機(jī)電傳動(dòng)控制1-3

1、 它是你建筑(jinzh)機(jī)電專業(yè)大廈的基石 濟(jì)南大學(xué) 機(jī)電傳動(dòng)控制課題組制作精品資料1.1 機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)的組成要素 第一臺(tái)火星(huxng)探測(cè)器Sojourner第一章 概 述洗衣機(jī)精品資料1.1 機(jī)電(jdin)一體化技術(shù)產(chǎn)品的組成要素 第一章 概 述六軸工業(yè)(gngy)機(jī)械手精品資料1.1 機(jī)電(jdin)一體化技術(shù)產(chǎn)品的組成要素 第一章 概 述數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床 本機(jī)床屬三座標(biāo)數(shù)控銑床，能完成銑、本機(jī)床屬三座標(biāo)數(shù)控銑床，能完成銑、鏜、鉆等切削運(yùn)動(dòng)，可在沒有模具的情鏜、鉆等切削運(yùn)動(dòng)，可在沒有模具的情況下完成凸輪、樣板、模具等形狀復(fù)雜況下完成凸輪、樣板、模具等形狀復(fù)雜零

2、件的加工零件的加工(ji gng)。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、主軸采用無級(jí)調(diào)速。、主軸采用無級(jí)調(diào)速。 2、進(jìn)給系統(tǒng)由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。、進(jìn)給系統(tǒng)由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 3、滑動(dòng)面優(yōu)質(zhì)貼塑與淬硬磨削導(dǎo)軌、滑動(dòng)面優(yōu)質(zhì)貼塑與淬硬磨削導(dǎo)軌 配合，具有良好耐磨性及伺服性。配合，具有良好耐磨性及伺服性。 4、配有主軸快換螺母換刀裝置。、配有主軸快換螺母換刀裝置。 5、根據(jù)需要可加配第四軸。、根據(jù)需要可加配第四軸。 數(shù)控機(jī)床精品資料第一章 概 述1.1 機(jī)電一體化技術(shù)(jsh)產(chǎn)品的組成要素 傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)信息處理機(jī)械(jxi)本體精品資料機(jī)電系統(tǒng)完成生產(chǎn)任務(wù)(rn wu)的基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件的原動(dòng)機(jī)（各種( zh

3、n)電動(dòng)機(jī)）之總稱電動(dòng)機(jī)和控制電動(dòng)機(jī)的一整套電氣系統(tǒng)第一章 概 述1.1 機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品的組成要素 控制電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng) 精品資料第一章 概 述1. 機(jī)電(jdin)傳動(dòng)的目的和任務(wù) 傳動(dòng)：運(yùn)動(dòng)的傳遞（能量(nngling)） 1).傳動(dòng)的分類 機(jī)械傳動(dòng)：齒輪、杠桿、皮帶 流體傳動(dòng)：液壓與氣動(dòng)，液力傳動(dòng) 機(jī)電傳動(dòng)：電動(dòng)機(jī)注：有時(shí)，在一個(gè)生產(chǎn)機(jī)械中由幾種傳動(dòng)形式聯(lián)合工作。2）機(jī)電傳動(dòng)(又稱電力傳動(dòng)或電力拖動(dòng))：就是指以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)之總稱。精品資料第一章 概 述 目前由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)精度不斷提高，所以要求機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)不僅完成能量(nngling

4、)轉(zhuǎn)換的工作還要對(duì)傳動(dòng)過程進(jìn)行控制。3）機(jī)電傳動(dòng)(chundng)控制 1. 機(jī)電傳動(dòng)的目的和任務(wù) 精品資料 重型鏜床為保證加工精度和粗糙度，要求在極慢的穩(wěn)速下進(jìn)給，即要求系統(tǒng)(xtng)有很寬的調(diào)速范圍； 軋鋼車間的可逆式軋機(jī)及其輔助機(jī)械，操作頻繁，要求在不到一秒的時(shí)間內(nèi)完成從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程(guchng)，即要求系統(tǒng)能迅速啟動(dòng)、制動(dòng)和反向； 對(duì)于電梯和提升機(jī)，則要求啟動(dòng)和制動(dòng)平穩(wěn)，并能準(zhǔn)確地停止在給定的位置上； 對(duì)于冷、熱連軋機(jī)以及造紙機(jī)的個(gè)機(jī)架或分部，則要求各機(jī)架或各分部的轉(zhuǎn)速保持一定的比例關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)； 為了提高效率，由數(shù)臺(tái)或十幾臺(tái)設(shè)備組成的生產(chǎn)自動(dòng)線，要求統(tǒng)一控制或管理。第一章

5、 概 述機(jī)電傳動(dòng)控制： 精品資料1、任務(wù)(rn wu)： 將電能(dinnng)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能； 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的啟動(dòng)、停止以及速度的 調(diào)節(jié)； 完成各種生產(chǎn)工藝過程的要求； 保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。第一章 概 述機(jī)電傳動(dòng)的目的和任務(wù) 精品資料2、目的(md)： 從廣義上講，機(jī)電傳動(dòng)控制(kngzh)的目的就是要使生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線、車間乃至整個(gè)工廠都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 從狹義上講，則指控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量的增加（效率）、質(zhì)量的提高（精度）、生產(chǎn)成本的降低、工人勞動(dòng)條件的改善以及能量的合理利用等。 第一章 概 述機(jī)電傳動(dòng)的目的和任務(wù) 精品資料第一章 概 述1.3 機(jī)電(jdin)傳動(dòng)及其

6、控制系統(tǒng)的發(fā)展概況機(jī)電(jdin)傳動(dòng)的發(fā)展：成組拖動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一根天軸（或地軸(dzhu)），然后再由天軸（或地軸(dzhu)）通過皮帶輪和皮帶分別拖動(dòng)多臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械。 單電機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械的各運(yùn)動(dòng)部件。多電機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件分別由不同的電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)。 特點(diǎn)是生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)條件差、一旦電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，將造成成組的生產(chǎn)機(jī)械停車； 這種拖動(dòng)方式較成組拖動(dòng)前進(jìn)了一步，但當(dāng)一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件較多時(shí)，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仍十分復(fù)雜；精品資料第一章 概 述1.3 機(jī)電傳動(dòng)及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 控制系統(tǒng)的發(fā)展： 接觸器繼電器控制: 控制速度慢，控制精度差。 電機(jī)放大機(jī)控制:

7、實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制。 晶閘管、晶體管控制： 控制特性好，反應(yīng)(fnyng)快，壽命 長，可靠性高，維護(hù)容易，體積小，重量輕。 計(jì)算機(jī)控制：把晶閘管技術(shù)與微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī) 技術(shù)結(jié)合在一起，使晶體管和晶閘管控制具有 強(qiáng)大的生命力。精品資料第一章 概 述1. 課程的性質(zhì)的和任務(wù) 性質(zhì)：是機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)課程。 任務(wù)：以伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為主導(dǎo)，以控制(kngzh)為線 索，系統(tǒng)介紹電動(dòng)機(jī)基本原理、運(yùn)行 特性、控制(kngzh)方法、控制(kngzh)手段等知識(shí)。精品資料第一章 概 述1.5 課程(kchng)的內(nèi)容安排重 點(diǎn) 內(nèi) 容 第二章 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性

8、第四章 交流電機(jī)的工作原理及特性 第五章 控制電動(dòng)機(jī) 第六章 繼電器-接觸器控制 第九章 直流調(diào)速系統(tǒng) 第十章 交流自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)精品資料精品資料本 章 重 點(diǎn)掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式及多軸拖動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩的折算(sh sun)；學(xué)會(huì)分析機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。本章內(nèi)容不僅適用(shyng)于直流電機(jī)拖動(dòng)，也適用(shyng)于交流電機(jī)拖動(dòng)，是電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。精品資料2.1 機(jī)電(jdin)傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程一、單軸機(jī)電(jdin)傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程dtdvmFFL直線：dtdJTTLM旋轉(zhuǎn)：其中：TM 電磁轉(zhuǎn)矩 TL 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 J 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, J=m2精品資料2.1 機(jī)電(jdin)

9、傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程dtdJTTLM運(yùn)動(dòng)(yndng)方程式： 60/2 n實(shí)際工程中：常用飛輪轉(zhuǎn)矩GD2代替J，用n代替。gJGDmJDgG42422dtdnGDTTLM3752精品資料dLMdLMTTTTdtdnGDTT3752動(dòng)態(tài)(dngti)轉(zhuǎn)矩2）當(dāng)TM TL 時(shí)，dn/dt 0，系統(tǒng)(xtng)加速， 當(dāng)TMTL 時(shí)，dn/dt 0，系統(tǒng)(xtng)減速。討論： 1）當(dāng) TM=TL 時(shí)，加速度為零，電機(jī)轉(zhuǎn)速為零或 為常數(shù)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為靜態(tài)（或穩(wěn)態(tài)）；動(dòng)態(tài)2.1 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程運(yùn)動(dòng)狀態(tài)精品資料dLMTdtdnGDTT 37522.1 機(jī)電(jdin)傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程N(yùn)ot

10、ice: TM、TL、n 的參考(cnko)方向 以轉(zhuǎn)速n的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)閰⒖?，TM的方向與轉(zhuǎn)速n的方向相同時(shí)，為正方向；TL的方向與轉(zhuǎn)速n的方向相反為正方向。精品資料dLMTdtdnGDTT 37522.1 機(jī)電(jdin)傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 TM、TL、n 的參考(cnko)方向例：起重機(jī)提升重物時(shí)的啟動(dòng)和制動(dòng)過程（即加速和減速上升）。a）啟動(dòng)時(shí): TM TL =Td b）制動(dòng)時(shí): -TM - TL=Td精品資料2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪(filn)轉(zhuǎn)矩的折算多軸拖動(dòng)系統(tǒng)(xtng)：等效折算為單軸拖動(dòng)系統(tǒng)：dtdnGDTTLM3752精品資料2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪(filn)轉(zhuǎn)矩的

11、折算1.負(fù)載(fzi)轉(zhuǎn)矩的折算a) 對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：折算原則：功率守恒電動(dòng)狀態(tài)：MLMLLLTPTP后：前：LMCLMCLLLMLLLCMLCCjjTTTTTPP / 其中其中，等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩，為傳動(dòng)效率，為傳動(dòng)效率，精品資料2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪(filn)轉(zhuǎn)矩的折算1.負(fù)載(fzi)轉(zhuǎn)矩的折算a) 對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：折算原則：功率守恒MLMLLLTPTP后：前：.:/,321率，為整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總效其中等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩CCLMLCMLLCLLLCMLLCMNoticejjTTTTTPP制動(dòng)狀態(tài)：精品資料b) 對(duì)于(duy)直線運(yùn)動(dòng)：MCLMMMLCMLMLnFTnTFTPvFP /

12、55. 960/2/:; ，電動(dòng)：電動(dòng)：后后，前前2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪(filn)轉(zhuǎn)矩的折算折算原則：功率守恒MCLnFT/55. 9制動(dòng)：精品資料2. 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算 折算原則(yunz)：動(dòng)能守恒設(shè)傳動(dòng)系統(tǒng)有m個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)件和n個(gè)平動(dòng)件組成，轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度分別為 Ji和i；平動(dòng)件的質(zhì)量和速度分別為mj和vj；系統(tǒng)總的動(dòng)能為：2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪(filn)轉(zhuǎn)矩的折算njjjmiiivmJE121212121折算到電機(jī)軸上時(shí)，系統(tǒng)總動(dòng)能為：2221MJE精品資料21233222)(/MjnjjMvmjJjJJJ2/LLMjJJJ動(dòng)慣量忽略中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)

13、慣量和飛輪(filn)轉(zhuǎn)矩的折算根據(jù)動(dòng)能(dngnng)守恒：E2 = E1故：21122121)()()(MjnjjmiiiMjnjjMimiivmjJvmJJ2222)/(/LlLiiMLLiiMvmjJJJjJjJJJ 精品資料3. 飛輪轉(zhuǎn)矩的折算 依據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與飛輪轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，得到(d do)折算到電機(jī)軸上的總的飛輪轉(zhuǎn)矩為：2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪(filn)轉(zhuǎn)矩的折算gJGD42gvmjDGGDnjMjjmiiii4)(211222dtdnGDTTLM3752精品資料2.3 生產(chǎn)機(jī)械(jxi)的機(jī)械(jxi)特性機(jī)械特性：力（力矩）與運(yùn)動(dòng)參數(shù)（包括位移、速度(sd)、 加速度(s

14、d)）之間的關(guān)系。生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性：n=f (T L) 電機(jī)的機(jī)械特性： n=f (T M)精品資料2.3 生產(chǎn)(shngchn)機(jī)械的機(jī)械特性幾種(j zhn)典型機(jī)械特性： 恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性 特點(diǎn)：TL=常數(shù)。例：機(jī)床切削、提升機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)等。包括反抗轉(zhuǎn)矩和位能轉(zhuǎn)矩。 反抗轉(zhuǎn)矩：又稱摩擦性轉(zhuǎn)矩，因摩擦、非彈性體的壓縮、拉伸與扭轉(zhuǎn)等作用而產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。機(jī)械加工過程中切削力產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩就是反抗轉(zhuǎn)矩。位能轉(zhuǎn)矩：由物體的的重力和彈性體的壓縮、 拉伸與扭轉(zhuǎn)等作用而產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。精品資料2.3 生產(chǎn)(shngchn)機(jī)械的機(jī)械特性幾種典型(dinxng)機(jī)械特性： 恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性 特點(diǎn)：T

15、L=常數(shù)。例：提升機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)等。包括反抗轉(zhuǎn)矩和位能轉(zhuǎn)矩2. 風(fēng)機(jī)型機(jī)械特性 特點(diǎn)：TL= C n 2 例：鼓風(fēng)機(jī)、水泵等。 精品資料2.3 生產(chǎn)機(jī)械(jxi)的機(jī)械(jxi)特性3. 直線型機(jī)械特性(txng) 特點(diǎn)：TL=C n 例如：他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。4. 恒功率型機(jī)械特性 特點(diǎn)：TL=K/n 例如：車床加工 此外，還有其他形式的機(jī)械特性，如轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)角變化的，隨機(jī)變化的；也可能是以上幾種典型的綜合。精品資料2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行(ynxng)的條件 由機(jī)電(jdin)傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式： 為了使系統(tǒng)運(yùn)行合理電動(dòng)機(jī)的機(jī)械持性與生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性要互相配合。特性配合好的一個(gè)基本要求是

16、系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。 dtdnGDTTLM3752 小球穩(wěn)定動(dòng)畫精品資料2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行(ynxng)的條件一、機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行含義：1、系統(tǒng)應(yīng)能以一定速度勻速運(yùn)轉(zhuǎn)(ynzhun)；2、系統(tǒng)受某種外部干擾時(shí)，運(yùn)行速度稍有變化，應(yīng)保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來的運(yùn)行速度。二、機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件必要條件：生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性曲線與電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線有交點(diǎn),即TMTL。充分條件：擾動(dòng)消除后仍能回到原來的平衡點(diǎn)。dtdnGDTTLM3752精品資料n0TnOTLab 干擾(gnro)使 TL a 點(diǎn):TTL n T a a點(diǎn)。 a 點(diǎn)。 n T 干擾(gnro)過后 TTL T

17、 = TL 2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件討論：精品資料n0TnOTLaba 干擾(gnro)使 TL a 點(diǎn):TTL n T a點(diǎn)。 干擾(gnro)過后 TTL n T T = TL a 點(diǎn)。 干擾使 TL n TTLT a 點(diǎn)。 T = TL干擾過后 TTL n T T = TL a 點(diǎn)。 2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件結(jié)論：a點(diǎn)是穩(wěn)定的平衡點(diǎn)。討論：精品資料n0TnOabTLb 點(diǎn): 干擾(gnro)使 TL n n = 0 堵轉(zhuǎn)。 T n TTL干擾過后(guhu) T TL ，不能運(yùn)行。 b2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件討論：精品資料n0TnOabTLb 點(diǎn): 干擾(g

18、nro)使 TL n T n n = 0 堵轉(zhuǎn)。 TTL干擾(gnro)過后 T TL ，不能運(yùn)行。 干擾使 TL n TTLT b 點(diǎn)。 n b干擾過后 TTL n T a 點(diǎn)。 2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件結(jié)論： b點(diǎn)不是穩(wěn)定 的平衡點(diǎn)討論：精品資料2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行(ynxng)的條件穩(wěn)定運(yùn)行的充要條件是：1）生產(chǎn)機(jī)械(jxi)的機(jī)械(jxi)特性曲線與電動(dòng)機(jī)的機(jī)械(jxi)特性曲線有交點(diǎn)； 2）在平衡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速之上應(yīng)保證TMTL。精品資料2.5 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過渡(gud)過程分析本節(jié)重點(diǎn)： 過渡過程的概念 研究過渡過程的實(shí)際意義 產(chǎn)生過渡過程的原因 機(jī)電時(shí)間常數(shù)(sh

19、 jin chn sh)的概念 加快過渡過程的方法精品資料一、 研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過渡(gud)過程的意義過渡(gud)過程： 當(dāng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩TM或負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)就要由一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變化到另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這個(gè)變化過程稱為過渡(gud)過程。 目的和意義： 為滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)過渡過程的各種要求，必須研究過渡過程的基本規(guī)律，研究系統(tǒng)各參量對(duì)時(shí)間的變化規(guī)律，如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流等對(duì)時(shí)間的變化規(guī)律，才能正確地選擇機(jī)電傳動(dòng)裝置，為機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)提供控制原則，設(shè)計(jì)出完善的啟動(dòng)、制動(dòng)等自動(dòng)控制線路，以求改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。精品資料二、 機(jī)電(jdin)傳動(dòng)系統(tǒng)過渡

20、過程的分析1) 機(jī)械慣性(gunxng)：反映在J或GD2上，使轉(zhuǎn)速n不能突變；2) 電磁慣性：反映在電樞回路電感和勵(lì)磁繞組電感 上，電樞回路電流和勵(lì)磁磁通不能突變。3) 熱慣性：反映在溫度上，使溫度不能突變。 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生過渡過程的原因： 這三種慣性在系統(tǒng)中雖然是互相影響的，如電機(jī)運(yùn)行發(fā)熱時(shí)，電樞電阻和勵(lì)磁繞組電阻都會(huì)變化從而會(huì)引起電流和磁通的變化。但是由于熱慣性較大，溫度變化較轉(zhuǎn)速、電流等參量變化慢的多，一般不考慮。只考慮機(jī)械慣性和電磁慣性。在有些場(chǎng)合，電磁慣性也較小，所以過渡過程主要考慮機(jī)械慣性。精品資料三、 加快機(jī)電(jdin)傳動(dòng)系統(tǒng)過渡過程的措施縮短過渡過程應(yīng)采取的措施:減少系

21、統(tǒng)GD2或J 例如：龍門刨床的刨臺(tái)采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)同軸運(yùn)行。2.增加動(dòng)態(tài)(dngti)轉(zhuǎn)矩Td 從 電 機(jī) 方 面 考 慮 ： 使 用 大 慣 量 直 流 電 動(dòng) 機(jī) ，Tmax/GD2較大。 從控制系統(tǒng)方面考慮：在過渡過程中，盡可能在最大轉(zhuǎn)矩下運(yùn)行。Td越大，系統(tǒng)加速度越大，過渡過程時(shí)間就短。dtdnGDdtdJTTTLMd3752 精品資料第二章小結(jié)1）掌握依據(jù)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)，寫出其運(yùn)動(dòng)方程；2）對(duì)于多軸系統(tǒng)，要學(xué)會(huì)根據(jù)功率守恒和動(dòng)能守恒，將負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換；3）掌握機(jī)械特性的概念，了解常見生產(chǎn)機(jī)械的幾種機(jī)械特性；4）掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行(ynxng)的條件；5）學(xué)會(huì)正確判定

22、穩(wěn)定平衡點(diǎn)。dtdnGDTTLM3752精品資料作業(yè)(zuy)23272 211精品資料精品資料第三章 直流電機(jī)的工作(gngzu)原理及特性本 章 重 點(diǎn)： 掌握直流電機(jī)的工作原理； 掌握直流電機(jī)的機(jī)械特性； 掌握直流電機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)(zh dn)的 方法。 精品資料3.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(jigu)和工作原理直流電機(jī)交流(jioli)電機(jī)精品資料3.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作(gngzu)原理一. 基本(jbn)結(jié)構(gòu)定子： 主磁極、 換向極、 機(jī)座、 軸承、 電刷轉(zhuǎn)子： 氣隙精品資料3.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(jigu)和工作原理定子： 主磁極(cj)、 換向極、 機(jī)座、 軸承、

23、 電刷轉(zhuǎn)子：也稱電樞 電樞鐵心、 電樞繞組、 軸、換向片氣隙一. 基本結(jié)構(gòu)精品資料3.1直流電機(jī)的基本(jbn)結(jié)構(gòu)和工作原理二. 工作(gngzu)原理電動(dòng)機(jī)：通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力（矩）的作用。因此只要電樞繞組里有電流（外電源提供或感應(yīng)電流），在磁場(chǎng)中就會(huì)受到電磁力的作用。轉(zhuǎn)矩方程式：atIKT 精品資料3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(jigu)和工作原理二. 工作(gngzu)原理精品資料3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(jigu)和工作原理二. 工作(gngzu)原理精品資料3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(jigu)和工作原理二. 工作(gngzu)原理精品資料3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(jigu)和

24、工作原理二. 工作(gngzu)原理精品資料3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(jigu)和工作原理發(fā)電機(jī)：導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)作切割磁力線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中便感應(yīng)(gnyng)出電動(dòng)勢(shì)。（電磁感應(yīng)(gnyng)）電勢(shì)方程式：nKEe 二. 工作原理精品資料01TTT0TTTL電機(jī)運(yùn)行方式E與Ia的方向E的作用T的性質(zhì)轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系發(fā)電機(jī)相同電源電動(dòng)勢(shì)阻轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)相反反電動(dòng)勢(shì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩表1 電機(jī)在不同運(yùn)行(ynxng)方式下，E和T的作用3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(jigu)和工作原理直流電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行和作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，雖然都產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E和電磁轉(zhuǎn)矩T，但二者的作用正好相反精品資料3.1直流電機(jī)的基本(jbn)結(jié)構(gòu)和工作

25、原理 直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩的作用不同： 發(fā)電機(jī)的電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩是阻轉(zhuǎn)矩； 電動(dòng)機(jī)的電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)作用也不同： 直流發(fā)電機(jī)的電勢(shì)是有益的； 直流電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)是反電勢(shì)，他的方向總是與電源的電壓方向相反。 精品資料3.2 直流發(fā)電機(jī)他勵(lì)：勵(lì)磁電流(dinli)由外電源供電，不受電樞端電壓或電流(dinli)的影響(圖a).并勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián) （圖b）串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián) （圖c）復(fù)勵(lì)：一部分并聯(lián)，一部分串聯(lián) （圖d）勵(lì)磁方式：是指勵(lì)磁繞組如何供電(n din)，以產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)。自勵(lì)發(fā)電機(jī)精品資料一、他勵(lì)發(fā)電

26、機(jī)1、原理(yunl)：RUIIIRUEIRIEUaaaaa/ )( 空載(kn zi)時(shí)，即 Ia=0，有 U = E = Ken他勵(lì)發(fā)電機(jī)電樞回路中，電壓與電流的關(guān)系如下：精品資料一、他勵(lì)發(fā)電機(jī)2、機(jī)械(jxi)特性：外特性(txng)曲線：發(fā)電機(jī)端電壓 U 與負(fù)載電流I 之間關(guān)系的曲線稱為外特性(txng)曲線U f ( I )?？蛰d特性曲線：當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時(shí)，即 Ia=0，有 U = E = Ken，當(dāng)轉(zhuǎn)速為常數(shù)時(shí)，而f (If)是一條磁化曲線，所以E = f ( If ) 與磁化曲線相似。aaRIEU精品資料二、并勵(lì)發(fā)電機(jī)1、原理：勵(lì)磁(l c)繞組與電樞并聯(lián)IIIIRUEIRUIRU

27、IRIEUfaaaffaa/ )(/2、思考(sko)：并勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流從何而來？ 電壓是如何建立起來的？精品資料條件：1）磁極(cj)有剩磁 ；2）起始勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與剩磁磁場(chǎng)方向相同 ；3）Rf 不能過大。措施： 1）在直流電源上充磁；2）將勵(lì)磁繞組(roz)兩端接線對(duì)調(diào)； 3）將Rf 減小。二、并勵(lì)發(fā)電機(jī)精品資料三、 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)原理(yunl)：勵(lì)磁繞組與電樞有一部分并聯(lián)，一部分串聯(lián)。 在并勵(lì)發(fā)電機(jī)中，其端電壓隨著負(fù)載電流的增大而下降。但在復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)，當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，串勵(lì)繞組能自動(dòng)增加磁通，以補(bǔ)償端電壓的下降。所以在復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行范圍內(nèi)，其端電壓變化(binhu)不

28、大，這是它的優(yōu)點(diǎn)。精品資料3.3直流電動(dòng)機(jī)(dngj)的機(jī)械特性一、他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械(jxi)特性nKERIEUeaa 電壓平衡方程：nnTKKRKUnKTIteaeta02)/(直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般表達(dá)式aeaeIKRKUn +_IUETIaRaRfIfnUfM(a)精品資料一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械(jxi)特性討論:1)理想空載(kn zi)轉(zhuǎn)速 n0 ：當(dāng)T=0 時(shí), n0 = U / (K e)； 2)額定轉(zhuǎn)速 nN :當(dāng)T=TN時(shí), nN = n0- n 3)機(jī)械特性硬度：令Ra /KeKt2, n= T， 小速降就小，機(jī)械特性硬, 大速降就大，機(jī)械特性軟。TnTKKRKUnte

29、ae02精品資料機(jī)械特性(txng)硬度： d T/d n=T/n100%1）絕對(duì)硬特性(txng) ,如交流同 步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(txng)2）硬特性(txng) 10，如直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(txng)3）軟特性(txng) 10，如直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(txng)一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性TnTKKRKUnteae02精品資料1、固有機(jī)械特性： 又稱自然機(jī)械特性，是指在額定條件下的機(jī)械特性，對(duì)于(duy)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)而言，就是在額定電壓UN和額定磁通N下，電樞電路不外接任何電阻時(shí)的機(jī)械特性。nnTKKRKUnNteaNeN02 一般(ybn)通過兩點(diǎn)，理想空載點(diǎn)（0，n0）和額

30、定轉(zhuǎn)速點(diǎn)（TM,，nN ），可得電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線。一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性精品資料2、人為(rnwi)機(jī)械特性： 是改變電壓 U 、磁通 或電樞電路外加電阻Rad時(shí)的機(jī)械特性。一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)(dngj)的機(jī)械特性TKKRKUnNteaNeN2精品資料2、人為(rnwi)機(jī)械特性：1）串接Rad時(shí)的人為(rnwi)特性。nnTKKRRKUnNteadaNeN02特點(diǎn)：1） n0不變， 2）變小，機(jī)械特性變 軟，是一組射線。一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性TKKRKUnNteaNeN2精品資料2）變U時(shí)的人為機(jī)械(jxi)特性nnTKKRKUnNteaNe02特點(diǎn)：1）n0 與U成正比

31、，n0 變小。 2）不變，機(jī)械特性硬度 不變，是一組平行線。 3 ） 電 樞 電 壓 只 允 許 在 額 定 ( dng) 電壓下調(diào)節(jié)。一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性精品資料3）變時(shí)的人為機(jī)械(jxi)特性nnTKKRKUnteaeN0特點(diǎn)：1）n0與成反比，下降 n0變大；2）下降， 變大，機(jī)械(jxi)特性硬度變軟；3）不能上升，只能弱磁調(diào)節(jié)。一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性精品資料說明(shumng)：（1）電樞繞組嚴(yán)重過流；（2）飛車：當(dāng)o時(shí)，電動(dòng)機(jī)尚有剩磁，這時(shí)轉(zhuǎn)速雖不趨于，但會(huì)升到機(jī)械強(qiáng)度所不允許的數(shù)值，通常(tngchng)稱為“飛車”。atIKT（3）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩太小。00stestIK

32、T，當(dāng)ABC一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3）變時(shí)的人為機(jī)械特性精品資料因此(ync)，直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前必須先加勵(lì)磁電流，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，決不允許勵(lì)磁電路斷開或勵(lì)磁電流為零，為此，直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)在使用中，一般都設(shè)有“失磁”保護(hù)。TnTKKRKUnteae02一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械(jxi)特性精品資料二、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械(jxi)特性21/CRTCUCKRKCTKUnaNeateN機(jī)械特性(txng)曲線可分為兩段：1）第一段，輕載時(shí)：CKIKTIICIRIEUtataffaa/2未飽和，雙曲線形狀，理想空載轉(zhuǎn)速無窮大。II I精品資料特點(diǎn)：啟動(dòng)(qdng)轉(zhuǎn)矩較大,啟動(dòng)(qdng)時(shí), T

33、=KtIa=KtCIa2串勵(lì)電動(dòng)機(jī)絕不允許空載(kn zi)啟動(dòng),以防止飛車。反轉(zhuǎn)時(shí),不能用改變電源極性的方法，可改變電樞或勵(lì)磁繞組的極性使其反轉(zhuǎn)。2）第二段重載時(shí)： 電樞電流較大時(shí)，磁路趨于飽和，機(jī)械特性曲線近似一條直線。II I二、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性精品資料三、 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械(jxi)特性 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)有他勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁(l c)繞組。機(jī)械特性介于他勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性之間。工業(yè)上常用的是積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，即他勵(lì)繞組和串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通方向一致。特點(diǎn)：串勵(lì)繞組所占比重越大，特性越軟； n0 一定。精品資料3.4 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)(qdng)特性 如果(rgu)將直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)直接

34、接入電網(wǎng)，啟動(dòng)電流為：aNstRUI/一、啟動(dòng)的要求：啟動(dòng)：轉(zhuǎn)速從0達(dá)到負(fù)載所要求的轉(zhuǎn)速的過程。n t啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大越好，atIKT啟動(dòng)電流越小越好。它是額定電流的1020倍。nKERIEUeaa精品資料3.4 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)(qdng)特性直流電動(dòng)機(jī)(dngj)絕不允許直接啟動(dòng)！直接啟動(dòng)的不良影響：1）換向困難，產(chǎn)生危險(xiǎn)火花；2）過大的電動(dòng)應(yīng)力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，易損壞傳動(dòng)部件；3）可能使電網(wǎng)上的保護(hù)裝置動(dòng)作，造成事故，或使電網(wǎng)電壓下降，影響其他用電器。aNstRUI/由 可知降電壓串電阻精品資料3.4 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)(qdng)特性二、啟動(dòng)方法1、降壓啟動(dòng)：U=E+IaRa，啟動(dòng)時(shí)， U

35、較小，隨著轉(zhuǎn)速的上升不斷提高U ，直到達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。如：直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組，晶閘管電動(dòng)機(jī)組。2、串電阻啟動(dòng)： 在電樞(din sh)回路串接外加電阻啟動(dòng)。串接一段外加電阻啟動(dòng)；串接多段外加電阻啟動(dòng)。精品資料3.4 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)(qdng)特性二、啟動(dòng)(qdng)方法2、串電阻啟動(dòng)： 串接一段外加電阻啟動(dòng)；精品資料3.4 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)(qdng)特性二、啟動(dòng)方法2、串電阻啟動(dòng)：在電樞(din sh)回路串接外加電阻啟動(dòng)。 串接多段外加電阻啟動(dòng)。NTT)26 . 1 (1NTT)2 . 11 . 1 (2精品資料3.5 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性(txng)速度調(diào)節(jié)：在一定的負(fù)載條件

36、(tiojin)下，人為地改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，以得到所需要的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。速度變化：由于負(fù)載的變化而引起的電動(dòng)機(jī)的速度的變化，是在同一條機(jī)械特性曲線上變化。TKKRRKUnteadae2知：可以通過人為地改變U、R ad 和 三個(gè)參數(shù)來調(diào)節(jié)速度。BCAnTTL精品資料3.5 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性(txng)調(diào)速指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)調(diào)速范圍：機(jī)械設(shè)備可能運(yùn)行的最大轉(zhuǎn)速nmax與最小轉(zhuǎn)速nmin之比，D= nmax / nmin 。靜差率（相對(duì)穩(wěn)定性）：就是指在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化下轉(zhuǎn)速變化的程度， %=（n0 - nN ）/n0 。顯然機(jī)械特性越硬，轉(zhuǎn)速變化越小，相對(duì)穩(wěn)定性越好。平滑性：

37、在一定的D內(nèi)，調(diào)速的級(jí)數(shù)(j sh)越多，則調(diào)速越平滑，平滑的程度用平滑系數(shù)來衡量 = ni / ni-1 （相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比） =1時(shí)，稱為無級(jí)調(diào)速。精品資料3.5 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性(txng)調(diào)速指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：就是指調(diào)速設(shè)備(shbi)的投資及運(yùn)行費(fèi)用，其中運(yùn)行費(fèi)用又取決于調(diào)速過程的功率損耗。精品資料3.5.1 改變(gibin)Rad時(shí)的調(diào)速特性nnTKKRRKUnNteadaNeN022、特點(diǎn)：1）機(jī)械特性軟，電阻越大特性越軟，相對(duì)穩(wěn)定性越低； 2）在空載或輕載時(shí)，調(diào)速范圍D不大；3）有級(jí)調(diào)速； 4）調(diào)速電阻消耗大量電能(dinnng)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差；調(diào)速電

38、阻不能用作啟動(dòng)電阻；5）調(diào)速設(shè)備簡單。此法只在起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間短的傳動(dòng)系統(tǒng)中使用。1、調(diào)速過程精品資料3.5.2 改變(gibin) U時(shí)的調(diào)速特性2、特點(diǎn)：機(jī)械特性硬度不變，調(diào)速的穩(wěn)定度較高，調(diào)速范圍較寬；2) 轉(zhuǎn)速可以平滑無級(jí)調(diào)節(jié)(tioji)，一般只能在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)節(jié)(tioji)；3) 調(diào)速時(shí)，因電樞電流與電壓U無關(guān)，故轉(zhuǎn)矩TKtI a 不變,屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適合于恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載。nnTKKRKUnNteaNe021、調(diào)速過程4) 可以靠調(diào)節(jié)電樞電壓來啟動(dòng)電機(jī)，而不用其他啟動(dòng)設(shè)備； 5）需要可變電源，設(shè)備投資大。精品資料3.5.3 改變(gibin)時(shí)的調(diào)速特性2、特點(diǎn)：1)

39、調(diào)速特性較軟，調(diào)速范圍(fnwi)不大；2) 可以平滑無級(jí)調(diào)速，但只能弱磁調(diào)速； 3）在勵(lì)磁電路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制方便，能量損耗少；4) 恒功率調(diào)速，調(diào)速時(shí)是維持U和Ia不變，即功率P不變；1、調(diào)速過程nnTKKRKUnteaeN 0 說明：基于弱磁調(diào)速范圍不大，它住往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，即在額定轉(zhuǎn)速以下，用降壓調(diào)速，而在額定轉(zhuǎn)速以上，則用弱磁調(diào)速。精品資料3.6 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)(zh dn)特性電動(dòng)狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相同。制動(dòng)(zh dn)狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相反。 電動(dòng)機(jī)有兩種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)：1）穩(wěn)定制動(dòng)，轉(zhuǎn)速不變?nèi)纾汉闼傧路胖匚铩?）過渡制動(dòng)，速度變化如：電機(jī)降速或停車。n0-n0Tn精品資料3.6 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)(zh dn)特性自然停車：電動(dòng)機(jī)脫離電網(wǎng)，靠很小的摩擦阻力消耗(xioho)機(jī)械能，使轉(zhuǎn)速慢慢下降，直到轉(zhuǎn)速為零而停車。制動(dòng)：從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止或是限制位能負(fù)載下降速度的一種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。機(jī)械制動(dòng)： 抱閘電氣制動(dòng)：反饋制動(dòng)反接制動(dòng)能耗制動(dòng)精品資料一、