机电传动控制复习

1.1机电传动的目的和任务传动：将其它形式的能量转换成机械能，以驱动生产机械的过程。机电传动(电力传动、电力拖动)：指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称。第一章概述机械自动化组成要素：机械检测信息处理驱动执行1.1机电传动的目的和任务机电传动(电力传动、电力拖动)：指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称。目的：将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止以及速度调节，完成各种生产工艺过程的要求，保证生产过程的正常进行。任务：从广义上讲，就是要使生产机械设备、生产线、车间、甚至整个工厂都实现自动化。从狭义上讲，专指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数量的增加，质量的提高，生产成本的降低，工人劳动条件的改善以及能量的合理利用。第一章概述1.2机电传动及其控制系统的发展概况机电传动的发展：成组拖动单电机拖动多电机拖动控制系统的发展：•接触器—继电器控制实现简单控制，速度慢，精度差•电机放大机控制连续自动控制，速度、精度、可靠性提高•晶闸管功率晶体管控制效率高、控制特性好、反应快、寿命长、可靠性高、体积小、重量轻•计算机控制连续复杂控制，灵活性好、自动化程度高第一章概述第一章概述1.3课程的性质和任务性质：机械工程及自动化专业基础课程。任务：以伺服驱动系统为主导，以控制为线索，系统介绍电动机基本原理、运行特性、控制方法、控制手段等知识。1.4课程的内容安排重点内容：第二章机电传动系统的动力学基础第三章直流电机的工作原理及特性第五章交流电机的工作原理及特性第六章控制电机第十一章直流传动控制系统第十二章交流传动控制系统第一章概述•1.5教材及课程要求•教材：《机电传动控制》邓星钟华中科技大学•要求：出勤作业•答疑:时间：每周三7、8节14：30•地点：数控加工实验室（机械学院A110）•考核:平时考核（20%）+闭卷考试（80%）•联系方式:8973(6591)13698637583第一章概述第二章机电传动系统动力学基础本章重点：掌握机电传动系统的运动方程式；多轴拖动系统中转矩、转动惯量的折算；学会分析机电传动系统的运行状态；本章内容不仅适用于直流电机拖动，也适用于交流电机拖动，是电力拖动系统的基础。第一节机电传动系统的运动学方程1、单轴机电传动系统的运动学方程dtdvmFFL直线：旋转：其中：TM——电机转矩TL——负载转矩J——转动惯量2mJmFFLv)1.2(dtdJTTLM运动方程式：)3.2(60/2n工程中：用飞轮转矩GD2代替J，用转速n代替)2.2(44222gJGDgGDmJ)4.2(3752dtdnGDTTLM第一节机电传动系统的运动学方程81.9g)5.2(3752dLMTdtdnGDTT2）TMTL，dn/dt0，系统加速；1）TM=TL，dn/dt=0，电机转速为零或常数，运动状态为静态或稳态；第一节机电传动系统的运动学方程动态转矩：3）TMTL，dn/dt0，系统减速。讨论：动态转矩力矩的正方向的规定：以转速n的转动方向为参考，TM的方向与转速n的方向相同时，为正方向；TL的方向与转速n的方向相反为正方向。例：起重机提升重物时的启动和制动（即加速和减速上升）a）启动时TM-TL=Tdb）制动时-TM-TL=Td第一节机电传动系统的运动学方程第二节转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算多轴拖动系统：等效为单轴拖动系统：1.负载转矩的折算（根据静态时功率守恒原则）a)对于旋转运动：MLMLLLTPTP''第二节转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算MLLLMLCTTPP//''LMCLMCLLLjjTTT/)7.2(''其中b)对于直线运动：MLMTP第二节转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算vFPL'CMLFT/60/2n）（8.2/55.9MCLnFT如果是生产机械拖动电动机旋转（制动状态），则有：'CMLFT第二节转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算)9.2(/55.9'MCLnFT2.转动惯量的折算（依据动能守恒原则）设传动系统由m个转动件和n个平动件组成，转动件的转动惯量和角速度分别为Ji和ωi；平动件的质量和速度分别为mj和vj；则系统总的动能为：njjjmiiivmJE12122121折算到电机轴上时，系统总动能为：22][21MJE第二节转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算根据动能守恒：E2=E故：21122121)()()(][MjnjjmiiiMjnjjMimiivmjJvmJJ第二节转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算系统总的转动惯量为：][JJJM3.飞轮转矩的折算（依据动能守恒原则）依据转动惯量与飞轮转矩的关系，得到折算到电机轴上的总的飞轮转矩为：gvmjDGGDnjMjjmiiii4)(][211222gJGD42第二节转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算多轴拖动系统的运动方程式为：第二节转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算).(Tdtdn}GD{}T{}T{dLM1623752第三节生产机械的机械特性机械特性：同一转轴上转矩与转速之间的函数关系。生产机械的机械特性：n=f(TL)电动机的机械特性：n=f(TM)第三节生产机械的机械特性几种典型机械特性：1.恒转矩型机械特性特点：TL=常数。例：提升机、皮带运输机等。包括反抗转矩和位能转矩。2.风机型机械特性特点：TL=Cn2例：鼓风机、水泵等。第三节生产机械的机械特性3.直线型机械特性特点：TL=Cn例如：他励直流发电机。4.恒功率型机械特性特点：TL=K/n例如：车床加工此外，还有其他形式的机械特性，如转矩随转角变化的，随机变化的；也可能是以上几种典型的综合。第四节机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统的稳定运行包含两重含义：1、系统应能以一定速度匀速运转；2、系统受某种外部干扰作用使运行速度稍有变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。必要条件：生产机械的机械特性曲线与电动机的机械特性曲线有交点。充分条件：扰动消除后仍能回到原来的平衡点。a点：当TL突然增大到TL’时，因速度不能突变，电机转矩仍为TM，此时，TMTL’n减小，TM增大，直到与TL’相等，运行于a’点。当干扰撤销后，TM’TL,n增大，TM’减小，直到与TL相等，即在a点稳定运行。第四节机电传动系统稳定运行的条件异步电动机的机械特性生产机械的机械特性交点b交点ab点：当TL突然增大到TL’时，因速度不能突变，电机转矩仍为TM，此时，TMTL’n减小，TM减小，n进一步减小，直到停转，反之，过Ｂ点，到当干扰撤销后，TM’TL,n增大，TM’减小，直到与TL相等，即在a点稳定运行。简便判别法：在平衡点对应的转速之上应保证TMTL;在平衡点对应的转速之下应保证TMTL。第四节机电传动系统稳定运行的条件异步电动机的机械特性生产机械的机械特性交点b交点a第二章小结1）学会依据机电传动系统，写出其运动方程；2）对于多轴系统，要学会依据功率守恒和动能守恒，将负载转矩和转动惯量进行等效转换；3）掌握机械特性的概念，了解常见生产机械的几种机械特性；4）掌握机电传动系统稳定运行的条件；5）学会正确判定稳定平衡点。作业2－32－72－92－11第三章直流电机的工作原理及特性本章重点：掌握直流电机的工作原理；掌握直流电机的机械特性；掌握直流电动机的启动、调速、制动的方法。第三章直流电机的工作原理及特性直流电力拖动系统启动转矩大，在较大的范围内能进行速度平滑调节，且控制简便。由于直流电机具有换向器和电刷，给运行带来了麻烦。交流电力拖动系统交流电传输方便，交流电机结构简单，价格便宜且能在高速度恶劣条件下工作。交流电力拖动系统的调速性能（如调速范围，调速精度，平滑性，过载能力等）指标都不及直流电力拖动系统。现在由于电力电子技术的发展，不仅解决了可控制直流电源问题，同时也为交流电力拖动系统提供了频率和电压可调的交流电源问题。为交流调速开辟了新的前景。直流电机交流电机第一节直流电机的基本结构和工作原理第一节直流电机的基本结构和工作原理1.基本结构定子：主磁极、换向极、机座、电刷装置、端盖、轴承等。转子：电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴、风扇。轴承及端盖机座主磁极电枢绕组风扇换向器电枢铁芯换向极电刷装置轴第一节直流电机的基本结构和工作原理1.基本结构定子：主磁极、换向极、机座、电刷装置、端盖、轴承等。第一节直流电机的基本结构和工作原理1.基本结构转子：电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴、风扇。2.工作原理（电磁互感原理）作为发电机运行时：导体在磁场内作切割磁力线运动，导体中便感应出电动势。)1.3(nKEe)2.3(atIKT第一节直流电机的基本结构和工作原理作为电动机运行时：带电导体在磁场中要受到电磁力（矩）的作用。第一节直流电机的基本结构和工作原理01TTT0TTTL电机运行方式E与Ia的方向E的作用T的性质转矩之间的关系发电机相同电源电动势阻转矩电动机相反反电动势驱动转矩表1电机在不同运行方式下，E和T的作用第二节直流发电机直流发电机按励磁方法分为：他励，自励包括并励、串励和复励，永磁发电机他励并励串励复励串励+并励第二节直流发电机他励并励串励复励等效电路图GGGG1.他励发电机)3.3(/)(aaRUEI第二节直流发电机aaRIEU)4.3(IIa)5.3(/RUIfffR/UI1.他励发电机讨论：当发电机空载时，即Ia=0，有U=E=KeΦn空载特性曲线：在发电机空载及转速为常数的条件下，表示电动势E与励磁电流If之间的关系曲线E=f(If)。E正比于φ，而φ=f(If)是一条磁化曲线，所以空载特性曲线与磁化曲线相似。是发电机基本运行特性之一。第二节直流发电机1.他励发电机外特性曲线：在发电机的转速n和励磁电流If为常数的条件下，发电机端电压U与负载电流I之间关系的曲线称为外特性曲线U＝f(I)。当他励发电机的负载电流增加时，电枢电压降IaRa增加，端电压U就下降。第二节直流发电机2.并励发电机)10.3()9.3(/)8.3(/)7.3(/)(IIIIRUIRUIRUEIRIEUfaffaaaa第二节直流发电机并励发电机电压建立的条件条件不满足时采取的措施：1）在直流电源上充磁；2）将励磁绕组两端接线对调；3）将R‘f减小。1）磁极有剩磁2）起始励磁电流所产生的磁场方向与剩磁磁场方向相同3）R‘f不能过大第二节直流发电机2.并励发电机并励发电机的外特性在转速n及励磁电路的电阻为常数时，端电压与负载电流之间的关系曲线。3.复励发电机第二节直流发电机原理：励磁绕组与电枢有一部分并联，一部分串联。第三节直流电动机的机械特性电动机的机械特性指的是转速与电磁转矩之间的关系。一、机械特性的一般形式不同励磁方式的电动机，其运行特性也不尽相同。第三节直流电动机的机械特性电枢回路部分励磁回路部分aaUEIR=+U——外加电枢电压（V）；E——感应电势（V）；aI——电枢电流（A）；aR——电枢回路内阻（Ω）第三节直流电动机的机械特性电枢回路部分励磁回路部分、eEKn=FtaTKI=FeaaUKnIR=F+即：aaeeURnIKK=-FF……转速特性a2eetURnTKKK=-FF……机械特性∵∴第三节直流电动机的机械特性根据机械特性可知：0eUnK=F2转速降落a02etRnnTKK-=F理想空载点1理想空载转速：T=0时的转速称为理想空载转速，用n0表示。3机械特性硬度：为了衡量机械特性的平直程度，引进一个机械特性硬度的概念，其定义为：1）绝对硬特性→∞,如交流同步电动机的机械特性;2）硬特性10，如直流他励电动机的机械特性;3）软特性10，如直流串励电动机的机械特性;第三节直流电动机的机械特性%100ΔΔddnTnT即转矩变化与所引起的转速变化的比值，称为机械特性的硬度。第三节直流电动机的机械特性二、固有机械特性直流他励电动机