机电传动控制华中科技大学2015

机电传动控制Mechanical&electricalTransmissionControl张浩强评分要求1平时成绩占30%2考试成绩占70%3无旷课、迟到、早退及格没有问题，努力学习满分也不是问题内容1机电系统的组成机械运动部件：完成生产任务的基础，减速机，主机电力拖动或机电传动：驱动机械运动的电动机电气控制系统：控制电动机的系统内容2机电传动控制的目的和任务电梯：起动，加速，恒速，减速，制动。最后淮备停留在某个楼层。刨床：工作台不断的往复运动，每往复运动一次，刀都会移动一定距离。3机电传动控制的发展成组拖动：一台电动机拖动一根天轴，天轴通过带轮和传动带分别拖动各生产机械。不足：电机发生故障，所有设备都停止。单电机拖动：一台电机拖动一台设备，这一台生产机械的运动部件较多时，机械传动机构很复杂多电机拖动：多台电机拖动一台设备，工作台，垂直刀架，侧刀架，横梁，夹紧机构。第二章：机电传动的动力学基础学习要点：机电传动系统的运动方程式；多轴传动系统中转矩折算的基本原则和方法；了解几种典型生产机械的负载特性；了解机电传动系统稳定运行的条件以及学会分析实际系统的稳定性；一、单轴拖动系统运动方程式dtdnJdtdJTTLM602dLMTTT转矩平衡方程式电动机的输出转矩（N.m）负载转矩（N.m）转动惯量（kg.m2）动态转矩（N.m）角速度（rad/s）速度（r/min）dtdnGDdtgdnGDTTDgGDmDmJJGDdtdnJdtdJTTLMLM3756042)(4/4/602222222＝惯性直径惯性半径，代替转动惯量用飞轮惯量二、传动系统的状态dLMTTT转矩平衡方程式三、的参考方向假设电动机转速n为正若TM与n的符号相同（同取正或反取负），则表示TM的作用方向与n相同，TM为拖动转矩；若TM与n的符号相反，则表示TM的作用方向与n相反，TM为制动转矩。若TL与n的符号相同（反取正或同取负），则表示TL的作用方向与n相反，为制动转矩；若TL与n的符号相反，则表示TL的作用方向与n相同，为拖动转矩。nTTLM、、dtdnGDdtgdnGDTTLM375604222＝举例当启动上升时，TM的作用方向与n的方向相同，故TM的符号与n的符号相同，同取正；而TL的作用方向与n的方向相反，故TL的符号与n的符号相同，取正。TM、TL、n的方向如图（a）所示)(03756022加速dtdnGDdtdnJTTLM启动加速制动减速举例当制动减速时，TM的作用方向与n的方向相反，故TM的符号与n的符号相反，TM取负；而TL的作用方向与n的方向相反，故TL的符号与n的符号相同，TL取正。TM、TL、n的方向如图（b）所示.启动加速制动减速)(03756022减速dtdnGDdtdnJTTLM四、多轴拖动系统的组成为了对多轴拖动系统进行运行状态的分析，将多轴拖动系统等效折算为单轴拖动系统。折算的原则是：折算前后系统总的传输功率不变。将每一个转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量都折算到电动机轴上。五、负载转矩的折算电动机轴角速度上的转矩轴负载转矩折算到电动机电动机轴功率MLMMLMTPTP负载旋转角速度负载转矩负载功率LLLLLLTPTP////5.1匀速旋转运动)()(////速比＝＝传动效率jcjTcTTcTTPPcLMLLLMLLLML五、负载转矩的折算电动机轴角速度的转矩在电动机轴上产生负载力电动机轴功率MLMMLMFTPTPcFTcTFPPcMLMLML＝传动效率)(/运动速度直线运动部件的负载力FFPL/5.2直线运动)(55.9)(55.9(602/制动，机械拖动电机起动，电机拖动机械电动机转速）MLMLMMMncFTcnFTnn六、转动惯量的折算2211LLMZjJjJJJ轴的旋转角速度；传动轴、生产机械运动分别为电动机轴、中间、、动轴之间的速度比；电动机轴与生产机械运之间的速度比；电动机轴与中间传动轴轴上的转动惯量；传动轴、生产机械运动分别为电动机轴、中间、、LMLMLMLMjjJJJ111125.1~1.12一般LLMZjJJJ简化算法加大电动机轴上的转动惯量来取代中间传动机构的转动惯量6.1旋转运动折算到电动机轴上的总转动惯量222211MLLMZvmjJjJJJ6.2直线运动折算到电动机轴上的总转动惯量运动部件速度运动部件的质量，轴的旋转角速度；传动轴、生产机械运动分别为电动机轴、中间、、动轴之间的速度比；电动机轴与生产机械运之间的速度比；电动机轴与中间传动轴轴上的转动惯量；传动轴、生产机械运动分别为电动机轴、中间、、mjjJJJLMLMLMLM1111飞轮惯量）折算到电动机轴上的总（方程式）（多轴拖动系统的运动22375ZMZLMGDdtdnGDTT七、机电传动系统的负载特性定义：电动机轴上的负载转矩和转速之间的函数关系。公式：)(LTfn7.1反抗性恒转矩负载特性曲线机床加工过程中切削力产生的负载转矩就是反抗性恒转矩。方向与运动方向相反，总是阻碍运动。·TL作用方向始终与速度n的方向相反，反抗性恒转矩与转速n取相同的符号，n为正，TL为正，特性曲线在第一象限；n为负，TL为负，特性曲线在第三象限；七、机电传动系统的负载特性定义：电动机轴上的负载转矩和转速之间的函数关系。公式：)(LTfn7.2位能性恒转矩负载特性曲线起重机提升重物时重力产生的负载转矩就是位能性恒转矩，有可能阻碍运动，也有可能促进运动。电动机拖动重物上升时TL与n的方向相反，取正，在第一象限。重物下降时，TL与n的方向相同，取负，在第四象限。7.3离心式通风机型负载特性曲线二次方成正比的负载转矩与nCnTL2虚线表示在有摩擦负载的实际情况7.4直线型负载特性曲线CnTL实验室中模拟负载用的他励电动机，当励磁电流和电枢电阻固定不变时，其电磁转矩与转速成正比。7.5恒功率型负载特性曲线nCTL车床加工过程中，粗加工时，切削量大，负载阻力大，开低速；精加工时，切削量小，负载阻力小，开高速。切削功率基本不变。即呈现恒功率型机械特性。八机电传动系统稳定运行的含义系统应能以一定速度匀速运行；系统受某种外部干扰（如电压波动、负载转矩波动等）使运行速度稍有变化，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。九机电传动系统稳定运行的条件•电动机的输出转矩TM和负载转矩TL大小相等，方向相反，相互平衡。异步电动机的机械特性曲线1与生产机械的负载特性曲线有交点a，b。dtdnGDTTLM3752anTTnTaTTTnTTaTTTTnnnTTaTTTaLMLLMMLMMMMMaaLMLLL下降，回到点，上升，干扰消除后，突然减小，。，又回到点＝减小，直到增大，，电动机加速，，干拢消除，工作点移到＝增大，转矩系统要减速，，点，转矩仍工作在电机转速来不及变化，，然增加出现干拢，负载转矩突系统的稳定平衡点////////,:九机电传动系统稳定运行的条件•电动机的输出转矩TM和负载转矩TL大小相等，方向相反，相互平衡。异步电动机的机械特性曲线1与生产机械的负载特性曲线有交点a，b。dtdnGDTTLM3752aABBnTnTnTnTTTnTTbMLMLMMML段的点进入直到越过继续上升，增大，上升，突然减小，电动机停转＝也减小，直到进一步下降，，干扰排除后，减小，下降，初始来不及变化，突然增大，不是系统的稳定平衡点0:dtdnGDTTLM3752机械特性曲线转速上升，具有向上的－排除干扰后，机的转矩增大干扰使转速下降，电动、转速小于平衡点时，机械特性曲线转速下降，具有向下的－排除干扰后，机的转矩减小干扰使转速上升，电动、转速大于平衡点时，性曲线有交点线与生产机械的负载特、电动机的机械特性曲的充分必要条件机电传动系统稳定运行,03,021LMLMTTTT2.3试列出以下几种情况下系统的运动方程式，并说明系统的运行状态是加速、减速还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）答：a匀速，b减速，c减速，d加速，e减速，f匀速答：j1=ωM/ω1=nM/n1=900/300=32.7如图所示，电动机轴上的转动惯量JM＝2.5kg.m2，转速nM＝900r/mim；中间传动轴的转动惯量J1＝2kg.m2，转速n1＝300r/mim；生产机械轴的惯量JL＝16kg.m2，转速nL＝60r/mim。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。jL=ωM/ωL=nM/nL=900/60=15)(8.21516325.2222211mkgjJjJJJLLMZ2.11如图所示，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判断哪些是系统的稳定平衡点？哪些不是？答：（d）不是稳定运动点，其余都是稳定运行点。第三章直流电机的工作原理及特性•直流电机可用做电动机，将电能转化为机械能。电动机运动。•直流电机可用做发电机，将机械能转化为电能。直流发电机做为直流电源，供给直流电动机。一、直流电机的基本结构直流电机：包括定子（磁极）和转子，定子与转子由空气隙分开。定子：产生主磁场，支撑电机。由主磁极、换向极、机座、端盖、轴承组成。电刷用电刷座固家在定子上。转子：产生感应电动势和和产生机械转矩。包括电枢绕组、电枢铁芯、换向器、轴、风扇判定通电导体在磁场中受力方向的左手定则判定通电导体在磁场中受力方向的左手定则伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从手心进入，并使拇指指向导线运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。这就是判定导线切割磁感线时感应电流方向的右手定则。用右手握住通电螺线管，让四指指向电流的方向，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。主磁极：包括主磁极铁芯、励磁绕组、磁极下面扩大部分的极靴。主磁极产生主磁场。极靴使通过空气隙中的磁通分布合理，使励磁绕组牢固固定在铁芯上。机座：固定主磁极、换向极、端盖，用地脚螺栓将电机固定在基础上。换向极：上下NS为主磁极，水平方向有一对较小的磁极即换向极，线圈旋转到换向的位置，如果没有换向极，那么线圈中的电流较大，形成很大的电压，从而产生很大的电场强度，击穿空气产生火花。在水平方向加一对磁通较小的磁极，当换向的时候，线圈水平，而线圈要继续运动除了要切割主磁极的磁感线外，还要切割换向极的磁感线，从而产生反电动势，就会减小线圈中的电流，从而减小换向火花。NS电枢绕组：产生感应电动势及电磁转矩。嵌入电枢铁芯的槽中。换向器：对发电机而言，将电枢绕组内感应的交流电动势转换电刷间的直流电动势。对电动机而言，将外加的直流电流转换为电枢绕组的交流电流。换向器由彼此隔开的换向片组成。二直流电机的简化•电机具有一对磁极、电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别接两个换向片，换向片上压着电刷A和B。三直流电机做发电机•E=Ken•E电刷间的电动势（V）•为一对磁极的磁通（Wb）•n电枢转速（r/min）•Ke与电机结构有关的常数空载损耗转矩阻转矩）发电机的电磁转矩柴油机的转矩0101(,TTTTTT电枢绕组由柴油机驱动在磁场中旋转，两根有效边感应出电动势，每一有效边电动势是交变的，在N极是一个方向，在S极是相反方向。电刷A总是与北极有效边连接的换向片接触，电刷B总是与南极有效边连接的换向片接触，电刷间就出现一个极性不变的电动势，接有负载时，就产生一定方向的电流。电动势与电流方向相同四直流电机做电动机•T=KtIa•T电磁转矩（N·m）•一对磁极的磁通（Wb）•Ia电枢电流（A）•Kt与电机结构有关常数•Kt＝9.55Ke将直流电源接在电刷间，使电流流入电枢绕组，N极有效边的电流总是一个方向，S极有效边的电流总是相反方向，产生电磁力使电枢绕组转动，有效边从北极转到南极，电流的方向同时改变，使电磁力的方向不变。电枢绕组在