td
讨论: 1)当Td=0时,系统为稳态; 2)当Td≠0时,系统为动态: (1) Td＞0,dn/dt=a＞0, 系统加速; (2) Td＜0,dn/dt=a＜0, 系统减速. 因此,TM,TL有大小,有方向.
3.TM,TL的正方向及性质
举例 以转速n为参考量 (先定下n的正方向); 规定: 与n方向相同的TM为 正,与n方向相反的TL为正; 与n方向相反的TM为 负,与n方向相同的TL为负. 例1:列出下图系统的运动 方程式,并说明运动状态.
1 3
GD22 245Nm2
n2 1000r / m
GD3 735Nm
2
2
n3 500r / m
dnL TM / TL / 3.5(r / m) s 1 GDZ 2 dt 375
计算举例题图(a)
2.3 生产机械的机械特性
1.恒转矩特性 1)特点:负载转矩为常数; 2)分类: 反抗转矩：主要是摩擦，机床的切削力产 生的负载，恒与运动方向相反。（注意机 床的主轴是恒功率，进给是恒转矩） 位移转矩：作用方向恒定与运动方向无 关，提升方向相反下降方向相同，但是TL 始终不变，特点是在一四象限。 反抗性转矩TL的符号总是正的，位能性转矩TL 的符号有时正有时负号。 举例:设备的提升机构, 提升机的行走机构, 皮带运输机, 机床进给运动.
第2章 机电传动系统的动力学基础
掌握机电传动系统的运动方程式,用它来分析 机电传动系统的运动状态; 了解多轴拖动系统中转矩,转动惯量和飞轮转 矩的折算方法; 了解几种典型生产机械的机械特性;
掌握机电传动系统稳定运行的条件.
2.1 机电传动系统Fra bibliotek运动方程式1.单轴机电传动系统运动方程式:
3) 课程学习任务
掌握继电器-接触器控制系统的工作原理和元件选择,
掌握PLC的编程方法与应用,
掌握闭环控制系统的工作原理与性能及其应用场所.
了解电力拖动的一般知识, 了解最新电气控制技术在生产机械上的应用.
阅读书目:
1.齐占庆主编.机床电气控制技术(第三版).北京:机械 工业出版社.2004年6月. 2.陈伯时主编.电力拖动自动控制系统(第三版).北京: 机械工业出版社.2003年8月. 3.程宪平主编.机电传动与控制(第二版).武汉:华中科 技大学出版社.2003年9月. 4.魏炳贵主编.电力拖动基础.北京:机械工业出版 社.2000年8月.
3.“机电传动控制”课程的性质和任 务 1) 课程性质
该课程是机械类专业的一门必修的专业基础课,是机 电一体化人才所需电知识的驱体.它将电机,电器,继电 器-接触器控制,PLC,电力电子技术,自动调速系统有机 地结合在一起. 2) 课程内容 全书13章,分为5个单元: (1)机电传动系统的动力学基础和过渡过程; (2)电机及继电器-接触器控制系统; (3)可编程序控制器; (4)电力电子技术的基本知识; (5)自动调速系统.
2.电气控制系统的发展概况
1) 继电器-接触器控制系统 能对控制对象实现起动,制动,有级调速控制; 结构简单,动作可靠;控制速度慢,控制精度差. 2) 连续控制方式和自动控制系统 20世纪30年代的电机放大机控制,40-50年代的磁放大 器控制和水银整流器控制,1958年以后的晶闸管-直流电 动机无级调速系统,80年代以来的新型电力电子元件-交 流电动机无级调速系统; 控制简单,可靠性高,连续控制,拖动性能好.
要注意式上面几个式子 中各个符号代表的物理意 义.
计算举例
例3 机电传动系统如下图(a) 解:这是折算到低速轴 所示.已知每根轴的飞轮 n 转矩和转速,负载转矩为 TM / TM jc TM 1 c 132.3Nm n3 98 Nm 2 ,电动机拖动转矩 2 2 n 2 2 n2 2 2 2 Nm 2 ,传动效率0.9,求 GDZ GD1 ( n ) GD2 ( ) GD3 3675 Nm 29.4 n3 生产机械轴上的加速度 是多少? 由公式可得生产机械轴上 的加速度为 GD12 87.4 Nm2 n1 2500r / m
由机电传动系统 稳定判据的两个条件, 分别判别图中a点和b 点是否满足稳定运行 的条件.
解: 1)有交点a和b; 2)对于a点,当转速小于 a点对应的转速时,电动 机的转矩大于负载转 矩,a点是平衡点; 对于b点,当转速小于 b点对应的转速时,电动 机的转矩小于负载转 矩,b点不是平衡点. (同学们可自己作一 条b点以下的线)
(b)中,仍为提升重物, 但TM为负,TL为正, 运动方程式为:
思考题:试分析图(a)和图(b)系统的运动状态.
GD 2 dn TM TL 375 dt
思考题
图(a)中,要能提升重 物,必须有TM>TL,系 统加速.
图(b)中,电动机转矩为负, 也是制动转矩,系统减速提 升,直至停止.
机电传动控制(第三版)
华中科技大学出版社
“机电传动控制(第三版)”多媒体课件
河南工程学院 刘豫喜 2005年
第1章
概述
机电传动的发展概况; 电气控制系统的发展概况; “机电传动控制”课程的性质和任务.
1.机电传动发展的概况
1) 成组拖动 一台电动机---一根天轴---一组生产机械设备 机构复杂,损耗大,效率低,工作可靠性差. 2) 单台电动机拖动 一台电动机---一台设备 当生产机械设备运动部件较多时,机构仍复杂,满足不 了生产工艺要求. 3) 多台电动机拖动 一台专门的电动机---同一台设备的每一个运动部件 机构简单,控制灵活,便于生产机械的自动化. 举例:龙门刨床的刨台,左垂直刀架,右垂直刀架,侧刀架, 横梁,夹紧机构,都是分别由一台电动机拖动的.
式中,
C
TL
/
nM j1 n1
nM jL nL
c -传动效率;
3.飞轮转矩的折算
GD12 GDL 2 GDZ 2 GDM 2 2 2 j1 jL
式中,
2.转动惯量的折算
J1 JL JZ JM 2 2 j1 jL
GDM GD GDL
2
2 1
2
分别为电动机轴,中间传动 轴,生产机械轴上的飞轮转 矩.
讨论.在上式中: 1)当TM=TL时,n为常 数.dn/dt=0,状态为恒速; 称之为稳态或静态. 2)当TM≠TL时,n为变 数,dn/dt ≠0,状态为加速 或减速;称之为动态.
TM＞TL n n TL
解:TM与n反向为负,TL与n 反向为正,运动方程如下式; 状态为减速.
TM GD 2 dn TL 375 dt
举例
例2:提升重物过程如左图示, 写出运动方程式. 解:(a)中,提升重物,TM为 正,TL为正,运动方程式为:
GD 2 dn TM TL 375 dt
1)n f (TM )和 n f (TL ) 两条特 性曲线有交点,该交点称之 为系统的平衡点. 2)当转速大于平衡点对应的 转速时,有: TM<TL; 当转速小于平衡点对应 的转速时, 有: TM ＞ TL
2.稳定工作点判别
稳定运行判别举例
例1, 试判别右图所示三相 异步电动机特性曲线与 恒转矩负载特性曲线组 成系统的稳定平衡点. 分析:
稳定判别举例
例2 右图中b点是不是稳定 平衡点?为什么?
解:b点是平衡工作点. 1)两条曲线有交点b; 2)当转速大于b点对应 的转速时,即在b点上方作 一条虚线,与这两条曲线有 交点,其中,与负载特性曲 线的交点位于与电动机特 性曲线交点的右侧,即电动 机转矩小于负载转矩.
n f (TL )
2.恒功率特性 特点:负载转矩与转速成反比, 功率基本不变.
举例:球磨机, 碎石机, 机床的主运动.
3.通风机特性 特点:负载转矩与转速的平 方成正比.
举例:水泵, 通风机. 风机,水泵电动机的容 量占工业用户总用电量 的70%.
2.4机电传动系统稳定运行的条件
1.机电传动系统稳定运行 的条件
三轴直线运动折算到电动机轴上
1.负载转矩的折算 提升时 TL 9.55 FV nM 下降时 T 9.55 FV L
nM
3.飞轮转矩的折算
GD12 GDL 2 GV 2 GDZ 2 GDM 2 2 2 365 2 j1 jL nM
2.转动惯量的折算
J1 J L V2 JZ JM 2 2 m 2 j1 JL M
电气控制系统的发展概况
3) 可编程序控制器(PLC) 是继电器常规控制技术与微机技术的结合,是一台按 开关量输入的工业控制专用计算机; 具有逻辑运算功能,定时/计数功能,数字运算功能,通 信功能. 4) 计算机数字控制系统 1952年美国出现第一台数控铣床,1958年出现加工中 心,20世纪70年代CNC应用于数控机床和加工中心,80年 代出现了柔性制造系统(FNS); 提高了生产机械的通用性和效率,实现机械加工全盘 自动化.
2.2转矩.转动惯量和飞轮转矩的折算
实际拖动系统一般是多轴传动系统,该系统的运动 方程式,是将其转矩等折算到一根轴上,再按2.1的方法 列出运动方程式. 折算时,可以折算到电动机轴上(高速轴),也可以折 算至低速轴上.
旋转运动
直线运动
三轴旋转运动折算至电动机轴上
1.负载转矩的折算
式中,速比
TL
TM
TM
d TL J dt
GD 2 dn TL 375 dt
定义式
工程计算式
d TM TL J dt
TM
GD 2 dn TL 375 dt
在上述两个式子中: TM-电动机转矩; TL-负载转矩; J-转动惯量; GD2-飞轮转矩, 且J=mD2 /4 =(GD2) 1/4g; = 2 n
则工程计算式可写为: TM-TL= Td
讨论: 1)当Td=0时,系统为稳态; 2)当Td≠0时,系统为动态: (1) Td＞0,dn/dt=a＞0, 系统加速; (2) Td＜0,dn/dt=a＜0, 系统减速. 因此,TM,TL有大小,有方向.
3.TM,TL的正方向及性质
举例 以转速n为参考量 (先定下n的正方向); 规定: 与n方向相同的TM为 正,与n方向相反的TL为正; 与n方向相反的TM为 负,与n方向相同的TL为负. 例1:列出下图系统的运动 方程式,并说明运动状态.
1 3
GD22 245Nm2
n2 1000r / m
GD3 735Nm
2
2
n3 500r / m
dnL TM / TL / 3.5(r / m) s 1 GDZ 2 dt 375
计算举例题图(a)
2.3 生产机械的机械特性
1.恒转矩特性 1)特点:负载转矩为常数; 2)分类: 反抗转矩：主要是摩擦，机床的切削力产 生的负载，恒与运动方向相反。（注意机 床的主轴是恒功率，进给是恒转矩） 位移转矩：作用方向恒定与运动方向无 关，提升方向相反下降方向相同，但是TL 始终不变，特点是在一四象限。 反抗性转矩TL的符号总是正的，位能性转矩TL 的符号有时正有时负号。 举例:设备的提升机构, 提升机的行走机构, 皮带运输机, 机床进给运动.
第2章 机电传动系统的动力学基础
掌握机电传动系统的运动方程式,用它来分析 机电传动系统的运动状态; 了解多轴拖动系统中转矩,转动惯量和飞轮转 矩的折算方法; 了解几种典型生产机械的机械特性;
掌握机电传动系统稳定运行的条件.
2.1 机电传动系统Fra bibliotek运动方程式1.单轴机电传动系统运动方程式:
3) 课程学习任务
掌握继电器-接触器控制系统的工作原理和元件选择,
掌握PLC的编程方法与应用,
掌握闭环控制系统的工作原理与性能及其应用场所.
了解电力拖动的一般知识, 了解最新电气控制技术在生产机械上的应用.
阅读书目:
1.齐占庆主编.机床电气控制技术(第三版).北京:机械 工业出版社.2004年6月. 2.陈伯时主编.电力拖动自动控制系统(第三版).北京: 机械工业出版社.2003年8月. 3.程宪平主编.机电传动与控制(第二版).武汉:华中科 技大学出版社.2003年9月. 4.魏炳贵主编.电力拖动基础.北京:机械工业出版 社.2000年8月.
3.“机电传动控制”课程的性质和任 务 1) 课程性质
该课程是机械类专业的一门必修的专业基础课,是机 电一体化人才所需电知识的驱体.它将电机,电器,继电 器-接触器控制,PLC,电力电子技术,自动调速系统有机 地结合在一起. 2) 课程内容 全书13章,分为5个单元: (1)机电传动系统的动力学基础和过渡过程; (2)电机及继电器-接触器控制系统; (3)可编程序控制器; (4)电力电子技术的基本知识; (5)自动调速系统.
2.电气控制系统的发展概况
1) 继电器-接触器控制系统 能对控制对象实现起动,制动,有级调速控制; 结构简单,动作可靠;控制速度慢,控制精度差. 2) 连续控制方式和自动控制系统 20世纪30年代的电机放大机控制,40-50年代的磁放大 器控制和水银整流器控制,1958年以后的晶闸管-直流电 动机无级调速系统,80年代以来的新型电力电子元件-交 流电动机无级调速系统; 控制简单,可靠性高,连续控制,拖动性能好.
要注意式上面几个式子 中各个符号代表的物理意 义.
计算举例
例3 机电传动系统如下图(a) 解:这是折算到低速轴 所示.已知每根轴的飞轮 n 转矩和转速,负载转矩为 TM / TM jc TM 1 c 132.3Nm n3 98 Nm 2 ,电动机拖动转矩 2 2 n 2 2 n2 2 2 2 Nm 2 ,传动效率0.9,求 GDZ GD1 ( n ) GD2 ( ) GD3 3675 Nm 29.4 n3 生产机械轴上的加速度 是多少? 由公式可得生产机械轴上 的加速度为 GD12 87.4 Nm2 n1 2500r / m
由机电传动系统 稳定判据的两个条件, 分别判别图中a点和b 点是否满足稳定运行 的条件.
解: 1)有交点a和b; 2)对于a点,当转速小于 a点对应的转速时,电动 机的转矩大于负载转 矩,a点是平衡点; 对于b点,当转速小于 b点对应的转速时,电动 机的转矩小于负载转 矩,b点不是平衡点. (同学们可自己作一 条b点以下的线)
(b)中,仍为提升重物, 但TM为负,TL为正, 运动方程式为:
思考题:试分析图(a)和图(b)系统的运动状态.
GD 2 dn TM TL 375 dt
思考题
图(a)中,要能提升重 物,必须有TM>TL,系 统加速.
图(b)中,电动机转矩为负, 也是制动转矩,系统减速提 升,直至停止.
机电传动控制(第三版)
华中科技大学出版社
“机电传动控制(第三版)”多媒体课件
河南工程学院 刘豫喜 2005年
第1章
概述
机电传动的发展概况; 电气控制系统的发展概况; “机电传动控制”课程的性质和任务.
1.机电传动发展的概况
1) 成组拖动 一台电动机---一根天轴---一组生产机械设备 机构复杂,损耗大,效率低,工作可靠性差. 2) 单台电动机拖动 一台电动机---一台设备 当生产机械设备运动部件较多时,机构仍复杂,满足不 了生产工艺要求. 3) 多台电动机拖动 一台专门的电动机---同一台设备的每一个运动部件 机构简单,控制灵活,便于生产机械的自动化. 举例:龙门刨床的刨台,左垂直刀架,右垂直刀架,侧刀架, 横梁,夹紧机构,都是分别由一台电动机拖动的.
式中,
C
TL
/
nM j1 n1
nM jL nL
c -传动效率;
3.飞轮转矩的折算
GD12 GDL 2 GDZ 2 GDM 2 2 2 j1 jL
式中,
2.转动惯量的折算
J1 JL JZ JM 2 2 j1 jL
GDM GD GDL
2
2 1
2
分别为电动机轴,中间传动 轴,生产机械轴上的飞轮转 矩.
讨论.在上式中: 1)当TM=TL时,n为常 数.dn/dt=0,状态为恒速; 称之为稳态或静态. 2)当TM≠TL时,n为变 数,dn/dt ≠0,状态为加速 或减速;称之为动态.