機(jī)電傳動控制教案

機(jī)電傳動控制教案

學(xué)院、系：機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)電系

任課教師：任有志

授課專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化

課程學(xué)分：__________________________

課程總學(xué)時(shí)：60學(xué)時(shí)

課程周學(xué)時(shí)：__________________________

2006年2月20_a

機(jī)電傳動控制教學(xué)進(jìn)程

周課

章節(jié)計(jì)劃學(xué)時(shí)教學(xué)手段教學(xué)環(huán)境

次次

21§1.3§2.12講授多媒體教室

§2.3§2.4

22§3.1§3.2§3.32講授多媒體教室

31§3.4§3.5§3.62講授多媒體教室

32§5.1§5.2§5.3§5.42講授多媒體教室

4I§5.4§5.5§5.7§5.82濟(jì)授多媒體教室

42§6.1§6.2§6.3§6.4§6.52講授多媒體教室

§6.7§7.1§7.2§7.3

51§7.4§7.5§7.62講授多媒體教室

52電動機(jī)原理習(xí)題討論課2講授多媒體教室

61§8.12瑞導(dǎo)多媒體教室

62§8.12講授多媒體教室

71§8.22講授多媒體教室

72實(shí)驗(yàn)課墟電器接觸器控2講授多媒體教室

81制實(shí)驗(yàn)2指導(dǎo)機(jī)電實(shí)驗(yàn)室

習(xí)題討論課：§8.3§8.4

82§9.12輔導(dǎo)多媒體教室

91§9.22講授多媒體教室

92實(shí)驗(yàn)課：可編程序控制器2講授多媒體教室

101認(rèn)識實(shí)驗(yàn)2指導(dǎo)機(jī)電實(shí)驗(yàn)室

§9.3§9.3

102實(shí)臉課：可編程序控制器2講授多媒體教室

111編程練習(xí)2指導(dǎo)機(jī)電實(shí)驗(yàn)室

§10.1§13.2

112§10.3§105§10.62講授多媒體教室

121實(shí)驗(yàn)課：晶閘管特性及觸2講授多媒體教室

122發(fā)原理2指導(dǎo)機(jī)電實(shí)吸室

§11.1§11.2

13I§11.3§11.42講授多媒體教室

132§12.12講授多媒體教室

141§13.1§13.22講授多媒體教室

142§13.32講授多媒體教室

151§13.42講授多媒體教室

152實(shí)驗(yàn)課2講授多媒體教室

161題討論課2指導(dǎo)機(jī)電實(shí)驗(yàn)室

1622需導(dǎo)多媒體教室

笫1_次課2學(xué)時(shí)

上次課復(fù)習(xí)：

本次課題（或教材章節(jié)題目）：§1.1目的和任務(wù)§1.2發(fā)展概況§1.3內(nèi)容安排§2.1運(yùn)動方程式§23生

產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性§2.4穩(wěn)定條件

教學(xué)要求：了解機(jī)電傳動的目的、任務(wù)和發(fā)展概況，掌握機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程、各種生產(chǎn)機(jī)械的特

性和機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件。

重點(diǎn)、：機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程、各種生產(chǎn)機(jī)械的特性、機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件。

難點(diǎn)、：機(jī)電傳動系統(tǒng)的逐動方程、機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件-

教學(xué)手段及教具：多媒體教學(xué)

講授內(nèi)容及時(shí)間分配：

§1.1、§1.2、§1.3一—0.5學(xué)時(shí)

§2.1、§2.3、§2.4——1.5學(xué)時(shí)

課后作業(yè)習(xí)題2.10、2.11

參考資料

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第一章概述

§1.1機(jī)電傳動的目的和任務(wù)

1.傳動——運(yùn)動的傳遞（能量）

傳動的分類（按機(jī)械動能傳遞方法）

（1）機(jī)械傳動a.齒輪

b.杠桿如：自行車驅(qū)動力、鏈傳動

c.皮帶

d.機(jī)構(gòu)等剎車、連桿機(jī)構(gòu)

傳遞力或力矩（機(jī)械能）

（2〕流體傳動a.液壓與氣動（壓力能）

b.液力傳動（流體動能）

（3）機(jī)電傳動（電力扭動）

（4）另外還有其它的傳動方式。

注：有時(shí)，在一個(gè)生產(chǎn)機(jī)械中由幾種傳動形式聯(lián)合工作。

2.機(jī)電傳動一（本課程研究的內(nèi)容）

以電動機(jī)為原動機(jī)驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械的傳動系統(tǒng)

服務(wù)對象：各種生產(chǎn)機(jī)械

電能機(jī)械能

-----------電動機(jī)——-----------------生產(chǎn)機(jī)械

它是一種由電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的傳動系統(tǒng)，所以有時(shí)也稱為電力傳動或電力拖動

3.機(jī)電傳動控制

目前：由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)機(jī)械的自動化程度和生產(chǎn)精度不斷提高，

所以要求機(jī)電傳動系統(tǒng)不僅完成能量轉(zhuǎn)換的工作還要對傳動過程進(jìn)行控制。

本課程所研究的就是這二部分內(nèi)容。傳動及控制

所以課程名稱叫《機(jī)電傳動控制》

4.機(jī)電傳動控制的任務(wù)

-------提赳電動機(jī)驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備，實(shí)現(xiàn)具體的工作要求

舉例：天車的吊起、制動

機(jī)床切削過程

電梯平穩(wěn)升降及定位

軋機(jī)的換向等

§1.2機(jī)電傳動發(fā)展概況

簡單的可以分為：a.成組拖動（傳動）

b.單電機(jī)拖動

c.多電機(jī)拖動

三個(gè)階段

從控制系統(tǒng)的功率器件上分類：

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a.接觸器和繼電器時(shí)代

b.電機(jī)放大機(jī)及磁放大機(jī)時(shí)代

c.可控硅(晶閘管)

另外，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了

a.模擬控制

b.數(shù)字控制(數(shù)控機(jī)床)

§1.3內(nèi)容安排

1.《機(jī)械電子》專業(yè)是一個(gè)以機(jī)為主機(jī)電結(jié)合的專業(yè)，誤程設(shè)置(具了解)基本上是這樣的

《電路基礎(chǔ)》電學(xué)基礎(chǔ)

《模擬電子》電子技術(shù)(弱電)

《數(shù)字電子》計(jì)算機(jī)技術(shù)

《機(jī)電傳動控制》包括了所有應(yīng)掌握的魚曳內(nèi)容

用以上四門課程取代7機(jī)械專業(yè)的《電工學(xué)》課程。

2.本門課包括以下幾個(gè)方面：

(1)電機(jī)原理及特性：交、直、特殊、三?七章

(2)電器及控制：接觸器，維電器；保護(hù)及控制器八章

(3)可編程序控制器：(PC)原理及應(yīng)用九章

(4)可控硅原理及應(yīng)用：晶閘管十章

(5)調(diào)速系統(tǒng)：交流、直流，電力拖動十一、十二章

(6)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)：自動化十三章

3.課程特點(diǎn)綜合性比按強(qiáng)(面寬)

實(shí)踐性比較強(qiáng)與生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系較強(qiáng)(教學(xué)實(shí)驗(yàn))

4.教學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃開五個(gè)：

5.學(xué)時(shí)安排：

由于作者建議用90學(xué)時(shí)講授，實(shí)際他用大約70學(xué)時(shí)

我們目前安排了60個(gè)學(xué)時(shí)。

教學(xué)實(shí)驗(yàn)建議開八個(gè)實(shí)際開出了五個(gè)

我們目前條件可開六個(gè)但學(xué)時(shí)數(shù)的關(guān)系開五個(gè)

第二章機(jī)電傳動的動力學(xué)基礎(chǔ)

§2.1運(yùn)動方程式

1.對于一個(gè)電動機(jī)輸出軸上的運(yùn)動情況有

wLdtdt

Tm電機(jī)的輸出扭矩

TL電機(jī)的負(fù)載扭矩

3為角速度

J轉(zhuǎn)動慣量

n為轉(zhuǎn)速

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k為常數(shù)

2.意義：Tm與T1,之差將產(chǎn)生加速度

當(dāng)Tm>TL時(shí)，加速

當(dāng)Tm<TL時(shí)，減速

當(dāng)Tm=TL時(shí)，勻速（平衡）

3.Tm與TL的正反。

以轉(zhuǎn)速的方向?yàn)闇?zhǔn)（n）

Tm：與n同向時(shí)為正（拖動）反之為負(fù)（制動）

TL?與n反向時(shí)為正（制動）反之為負(fù)（拖動）

解釋：提升重物

升：Tm為正，TL正

降：TL為負(fù)，超負(fù)（制動）第5頁2個(gè)圖

§2.3生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性

機(jī)械特性：生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)地（電機(jī)軸）上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系。

分為以下幾種

§2.3.1恒轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性

特點(diǎn)：負(fù)載轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，TL=C可分為：反抗（摩擦）與n同號（總制動）

位能方向一定

反抗轉(zhuǎn)矩位能轉(zhuǎn)矩離心風(fēng)機(jī)特性

例切削力吊重物

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§2.3.2離心風(fēng)機(jī)特性

特點(diǎn)：Tc=cn2與轉(zhuǎn)速平方成正比

§2.3.3直線型特性

特點(diǎn)：TL=cn

§2.3.4恒功率型特性

特點(diǎn):TL=c/n

直線型恒功率型

§2.4機(jī)電傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件

電動機(jī)的機(jī)械特性是Tm=f(n)曲線及驅(qū)動扭矩和轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系

生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性是T1,=f(n)曲線及員載扭矩和轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系

當(dāng)電動機(jī)作為生產(chǎn)機(jī)械的原動機(jī)(動力源)時(shí)，兩個(gè)函數(shù)中的n為同一個(gè)參數(shù)。

在運(yùn)行中由運(yùn)動方程式可知，要想穩(wěn)定運(yùn)行，速度應(yīng)勻速不變及TL=Tm時(shí)及是穩(wěn)定的一個(gè)

條件，所以系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件之一是

1、電動機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性曲線應(yīng)有交點(diǎn)

立匕火：TIR=TL(勻速)

例：曲線1和2，附合這個(gè)條件，有a、b交點(diǎn)

曲線1和3，不附合

另外，應(yīng)有抗干擾施力：

當(dāng)有外來干擾時(shí)會引起n變化

當(dāng)干擾消失后，n應(yīng)恢復(fù)原狀態(tài)

所以另一個(gè)穩(wěn)定條件是：

2、當(dāng)有外加干擾使n變化時(shí)，干擾消除后n應(yīng)能自行恢復(fù)到原狀態(tài)。

這件條件的判斷原則是：

當(dāng)ntTm<TL

當(dāng)nJTm>TL

由運(yùn)動方程看TM-TL=J-0

at

當(dāng)干擾使n1時(shí)，干擾消除后希望nl這時(shí)如TID-TL<0貝”負(fù)加速

當(dāng)干擾使nI時(shí)，干擾消除后希望nt這時(shí)如Tm-TL>0則正加速

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例：a,b兩點(diǎn)、

a點(diǎn)，當(dāng)nt時(shí)TmI—Tm'

當(dāng)干擾消除后由于在n'父Tm-TIXO,所

b點(diǎn)，當(dāng)nt時(shí)Tmf—Tm''

當(dāng)干擾消除后由于在n''欠Tm-TL>0,t到n'''

直到a點(diǎn)處平衡

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笫2_次課2學(xué)時(shí)

上次課復(fù)習(xí)：

機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程、各種生產(chǎn)機(jī)械的特性、機(jī)電傳動系統(tǒng)稔定運(yùn)行的條件。

本次課題（或教材章節(jié)題目）：§3.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理§3.2直流發(fā)電機(jī)

§3.3直流電動機(jī)的機(jī)械特性

教學(xué)要求：掌握直流電機(jī)的基本工作原理及特性，特別時(shí)直流電動機(jī)的機(jī)械特性。

重點(diǎn)：直流電機(jī)的基本工作原理及特性。

難點(diǎn)、：直流電機(jī)的基本工作原理及特性。

教學(xué)手段及教具：多媒體教學(xué)

講授內(nèi)容及時(shí)間分配：

§3.1'§3.2一一1學(xué)時(shí)

§3.3一一1學(xué)時(shí)

課后作業(yè)習(xí)題3.3、3.4、3.5、3.6

參考資料

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第三章直流電機(jī)的工作原理

電機(jī)的分類：a發(fā)電機(jī)，電動機(jī)

b直流?交流、步進(jìn)

特點(diǎn)：直流電動機(jī)：可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速（優(yōu)點(diǎn)），在傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)中應(yīng)用多

交流電動機(jī)：簡單、便宜、但調(diào)速復(fù)雜

步迸電動機(jī)：用脈沖工作、易于數(shù)字控制

直流發(fā)電機(jī)：一般用來為直流電動機(jī)配套；但可控硅取代很多的發(fā)電機(jī)

§3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理

§3.1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)

主要部件：勵(lì)硅繞組（定子線圈）用來產(chǎn)生磁場

電樞繞組（轉(zhuǎn)子線圖）通有工作電流

換向器保持電樞繞組的電流方向不變

鐵芯（定子、轉(zhuǎn)子）導(dǎo)磁及支撐

作用：簡述

其它：略

§3.1.2直流電機(jī)的基本工作原理

以單個(gè)電樞繞組線圈為例說明

一、發(fā)電機(jī)（根據(jù)右手定則）

勵(lì)磁繞組通電產(chǎn)生一磁場

＞A點(diǎn)總與N極側(cè)的一邊相連

＞B點(diǎn)總與N極側(cè)的一邊相連

》轉(zhuǎn)子（電樞線圖）由原動機(jī)拖動，以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動

＞這時(shí)，N邊切割磁力線產(chǎn)生電勢指向外

S邊切割磁力線產(chǎn)生電勢指向內(nèi)

＞AB兩點(diǎn)就產(chǎn)生了電勢E=Keen

當(dāng)有負(fù)載RL時(shí)，就產(chǎn)生電流I

＞這時(shí)?E=KeOn

二、電動機(jī)（根據(jù)左手定則）

＞在AB兩點(diǎn)加電壓，在電樞中產(chǎn)生電流I

＞則N邊受力，S邊反向受力，形成轉(zhuǎn)矩T=Km（bIa

＞電樞轉(zhuǎn)動后，切割磁力線產(chǎn)生反電勢E=Ke（Pn

＞當(dāng)n到一定值后，Ia=（U-E）/Ra

滿足T后穩(wěn)定下來。

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注：在發(fā)電機(jī)中￡一股?！ㄊ禽敵鲭妱?/p>

當(dāng)匕工0時(shí)，T=Km-Ia(負(fù)載轉(zhuǎn)矩)為原動機(jī)負(fù)載，既la為負(fù)載

在電動機(jī)中Tm=KmOla為輸出動力

Em=Ked)n為反電勢

當(dāng)Tm大nt[T?-TL=J(d(d/dt)]EMt(U-EM)IIa=(U-EO/RaITU

一是負(fù)載

§3.2直流發(fā)電機(jī)

對于直流電機(jī)按其勵(lì)磁方法分為以下幾種情況：

他勵(lì)：磁繞組有獨(dú)立的電源與電樞無關(guān)

并勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞并聯(lián)

串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞串聯(lián)

復(fù)勵(lì)：有串也有并勵(lì)

§3.2.1他勵(lì)發(fā)電機(jī)

1.電原理圖

由于獨(dú)立Uf,h

所以負(fù)載電流1=電柩電流la

2.空載特性

當(dāng)發(fā)電機(jī)空載(Ia=0)及轉(zhuǎn)速(n)不變時(shí)，輸出電勢與勵(lì)磁電流的關(guān)系曲線

當(dāng)If小時(shí)直線(不飽和)

If大時(shí)，彎曲(開始飽和)

If更大，平直(飽和，①不變)

3.外特性曲線

當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速(〃)狗勵(lì)堿(①)不變時(shí)，輸出電壓(U)與負(fù)載電流(I)之間的關(guān)系曲

箜

注：當(dāng)lafRaiatU=E-IaRaI

§3.2.2并勵(lì)發(fā)電機(jī)

1.電原理圖：

由于h?I

所以la^I

2.電壓建立過程

由于事先沒有勵(lì)磁電壓U所以h=0

當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動時(shí)，沒有磁煬所以不會產(chǎn)生E。

并勵(lì)發(fā)電應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件

(1)在磁極上有剩磁(弱的磁場)當(dāng)nt產(chǎn)生一個(gè)小E產(chǎn)生一個(gè)小If

(2)勵(lì)磁磁場與剩磁場的方向相同電壓建立起來

(3)Rf不能太大兩方面，一方面是線圖電阻，一是外接電阻

3.并勵(lì)發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)

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一方面是空載曲線

一方面是是勵(lì)磁電流曲線共同決定

當(dāng)飽和彎曲后產(chǎn)生交點(diǎn)

4.外特性

與他勵(lì)一樣，但由于UIIfI所以所以UI得多

§3.2.3復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)

1.電原理圖

并勵(lì)I(lǐng)n>=U/Rfb

串勵(lì)I(lǐng)t=Ia

當(dāng)131at,U=E-IaRaI,If=U/Rfbl,4）［

4）t，UT

所以，復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)在一定的工作范圍內(nèi)外特性比較平坦

§3.3直流電動機(jī)的機(jī)械特性

直流電動機(jī)由分為他勵(lì)、并勃、串勵(lì)和變勵(lì)

§3.3.1他勵(lì)電動機(jī)的機(jī)械特性

》電原理圖

由電路原理公式，推導(dǎo)出

n=____T

Ke①KcKtd>

=n（）-△n

說明：no與輸出轉(zhuǎn)扭T無關(guān)所以稱為理想空載有速H---1一五二

而An反映負(fù)載對轉(zhuǎn)速的影響，是負(fù)教幻起的:速；u

>機(jī)械特性：

（b）勵(lì)磁電流與電樞電壓（U）不變時(shí)轉(zhuǎn)速（n）與扭矩（T；的關(guān)系曲線

由上式可知機(jī)械特性如圖

>機(jī)械特性硬度：

B=dT/dn

對于電機(jī)按值分類如下：

絕對硬度8=8

硬6210

軟6<10

三種在生產(chǎn)中都有應(yīng)用

>機(jī)械特性分固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性

固有：在額定條件下（n）與（T）的關(guān)系

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（二）人為機(jī)械特性

1.電樞串電阻

由：

n=U_Ra+,

~~K^__KcKtO

這時(shí)m不變，而An則增加，特性如圖

2.改變電壓時(shí)（U）

_U

no

這時(shí)no受電壓變化而改變，而An則因與電壓無關(guān)所以不變，

3.改變磁通

由于磁飽和和線圖的原因只能減?、?/p>

由

_uRa

nKe（DKeKm<D

》當(dāng)①下降時(shí)no上升，同時(shí)an也增加

>當(dāng)太小時(shí)反電勢E=K。①n

》當(dāng)力.大時(shí)Ia=（U-E）/Ra度坯

》當(dāng)，小時(shí)E=Ke①n因?yàn)棰偎詎f

》所以eI不能太多

（并勵(lì)比較人為特性降壓時(shí)O

§3.3.2串勵(lì)電動機(jī)

這時(shí)Ia=If從而有

1.當(dāng)Tl因?yàn)镮f=L也小（T=Kmela）

2.當(dāng)Tt大時(shí)If=Iat；①飽和，平坦

3.不能空載（飛車）

特點(diǎn)：

起動扭矩大用于吊車電車的驅(qū)動

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起動時(shí)特性軟?

§3.3.3復(fù)勵(lì)

有串，他（并）勵(lì)兩個(gè)統(tǒng)組

具有兩者的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)要求來設(shè)計(jì)，串、并磁場強(qiáng)度來達(dá)到所需的值

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笫3_次課2學(xué)時(shí)

上次課復(fù)習(xí)：

直流電機(jī)的基本工作原理、直流他勵(lì)電動機(jī)的固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性

本次課題（或教材章節(jié)題目）：§3.4直流他勵(lì)電動機(jī)的啟動特性§3.5直流他勵(lì)電動機(jī)的調(diào)速特性§3.6

直流他勵(lì)電動機(jī)的制動特性

教學(xué)要求：掌握直流他勵(lì)電動機(jī)的啟動特性、調(diào)速特性和制動后性

重點(diǎn)、：直流他勵(lì)電動機(jī)的啟動特性、調(diào)速特性和制動特性

難點(diǎn)、：直流他勵(lì)電動機(jī)的啟劫特性、調(diào)速特性和制動特性

教學(xué)手段及教具：多媒體教學(xué)

講授內(nèi)容及時(shí)間分配：

§3.4'§3.5-----1學(xué)時(shí)

§3.6一一1學(xué)時(shí)

課后作業(yè)習(xí)題3.10、3.16、3.17、3.18

參考資料

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§3.4直流他勵(lì)電動啟動特性

1.電動機(jī)的啟動就是使n從0->m的過程

啟動初期n=0;E=Ke①11=0(反電動勢)

這時(shí)：Ia=(U-E)/RayU/Ra

一般Ra(電樞直流電阻)很小，以減小工作中的損耗和發(fā)熱(IaM是發(fā)熱量)

所以這時(shí)la將很大，達(dá)10-20IN

結(jié)果可能會引起

(1)換向器打火

(2)產(chǎn)生很大的力矩，對負(fù)載產(chǎn)生沖擊

(3)電路的保護(hù)器無法設(shè)i-

2.所以一般的直流電動機(jī)不允許直接啟動

在啟動時(shí)設(shè)法限制電樞電流

一般的有以下兩種方法

(1)降壓啟動使U從小到大逐漸增加到U

(2)電樞回路串聯(lián)電阻啟動

注：對于降壓啟動需要電源電壓可調(diào)。

3.電樞串聯(lián)電阻啟動

(1)單段(串聯(lián)一級電限)

當(dāng)啟動時(shí)KM斷，這時(shí)從心開始按a變化當(dāng)?shù)絉時(shí)，KM合，由于n不能突變，所以從A到B

點(diǎn)產(chǎn)生沖擊T比較大,這時(shí)，有較大的la和T

(2)多

段

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§3.5直流他勵(lì)電動機(jī)的調(diào)速特性

電動機(jī)的調(diào)速

是指電動機(jī)的外負(fù)載（T）不變的情況下，人為的改變電動機(jī)的工作參數(shù)，使工作速度發(fā)

生變化的情況。

速度調(diào)節(jié)：因生產(chǎn)機(jī)械提出的變速要求：如汽車、車床

速度變化：由于T的變化引起（系統(tǒng)的特性決定）

例如：自行車調(diào)整變速器（變速比）

如圖所示：當(dāng)TL->TI：時(shí)這時(shí)速度變化n->n'

由于電動機(jī)有：

Ra+

n=心-KeK仲

當(dāng)T不變時(shí)，影響的參數(shù)有U,①，Ra

所以調(diào)速的方式可以有以下三種，變電壓U;變磁通；變電阻R

一、串聯(lián)電阻調(diào)速

在電樞回路中串聯(lián)電阻Rd改變其機(jī)械特性，引起調(diào)速

由圖可知：當(dāng)RT時(shí)nJ（17不變）

特點(diǎn)：1、當(dāng)RT時(shí)8J機(jī)械特性變軟

2、TL越小，An（速度變化）越小

不同TL,調(diào)速范圍不一樣

3'電阻耗能大（發(fā)熱）

由于la比較大，當(dāng)Rf時(shí)『RT

4'不易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速（大功率變阻器）

5、調(diào)速的設(shè)備比較簡單（分級調(diào)節(jié)）

一般不常用這種方式

二、變電樞電壓調(diào)速

當(dāng)U改變時(shí)，足變

當(dāng)T不變時(shí)，U-4Tn-*n,

特點(diǎn)：1、當(dāng)U改變時(shí)，引起no變化這時(shí)An不變

所以6不變，是一組平行線

2、不同的TL時(shí)，調(diào)速范圍一樣（An）

3、當(dāng)電源功率也I節(jié)能

4'通過專門的電源，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速

5、啟動不需其它的設(shè)備（用降既可實(shí)現(xiàn)〕

6、電源設(shè)備，需要專門設(shè)計(jì)，現(xiàn)已配套

用直流電動機(jī)的調(diào)速中，主要采用這種形式

三、改變磁通調(diào)速

由電機(jī)人為特性可知：可以改變勵(lì)磁電流If

由于磁路已飽和（額定3、處）Ift時(shí)8不變，所以只能在<0N的范困內(nèi)調(diào)節(jié)，即弱磁調(diào)速

特性如圖：

當(dāng)8I時(shí),Ant

特點(diǎn)：1、只能弱磁調(diào)速（夕I）可以無級變速，調(diào)速范圍在額定m之上

2、8「引起機(jī)械特性變?nèi)?!

3、調(diào)速范,困不大，受電機(jī)的允許最高轉(zhuǎn)速限制（機(jī)械，換向器等）

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4、適用丁恒功率兩節(jié)

由于8I使EF|,(U-EF)/Ra=Ia.Tf,nt,EFt,laI>(U]a=P不變)恒定

§3.6直流他勵(lì)電動機(jī)的制動特性

拖動（電劫）:軀劫負(fù)載運(yùn)動〔工作）

制動：制止負(fù)載運(yùn)動〔減速）

自然停車：斷電后自然停止

制動的用途:快速停車，與他能轉(zhuǎn)矩平衡，精確定位.

分類：反饋制動，反接制動，能耗制動.

3.6.1反饋制動

原理：當(dāng)電動機(jī)工作在反饋制動狀態(tài)時(shí)，n>n。,位于二四相限R反方向n=m+An

特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速較高.舉例說明：放下重物

3.6.2反接制動

一.電源反接制動

原理：將電源反接產(chǎn)生制動（短時(shí)）

特點(diǎn):電流大應(yīng)串限流電阻,（U+E）/Ra=Ia

時(shí)間長會引起反轉(zhuǎn)

二.倒拉反接制動

原理：增大Ra,交點(diǎn)在四相限，反轉(zhuǎn)時(shí)才輸出足

夠的扭矩Tm與負(fù)載平衡（位能扭矩）

特點(diǎn)：調(diào)整Ra可改變制動的速度

舉例：提升重物

3.6.3能耗制動

原理：摳斷電后，串聯(lián)電限短路連接.

n不為0時(shí)，產(chǎn)生la,及T=Keela的制動轉(zhuǎn)矩

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笫4次課2學(xué)時(shí)

上次課復(fù)習(xí)：

流他勵(lì)電動機(jī)的啟動特性、調(diào)達(dá)特性和制動特性

本次課題（或教材章節(jié)題目）：§5.1弄步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理§5.2異步電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子

§5.3三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性§5.4三相異步電機(jī)的啟動特性

教學(xué)要求：了解異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，掌握異步電動機(jī)的工作原理、機(jī)械特性、啟動特性

重點(diǎn)：異步電動機(jī)的工作原理、機(jī)械特性、啟動特性

難點(diǎn)：異步電動機(jī)的工作原理、機(jī)械特性、啟動特性

教學(xué)手段及教具：多媒體教學(xué)

講授內(nèi)容及時(shí)間分配：

§5.1一一1.0學(xué)時(shí)

§5.2——0.2學(xué)時(shí)

§5.3一一0.5學(xué)時(shí)

§5.4一一0.3學(xué)時(shí)

課后作業(yè)習(xí)題5.1、5.3'5.6

參考資料

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第五章交流電動機(jī)的工作原理

》交流電機(jī)分：異步電動機(jī)：三相

單相

同步電動機(jī)：

＞異步電動機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單、便宜，是應(yīng)用最多的一種電動機(jī)

》同步電動機(jī)：特性絕對硬6—8,可以作為發(fā)電機(jī)使用

§5.1三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

§5.1.1三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)

定子、中間裝有定子澆組及定子、鐵芯、外無

轉(zhuǎn)子、有的裝繞組（有的是籠式）

其它參見書略

§5.1.2三相異步電動機(jī)的工作原理

工作原理：基于定子線圖能夠產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，假設(shè)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場來分析

如圖中N、S的磁場以m旋轉(zhuǎn)

》轉(zhuǎn)子則切割磁力線而產(chǎn)生電流（右手定電流I方向）

＞電流在磁場中切割磁力線而產(chǎn)生力及力矩（左手定方向）

＞它與no方向相同，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來

＞在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動中?n比m小

原因：轉(zhuǎn)子力矩Tm=Km8Iz其中/為旋轉(zhuǎn)磁場磁通3

轉(zhuǎn)子電流Iz=ez/Rz其中Rz為轉(zhuǎn)子電阻w

轉(zhuǎn)子電勢ez=Ke0&n其中An=no-n轉(zhuǎn)子線圈切割磁力線的相對轉(zhuǎn)速

當(dāng)n=m時(shí)，ez=0,Iz=0,Tm=0

＞no稱為理想空載轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）

＞實(shí)際由于Tm不等于0;所以n＜no

＞由以上分析可知An=no-n不等于0是保證交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)重要條件所以稱為異步

電動機(jī)

＞以轉(zhuǎn)差率來表示他的運(yùn)行情況:S=O-n）/no

》對于一般的異步電機(jī)（籠型）轉(zhuǎn)子電阻很小所以只需不大的S就能產(chǎn)生大的Iz和Tm

》一般的在額定轉(zhuǎn)速時(shí)S為0.015?0.06比較小

§5.1.3三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場

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以上是基可在電機(jī)中有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場為根據(jù)分析的，這一節(jié)我們分析旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

一、由于三相電源，所以定子中有三相繞組（120夾角）

對于三相繞組中的電流也差120如圖

由圖分析當(dāng)電角度3t=0時(shí)的合成磁場方向?yàn)?

iA=Isin（（wt）:iu=Isin（cot+120）:ic=Isin（（yt+240）

當(dāng)3t=01A=0;iB=-.A;ic=A磁場位置0度

當(dāng)3t=60L=A;ie=-A;ic=0磁場位置轉(zhuǎn)60度

當(dāng)3t=120h=A;iB=0;2-A磁場位置轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)120度

依此類推下去，可知

當(dāng)三相交流電在定子繞組中產(chǎn)生三相電流后，則三相繞組電流的合成磁場是旋轉(zhuǎn)的。

于ABC三繞組如果聘任意兩根對調(diào)，則經(jīng)分析可知向反方向旋轉(zhuǎn)（請同學(xué)自己分析）作業(yè)

＞對于交流異步電動機(jī)當(dāng)需要反向時(shí)只需對調(diào)兩根電源線既可（三根中任意）

三、旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度

1、上面討論時(shí)在電機(jī)中有一對磁極（二極）它的極對數(shù)為p=l

這時(shí)電流變化一個(gè)周期，磁場轉(zhuǎn)一圈

所以：磁場旋轉(zhuǎn)速度（同步）為

電源頻率f（50Hz）x60=3000（r/min}

2'當(dāng)把定子線圈做成兩組（A，A'，B，B'、C、C'）

各自串聯(lián)時(shí)，如圖返.時(shí)各相繞組夾角60

當(dāng)3t=0時(shí)，磁場方向|）度

3t=60時(shí)，磁場方向30度

3t=120時(shí)，磁場方向60度

這時(shí)有兩對N、S磁極既p=2

當(dāng)3t轉(zhuǎn)8磁場轉(zhuǎn)g/2

所以這時(shí)磁場旋轉(zhuǎn)速度=60f/2=1500{r/min}

注：由于A、B、C的各相空間夾角為60=120/2

所以當(dāng)電源變化一個(gè)周期時(shí)，磁場只轉(zhuǎn)半圈既圈/2

極對數(shù)及極數(shù)：極對數(shù)p

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極數(shù)(磁極數(shù))一2p

一般的對于對于p=2的電機(jī)稱為四極電機(jī)

人們通常以極數(shù)稱呼電機(jī)，各種極數(shù)的電機(jī)的

2極(p=l)no=3OOO()

4極(p=2)no=15OO()

6極(p=3)no=1000()

8極(p=4)no=750()

一般的額定轉(zhuǎn)速低于這個(gè)值，如4極電機(jī)區(qū)1450左右

§5.1.4定子繞組的線連接方式

在三相電機(jī)的接線盒中有六個(gè)端子DI、D2、D3、D4、D5、1)6

首端D1，2，3

末端D4，5，6

對于電動機(jī)有星形(Y)和三角形接法(A)

對于星形Y對于△形

對于一個(gè)電動機(jī)應(yīng)根據(jù)銘牌和電源決定接法

如三相電源380V時(shí)

電機(jī)繞組是220V時(shí)，應(yīng)Y接法

電機(jī)繞組是380V時(shí)，應(yīng)△接法

一般的銘牌都紿出了接法及對應(yīng)電壓

如Y/A，380/220

A,380V

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§5.2三相異步電動機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子電路

§5.2.1定子電路分析

過程略：

結(jié)論：定子電路的感應(yīng)電動勢有效值E產(chǎn)4.44fN（D（切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生）

定子電流頻率fi=f電源頻率

定子電壓（不考慮漏磁）

§5.2.2轉(zhuǎn)子電路分析R2，X2

結(jié)論：轉(zhuǎn)子電流頻率f2=Sfl

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢有效值E2=4.44f2帥（1）=4.44SfN2（D

切割旋轉(zhuǎn)磁場速度An=n?-n

啟動時(shí)S=1E"4.44SfiN2①=4.44fN：①常數(shù)

E2=SE20

轉(zhuǎn)子感抗X2=27rf2L2=2〃SfL2啟動時(shí)S=1X2o=2，SfL2=2〃fL2（最大）

轉(zhuǎn)子功率因數(shù)COS/二R/

當(dāng)n=0時(shí)COS32最大

當(dāng)n=n、時(shí)COS32最小

§5.2.3額定值

1.型號：

2.額定功率：PN

3.額定電壓：UN

4.額定頻率：fN

5.額定電流：IN

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G.額定轉(zhuǎn)述：ON

7.工作方式：連續(xù)，短時(shí)重復(fù)，短時(shí)

8.溫升：絕緣等級

9.重量：

10.額定功率因數(shù)COS^>2

11.額定效率〃N

12.額定轉(zhuǎn)矩：啟動，最大

13.線繞轉(zhuǎn)子電動機(jī)的滑環(huán)舒止電壓和電流

電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩{P}N,M=9.55（P）W/{n}r/min

作業(yè)：5.15.2

§5.3三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械

由于電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是它的輸出，

所以要研究電動機(jī)的機(jī)械特性T—n的關(guān)系

§5.3.1三相異步電動轉(zhuǎn)矩

-、轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)COS入對輸出扭矩T的影響

1'當(dāng)i與E同相，即電感為零時(shí)

在每一磁極下面的轉(zhuǎn)子導(dǎo)線電流同方向

2、當(dāng)電阻為零時(shí)，i滯后E90度

在每一磁極下面的導(dǎo)線電流一半對一半

3、當(dāng)COSg）2<l時(shí)，導(dǎo)線電流一邊大一邊小產(chǎn)生電磁扭矩

**（一般的籠型電機(jī)的轉(zhuǎn)子電感比較?。?/p>

4、三相異步電動轉(zhuǎn)矩

§5.3.2三相異步電動的機(jī)械特性

可分為固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性

一、固有機(jī)械特性

在額定條件下（電壓、頻率、接線方式）電機(jī)的固有T—n特性曲線對于曲線如圖它由四個(gè)特

殊點(diǎn)決定

1'2020T=0時(shí)（同步S=0）

稱為理想空載工作點(diǎn)n=no

2'T=TN時(shí)S=S

額定工作點(diǎn)

這時(shí)Ss-（no-nx）/no

Tx=9.55Px/ns

P\為電機(jī)額定功率（可）

小電機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）

&額定轉(zhuǎn)差率S=0.06?0.015

3'T=Tstn=0（S=l）

啟動工作點(diǎn)，這時(shí)

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R2為轉(zhuǎn)子電忸

X20為轉(zhuǎn)子靜止電抗

U電源電壓（定子）

對于啟動轉(zhuǎn)矩Tst受

（1）電源電壓，1）影響較大，U波動，T平方關(guān)系變化

（2）轉(zhuǎn)子電阻上合適Tst有較大值

（3）電感X》大Tst下降

一般用啟動能力系數(shù)Ast來表示電動機(jī)啟動能力的*外

入st二Tst/TN（一般入st，1）

異步電機(jī)工作的條件是啟動Tst2負(fù)載TL

4'當(dāng)T=TrmS=Snn=On

臨界工作點(diǎn)

這時(shí)T，OX=KU2/2X20Sn=R2/X20

由于TT皿8[j2所以電