程宪平-机电传动与控制(第三版)4第四章

机电传动控制1目录·第4章第4章机电传动控制系统的基础4-1机电传动控制系统的组成及方案选择4-2选择电动机额定功率的基本依据4-3电动机的发热与冷却4-4不同工作方式下电动机容量的选择4-5电动机的种类、额定电压、额定转速及形式的选择机电传动控制2第4章机电传动控制系统的基础①了解机电传动自动调速系统的组成；②了解生产机械对调速系统提出的调速技术指标要求；③知道调速系统的调速性质与生产机械的负载特性合理匹配的重要性。基本要求开环调速系统与闭环调速系统的区别，公式D=nmax·SL/△nN(1－SL)与Df=(1－K)D中各物理量之间的辩证关系，扩大调速范围的有效方法；重点恒转矩调速与恒功率调速问题，特别是电动机的调速性质与生产机械的负载特性相配合问题；难点4-1机电传动控制系统的组成及方案选择机电传动控制3第4章机电传动控制系统的基础一、机电传动控制系统的组成和分类开环控制系统的方框图控制器对象或过程输入量输出量输入量控制器对象或过程输出量测量元件闭环控制系统的方框图机电传动控制4第4章机电传动控制系统的基础一、机电传动控制系统的组成和分类闭环控制系统的一般组成变换放大串联校正变换放大执行元件被控对象测量元件反馈校正输出量输入量--闭环控制系统的方框图输入量控制器对象或过程输出量测量元件机电传动控制5第4章机电传动控制系统的基础一、机电传动控制系统的组成和分类闭环控制系统的一般组成变换放大串联校正变换放大执行元件被控对象测量元件反馈校正输出量输入量--数控机床伺服系统组成机电传动控制6第4章机电传动控制系统的基础一.转速控制的要求需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能有一定要求。归纳起来，对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面：①调速在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节转速；②稳速以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；③加、减速频繁起动制动的设备要求加减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起动制动尽量平稳。二、机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制7第4章机电传动控制系统的基础二.转速控制的调速指标minmaxnnD其中nmin和nmax一般都指电机额定负载时的转速。二、机电传动控制系统调速方案的选择对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速。1、调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比叫做调速范围。用字母D表示，即：机电传动控制8二.转速控制的调速指标2、静差度第4章机电传动控制系统的基础当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载到额定值时所对应的转速降落nN，与理想空载转速n0之比，称作静差度S，即：0N0N0nnnnnS%1000NnnS或：静差度表示电动机运行时转速的稳定程度。二、机电传动控制系统调速方案的选择nmaxnmin01N1nnS02N2nnS＜机电传动控制9静差度和机械特性硬度有区别。一般调压调速系统在不同转速下的机械特性是互相平行的。第4章机电传动控制系统的基础三.静差度与机械特性硬度的区别二、机电传动控制系统调速方案的选择静差度表示电动机运行时转速的稳定程度。nmaxnmin01N1nnS02N2nnS＜△nN′对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差度越大，转速的相对稳定性越差。对于同样的理想空载转速，特性硬度越小时，稳定性好稳定性更好稳定性差机电传动控制10例如：在1000r/min时降落10r/min，只占1%；在100r/min时也降落10r/min，就占10%；在只有10r/min时，再降落10r/min，就占100%，这时电动机已经停止转动，转速全部降落完了。第4章机电传动控制系统的基础三.静差度与机械特性硬度的区别二、机电传动控制系统调速方案的选择静差度表示电动机运行时转速的稳定程度。01N1nnS02N2nnS＜nmaxnmin稳定性差稳定性好停止机电传动控制11因此，调速范围和静差度这两项指标必须同时提才有意义。调速系统的静差度指标应以最低速时所能达到的数值为准。第4章机电传动控制系统的基础三.静差度与机械特性硬度的区别NminNmin0N2nnnnnSSSL二、机电传动控制系统调速方案的选择静差度表示电动机运行时转速的稳定程度。nmaxnmin01N1nnS02N2nnS＜机电传动控制12第4章机电传动控制系统的基础四.调速范围、静差度和额定速降之间的关系设电机额定转速nN为最高转速，转速降落为nN，将上面的式代入nmin，得：)1(NmaxLLSnSnDminmaxnnD而调速范围为：LLLSnSnSnnNNNmin)1(于是，最低转速为：NminNmin0NnnnnnSSL该系统的静差度应该是最低速时的静差度，即：二、机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制13第4章机电传动控制系统的基础右式表示：调压调速系统的调速范围D、静差度SL和额定速降nN之间所应满足的关系。四.调速范围、静差度和额定速降之间的关系)1(NmaxLLSnSnD对于同一个调速系统，nN值一定，由上式可见，如果对静差度要求越严，即要求S值越小时，系统能够允许的调速范围也越小。结论一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差度的转速可调范围。二、机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制14机电传动控制系统是由电机、电器、电子部件等基础环节组合而成，能控制生产机械实现调速的控制系统，亦称自动调速系统。在调速系统中，电动机的nmin是在保证生产机械对转速变化率S（即静差度SL）的要求这一前提下所能达到的最低转速。也就是说，调速系统的SL要小于或等于生产机械要求的S生（SL≤S生），才能谈及调速范围。第4章机电传动控制系统的基础二、机电传动控制系统调速方案的选择五.在自动调速系统中，扩大调速范围D的基本方法根据D＝nmax·SL/△nN(1－SL)可知，在nmax与SL一定时，设法减少转速降△nN，就可扩大调速范围D，闭环控制系统（亦称反馈控制系统）能起到这个作用。机电传动控制15第4章机电传动控制系统的基础生产机械对调速系统所提出的调速技术指标包括静态的和动态的。静态技术指标主要有静差度S，调速范围D和调速的平滑性等；•动态技术指标主要有最大超调量MP，过渡过程时间T和振荡次数等。二、机电传动控制系统调速方案的选择五.在自动调速系统中，扩大调速范围D的基本方法各种生产机械对于上述指标的要求不尽相同，因此，必须根据生产机械的特点和工厂的实际情况来合理地选择自动调速系统。机电传动控制16第4章机电传动控制系统的基础二、机电传动控制系统调速方案的选择值得特别注意的是生产机械的调速一般有恒转矩型和恒功率型两类负载特性，而电动机的调速也有恒转矩性质和恒功率性质两类。负载为恒转矩的生产机械应尽可能选用恒转矩性质的调速方式，负载为恒功率型的生产机械应尽可能选用恒功率性质的调速方式。否则，电动机将得不到最充分的利用或将严重过载。五.在自动调速系统中，扩大调速范围D的基本方法机电传动控制17第4章机电传动控制系统的基础①掌握电动机的发热与冷却规律；②掌握电动机容量的选择，特别注意电动机运行时的允许温度、过载能力和启动能力；③熟悉电动机种类、电压、转速和结构型式的选择方法。掌握长期工作制、短期工作制、重复短期工作制三种运行方式下电动机容量的选择。重复短期工作制运行方式下电动机容量的选择。基本要求重点难点4-2～4-5电动机的选择机电传动控制18第4章机电传动控制系统的基础根据生产机械的性质不同，电动机有三种运行方式：①长期工作制；②短期工作制；③重复短期工作制。根据运行方式在选择电动机容量时，主要考虑两方面因素：①电动机的发热情况；②电动机的过载能力。依据经验来选择电动机容量的两种方法：①统计分析法；②类比法。二、电动机容量的选择应根据以下内容全面考虑并正确选择：①生产机械具体要求；②技术经济指标；③工作环境等条件。一、电动机种类、电压、转速和结构形式的选择本内容以自学为主