机电工程制图教案

机电传动控制

教案

机电传动控制教学进程

第 1 次课 2 学时

第一章概述

§1.1机电传动的目的和任务

1.传动——运动的传递（能量）

传动的分类（按机械动能传递方法）

（1）机械传动 a.齿轮

b.杠杆如：自行车驱动力、链传动

c.皮带

d.机构等刹车、连杆机构

传递力或力矩（机械能）

（2〕流体传动 a.液压与气动（压力能）

b.液力传动（流体动能）

（3）机电传动(电力拖动)

（4）另外还有其它的传动方式。

注：有时，在一个生产机械中由几种传动形式联合工作。

2.机电传动－（本课程研究的内容）

以电动机为原动机驱动生产机械的传动系统

服务对象：各种生产机械

它是一种由电能转变成机械能的传动系统，所以有时也称为电力传动或电力拖动

3. 机电传动控制

目前：由于生产技术的不断发展，生产机械的自动化程度和生产精度不断提高，所以要求机电传动系统不仅完成能量转换的工作还要对传动过程进行控制。

本课程所研究的就是这二部分内容。传动及控制

所以课程名称叫《机电传动控制》

4. 机电传动控制的任务

举例：天车的吊起、制动

机床切削过程

电梯平稳升降及定位

轧机的换向等

§1.2机电传动发展概况

简单的可以分为：a.成组拖动（传动）

b.单电机拖动

c.多电机拖动

三个阶段

从控制系统的功率器件上分类：

a.接触器和继电器时代

b.电机放大机及磁放大机时代

c.可控硅（晶闸管）

另外，由于计算机技术的发展，又出现了

a.模拟控制

b.数字控制（数控机床）

§1.3 内容安排

1.《机械电子》专业是一个以机为主机电结合的专业,课程设置（具了解）基本上是这样的

《电路基础》电学基础

《模拟电子》电子技术（弱电）

《数字电子》计算机技术

《机电传动控制》包括了所有应掌握的强电内容

用以上四门课程取代了机械专业的《电工学》课程。

2.本门课包括以下几个方面：

（1）电机原理及特性: 交、直、特殊、三～七章

（2）电器及控制：接触器，继电器;保护及控制器八章

（3）可编程序控制器：（PC）原理及应用九章

（4）可控硅原理及应用: 晶闸管十章

（5）调速系统: 交流、直流,电力拖动十一、十二章

（6）步进电机调速系统: 自动化十三章

3.课程特点综合性比较强（面宽）

实践性比较强与生产实践联系较强（教学实验）

4.教学实验计划开五个：

5.学时安排：

由于作者建议用90学时讲授，实际他用大约70学时

我们目前安排了60个学时。

教学实验建议开八个实际开出了五个

我们目前条件可开六个但学时数的关系开五个

第二章 机电传动的动力学基础

§2.1运动方程式

1.对于一个电动机输出轴上的运动情况有

T T J

d dt k dn

dt

M L - = = ω

T m 电机的输出扭矩 T L 电机的负载扭矩 ω 为角速度 J 转动惯量 n 为转速 k 为常数

2.意义：T m 与T L 之差将产生加速度

当T m >T L 时，加速 当T m

当T m =T L 时，匀速（平衡） 3.T m 与T L 的正反。 以转速的方向为准（n ）

T m ： 与n 同向时为正（拖动）反之为负（制动） T L ： 与n 反向时为正（制动）反之为负（拖动） 解释：提升重物 升：T m 为正，T L 正

降：T L 为负，T m 负（制动）第5页2个图

§2.3生产机械的机械特性

机械特性： 生产机械转轴（电机轴）上的负载转矩和转速之间的函数关系。 分为以下几种

M

n

T m T L

升

M

n

T m T L 降

§2.3.1 恒转矩机械特性

特点： 负载转矩为常数，T L ＝C 可分为: 反抗（摩擦） 与n 同号（总制动）

位能

方向一定

反抗转矩 位能转矩

离心风机特性

例切削力 吊重物

§2.3.2 离心风机特性

特点：Tc=cn 2与转速平方成正比

§2.3.3 直线型特性

特点:TL ＝cn

§2.3.4 恒功率型特性

特点:TL ＝c/n

直线型

恒功率型

§2.4 机电传动系统的稳定运行条件

电动机的机械特性是Tm=f(n) 曲线及驱动扭矩和转速的函数关系

生产机械的机械特性是T L ＝f(n)曲线及负载扭矩和转速的函数关系

当电动机作为生产机械的原动机（动力源）时，两个函数中的n 为同一个参数。

在运行中由运动方程式可知，要想稳定运行，速度应匀速不变及TL ＝Tm 时及是稳定的一个条件,所以系统稳定运行的条件之一是

T L

n

T L

n

1、电动机和生产机械的机械特性曲线应有交点 此处：Tm=T L （匀速）

例： 曲线1和2，附合这个条件,有a 、b 交点 曲线1和3，不附合

另外，应有抗干扰能力:

当有外来干扰时会引起n 变化 当干扰消失后，n 应恢复原状态 所以另一个稳定条件是:

2、当有外加干扰使n 变化时，干扰消除后n 应能自行恢复到原状态。 这件条件的判断原则是: 当n ↑TmTL

由运动方程看 T T J

d dt

M L -==ω0 当干扰使n ↑时,干扰消除后希望n ↓这时如Tm-TL<0则负加速 当干扰使n ↓时,干扰消除后希望n ↑这时如Tm-TL>0则正加速

例：a,b 两点

a 点，当n ↑时 Tm ↓—Tm' 当干扰消除后由于在n'处Tm-TL<0,所以n ↓

b 点，当n ↑时 Tm ↑—Tm'' 当干扰消除后由于在n''处Tm-TL>0,所以n ↑到n'''直

到a 点处平衡

a

b

1

2

3

a

b

n n'T L T m 'T m ''n''