機電傳動控制1_4章

1、 它是建筑機電專業(yè)大廈的基石它是建筑機電專業(yè)大廈的基石 濟南大學濟南大學 機電傳動控制課題組制作機電傳動控制課題組制作 20132013 主講人主講人 : 吳長忠吳長忠 1.1 1.1 機電傳動的目的和任務機電傳動的目的和任務傳動：傳動：將其它形式的能量轉換成機械能，以驅動生產將其它形式的能量轉換成機械能，以驅動生產機械的過程。機械的過程。 機電傳動機電傳動( (電力傳動、電力拖動電力傳動、電力拖動) )：指以電動機為原動：指以電動機為原動機驅動生產機械的系統(tǒng)之總稱。機驅動生產機械的系統(tǒng)之總稱。 第一章第一章 概概 述述機械自動化組成要素：機械自動化組成要素： 機械機械 檢測檢測 信息處理信息

2、處理 驅動執(zhí)行驅動執(zhí)行1.1 1.1 機電傳動的目的和任務機電傳動的目的和任務 機電傳動機電傳動( (電力傳動、電力拖動電力傳動、電力拖動) )：指以電動機為：指以電動機為原動機驅動生產機械的系統(tǒng)之總稱。原動機驅動生產機械的系統(tǒng)之總稱。 目的目的：將電能轉變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)生產機械的啟：將電能轉變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)生產機械的啟動、停止以及速度調節(jié)，完成各種生產工藝過程的要動、停止以及速度調節(jié)，完成各種生產工藝過程的要求，保證生產過程的正常進行。求，保證生產過程的正常進行。 任務任務： 從廣義上講，就是要使生產機械設備、生產線、從廣義上講，就是要使生產機械設備、生產線、車間、甚至整個工廠都實現(xiàn)自動化。

3、車間、甚至整個工廠都實現(xiàn)自動化。 從狹義上講，專指控制電動機驅動生產機械，實從狹義上講，專指控制電動機驅動生產機械，實現(xiàn)生產產品數(shù)量的增加，質量的提高，生產成本的降現(xiàn)生產產品數(shù)量的增加，質量的提高，生產成本的降低，工人勞動條件的改善以及能量的合理利用。低，工人勞動條件的改善以及能量的合理利用。第一章第一章 概概 述述1.2 1.2 機電傳動及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況機電傳動及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況機電傳動的發(fā)展：機電傳動的發(fā)展： 成組拖動成組拖動 單電機拖動單電機拖動 多電機拖動多電機拖動控制系統(tǒng)的發(fā)展：控制系統(tǒng)的發(fā)展： 接觸器接觸器繼電器控制繼電器控制 實現(xiàn)簡單控制，速度慢，精實現(xiàn)簡單控制，速度慢

4、，精度差度差 電機放大機控制電機放大機控制 連續(xù)自動控制，速度、精度、可連續(xù)自動控制，速度、精度、可靠性提高靠性提高 晶閘管功率晶體管控制晶閘管功率晶體管控制 效率高、控制特性好、反效率高、控制特性好、反應快、壽命長、可靠性高、體積小、重量輕應快、壽命長、可靠性高、體積小、重量輕 計算機控制計算機控制 連續(xù)復雜控制，靈活性好、自動化程連續(xù)復雜控制，靈活性好、自動化程度高度高第一章第一章 概概 述述第一章第一章 概概 述述1.3 1.3 課程的性質和任務課程的性質和任務性質性質：機械工程及自動化專業(yè)基礎課程。：機械工程及自動化專業(yè)基礎課程。任務任務：以伺服驅動系統(tǒng)為主導，以控制為：以伺服驅動系統(tǒng)

5、為主導，以控制為 線索，系統(tǒng)介紹電動機基本原理、線索，系統(tǒng)介紹電動機基本原理、 運行特性、控制方法、控制手段等運行特性、控制方法、控制手段等 知識。知識。1.4 1.4 課程的內容安排課程的內容安排 重點內容：重點內容： 第二章第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎 第三章第三章 直流電機的工作原理及特性直流電機的工作原理及特性 第四章第四章 交流電動機的工作原理及特性交流電動機的工作原理及特性 第五章第五章 控制電動機控制電動機 第八章第八章 電力電子學基礎電力電子學基礎 第九章第九章 直流調速系統(tǒng)直流調速系統(tǒng) 第十章第十章 交流自動調速控制系統(tǒng)交流自動調速控制系統(tǒng)第一章第

6、一章 概概 述述 1.5 1.5 教材及課程要求教材及課程要求 教材：教材： 機電傳動控制機電傳動控制馮清秀馮清秀 鄧星鐘鄧星鐘 華中華中科技大學科技大學 要求：出勤要求：出勤 作業(yè)作業(yè) 答疑答疑: : 時間：每周五時間：每周五 7 7、8 8節(jié)節(jié) 1515：3030 地點：數(shù)控加工實驗室（機械學院地點：數(shù)控加工實驗室（機械學院A110A110） 考核考核: :平時考核（平時考核（20%20%） + + 閉卷考試（閉卷考試（80%80%） 聯(lián)系方式聯(lián)系方式:8973(6591)8973(6591)一章第一章 概概 述述 第二章第二章 機電傳動

7、系統(tǒng)動力學基礎機電傳動系統(tǒng)動力學基礎本本 章章 重重 點：點： 掌握機電傳動系統(tǒng)的運動方程式；掌握機電傳動系統(tǒng)的運動方程式； 多軸拖動系統(tǒng)中轉矩、轉動慣量的折算；多軸拖動系統(tǒng)中轉矩、轉動慣量的折算； 學會分析機電傳動系統(tǒng)的運行狀態(tài)；學會分析機電傳動系統(tǒng)的運行狀態(tài)； 本章內容不僅適用于直流電機拖動，也適用本章內容不僅適用于直流電機拖動，也適用于交流電機拖動，是電力拖動系統(tǒng)的基礎。于交流電機拖動，是電力拖動系統(tǒng)的基礎。第一節(jié)第一節(jié) 機電傳動系統(tǒng)的運動學方程機電傳動系統(tǒng)的運動學方程1 1、單軸機電傳動系統(tǒng)的運動學方程、單軸機電傳動系統(tǒng)的運動學方程dtdvmFFL直線：直線：dtdJTTLM旋轉：旋轉

8、：其中：其中： TM 電機轉矩電機轉矩 TL 負載轉矩負載轉矩 J 轉動慣量轉動慣量2mJ mFFLv)1.2(dtdJTTLM運動方程式：運動方程式： ) 3 . 2(60/2n工程中：用飛輪轉矩工程中：用飛輪轉矩GD2代替代替J，用轉速，用轉速n代替代替 )2.2(44222gJGDgGDmJ)4 . 2(3752dtdnGDTTLM第一節(jié)第一節(jié) 機電傳動系統(tǒng)的運動學方程機電傳動系統(tǒng)的運動學方程81. 9g)5 . 2(3752dLMTdtdnGDTT2）TM TL，d n / d t 0，系統(tǒng)加速；，系統(tǒng)加速；1） TM=TL，d n / d t =0 ，電機轉速為零或常數(shù)，電機轉速為零

9、或常數(shù)， 運動狀態(tài)為靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)；運動狀態(tài)為靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)；第一節(jié)第一節(jié) 機電傳動系統(tǒng)的運動學方程機電傳動系統(tǒng)的運動學方程動態(tài)轉矩：動態(tài)轉矩：3）TMTL，d n / d t 0，系統(tǒng)減速。，系統(tǒng)減速。討論：討論：動態(tài)轉矩力矩的正方向的規(guī)定：力矩的正方向的規(guī)定：以轉速以轉速n的轉動方向的轉動方向為參考，為參考，TM的方向與轉速的方向與轉速n的方向相同時，為的方向相同時，為正方向；正方向；TL的方向與轉速的方向與轉速n n的方向的方向相反為正方向。相反為正方向。例：起重機提升重物時的啟動和例：起重機提升重物時的啟動和制動（即加速和減速上升）制動（即加速和減速上升）a）啟動時）啟動時 TM-TL=Td

10、b）制動時）制動時 -TM-TL=Td第一節(jié)第一節(jié) 機電傳動系統(tǒng)的運動學方程機電傳動系統(tǒng)的運動學方程第二節(jié)第二節(jié) 轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算多軸拖動系統(tǒng)多軸拖動系統(tǒng)：等效為單軸拖動系統(tǒng)等效為單軸拖動系統(tǒng)：1.1.負載轉矩的折算（根據(jù)靜態(tài)時功率守恒原則）負載轉矩的折算（根據(jù)靜態(tài)時功率守恒原則）a) 對于旋轉運動對于旋轉運動：MLMLLLTPTP第二節(jié)第二節(jié) 轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算MLLLMLCTTPP/LMCLMCLLLjjTTT/)7 . 2(其中b) 對于直線運動對于直線運動：MLMTP第二節(jié)第二節(jié) 轉矩、轉動慣量和飛輪

11、轉矩的折算轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算vFPLCMLFT/60/2n）（ 8 . 2/55. 9MCLnFT如果是生產機械拖動電動機旋轉（制動狀態(tài)），如果是生產機械拖動電動機旋轉（制動狀態(tài)），則有則有：CMLFT第二節(jié)第二節(jié) 轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算)9 . 2(/55. 9MCLnFT2. 轉動慣量的折算（依據(jù)動能守恒原則）轉動慣量的折算（依據(jù)動能守恒原則）設傳動系統(tǒng)由設傳動系統(tǒng)由m個轉動件和個轉動件和n個平動件組成，轉動件個平動件組成，轉動件的轉動慣量和角速度分別為的轉動慣量和角速度分別為 J i和和i；平動件的質量和；平動件的質量和速度分別為速度分別

12、為m j 和和v j；則系統(tǒng)總的動能為：；則系統(tǒng)總的動能為：njjjmiiivmJE12122121折算到電機軸上時，系統(tǒng)總動能為：折算到電機軸上時，系統(tǒng)總動能為：2221MJE第二節(jié)第二節(jié) 轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算根據(jù)動能守恒：根據(jù)動能守恒：E E2 2 = E= E故：故：21122121)()()(MjnjjmiiiMjnjjMimiivmjJvmJJ第二節(jié)第二節(jié) 轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算系統(tǒng)總的轉動慣量為系統(tǒng)總的轉動慣量為：JJJM3. 飛輪轉矩的折算（依據(jù)動能守恒原則）飛輪轉矩的折算（依據(jù)動能守恒原則）依據(jù)轉動慣

13、量與飛輪轉矩的關系，得到折算到電機軸依據(jù)轉動慣量與飛輪轉矩的關系，得到折算到電機軸上的總的飛輪轉矩為：上的總的飛輪轉矩為：gvmjDGGDnjMjjmiiii4)(211222gJGD42第二節(jié)第二節(jié) 轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算多軸拖動系統(tǒng)的運動方程式為：多軸拖動系統(tǒng)的運動方程式為：第二節(jié)第二節(jié) 轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算).(TdtdnGDTTdLM1623752第三節(jié)第三節(jié) 生產機械的機械特性生產機械的機械特性機械特性機械特性：同一轉軸上轉矩與轉速之間的函數(shù)關系。同一轉軸上轉矩與轉速之間的函數(shù)關系。生產機械的機械特性：生產

14、機械的機械特性： n=f (T L) 電動機的機械特性：電動機的機械特性： n =f (TM)第三節(jié)第三節(jié) 生產機械的機械特性生產機械的機械特性幾種典型機械特性：幾種典型機械特性：1.恒轉矩型機械特性恒轉矩型機械特性 特點：特點：TL=常數(shù)。常數(shù)。例：提升機、皮帶運輸機等。例：提升機、皮帶運輸機等。包括包括反抗轉矩反抗轉矩和和位能轉矩。位能轉矩。2. 風機型機械特性風機型機械特性 特點：特點：TL= C n 2 例：鼓風機、水泵等。例：鼓風機、水泵等。第三節(jié)第三節(jié) 生產機械的機械特性生產機械的機械特性3. 直線型機械特性直線型機械特性 特點：特點：TL=C n 例如：他勵直流發(fā)電機。例如：他勵

15、直流發(fā)電機。4. 恒功率型機械特性恒功率型機械特性 特點：特點：TL=K/n 例如：車床加工例如：車床加工此外，還有其他形式的機械特性，如此外，還有其他形式的機械特性，如轉矩隨轉角變化的，隨機變化的；也轉矩隨轉角變化的，隨機變化的；也可能是以上幾種典型的綜合。可能是以上幾種典型的綜合。第四節(jié)第四節(jié) 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件機電傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行包含機電傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行包含兩重含義兩重含義：1、系統(tǒng)應能以一定速度勻速運轉；、系統(tǒng)應能以一定速度勻速運轉；2、系統(tǒng)受某種外部干擾作用使運行速度稍有變化時，、系統(tǒng)受某種外部干擾作用使運行速度稍有變化時， 應保證在干擾消除后系

16、統(tǒng)能恢復到原來的運行速應保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復到原來的運行速 度。度。必要條件：必要條件：生產機械的機械特性曲線與電動機的機械特生產機械的機械特性曲線與電動機的機械特 性曲線有交點。性曲線有交點。充分條件：充分條件：擾動消除后仍能回到原來的平衡點。擾動消除后仍能回到原來的平衡點。a點點：當：當TL突然增大到突然增大到TL時，因速度不能突變，時，因速度不能突變，電機轉矩仍為電機轉矩仍為TM，此時，此時，TMTL,n增大，增大， TM減小，直到減小，直到與與TL相等，即在相等，即在a點穩(wěn)定點穩(wěn)定運行。運行。第四節(jié)第四節(jié) 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件異步電動機異步電動機的

17、機械特性的機械特性生產機械生產機械的機械特的機械特性性交點交點b交點交點ab點點：當：當TL突然增大到突然增大到TL時，因速度不能突變，時，因速度不能突變，電機轉矩仍為電機轉矩仍為TM，此時，此時，TMTL n減小，減小，TM減小，減小， n進一步減小，直到停轉，進一步減小，直到停轉，反之，過點，到當干反之，過點，到當干擾撤銷后，擾撤銷后，TMTL, n增增大，大， TM減小，直到與減小，直到與TL相等，即在相等，即在a點穩(wěn)定運行。點穩(wěn)定運行。簡便判別法：簡便判別法：在平衡點對應的轉速之上應保證在平衡點對應的轉速之上應保證 TM TL。第四節(jié)第四節(jié) 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運

18、行的條件異步電動機異步電動機的機械特性的機械特性生產機械生產機械的機械特的機械特性性交點交點b交點交點a第二章小結第二章小結1）學會依據(jù)機電傳動系統(tǒng)，寫出其運動方程；）學會依據(jù)機電傳動系統(tǒng)，寫出其運動方程；2）對于多軸系統(tǒng)，要學會依據(jù)功率守恒和動）對于多軸系統(tǒng)，要學會依據(jù)功率守恒和動能能守恒，將負載轉矩和轉動慣量進行等效轉換；守恒，將負載轉矩和轉動慣量進行等效轉換；3）掌握機械特性的概念，了解常見生產機械）掌握機械特性的概念，了解常見生產機械的幾種機械特性；的幾種機械特性；4）掌握機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件；）掌握機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件；5）學會正確判定穩(wěn)定平衡點。）學會正確判定穩(wěn)定平衡點

19、。作業(yè)作業(yè)232729211第三章第三章 直流電機的工作原理及特性直流電機的工作原理及特性本本 章章 重重 點：點： 掌握直流電機的工作原理；掌握直流電機的工作原理； 掌握直流電機的機械特性；掌握直流電機的機械特性； 掌握直流電動機的啟動、調速、制動的掌握直流電動機的啟動、調速、制動的方法。方法。 第三章第三章 直流電機的工作原理及特性直流電機的工作原理及特性直流電力拖動系統(tǒng)直流電力拖動系統(tǒng) 啟動轉矩大，在較大的范圍內能進行速度平滑調節(jié)，且控制簡便。啟動轉矩大，在較大的范圍內能進行速度平滑調節(jié)，且控制簡便。由于直流電機具有換向器和電刷，給運行帶來了麻煩。由于直流電機具有換向器和電刷，給運行帶來

20、了麻煩。交流電力拖動系統(tǒng)交流電力拖動系統(tǒng)交流電傳輸方便，交流電機結構簡單，價格便宜且能在高速度惡交流電傳輸方便，交流電機結構簡單，價格便宜且能在高速度惡劣條件下工作。劣條件下工作。交流電力拖動系統(tǒng)的調速性能（如調速范圍，調速精度，平滑性，交流電力拖動系統(tǒng)的調速性能（如調速范圍，調速精度，平滑性，過載能力等）指標都不及直流電力拖動系統(tǒng)?，F(xiàn)在由于電力電子過載能力等）指標都不及直流電力拖動系統(tǒng)。現(xiàn)在由于電力電子技術的發(fā)展，不僅解決了可控制直流電源問題，同時也為交流電技術的發(fā)展，不僅解決了可控制直流電源問題，同時也為交流電力拖動系統(tǒng)提供了頻率和電壓可調的交流電源問題。力拖動系統(tǒng)提供了頻率和電壓可調的交

21、流電源問題。 為交流調速為交流調速開辟了新的前景。開辟了新的前景。 直流電機交流電機第一節(jié)第一節(jié) 直流電機的基本結構和工作原理直流電機的基本結構和工作原理第一節(jié)第一節(jié) 直流電機的基本結構和工作原理直流電機的基本結構和工作原理1.基本結構基本結構 定子：定子： 主磁極、換向極、主磁極、換向極、機座、電刷裝置、機座、電刷裝置、端蓋、軸承等。端蓋、軸承等。 轉子：轉子： 電樞鐵芯、電樞繞電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、軸、組、換向器、軸、風扇。風扇。第一節(jié)第一節(jié) 直流電機的基本結構和工作原理直流電機的基本結構和工作原理1.基本結構基本結構 定子：定子： 主磁極、換向極、主磁極、換向極、機座、電刷裝置、機

22、座、電刷裝置、端蓋、軸承等。端蓋、軸承等。 第一節(jié)第一節(jié) 直流電機的基本結構和工作原理直流電機的基本結構和工作原理1.基本結構基本結構 轉子：轉子： 電樞鐵芯、電樞繞電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、軸、組、換向器、軸、風扇。風扇。2. 工作原理（電磁互感原理）工作原理（電磁互感原理）作為發(fā)電機運行時：導體在磁作為發(fā)電機運行時：導體在磁場內作切割磁力線運動，導體場內作切割磁力線運動，導體中便感應出電動勢。中便感應出電動勢。) 1 . 3(nKEe)2 . 3(atIKT第一節(jié)第一節(jié) 直流電機的基本結構和工作原理直流電機的基本結構和工作原理作為電動機運行時：帶電導體作為電動機運行時：帶電導體在磁場中要

23、受到電磁力（矩）在磁場中要受到電磁力（矩）的作用。的作用。第一節(jié)第一節(jié) 直流電機的基本結構和工作原理直流電機的基本結構和工作原理01TTT0TTTL電機電機運行方運行方式式E與與Ia的的方向方向E的作用的作用 T的性質的性質轉矩轉矩之間的關系之間的關系發(fā)電機發(fā)電機相同相同電源電源電動勢電動勢阻轉矩阻轉矩電動機電動機相反相反反電動勢反電動勢驅動驅動轉矩轉矩表表1 電機在不同運行方式下，電機在不同運行方式下，E和和T的作用的作用第二節(jié)第二節(jié) 直流發(fā)電機直流發(fā)電機直流發(fā)電機按勵磁方法分為：直流發(fā)電機按勵磁方法分為：他勵，自勵包括并勵、串勵和復勵，永磁發(fā)電機他勵，自勵包括并勵、串勵和復勵，永磁發(fā)電機第

24、二節(jié)第二節(jié) 直流發(fā)電機直流發(fā)電機他勵他勵并勵并勵串勵串勵復勵復勵等效電路圖等效電路圖GGGG1. 他勵發(fā)電機他勵發(fā)電機) 3 . 3 (/ )(aaRUEI第二節(jié)第二節(jié) 直流發(fā)電機直流發(fā)電機aaRIEU) 4 . 3 (IIa) 5 . 3 (/RUI fffR/UI 1. 他勵發(fā)電機他勵發(fā)電機討論討論：當發(fā)電機空載時，即當發(fā)電機空載時，即 I a=0，有，有 U = E = K e n空載特性曲線空載特性曲線：在發(fā)電機空載及轉速為常數(shù)在發(fā)電機空載及轉速為常數(shù)的條件下，表示電動勢的條件下，表示電動勢E與與勵磁電流勵磁電流If 之間的關系曲線之間的關系曲線E = f (If) 。E正比于正比于，

25、而，而= f (If)是一條磁化曲線，是一條磁化曲線，所以空載特性曲線所以空載特性曲線與磁化曲與磁化曲線相似。是發(fā)電機基本運行線相似。是發(fā)電機基本運行特性之一。特性之一。第二節(jié)第二節(jié) 直流發(fā)電機直流發(fā)電機1. 他勵發(fā)電機他勵發(fā)電機外特性曲線：外特性曲線：在發(fā)電機的轉速在發(fā)電機的轉速n和勵磁電和勵磁電流流If為常數(shù)的條件下，發(fā)電為常數(shù)的條件下，發(fā)電機端電壓機端電壓 U 與負載電流與負載電流 I 之之間關系的曲線稱為外特性曲間關系的曲線稱為外特性曲線線U f ( I )。當他勵發(fā)電機的負載電流增當他勵發(fā)電機的負載電流增加時，電樞電壓降加時，電樞電壓降IaRa增加，增加，端電壓端電壓U就下降。就下降

26、。第二節(jié)第二節(jié) 直流發(fā)電機直流發(fā)電機2. 并勵發(fā)電機并勵發(fā)電機)10. 3()9 . 3(/)8 . 3(/)7 . 3(/ )(IIIIRUIRUIRUEIRIEUfaffaaaa第二節(jié)第二節(jié) 直流發(fā)電機直流發(fā)電機并勵發(fā)電機電壓建立的條件并勵發(fā)電機電壓建立的條件條件不滿足時采取的措施條件不滿足時采取的措施： 1）在直流電源上充磁；）在直流電源上充磁；2）將勵磁繞組兩端接線對調；）將勵磁繞組兩端接線對調； 3）將）將R f 減小。減小。1）磁極有剩磁）磁極有剩磁 2）起始勵磁電流所產生的磁場方）起始勵磁電流所產生的磁場方 向與剩磁磁場方向相同向與剩磁磁場方向相同 3）R f 不能過大不能過大第

27、二節(jié)第二節(jié) 直流發(fā)電機直流發(fā)電機2. 并勵發(fā)電機并勵發(fā)電機并勵發(fā)電機的外特性并勵發(fā)電機的外特性在轉速在轉速n及勵磁電路的電及勵磁電路的電阻為常數(shù)時，端電壓與阻為常數(shù)時，端電壓與負載電流之間的關系曲負載電流之間的關系曲線。線。3. 復勵發(fā)電機復勵發(fā)電機第二節(jié)第二節(jié) 直流發(fā)電機直流發(fā)電機原理：原理：勵磁繞組與電樞有一部分勵磁繞組與電樞有一部分并聯(lián)，一部分串聯(lián)。并聯(lián)，一部分串聯(lián)。第三節(jié)第三節(jié) 直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性 第三節(jié)第三節(jié) 直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性電樞回路部分電樞回路部分勵磁回路部分勵磁回路部分aaUEI R=+U外加電樞電壓（外加電樞電壓（V）；）； E感應

28、電勢（感應電勢（V）；）；aI電樞電流（電樞電流（A）；）；aR電樞回路內阻（電樞回路內阻（） 第三節(jié)第三節(jié) 直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性電樞回路部分電樞回路部分勵磁回路部分勵磁回路部分、e EKn=Fta TKI=Feaa UKnI R=F+ 即：即： aaeeURnIKK=-FF 轉速特性轉速特性a2eetURnTKK K=-FF 機械特性機械特性 第三節(jié)第三節(jié) 直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性根據(jù)機械特性可知：根據(jù)機械特性可知：0eUnK=F2轉速降落轉速降落 a02etRnnTK K-=F理想空載點理想空載點1理想空載轉速：理想空載轉速： T=0時的轉速稱為理想時的

29、轉速稱為理想空載轉速，用空載轉速，用n0表示。表示。 3機械特性硬度：機械特性硬度： 為了衡量機械特性的平直程度，引進一個機械特為了衡量機械特性的平直程度，引進一個機械特性硬度的概念，其定義為：性硬度的概念，其定義為：1）絕對硬特性）絕對硬特性 ,如交流同步電動機的機械特性如交流同步電動機的機械特性;2）硬特性）硬特性 10，如直流他勵電動機的機械特性，如直流他勵電動機的機械特性;3）軟特性）軟特性 n0； 2 2、機械特性硬度不變；、機械特性硬度不變； 3 3、回饋電能、回饋電能例例1 1：電車下坡：電車下坡平路時，電動狀態(tài)；平路時，電動狀態(tài)；下坡時，增加了動力矩下坡時，增加了動力矩TP，反

30、饋制動。，反饋制動。例例2 電動機電樞電壓突然下降電動機電樞電壓突然下降第六節(jié)第六節(jié) 直流他勵電動機的制動特性直流他勵電動機的制動特性例例3 卷揚機構勻速下放重物卷揚機構勻速下放重物重物下放過程中電重物下放過程中電動機的轉速高于動機的轉速高于n0，如果較重，不太安如果較重，不太安全。全。1. 電源反接制動：將變?yōu)?，使變?yōu)橹苿恿仉娫捶唇又苿樱簩⒆優(yōu)?，使變?yōu)橹苿恿?. 倒拉反接制動：將倒拉反接制動：將n變?yōu)樽優(yōu)閚，使變?yōu)橹苿恿?，使變?yōu)橹苿恿胤唇又苿樱悍唇又苿樱簩⑺麆铍妱訖C的電樞電壓或電樞電勢將他勵電動機的電樞電壓或電樞電勢改變方向，使兩者由方向相反變?yōu)橄嗤?，則電動機就改變方向，使兩者由方向

31、相反變?yōu)橄嗤?，則電動機就運行于反接制動運行于反接制動第六節(jié)第六節(jié) 直流他勵電動機的制動特性直流他勵電動機的制動特性2. 反接制動反接制動1）電源反接制動（）電源反接制動（U反向）反向）應用場合應用場合：迅速減速、停車：迅速減速、停車和反向的場合；經(jīng)常正反轉和反向的場合；經(jīng)常正反轉的場合。如的場合。如:牛頭刨床。牛頭刨床。TKKRRKUnteadae2第六節(jié)第六節(jié) 直流他勵電動機的制動特性直流他勵電動機的制動特性2）倒拉反接制動（）倒拉反接制動（E方向改變）方向改變）特點特點： 適當選擇電阻適當選擇電阻 R ad 的大小，可的大小，可得到不同的下降速度；得到不同的下降速度； 可以以較小的速度下放

32、重物?？梢砸暂^小的速度下放重物。 對對TL估計不準，本應下放可能估計不準，本應下放可能上升；上升； 特性軟，小的轉矩波動引起大特性軟，小的轉矩波動引起大的速度波動。的速度波動。第六節(jié)第六節(jié) 直流他勵電動機的制動特性直流他勵電動機的制動特性3. 能耗制動能耗制動特點特點：對于反抗性負載，可以迅速停車，對于反抗性負載，可以迅速停車，不會有反向啟動的危險。不會有反向啟動的危險。 對于位能性負載，不會出現(xiàn)因對于位能性負載，不會出現(xiàn)因對對TL估計錯誤而使重物上升的情估計錯誤而使重物上升的情況，速度也較穩(wěn)定。況，速度也較穩(wěn)定。應用應用：要求迅速準確停車和重物：要求迅速準確停車和重物恒速下放的場合。恒速下放

33、的場合。將電壓將電壓U突然降為零，將電樞串突然降為零，將電樞串接一個附加電阻接一個附加電阻R ad。第六節(jié)第六節(jié) 直流他勵電動機的制動特性直流他勵電動機的制動特性三種制動方式特點對比：三種制動方式特點對比：1）對于位能性負載）對于位能性負載反饋制動反饋制動: 下放速度高于理想空載轉速下放速度高于理想空載轉速,不安全。不安全。電源反接制動：下放速度高于理想空載轉速，不安全。電源反接制動：下放速度高于理想空載轉速，不安全。倒拉反接制動：以較小的速度下放，對負載估計不足可倒拉反接制動：以較小的速度下放，對負載估計不足可 能上升，速度穩(wěn)定性差。能上升，速度穩(wěn)定性差。能耗制動：能耗制動： 可以以較小的速

34、度下放，不會因對負載可以以較小的速度下放，不會因對負載 估計不足而上升，速度穩(wěn)定性好。估計不足而上升，速度穩(wěn)定性好。第六節(jié)第六節(jié) 直流他勵電動機的制動特性直流他勵電動機的制動特性2）對于反抗性負載：）對于反抗性負載：反饋制動反饋制動: 轉速高于空載轉速。轉速高于空載轉速。電源反接制動：轉速下降到零后，反向啟動，最后以電源反接制動：轉速下降到零后，反向啟動，最后以 某一速度勻速運行。某一速度勻速運行。能耗制動：能耗制動： 可以迅速停車，不會有反向啟動的危險。可以迅速停車，不會有反向啟動的危險。 第六節(jié)第六節(jié) 直流他勵電動機的制動特性直流他勵電動機的制動特性電動機運行狀態(tài)：電動機運行狀態(tài)：在同一種

35、接線方式下，電動在同一種接線方式下，電動機既可以工作在電動狀態(tài)，機既可以工作在電動狀態(tài)，也可以工作在制動狀態(tài)。也可以工作在制動狀態(tài)。對于倒拉反接制動，正轉時對于倒拉反接制動，正轉時的倒拉反接出現(xiàn)在第的倒拉反接出現(xiàn)在第4象限，象限，反轉時，出現(xiàn)在第二象限。反轉時，出現(xiàn)在第二象限。第六節(jié)第六節(jié) 直流他勵電動機的制動特性直流他勵電動機的制動特性第三章第三章 小小 結結1）了解電動機的結構組成；）了解電動機的結構組成；2）掌握直流電機的基本工作原理）掌握直流電機的基本工作原理3）掌握直流電機的固有特性和人為特性）掌握直流電機的固有特性和人為特性4）掌握直流電動機啟動、調速和制動的各種方法，）掌握直流電

36、動機啟動、調速和制動的各種方法，以及各種方法的優(yōu)點和應用場所以及各種方法的優(yōu)點和應用場所。作業(yè)作業(yè)313318321第四章第四章 機電傳動系統(tǒng)過渡過程分析機電傳動系統(tǒng)過渡過程分析重點內容：重點內容： 過渡過程的概念過渡過程的概念 研究過渡過程的實際意義研究過渡過程的實際意義 產生過渡過程的原因產生過渡過程的原因 機電時間常數(shù)的概念機電時間常數(shù)的概念 加快過渡過程的方法加快過渡過程的方法第一節(jié)第一節(jié) 研究機電傳動系統(tǒng)過渡過程的意義研究機電傳動系統(tǒng)過渡過程的意義過渡過程：過渡過程： 當系統(tǒng)中電動機的轉矩當系統(tǒng)中電動機的轉矩TM或負載轉矩或負載轉矩TL發(fā)生變化發(fā)生變化時系統(tǒng)就要由一個穩(wěn)定運轉狀態(tài)變化

37、到另一個穩(wěn)定運時系統(tǒng)就要由一個穩(wěn)定運轉狀態(tài)變化到另一個穩(wěn)定運轉狀態(tài)，這個變化過程稱為過渡過程。轉狀態(tài)，這個變化過程稱為過渡過程。 目的和意義：目的和意義： 為滿足生產機械對過渡過程的各種要求，必須研究為滿足生產機械對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)各參量對時間的變化規(guī)過渡過程的基本規(guī)律，研究系統(tǒng)各參量對時間的變化規(guī)律，如轉速、轉矩、電流等對時間的變化規(guī)律，才能正律，如轉速、轉矩、電流等對時間的變化規(guī)律，才能正確地選擇機電傳動裝置，為機電傳動自動控制系統(tǒng)提供確地選擇機電傳動裝置，為機電傳動自動控制系統(tǒng)提供控制原則，設計出完善的啟動、制動等自動控制線路，控制原則，設計出完善

38、的啟動、制動等自動控制線路，以求改善產品質量，提高生產率和減輕勞動強度。以求改善產品質量，提高生產率和減輕勞動強度。第二節(jié)第二節(jié) 機電傳動系統(tǒng)過渡過程的分析機電傳動系統(tǒng)過渡過程的分析1) 機械慣性，它反映在機械慣性，它反映在J或或GD2上，使轉速上，使轉速n不能突變；不能突變；2) 電磁慣性：它反映在電樞回路電感和勵磁繞組電感電磁慣性：它反映在電樞回路電感和勵磁繞組電感 上，電樞回路電流和勵磁磁通不能突變。上，電樞回路電流和勵磁磁通不能突變。3) 熱慣性：熱慣性： 它反映在溫度上，使溫度不能突變。它反映在溫度上，使溫度不能突變。 由于熱慣性較大、溫度變化較轉速、電流等參量變化由于熱慣性較大、溫

39、度變化較轉速、電流等參量變化慢的多，一般不考慮。只考慮機械慣性和電磁慣性。慢的多，一般不考慮。只考慮機械慣性和電磁慣性。在有些場合，電磁慣性也較小，所以過渡過程主要是在有些場合，電磁慣性也較小，所以過渡過程主要是由機械慣性引起的。由機械慣性引起的。機電傳動系統(tǒng)產生過渡過程的原因：機電傳動系統(tǒng)產生過渡過程的原因：第二節(jié)第二節(jié) 機電傳動系統(tǒng)過渡過程的分析機電傳動系統(tǒng)過渡過程的分析動態(tài)特性：動態(tài)特性：機電傳動系統(tǒng)過渡過程中轉矩、轉速和電流機電傳動系統(tǒng)過渡過程中轉矩、轉速和電流 與時間的關系。與時間的關系。對于方程對于方程 已知已知GD2一般不隨一般不隨n變化。代入運動方程式可得到轉速、轉矩、變化。代入運動方程式可得到轉速、轉矩、電流與時間的關系。電流與時間的關系。dtdnGDTTLM3752)(MT