機(jī)電傳動(dòng)控制1-4章

機(jī)電傳動(dòng)與控制

——它是建筑機(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2013

主講人:吳長(zhǎng)忠

1.1機(jī)電傳動(dòng)的目的和任務(wù)傳動(dòng)：將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的過(guò)程。

機(jī)電傳動(dòng)(電力傳動(dòng)、電力拖動(dòng))：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。第一章概述機(jī)械自動(dòng)化組成要素：機(jī)械檢測(cè)信息處理驅(qū)動(dòng)執(zhí)行1.1機(jī)電傳動(dòng)的目的和任務(wù)

機(jī)電傳動(dòng)(電力傳動(dòng)、電力拖動(dòng))：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。

目的：將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的啟動(dòng)、停止以及速度調(diào)節(jié)，完成各種生產(chǎn)工藝過(guò)程的要求，保證生產(chǎn)過(guò)程的正常進(jìn)行。

任務(wù)：從廣義上講，就是要使生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)線、車間、甚至整個(gè)工廠都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。從狹義上講，專指控制電動(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，質(zhì)量的提高，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。第一章概述1.2機(jī)電傳動(dòng)及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況機(jī)電傳動(dòng)的發(fā)展：成組拖動(dòng)單電機(jī)拖動(dòng)多電機(jī)拖動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展：接觸器—繼電器控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單控制，速度慢，精度差電機(jī)放大機(jī)控制連續(xù)自動(dòng)控制，速度、精度、可靠性提高晶閘管功率晶體管控制效率高、控制特性好、反應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、可靠性高、體積小、重量輕計(jì)算機(jī)控制連續(xù)復(fù)雜控制，靈活性好、自動(dòng)化程度高第一章概述第一章概述1.3課程的性質(zhì)和任務(wù)性質(zhì)：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)，以控制為線索，系統(tǒng)介紹電動(dòng)機(jī)基本原理、運(yùn)行特性、控制方法、控制手段等知識(shí)。1.4課程的內(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)的工作原理及特性第四章交流電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第五章控制電動(dòng)機(jī)第八章電力電子學(xué)基礎(chǔ)第九章直流調(diào)速系統(tǒng)第十章交流自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)第一章概述1.5教材及課程要求教材：《機(jī)電傳動(dòng)控制》馮清秀鄧星鐘華中科技大學(xué)要求：出勤作業(yè)答疑:時(shí)間：每周五7、8節(jié)15：30

地點(diǎn)：數(shù)控加工實(shí)驗(yàn)室（機(jī)械學(xué)院A110）考核:平時(shí)考核（20%）+閉卷考試（80%）聯(lián)系方式:8973(6591一章概述

第二章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)本章重點(diǎn)：掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式；多軸拖動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算；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)容不僅適用于直流電機(jī)拖動(dòng)，也適用于交流電機(jī)拖動(dòng)，是電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。第一節(jié)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程1、單軸機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程直線：旋轉(zhuǎn)：其中：TM——電機(jī)轉(zhuǎn)矩

TL——負(fù)載轉(zhuǎn)矩

J——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量mFFLv運(yùn)動(dòng)方程式：工程中：用飛輪轉(zhuǎn)矩GD2代替J，用轉(zhuǎn)速n代替第一節(jié)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程2）TM>TL，dn/dt>0，系統(tǒng)加速；1）TM=TL，dn/dt=0

，電機(jī)轉(zhuǎn)速為零或常數(shù)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)；第一節(jié)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩：3）TM<TL，dn/dt<0，系統(tǒng)減速。討論：動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩力矩的正方向的規(guī)定：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。例：起重機(jī)提升重物時(shí)的啟動(dòng)和制動(dòng)（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第一節(jié)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程第二節(jié)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算多軸拖動(dòng)系統(tǒng)：等效為單軸拖動(dòng)系統(tǒng)：1.負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算（根據(jù)靜態(tài)時(shí)功率守恒原則）a)對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：第二節(jié)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算b)對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)：第二節(jié)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算如果是生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)（制動(dòng)狀態(tài)），則有：第二節(jié)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算2.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算（依據(jù)動(dòng)能守恒原則）設(shè)傳動(dòng)系統(tǒng)由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ωi；平動(dòng)件的質(zhì)量和速度分別為mj和vj；則系統(tǒng)總的動(dòng)能為：折算到電機(jī)軸上時(shí)，系統(tǒng)總動(dòng)能為：第二節(jié)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算根據(jù)動(dòng)能守恒：E2=E故：第二節(jié)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：3.飛輪轉(zhuǎn)矩的折算（依據(jù)動(dòng)能守恒原則）依據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與飛輪轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，得到折算到電機(jī)軸上的總的飛輪轉(zhuǎn)矩為：第二節(jié)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算多軸拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為：第二節(jié)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算第三節(jié)生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性機(jī)械特性：同一轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系。生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性：

n=f(TL)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：n

=f(TM)第三節(jié)生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性幾種典型機(jī)械特性：恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性特點(diǎn)：TL=常數(shù)。例：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=Cn2

例：鼓風(fēng)機(jī)、水泵等。第三節(jié)生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性3.直線型機(jī)械特性特點(diǎn)：TL=Cn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。第四節(jié)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行包含兩重含義：1、系統(tǒng)應(yīng)能以一定速度勻速運(yùn)轉(zhuǎn)；2、系統(tǒng)受某種外部干擾作用使運(yùn)行速度稍有變化時(shí)，應(yīng)保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行速度。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)。充分條件：擾動(dòng)消除后仍能回到原來(lái)的平衡點(diǎn)。a點(diǎn)：當(dāng)TL突然增大到TL’時(shí)，因速度不能突變，電機(jī)轉(zhuǎn)矩仍為TM，此時(shí)，TM<TL’n減小，TM增大，直到與TL’相等，運(yùn)行于a’點(diǎn)。當(dāng)干擾撤銷后，TM’>TL,n增大，TM’減小，直到與TL相等，即在a點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。第四節(jié)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性交點(diǎn)b交點(diǎn)ab點(diǎn)：當(dāng)TL突然增大到TL’時(shí)，因速度不能突變，電機(jī)轉(zhuǎn)矩仍為TM，此時(shí)，TM<TL’n減小，TM減小，n進(jìn)一步減小，直到停轉(zhuǎn)，反之，過(guò)Ｂ點(diǎn)，到當(dāng)干擾撤銷后，TM’<TL,n增大，TM’減小，直到與TL相等，即在a點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。簡(jiǎn)便判別法：在平衡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速之上應(yīng)保證TM<TL;在平衡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速之下應(yīng)保證TM>TL。第四節(jié)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性交點(diǎn)b交點(diǎn)a第二章小結(jié)1）學(xué)會(huì)依據(jù)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)，寫(xiě)出其運(yùn)動(dòng)方程；2）對(duì)于多軸系統(tǒng)，要學(xué)會(huì)依據(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(jiàn)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)行的條件；5）學(xué)會(huì)正確判定穩(wěn)定平衡點(diǎn)。作業(yè)2－32－72－92－11第三章直流電機(jī)的工作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；掌握直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)的方法。

第三章直流電機(jī)的工作原理及特性直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，在較大的范圍內(nèi)能進(jìn)行速度平滑調(diào)節(jié)，且控制簡(jiǎn)便。由于直流電機(jī)具有換向器和電刷，給運(yùn)行帶來(lái)了麻煩。交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)交流電傳輸方便，交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜且能在高速度惡劣條件下工作。交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速性能（如調(diào)速范圍，調(diào)速精度，平滑性，過(guò)載能力等）指標(biāo)都不及直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)?，F(xiàn)在由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，不僅解決了可控制直流電源問(wèn)題，同時(shí)也為交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)提供了頻率和電壓可調(diào)的交流電源問(wèn)題。為交流調(diào)速開(kāi)辟了新的前景。直流電機(jī)交流電機(jī)第一節(jié)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第一節(jié)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理基本結(jié)構(gòu)

定子：主磁極、換向極、機(jī)座、電刷裝置、端蓋、軸承等。

轉(zhuǎn)子：電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、軸、風(fēng)扇。軸承及端蓋機(jī)座主磁極電樞繞組風(fēng)扇換向器電樞鐵芯換向極電刷裝置軸第一節(jié)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理基本結(jié)構(gòu)定子：主磁極、換向極、機(jī)座、電刷裝置、端蓋、軸承等。第一節(jié)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子：電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、軸、風(fēng)扇。2.工作原理（電磁互感原理）作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)：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)出電動(dòng)勢(shì)。第一節(jié)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)：帶電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力（矩）的作用。第一節(jié)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理電機(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)行方式下，E和T的作用第二節(jié)直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)按勵(lì)磁方法分為：他勵(lì)，自勵(lì)包括并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)，永磁發(fā)電機(jī)他勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)串勵(lì)+并勵(lì)第二節(jié)直流發(fā)電機(jī)他勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)等效電路圖GGGG1.他勵(lì)發(fā)電機(jī)第二節(jié)直流發(fā)電機(jī)1.他勵(lì)發(fā)電機(jī)討論：當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時(shí)，即I

a=0，有U=E=KeΦ

n空載特性曲線：在發(fā)電機(jī)空載及轉(zhuǎn)速為常數(shù)的條件下，表示電動(dòng)勢(shì)E與勵(lì)磁電流If之間的關(guān)系曲線E=f(If)。E正比于φ，而φ=

f(If)是一條磁化曲線，所以空載特性曲線與磁化曲線相似。是發(fā)電機(jī)基本運(yùn)行特性之一。第二節(jié)直流發(fā)電機(jī)1.他勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性曲線：在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n和勵(lì)磁電流If為常數(shù)的條件下，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曲線U＝f(I)。當(dāng)他勵(lì)發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流增加時(shí)，電樞電壓降IaRa增加，端電壓U就下降。第二節(jié)直流發(fā)電機(jī)2.并勵(lì)發(fā)電機(jī)第二節(jié)直流發(fā)電機(jī)并勵(lì)發(fā)電機(jī)電壓建立的條件條件不滿足時(shí)采取的措施：1）在直流電源上充磁；2）將勵(lì)磁繞組兩端接線對(duì)調(diào)；3）將R‘f

減小。1）磁極有剩磁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）R‘f

不能過(guò)大第二節(jié)直流發(fā)電機(jī)2.并勵(lì)發(fā)電機(jī)并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性在轉(zhuǎn)速n及勵(lì)磁電路的電阻為常數(shù)時(shí)，端電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系曲線。3.復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)第二節(jié)直流發(fā)電機(jī)原理：勵(lì)磁繞組與電樞有一部分并聯(lián)，一部分串聯(lián)。第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性指的是轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。

一、機(jī)械特性的一般形式

不同勵(lì)磁方式的電動(dòng)機(jī)，其運(yùn)行特性也不盡相同。第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電樞回路部分勵(lì)磁回路部分——外加電樞電壓（V）；

——感應(yīng)電勢(shì)（V）；——電樞電流（A）；——電樞回路內(nèi)阻（Ω）第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電樞回路部分勵(lì)磁回路部分

即：

……轉(zhuǎn)速特性

……機(jī)械特性∵

∴

第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性根據(jù)機(jī)械特性可知：2轉(zhuǎn)速降落

理想空載點(diǎn)1理想空載轉(zhuǎn)速：

T=0時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為理想空載轉(zhuǎn)速，用n0表示。

3機(jī)械特性硬度：為了衡量機(jī)械特性的平直程度，引進(jìn)一個(gè)機(jī)械特性硬度的概念，其定義為：1）絕對(duì)硬特性→∞,如交流同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性;2）硬特性>10，如直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性;3）軟特性<10，如直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性;第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

即轉(zhuǎn)矩變化與所引起的轉(zhuǎn)速變化的比值，稱為機(jī)械特性的硬度。第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性二、固有機(jī)械特性

直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性指的是在額定條件（額定電壓UN和額定磁通N

)下和電樞電路內(nèi)不外接任何電阻時(shí)的

n=f(T)

即:

是一條直線。

直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性曲線可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)求出(0,n0)和(TN,nN)即可繪出固有的機(jī)械特性。

通常直流電動(dòng)機(jī)銘牌上給出額定功率PN

、額定電壓UN

、額定電流IN和額定轉(zhuǎn)速nN。

固有機(jī)械特性的計(jì)算步驟如下。

第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(1)估算電樞電阻Ra

依據(jù)：電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下的銅耗Ia2Ra約占總損耗

PN的50%～75%。式中：是額定運(yùn)行條件下電動(dòng)機(jī)的效率，且此時(shí)

故得第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(2)求

額定運(yùn)行條件下的反電勢(shì)為：

故

(3)求理想空載轉(zhuǎn)速:

得

(4)求額定轉(zhuǎn)矩:

得

根據(jù)

兩點(diǎn)，就可作出他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)近似是機(jī)械特性曲線

三.人為機(jī)械特性：指供電電壓U或磁通Φ

不是額定值、電樞電路接有外加電阻Rad時(shí)的機(jī)械特性。第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1）電樞回路中串接附加電阻時(shí)的人為特性第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性特點(diǎn)：1）n0不變

2）變小，機(jī)械特性變軟2）改變電樞電壓U時(shí)的人為機(jī)械特性第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性特點(diǎn)：1）n0與U成正比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電壓下調(diào)節(jié)。3）改變磁通Φ時(shí)的人為機(jī)械特性第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性特點(diǎn)：1）n0與Φ成反比，Φ下降

n0變大

2）Φ下降，變小，機(jī)械特性硬度變軟，

3）Φ不能上升，只能弱磁調(diào)節(jié)。3）改變磁通Φ時(shí)的人為機(jī)械特性第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性說(shuō)明：（1）電樞繞組嚴(yán)重過(guò)流當(dāng)磁通過(guò)分削弱后，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，將使電動(dòng)機(jī)電流大大增加而嚴(yán)重過(guò)載。（2）飛車：當(dāng)Φ＝o時(shí)，從理論上說(shuō)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將趨于無(wú)窮大，實(shí)際上勵(lì)磁電流為零時(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，通常稱為“飛車“。3）改變磁通Φ時(shí)的人為機(jī)械特性第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（3）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩太小電動(dòng)機(jī)難以啟動(dòng)。

因此。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(guò)程中，決不允許勵(lì)磁電路斷開(kāi)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)。2.串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分為兩段：第一段：輕載時(shí)，Φ未飽和，雙曲線形狀，理想空載轉(zhuǎn)速無(wú)窮大。第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第二段：當(dāng)負(fù)載較重，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。特點(diǎn)：軟特性；啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，T=KtΦ

Ia=KtCIa2注意：串勵(lì)電動(dòng)機(jī)絕不允許空載啟動(dòng)，以防止飛車

；不能用改變電源極性的方法，使其反轉(zhuǎn)?？筛淖冸姌谢騽?lì)磁繞組的極性使其反轉(zhuǎn)。第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)有他勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組。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，他具有他勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性，他的機(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。第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性特點(diǎn)：1）串勵(lì)占比重越大，特性越軟。2）n0一定。作業(yè)3－33－53－10第四節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性啟動(dòng)：轉(zhuǎn)速?gòu)牧氵_(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速的過(guò)程。電動(dòng)機(jī)在未啟動(dòng)前，n=0,E=0,而Ra很小，將直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)直接接入電網(wǎng)施加額定電壓時(shí)，啟動(dòng)電流為：它是額定電流的10～20倍，這樣大的電流，會(huì)造成一些不良影響。第四節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性不良影響：1）在換向時(shí)產(chǎn)生危險(xiǎn)火花，燒壞整流子；2）過(guò)大的電動(dòng)應(yīng)力損壞繞組；3）較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩造成對(duì)傳動(dòng)部件的沖擊，易損壞傳動(dòng)部件；4）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。因此，直流電動(dòng)機(jī)絕不允許直接啟動(dòng)。怎么辦？1）降壓?jiǎn)?dòng)在啟動(dòng)瞬間，降低供電電源電壓，隨著轉(zhuǎn)速n的升高，反電動(dòng)勢(shì)E增大，再逐步提高供電電壓，最后達(dá)到額定電壓，電動(dòng)機(jī)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）在電樞回路串接外加電阻啟動(dòng)此時(shí)的啟動(dòng)電流Ist＝UN/(Ra＋Rst)將受到啟動(dòng)電阻Rst的限制，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的升高，反電勢(shì)E增大，再逐步切除電阻一直到全部切除，電動(dòng)機(jī)達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速。第四節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性a.在電樞回路串接一段外加電阻啟動(dòng)2）在電樞回路串接外加電阻啟動(dòng)第四節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性b.在電樞回路串接多段外加電阻啟動(dòng)第四節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性第五節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性速度調(diào)節(jié)：在一定的負(fù)載條件下，人為地改變電動(dòng)機(jī)的電路參數(shù)，以改變電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過(guò)程。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。第五節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性速度調(diào)節(jié)：在一定的負(fù)載條件下，人為地改變電動(dòng)機(jī)的電路參數(shù)，以改變電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過(guò)程。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。根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式：知可以通過(guò)人為改變U、Rad和Φ

三個(gè)參數(shù)來(lái)調(diào)速。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。第五節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性3.平滑性：在一定的D內(nèi)，調(diào)速的級(jí)數(shù)越多，則調(diào)速越平滑，平滑的程度用平滑系數(shù)來(lái)衡量

=ni/ni-1

（相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比）

=1時(shí)，稱為無(wú)級(jí)調(diào)速。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：就是指調(diào)速設(shè)備的投資及運(yùn)行費(fèi)用，其中運(yùn)行費(fèi)用又取決于調(diào)速過(guò)程的功率損耗。第五節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性1.改變Rad時(shí)的調(diào)速特性特點(diǎn)：機(jī)械特性軟；穩(wěn)定度低；在空載或輕載時(shí)，調(diào)速范圍??；實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速困難；在調(diào)速電阻上消耗大量電能。應(yīng)用：起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間短的傳動(dòng)系統(tǒng)中使用。第五節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性2.改變U時(shí)的調(diào)速特性特點(diǎn)：1)當(dāng)電壓連續(xù)變化時(shí)，轉(zhuǎn)速可以平滑無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；2)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；第五節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性3)是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適合于對(duì)恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載進(jìn)行調(diào)速；4)可以調(diào)節(jié)電樞電壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)，不用其他啟動(dòng)設(shè)備。3.改變?chǔ)禃r(shí)的調(diào)速特性特點(diǎn)：1)平滑無(wú)級(jí)調(diào)速，只能弱磁調(diào)速；2)調(diào)速特性較軟，調(diào)速范圍不大

說(shuō)明:因弱磁調(diào)速范圍不大，它住往和調(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。第五節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性3)調(diào)速時(shí)是維持電樞電壓U和電樞電流Ia不變，即功率P不變，所以這種調(diào)速適合于恒功率調(diào)速。第六節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性制動(dòng)：從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開(kāi)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)。自然停車：電動(dòng)機(jī)脫離電網(wǎng)，靠很小的摩擦阻力消耗機(jī)械能，使轉(zhuǎn)速慢慢下降，直到轉(zhuǎn)速為零而停車。機(jī)械制動(dòng)：抱閘；電氣制動(dòng)：制動(dòng)分類：反饋制動(dòng)、反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)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)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。

1）穩(wěn)定制動(dòng)轉(zhuǎn)速不變

2）過(guò)渡制動(dòng)速度變化電動(dòng)機(jī)有兩種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)：n0-n0T第六節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性1.反饋制動(dòng)電動(dòng)機(jī)正常接法，在外部條件下電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速，此時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在反饋制動(dòng)狀態(tài)。將機(jī)械能變?yōu)殡娔?，向電源饋送，故稱反饋制動(dòng)。第六節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性特點(diǎn)：1、n>n0；

2、機(jī)械特性硬度不變；

3、回饋電能例1：電車下坡平路時(shí)，電動(dòng)狀態(tài)；下坡時(shí)，增加了動(dòng)力矩TP，反饋制動(dòng)。例2電動(dòng)機(jī)電樞電壓突然下降第六節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性例3卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)勻速下放重物重物下放過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高于n0，如果較重，不太安全。1.

電源反接制動(dòng)：將Ｕ變?yōu)椋?，使Ｔ變?yōu)橹苿?dòng)力矩2.倒拉反接制動(dòng)：將n變?yōu)椋璶，使Ｔ變?yōu)橹苿?dòng)力矩反接制動(dòng)：將他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞電壓Ｕ或電樞電勢(shì)Ｅ改變方向，使兩者由方向相反變?yōu)橄嗤?，則電動(dòng)機(jī)就運(yùn)行于反接制動(dòng)．第六節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性2.反接制動(dòng)1）電源反接制動(dòng)（U反向）應(yīng)用場(chǎng)合：迅速減速、停車和反向的場(chǎng)合；經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。如:牛頭刨床。第六節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性特點(diǎn)：制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 不能自動(dòng)停車，易反轉(zhuǎn) 制動(dòng)電流大2）倒拉反接制動(dòng)（E方向改變）特點(diǎn)：適當(dāng)選擇電阻Rad的大小，可得到不同的下降速度；可以以較小的速度下放重物。對(duì)TL估計(jì)不準(zhǔn)，本應(yīng)下放可能上升；特性軟，小的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)引起大的速度波動(dòng)。第六節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性3.能耗制動(dòng)特點(diǎn)：對(duì)于反抗性負(fù)載，可以迅速停車，不會(huì)有反向啟動(dòng)的危險(xiǎn)。對(duì)于位能性負(fù)載，不會(huì)出現(xiàn)因?qū)L估計(jì)錯(cuò)誤而使重物上升的情況，速度也較穩(wěn)定。應(yīng)用：要求迅速準(zhǔn)確停車和重物恒速下放的場(chǎng)合。將電壓U突然降為零，將電樞串接一個(gè)附加電阻Rad。第六節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性三種制動(dòng)方式特點(diǎn)對(duì)比：1）對(duì)于位能性負(fù)載反饋制動(dòng):下放速度高于理想空載轉(zhuǎn)速,不安全。電源反接制動(dòng)：下放速度高于理想空載轉(zhuǎn)速，不安全。倒拉反接制動(dòng)：以較小的速度下放，對(duì)負(fù)載估計(jì)不足可能上升，速度穩(wěn)定性差。能耗制動(dòng)：可以以較小的速度下放，不會(huì)因?qū)ω?fù)載估計(jì)不足而上升，速度穩(wěn)定性好。第六節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性2）對(duì)于反抗性負(fù)載：反饋制動(dòng):轉(zhuǎn)速高于空載轉(zhuǎn)速。電源反接制動(dòng)：轉(zhuǎn)速下降到零后，反向啟動(dòng)，最后以某一速度勻速運(yùn)行。能耗制動(dòng)：可以迅速停車，不會(huì)有反向啟動(dòng)的危險(xiǎn)。

第六節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)：在同一種接線方式下，電動(dòng)機(jī)既可以工作在電動(dòng)狀態(tài)，也可以工作在制動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于倒拉反接制動(dòng)，正轉(zhuǎn)時(shí)的倒拉反接出現(xiàn)在第4象限，反轉(zhuǎn)時(shí)，出現(xiàn)在第二象限。第六節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性第三章小結(jié)1）了解電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成；2）掌握直流電機(jī)的基本工作原理3）掌握直流電機(jī)的固有特性和人為特性4）掌握直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的各種方法，以及各種方法的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)所。作業(yè)3－133－183－21第四章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程分析重點(diǎn)內(nèi)容：過(guò)渡過(guò)程的概念研究過(guò)渡過(guò)程的實(shí)際意義產(chǎn)生過(guò)渡過(guò)程的原因機(jī)電時(shí)間常數(shù)的概念加快過(guò)渡過(guò)程的方法第一節(jié)研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的意義過(guò)渡過(guò)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)