1、 它是他建筑機電專業大廈的基石它是他建筑機電專業大廈的基石 濟南大學濟南大學 機電傳動控制課題組制造機電傳動控制課題組制造 20212021第一章第一章 概概 述述1.1 1.1 機電一體化技術產品的組成要素機電一體化技術產品的組成要素 傳感器執行機構信息處置機械本體第一章第一章 概概 述述1.1. 機電傳動的目的和義務機電傳動的目的和義務 機電傳動機電傳動( (又稱電力傳動或電力拖動又稱電力傳動或電力拖動) )就是指以電就是指以電動機為原動機驅動消費機械的系統之總稱動機為原動機驅動消費機械的系統之總稱目的：將電能轉變為機械能，實現消費機械的啟動、停目的：將電能轉變為機械能，實現消費機械的啟動

2、、停頓以及速度調理，完成各種消費工藝過程的要求，保證頓以及速度調理，完成各種消費工藝過程的要求，保證消費過程的正常進展。消費過程的正常進展。義務：從廣義上講，就是要使消費機械設備、消費線、義務：從廣義上講，就是要使消費機械設備、消費線、車間、甚至整個工廠都實現自動化。從狹義上講，那么車間、甚至整個工廠都實現自動化。從狹義上講，那么專指控制電動機驅動消費機械，實現消費產品數量的添專指控制電動機驅動消費機械，實現消費產品數量的添加，質量的提高，消費本錢的降低，工人勞動條件的改加，質量的提高，消費本錢的降低，工人勞動條件的改善以及能量的合理利用。善以及能量的合理利用。第一章第一章 概概 述述1.3

3、1.3 機電傳動及其控制系統的開展概略機電傳動及其控制系統的開展概略機電傳動的開展：機電傳動的開展： 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的開展：控制系統的開展： 接觸器接觸器繼電器控制繼電器控制: : 控制速度慢，控制精度差。控制速度慢，控制精度差。 電機放大機控制電機放大機控制: : 實現延續控制。實現延續控制。 晶閘管、晶體管控制：晶閘管、晶體管控制： 控制特性好，反響快，壽命控制特性好，反響快，壽命 長，可靠性高，維護容易，體積小，分量輕。長，可靠性高，維護容易，體積小，分量輕。 計算機控制：把晶閘管技術與微電子技術，計算機計算機控制：把晶閘管技術與微電

4、子技術，計算機 技術結合在一同，使晶體管和晶閘管控制具有技術結合在一同，使晶體管和晶閘管控制具有 強大的生命力。強大的生命力。第一章第一章 概概 述述1. 課程的性質的和義務課程的性質的和義務 性質：是機械工程及自動化專業根底課程性質：是機械工程及自動化專業根底課程 義務：以伺服驅動系統為主導，以控制為線義務：以伺服驅動系統為主導，以控制為線 索，系統引見電動機根本原理、運轉特性、控制索，系統引見電動機根本原理、運轉特性、控制方法、控制手段等知識。方法、控制手段等知識。第一章第一章 概概 述述1.5 課程的內容安排課程的內容安排重重 點點 內內 容容 第二章第二章 機電傳動系統的動力學根底機電

5、傳動系統的動力學根底 第三章第三章 直流電機的任務原理及特性直流電機的任務原理及特性 第五章第五章 交流電機的任務原理及特性交流電機的任務原理及特性 第六章第六章 控制電機控制電機 第十一章第十一章 直流傳動控制系統直流傳動控制系統 第十二章第十二章 交流傳動控制系統交流傳動控制系統本本 章章 重重 點點掌握機電傳動系統的運動方程式及多掌握機電傳動系統的運動方程式及多軸拖動系統中轉矩的折算；學會分析機電軸拖動系統中轉矩的折算；學會分析機電傳動系統的運轉形狀。傳動系統的運轉形狀。本章內容不僅適用于直流電機拖動，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，是電力拖動系統也適用于交流電機拖

6、動，是電力拖動系統的根底。的根底。2.1 2.1 機電傳動系統的運動學方程機電傳動系統的運動學方程1 1、單軸機電傳動系統的運動學方程、單軸機電傳動系統的運動學方程dtdvmFFL直線：直線：dtdJTTLM旋轉：旋轉：其中：其中：TM 電磁轉矩電磁轉矩 TL 負載負載轉矩轉矩 J 轉動慣量轉動慣量, J=m22.1 2.1 機電傳動系統的運動學方程機電傳動系統的運動學方程dtdJTTLM系統滿足運動方程式：系統滿足運動方程式： 60/2n在實踐工程中：常用飛輪轉矩在實踐工程中：常用飛輪轉矩GD2替代替代J，用，用n替代替代gJGDmJDgG42422dtdnGDTTLM3752dLMdLMT

7、TTTdtdnGDTT3752動態轉矩2當當TM TL 時，時，dn/dt 0，系統加速，系統加速， 當當TMTL 時，時，dn/dt 0，系統減速。，系統減速。討論：討論： 1當當 TM=TL 時，加速度為零，電機轉速為零或為時，加速度為零，電機轉速為零或為常常 數，運動形狀為靜態或穩態；數，運動形狀為靜態或穩態；動態2.1 2.1 機電傳動系統的運動學方程機電傳動系統的運動學方程Notice:Notice:對轉矩的正方向作如下規定：以轉速對轉矩的正方向作如下規定：以轉速n n為參考，為參考，電動機轉矩電動機轉矩TM TM 的方向：與轉速的方向：與轉速n n 的方向一致時，的方向一致時，為正

8、；與轉速為正；與轉速n n 的方向相反時，為負。的方向相反時，為負。負載轉矩負載轉矩TL TL 的方向：與轉速的方向：與轉速n n 的方向相反為正，的方向相反為正，與轉速與轉速n n的方向一致時，為負。的方向一致時，為負。2.1 2.1 機電傳動系統的運動學方程機電傳動系統的運動學方程例：起重機提升重物時的啟動和動即加速和減速上例：起重機提升重物時的啟動和動即加速和減速上升升a啟動時啟動時: TM TL =Td b制動時制動時: -TM - TL=TddLMdLMTTTTdtdnGDTT37522.2 2.2 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：多軸拖動系

9、統：等效為單軸拖動系統：等效為單軸拖動系統：dtdnGDTTLM37522.2 2.2 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1.1.負載轉矩的折算負載轉矩的折算a) a) 對于旋轉運動：對于旋轉運動：折算原那么：折算原那么：功率守恒功率守恒電動形狀：電動形狀：MLMLLLTPTP后：前：LMCLMCLLLLLMLCLMCCjjTTTTTPP/其中，等效負載轉矩，為傳動效率，2.2 2.2 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1.1.負載轉矩的折算負載轉矩的折算a) a) 對于旋轉運動：對于旋轉運動：折算原那么：折算原那么：功率守恒功率守恒MLML

10、LLTPTP后：前：.:/,321率，為整個傳動機構的總效其中等效負載轉矩CCLMLCMLLCLLLCMLLCMNoticejjTTTTTPP制動形狀：制動形狀：b) 對于直線運動：對于直線運動：MCLMMMLCMLMLnFTnFTTPvFP/55. 960/2，電動：，2.2 2.2 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折算原那么：折算原那么：功率守恒功率守恒MCLnFT/55. 9制動：2. 轉動慣量的折算轉動慣量的折算 折算原那么：動能守恒折算原那么：動能守恒設傳動系統有設傳動系統有m個轉動件和個轉動件和n個平動件組成，轉個平動件組成，轉動件的轉動慣量和角速度分別

11、為動件的轉動慣量和角速度分別為 Ji和和i；平動件的質；平動件的質量和速度分別為量和速度分別為mj和和vj；系統總的動能為：；系統總的動能為：2.2 2.2 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njjjmiiivmJE121212121折算到電機軸上時，系統總動能為：折算到電機軸上時，系統總動能為：2221MJE21233222)(/MjnjjMvmjJjJJJ2/LLMjJJJ動慣量忽略中間傳動機構的轉2.2 2.2 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動能守恒：根據動能守恒：E2 = E1故：故：21122121)()()(Mjnjjmi

12、iiMjnjjMimiivmjJvmJJ3. 飛輪轉矩的折算飛輪轉矩的折算 根據轉動慣量與飛輪轉矩的關系，得到折根據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：算到電機軸上的總的飛輪轉矩為：2.2 2.2 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gJGD42gvmjDGGDnjMjjmiiii4)(211222dtdnGDTTLM37522.3 消費機械的機械特性消費機械的機械特性機械特性：力力矩與運動參數包括位移、速度、機械特性：力力矩與運動參數包括位移、速度、 加速度之間的關系。加速度之間的關系。消費機械的機械特性：消費機械的機械特性：n=f (T L

13、) 電機的機械特性：電機的機械特性： n=f (T M)2.3 消費機械的機械特性消費機械的機械特性幾種典型機械特性：幾種典型機械特性： 恒轉矩型機械特性恒轉矩型機械特性 特點：特點：TL=常數。常數。 例：提升機、皮帶運輸機等。例：提升機、皮帶運輸機等。包括對抗轉矩和位能轉矩包括對抗轉矩和位能轉矩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。2.3 消費機械的機械特性消費機械的機械特性3. 直線型機械特性直線型機械特性 特點：特點：TL=C n 例如：他勵直流發電機。例如：他勵直流發電機。4. 恒功率型機械特性恒功率型機械特性 特

14、點：特點：TL=K/n 例如：車床加工例如：車床加工 此外，還有其他方式的機械此外，還有其他方式的機械特性，如轉矩隨轉角變化的，隨特性，如轉矩隨轉角變化的，隨機變化的；也能夠是以上幾種典機變化的；也能夠是以上幾種典型的綜合。型的綜合。2.4 機電傳動系統穩定運轉的條件機電傳動系統穩定運轉的條件 由機電傳動系統的運動方程式：由機電傳動系統的運動方程式： 知，系統的運動形狀取決于電動機與消費機械雙知，系統的運動形狀取決于電動機與消費機械雙方為了使系統運轉合理就要使電動機的機械持方為了使系統運轉合理就要使電動機的機械持性與消費機械的機械特性盡量相配合。特性配合好性與消費機械的機械特性盡量相配合。特性

15、配合好的一個起碼要求是系統要能穩定運轉。的一個起碼要求是系統要能穩定運轉。 dtdnGDTTLM3752 動畫2.4 機電傳動系統穩定運轉的條件機電傳動系統穩定運轉的條件機電傳動系統的穩定運轉包含兩重含義：機電傳動系統的穩定運轉包含兩重含義：1、系統應能以一定速度勻速運轉；、系統應能以一定速度勻速運轉；2、系統受某種外部干擾作用使運轉速度稍有變化時，、系統受某種外部干擾作用使運轉速度稍有變化時， 應保證在干擾消除后系統能恢復到原來的運轉速應保證在干擾消除后系統能恢復到原來的運轉速 度。度。必要條件：消費機械的機械特性曲線與電動機的機械特必要條件：消費機械的機械特性曲線與電動機的機械特 性曲線有

16、交點性曲線有交點,即即TMTL。充分條件：擾動消除后仍能回到原來的平衡點。充分條件：擾動消除后仍能回到原來的平衡點。dtdnGDTTLM37522.4 機電傳動系統穩定運轉的條件機電傳動系統穩定運轉的條件結論：結論：a a點是穩定的平衡點點是穩定的平衡點TM討論：討論：a點：當點：當TL忽然增大到忽然增大到TL時，時，因速度不能突變，電機轉矩因速度不能突變，電機轉矩仍為仍為TM，此時，此時，TMTL, n增增大，大，TM減小，直到與減小，直到與TL相等，相等，即在即在a點穩定運轉。點穩定運轉。TM討論：討論：b點：當點：當TL忽然增大到忽然增大到TL時，因速度不能突變，電機時，因速度不能突變，

17、電機轉 矩 仍 為轉 矩 仍 為 T M ， 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。反之，過點。2.4 機電傳動系統穩定運轉的條件機電傳動系統穩定運轉的條件結論：結論： b b點不是穩定點不是穩定的平衡點的平衡點TMTM2.4 機電傳動系統穩定運轉的條件機電傳動系統穩定運轉的條件穩定運轉的充要條件是：穩定運轉的充要條件是：1 1消費機械的機械特性曲消費機械的機械特性曲線與電動機的機械特性曲線與電動機的機械特性曲線有交點；線有交點； 2 2在平衡點對應的轉速之在平衡點對應的轉速之上應保證上應保證TMTL;TMTL

18、TMTL。第二章小結第二章小結1掌握根據機電傳動系統，寫出其運動方程；2對于多軸系統，要學會根據功率守恒和動能守恒，將負載轉矩和轉動慣量進展等效轉換；3掌握機械特性的概念，了解常見消費機械的幾種機械特性；4掌握機電傳動系統穩定運轉的條件；5學會正確斷定穩定平衡點。dtdnGDTTLM3752作業作業23272 211第三章第三章 直流電機的任務原理及特性直流電機的任務原理及特性本本 章章 重重 點：點： 掌握直流電機的任務原理；掌握直流電機的任務原理； 掌握直流電機的機械特性；掌握直流電機的機械特性； 掌握直流電機啟動、調速、制動的掌握直流電機啟動、調速、制動的 方法。方法。 3.1 直流電機

19、的根本構造和任務原理直流電機的根本構造和任務原理直流電機交流電機3.1 直流電機的根本構造和任務原理直流電機的根本構造和任務原理1. 根本構造根本構造定子：定子：主磁極、換向極、主磁極、換向極、機座、軸承、電刷機座、軸承、電刷轉子：轉子：電樞鐵心、電樞繞電樞鐵心、電樞繞組、軸、換向器組、軸、換向器3.1直流電機的根本構造和任務原理直流電機的根本構造和任務原理2. 任務原理任務原理發電機：導體在磁場內作發電機：導體在磁場內作切割磁力線運動，導體中切割磁力線運動，導體中便感應出電動勢。電磁便感應出電動勢。電磁感應感應電勢方程式：電勢方程式：nKEe 3.1直流電機的根本構造和任務原理直流電機的根本

20、構造和任務原理2. 任務原理任務原理電動機：通電導體在磁場中電動機：通電導體在磁場中要遭到電磁力矩的作用。要遭到電磁力矩的作用。因此只需電樞繞組里有電流因此只需電樞繞組里有電流外電源提供或感應電流，外電源提供或感應電流，在磁場中就會遭到電磁力的在磁場中就會遭到電磁力的作用。作用。轉矩方程式：轉矩方程式：atIKT 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電機發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 電機在不同運轉方式下，電機在不同運轉方式下，E和

21、和T的作用的作用3.1直流電機的根本構造和任務原理直流電機的根本構造和任務原理3.1直流電機的根本構造和任務原理直流電機的根本構造和任務原理 直流發電機和直流電動機電磁轉矩的作用不同：直流發電機和直流電動機電磁轉矩的作用不同： 發電機的電磁轉矩是阻轉矩；發電機的電磁轉矩是阻轉矩； 電動機的電磁轉矩是驅動轉矩。電動機的電磁轉矩是驅動轉矩。 直流發電機和直流電動機的電勢作用也不同：直流發電機和直流電動機的電勢作用也不同： 直流發電機的電勢是有益的；直流發電機的電勢是有益的； 直流電動機的電勢是反電勢，他的方向總直流電動機的電勢是反電勢，他的方向總是與電源的電壓方向相反。是與電源的電壓方向相反。 3

22、.2 直流發電機直流發電機他勵：勵磁電流由外電源供電，不他勵：勵磁電流由外電源供電，不受電樞端電壓或電流的影響受電樞端電壓或電流的影響( (圖圖a).a).并勵：勵磁繞組與電樞繞組并聯并勵：勵磁繞組與電樞繞組并聯 圖圖b b串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯 圖圖c c復勵：一部分并聯，一部分串聯復勵：一部分并聯，一部分串聯 圖圖d d勵磁方式：是指勵磁繞組如何供電，勵磁方式：是指勵磁繞組如何供電，以產生勵磁磁場。以產生勵磁磁場。自自勵勵發發電電機機一、他勵發電機一、他勵發電機1、原理：、原理：RUIIIRUEIRIEUaaaaa/ )( 空載時，即空載時，即 Ia=0

23、Ia=0，有，有 U = E = U = E = KenKen他勵發電機電樞回路中，電他勵發電機電樞回路中，電壓與電流的關系如下：壓與電流的關系如下：一、他勵發電機一、他勵發電機2、機械特性：、機械特性：外特性曲線：外特性曲線：發電機端電壓發電機端電壓 U 與負載電與負載電流流I 之間關系的曲線稱為外之間關系的曲線稱為外特性曲線特性曲線U f ( I )。空載特性曲線：當發電機空空載特性曲線：當發電機空載時，即載時，即 Ia=0，有，有 U = E = Ken，當轉速為常數時，當轉速為常數時，而而f (If)是一條磁化曲線，是一條磁化曲線，所以所以E = f ( If ) 與磁化曲線與磁化曲線

24、類似。類似。aaRIEU二、并勵發電機二、并勵發電機1、原理：勵磁繞組與電樞并聯、原理：勵磁繞組與電樞并聯IIIIRUEIRUIRUIRIEUfaaaffaa/ )(/2、思索：并勵發電機的勵磁電流從何而來？、思索：并勵發電機的勵磁電流從何而來？ 電壓是如何建立起來的？電壓是如何建立起來的？條件：條件：1 1磁極有剩磁磁極有剩磁 ；2 2起始勵磁電流所產生的磁場起始勵磁電流所產生的磁場方向與剩磁磁場方向一樣方向與剩磁磁場方向一樣 ；3 3Rf Rf 不能過大。不能過大。措施：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Rf 減小。減小

25、。二、并勵發電機二、并勵發電機三、三、 復勵發電機復勵發電機原理：勵磁繞組與電樞有一部分并聯，一部分串聯。原理：勵磁繞組與電樞有一部分并聯，一部分串聯。 在并勵發電機中，其端在并勵發電機中，其端電壓隨著負載電流的增大而電壓隨著負載電流的增大而下降。但在復勵發電機，當下降。但在復勵發電機，當負載電流增大時，串勵繞組負載電流增大時，串勵繞組能自動添加磁通，以補償端能自動添加磁通，以補償端電壓的下降。所以在復勵發電壓的下降。所以在復勵發電機的正常運轉范圍內，其電機的正常運轉范圍內，其端電壓變化不大，這是它的端電壓變化不大，這是它的優點。優點。3.3直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性一、他勵電動

26、機的機械特性一、他勵電動機的機械特性nKERIEUeaa 電壓平衡方程：電壓平衡方程：nnTKKRKUnKTIteaeta02)/(直流電動機機械特性的普通表達式aeaeIKRKUn 一、他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械特性討論討論:1)理想空載轉速理想空載轉速 n0 ：當當T=0 時時, n0 = U / (K e)； 2)額定轉速額定轉速 nN :當當T=TN時時, nN = n0- n 3)機械特性硬度：機械特性硬度：令令Ra /KeKt2, n= T， 小速降就小，機械特性硬小速降就小，機械特性硬, 大速降就大，機械特性軟。大速降就大，機械特性軟。TnTKKRKUnte

27、ae02機械特性硬度：機械特性硬度： d T/d n=T/n100%1絕對硬特性絕對硬特性 ,如交流同如交流同 步電動機的機械特性步電動機的機械特性2硬特性硬特性 10，如直流他勵電，如直流他勵電動機的機械特性動機的機械特性3軟特性軟特性 10，如直流串勵電，如直流串勵電動機的機械特性動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械特性TnTKKRKUnteae021 1、固有機械特性：、固有機械特性： 又稱自然機械特性，是指在又稱自然機械特性，是指在額定條件下的機械特性，對于他額定條件下的機械特性，對于他勵電動機而言，就是在額定電壓勵電動機而言，就是在額定電壓UNUN和額定

28、磁通和額定磁通NN下，電樞電路不下，電樞電路不外接任何電阻時的機械特性。外接任何電阻時的機械特性。nnTKKRKUnNteaNeN02 普統統過兩點，理想空載點普統統過兩點，理想空載點0 0，n0n0和額定轉速和額定轉速點點TM,TM,，nN nN ，可得電動機的固有機械特性曲線。，可得電動機的固有機械特性曲線。一、他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械特性2、人為機械特性：、人為機械特性： 是改動電壓是改動電壓 U 、磁通、磁通 或電樞電路外加電阻或電樞電路外加電阻Rad時的機械特性。時的機械特性。一、他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械特性TKKRKUnNteaNeN

29、22、人為機械特性：、人為機械特性：1 1串接串接RadRad時的人為特性。時的人為特性。nnTKKRRKUnNteadaNeN02特點：特點：1 1 n0 n0不變，不變， 2 2變小，機械特性變變小，機械特性變 軟，是一組射線。軟，是一組射線。一、他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械特性TKKRKUnNteaNeN22 2變變U U時的人為機械特性時的人為機械特性nnTKKRKUnNteaNe02特點：特點：1 1n0 n0 與與U U成正比，成正比，n0 n0 變小。變小。 2 2不變，機械特性硬度不變，機械特性硬度 不變，是一組平行線。不變，是一組平行線。 3 3電樞電壓只

30、允許在額定電樞電壓只允許在額定 電壓下調理。電壓下調理。一、他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械特性3 3變變時的人為機械特性時的人為機械特性nnTKKRKUnteaeN0特點：特點：1n0與與成反比，成反比，下降下降 n0變大；變大；2下降，下降， 變大，機械特性硬度變大，機械特性硬度變軟；變軟；3不能上升，只能弱磁調理。不能上升，只能弱磁調理。一、他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械特性闡明：闡明：1 1電樞繞組嚴重過流；電樞繞組嚴重過流；2 2飛車：當飛車：當o o時，電動機時，電動機尚有剩磁，這時轉速雖不趨于尚有剩磁，這時轉速雖不趨于，但會升到機械強度所不允許的

31、數但會升到機械強度所不允許的數值，通常稱為值，通常稱為“飛車。飛車。atIKT3 3啟動轉矩太小。啟動轉矩太小。00stestIKT，當ABC一、他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械特性3 3變變時的人為機械特性時的人為機械特性因此，直流他勵電動機啟動前必需先加勵因此，直流他勵電動機啟動前必需先加勵磁電流，在運轉過程中，決不允許勵磁電路斷磁電流，在運轉過程中，決不允許勵磁電路斷開或勵磁電流為零，為此，直流他勵電動機在開或勵磁電流為零，為此，直流他勵電動機在運用中，普通都設有運用中，普通都設有“失磁維護。失磁維護。TnTKKRKUnteae02一、他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流

32、電動機的機械特性二、串勵電動機的機械特性二、串勵電動機的機械特性21/CRTCUCKRKCTKUnaNeateN機械特性曲線可分為兩段：機械特性曲線可分為兩段：1 1第一段，輕載時：第一段，輕載時：CKIKTIICIRIEUtataffaa/2未飽和，雙曲線外形，理想空載轉速無窮大。未飽和，雙曲線外形，理想空載轉速無窮大。II I特點：特點：啟動轉矩較大啟動轉矩較大, ,啟動時啟動時, , T=KtIa=KtCIa2 T=KtIa=KtCIa2串勵電動機絕不允許空載啟動串勵電動機絕不允許空載啟動,以防止飛車。以防止飛車。反轉時反轉時,不能用改動電源極性的方法，可改動電樞不能用改動電源極性的方法

33、，可改動電樞或勵磁繞組的極性使其反轉。或勵磁繞組的極性使其反轉。2第二段重載時：第二段重載時： 電樞電流較大時，磁路電樞電流較大時，磁路趨于飽和，機械特性曲線趨于飽和，機械特性曲線近似一條直線。近似一條直線。II I二、串勵電動機的機械特性二、串勵電動機的機械特性三、三、 復勵電動機的機械特性復勵電動機的機械特性 復勵電動機有他勵和串勵復勵電動機有他勵和串勵兩個勵磁繞組。機械特性介于兩個勵磁繞組。機械特性介于他勵和串勵電動機的機械特性他勵和串勵電動機的機械特性之間。工業上常用的是積復勵之間。工業上常用的是積復勵電動機，即他勵繞組和串勵繞電動機，即他勵繞組和串勵繞組產生的磁通方向一致。組產生的磁

34、通方向一致。特點：特點：串勵繞組所占比重越大，串勵繞組所占比重越大，特性越軟；特性越軟； n0 n0 一定。一定。3.4 直流他勵電動機的啟動特性直流他勵電動機的啟動特性 假設將直流他勵電動機直假設將直流他勵電動機直接接入電網，啟動電流為：接接入電網，啟動電流為：aNstRUI/一、啟動的要求：一、啟動的要求：啟動：轉速從啟動：轉速從0 0到達負載所要求的轉速的過程。到達負載所要求的轉速的過程。n t啟動轉矩越大越好，啟動轉矩越大越好，atIKT啟動電流越小越好。啟動電流越小越好。它是額定電流的它是額定電流的10102020倍。倍。nKERIEUeaa3.4 直流他勵電動機的啟動特性直流他勵電

35、動機的啟動特性直流電動機絕不允許直接啟動！直流電動機絕不允許直接啟動！直接啟動的不良影響：直接啟動的不良影響：1換向困難，產生危險火花；換向困難，產生危險火花；2過大的電動應力和啟動轉矩，易損壞傳動部件；過大的電動應力和啟動轉矩，易損壞傳動部件；3能夠使電網上的維護安裝動作，呵斥事故，或使能夠使電網上的維護安裝動作，呵斥事故，或使電網電壓下降，影響其他用電器。電網電壓下降，影響其他用電器。aNstRUI/由由 可知可知降電壓降電壓串電阻串電阻3.4 直流他勵電動機的啟動特性直流他勵電動機的啟動特性二、啟動方法二、啟動方法1 1、降壓啟動：、降壓啟動：U=E+IaRaU=E+IaRa，啟動時，啟

36、動時， U U較小，隨著轉速的上升較小，隨著轉速的上升不斷提高不斷提高U U ，直到到達額定轉速。，直到到達額定轉速。如：直流發電機如：直流發電機電動機組，晶閘管電動機組，晶閘管電動機組。電動機組。2 2、串電阻啟動：、串電阻啟動： 在電樞回路串接外加在電樞回路串接外加電阻啟動。電阻啟動。串接一段外加電阻啟動；串接一段外加電阻啟動；3.4 直流他勵電動機的啟動特性直流他勵電動機的啟動特性二、啟動方法二、啟動方法2 2、串電阻啟動：在電樞回路串接外加電阻啟動。、串電阻啟動：在電樞回路串接外加電阻啟動。串接多段外加電阻啟動。串接多段外加電阻啟動。3.5 直流他勵電動機的調速特性直流他勵電動機的調速

37、特性速度調理：在一定的負載條件下，人為地改動電動機速度調理：在一定的負載條件下，人為地改動電動機的機械特性，以得到所需求的穩定轉速。的機械特性，以得到所需求的穩定轉速。速度變化：由于負載的變化而引起的電動機的速度的速度變化：由于負載的變化而引起的電動機的速度的變化，是在同一條機械特性曲線上變化。變化，是在同一條機械特性曲線上變化。TKKRRKUnteadae2知：可以經過人為地改動知：可以經過人為地改動U U、R ad R ad 和和 三個參數來調理速度。三個參數來調理速度。BCAnTTL3.5 直流他勵電動機的調速特性直流他勵電動機的調速特性調速目的：技術目的，經濟目的調速目的：技術目的，經

38、濟目的技術目的技術目的調速范圍：機械設備能夠運轉的最大轉速調速范圍：機械設備能夠運轉的最大轉速nmaxnmax與最小與最小轉速轉速nminnmin之比，之比，D= nmax / nmin D= nmax / nmin 。靜差率相對穩定性：就是指在負載轉矩的變化下靜差率相對穩定性：就是指在負載轉矩的變化下轉速變化的程度，轉速變化的程度， %= %=n0 - nN n0 - nN /n0 /n0 。顯然機。顯然機械特性越硬，轉速變化越小，相對穩定性越好。械特性越硬，轉速變化越小，相對穩定性越好。平滑性：在一定的平滑性：在一定的D D內，調速的級數越多，那么調速越內，調速的級數越多，那么調速越平滑，

39、平滑的程度用平滑系數來衡量平滑，平滑的程度用平滑系數來衡量 = ni / ni-1 = ni / ni-1 相鄰兩級轉速之比相鄰兩級轉速之比 =1 =1時，稱為無級調速。時，稱為無級調速。3.5 直流他勵電動機的調速特性直流他勵電動機的調速特性調速目的：技術目的，經濟目的調速目的：技術目的，經濟目的經濟目的：經濟目的：就是指調速設備的投資及運轉費用，其中運轉就是指調速設備的投資及運轉費用，其中運轉費用又取決于調速過程的功率損耗。費用又取決于調速過程的功率損耗。3.5.1 改動改動Rad時的調速特性時的調速特性nnTKKRRKUnNteadaNeN022 2、特點：、特點：1 1機械特性軟，電阻

40、越大特性越軟，機械特性軟，電阻越大特性越軟，相對穩定性越低；相對穩定性越低； 2 2在空載或輕載時，調速范圍在空載或輕載時，調速范圍D D不大；不大；3 3有級調速；有級調速； 4 4調速電阻耗費大量電能，經濟目的調速電阻耗費大量電能，經濟目的較差；調速電阻不能用作啟動電阻；較差；調速電阻不能用作啟動電阻；5 5調速設備簡單。調速設備簡單。此法只在起重機、卷揚機等低速運轉時間短的傳動系統中運用。此法只在起重機、卷揚機等低速運轉時間短的傳動系統中運用。1、調速過程、調速過程3.5.2 改動改動 U時的調速特性時的調速特性2 2、特點：、特點：機械特性硬度不變，調速的穩定度較高，機械特性硬度不變，

41、調速的穩定度較高，調速范圍較寬；調速范圍較寬；2) 2) 轉速可以平滑無級調理，普通只能在轉速可以平滑無級調理，普通只能在額定轉速以下調理；額定轉速以下調理；3) 3) 調速時，因電樞電流與電壓調速時，因電樞電流與電壓U U無關，故無關，故轉矩轉矩T TKtI a KtI a 不變不變, ,屬恒轉矩調速，適屬恒轉矩調速，適合于恒轉矩型負載。合于恒轉矩型負載。nnTKKRKUnNteaNe021、調速過程、調速過程4) 4) 可以靠調理電樞電壓來啟動電機，而不用其他啟動設備；可以靠調理電樞電壓來啟動電機，而不用其他啟動設備； 5 5需求可變電源，設備投資大。需求可變電源，設備投資大。3.5.3

42、改動改動時的調速特性時的調速特性2 2、特點：、特點：1)1)調速特性較軟，調速范圍不大；調速特性較軟，調速范圍不大；2) 2) 可以平滑無級調速，但只能弱磁調速；可以平滑無級調速，但只能弱磁調速； 3 3在勵磁電路中進展調理，控制方便，在勵磁電路中進展調理，控制方便，能量損耗少；能量損耗少；4) 4) 恒功率調速，調速時是維持恒功率調速，調速時是維持U U和和IaIa不不變，即功率變，即功率P P不變；不變；1、調速過程、調速過程nnTKKRKUnteaeN 0 闡明：基于弱磁調速范圍不大，它住往是和調壓調速闡明：基于弱磁調速范圍不大，它住往是和調壓調速配合運用，即在額定轉速以下，用降壓調速

43、，而在額配合運用，即在額定轉速以下，用降壓調速，而在額定轉速以上，那么用弱磁調速。定轉速以上，那么用弱磁調速。3.6 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形狀：電動機電磁轉矩的方向與轉速的方向一樣。電動形狀：電動機電磁轉矩的方向與轉速的方向一樣。制動形狀：電動機電磁轉矩的方向與轉速的方向相反。制動形狀：電動機電磁轉矩的方向與轉速的方向相反。 電動機有兩種運轉形狀：電動機有兩種運轉形狀：1穩定制動，轉速不變穩定制動，轉速不變如：恒速下放重物。如：恒速下放重物。2過渡制動，速度變化過渡制動，速度變化如：電機降速或停車。如：電機降速或停車。n0n0-n0-n0Tn3.6 直流他勵電動

44、機的制動特性直流他勵電動機的制動特性自然停車：電動機脫離電網，靠很小的摩擦阻力耗自然停車：電動機脫離電網，靠很小的摩擦阻力耗費機械能，使轉速漸漸下降，直到轉速為零而停車。費機械能，使轉速漸漸下降，直到轉速為零而停車。制動：從某一穩定轉速開場減速到停頓或是限制位制動：從某一穩定轉速開場減速到停頓或是限制位能負載下降速度的一種運轉形狀。能負載下降速度的一種運轉形狀。機械制動：機械制動： 抱閘抱閘電氣制動：電氣制動：反響制動反響制動反接制動反接制動能耗制動能耗制動一、一、 反響制動反響制動反響制動：反響制動： U = E+ IaRa U = E+ IaRa， 當當空載時，空載時， U = E=Ke

45、U = E=Ken0 n0 ， 假假設在外部條件下，使電動機的實設在外部條件下，使電動機的實踐轉速大于理想空載轉速，即踐轉速大于理想空載轉速，即 n0 n n0 n，U EU E，那么，那么Ia 0 Ia 0 ，T 0T n0 n 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2、電動機的電樞電壓、電動機的電樞電壓大幅度下降大幅度下降例例1 1：電車下坡：電車下坡平路時：電動形狀；平路時：電動形狀；下坡時：添加了動力矩下坡時：添加了動力矩TP， 反響制動。反響制動。一、一、 反響制動反響制動T+TP TLTP TL+TT=TL例例3 3、卷揚機構勻速

46、下放重物、卷揚機構勻速下放重物1 1、提升重物，、提升重物，nAnA2 2、制動，停頓提、制動，停頓提升；升；3 3、電機反轉；、電機反轉；4 4、回饋制動。、回饋制動。CBA-n0TLn0+ +U U- -M MGn TM-n-TM- -U U+ +闡明：重物下放闡明：重物下放過程中電動機的過程中電動機的轉速高于轉速高于n0n0，假，假設重物較重，不設重物較重，不太平安。太平安。一、一、 反響制動反響制動二、反接制動二、反接制動0REUIaa 1. 電源反接制動：將變為，使變為制動力矩電源反接制動：將變為，使變為制動力矩2. 倒拉反接制動：將倒拉反接制動：將n變為變為n，使變為制動力矩，使變

47、為制動力矩,0I KTam 0KEne 1、電源反接制動、電源反接制動特點：特點：1制動轉矩大；制動轉矩大；2耗能；耗能；3常用于迅速減速、快速停常用于迅速減速、快速停車和經常正反轉的場所。車和經常正反轉的場所。如如:牛頭刨床。牛頭刨床。TKKRRKUnteadae2adaaRREU-I 二、反接制動二、反接制動C2、倒拉反接制動、倒拉反接制動n即即E方向改動方向改動特點：特點：可得到不同的下降速度；可得到不同的下降速度； 可以以較小的速度下放重物。可以以較小的速度下放重物。 對對TL估計不準，本應下放能夠估計不準，本應下放能夠上升；上升； 特性軟，速度動搖大；特性軟，速度動搖大；耗能。耗能。

48、REUIaTKKRRKUnteadae2二、反接制動二、反接制動三、能耗制動三、能耗制動特點：特點：1 1對于對抗性負載，可以對于對抗性負載，可以迅速停車，不會反向啟動。迅速停車，不會反向啟動。 2 2對于位能性負載，下放速度較對于位能性負載，下放速度較穩定。穩定。3 3運用于要求迅速準確停車和重運用于要求迅速準確停車和重物恒速下放的場所。物恒速下放的場所。4 4耗能。耗能。3、能耗制動：在電動形狀下，將、能耗制動：在電動形狀下，將電壓電壓U忽然降為零，將電樞串接忽然降為零，將電樞串接一個附加電阻一個附加電阻R ad。TKKRRnteada2例例3 3、卷揚機構勻速下放重物、卷揚機構勻速下放重

49、物1 1、提升重物，、提升重物，nAnA2 2、制動，停頓提、制動，停頓提升；升；3 3、電機反轉；、電機反轉；4 4、回饋制動。、回饋制動。CBA-n0TLn0+ +U U- -M MGn TM-n-TM- -U U+ +闡明：重物下放闡明：重物下放過程中電動機的過程中電動機的轉速高于轉速高于n0n0，假，假設重物較重，不設重物較重，不太平安。太平安。一、一、 反響制動反響制動三種制動方式特點對比：三種制動方式特點對比：3.6 直流他勵電動機的制動特性直流他勵電動機的制動特性本章小結本章小結1 1、了解電動機的構造組成；、了解電動機的構造組成；2 2、掌握直流電機的根本任務原理及特性，特別是

50、直、掌握直流電機的根本任務原理及特性，特別是直流電動機的機械特性；流電動機的機械特性；3 3、掌握直流電動機啟動、調速和制動的各種方法，、掌握直流電動機啟動、調速和制動的各種方法，以及各種方法的優點和運用場所。以及各種方法的優點和運用場所。nnTKKRKUnteae 02 降壓調速降壓調速串電阻調速串電阻調速弱磁調速弱磁調速降壓啟動降壓啟動串電阻啟動串電阻啟動第四章第四章 機電傳動系統過渡過程分析機電傳動系統過渡過程分析本章重點：本章重點： 過渡過程的概念過渡過程的概念 研討過渡過程的實踐意義研討過渡過程的實踐意義 產生過渡過程的緣由產生過渡過程的緣由 機電時間常數的概念機電時間常數的概念 加

51、快過渡過程的方法加快過渡過程的方法第一節第一節 研討機電傳動系統過渡過程的意義研討機電傳動系統過渡過程的意義過渡過程：過渡過程： 當系統中電動機的轉矩當系統中電動機的轉矩TM或負載轉矩或負載轉矩TL發生變發生變化時系統就要由一個穩定運轉形狀變化到另一個穩化時系統就要由一個穩定運轉形狀變化到另一個穩定運轉形狀，這個變化過程稱為過渡過程。定運轉形狀，這個變化過程稱為過渡過程。 目的和意義：目的和意義： 為滿足消費機械對過渡過程的各種要求，必需研討為滿足消費機械對過渡過程的各種要求，必需研討過渡過程的根本規律，研討系統各參量對時間的變化規過渡過程的根本規律，研討系統各參量對時間的變化規律，如轉速、轉矩、電流等對時間的變化規律，才干正律，如轉速、轉矩、電流等對時間的變化規律，才干正確地選擇機電傳動安裝，為機電傳動自動控制系統提供確地選擇機電傳動安裝，為機電傳動自動控制系統提供控制原那么，設計出完善的啟動、制動等自動控制線路，控制原那么，設計出完善的啟動、制動等自動控制線路，以求改善產質量量，提高消費率和減輕勞動強度。以求改善產質量量，提高消費率和減輕勞動強度。第二節第二節 機電傳動系統過渡過程的分析機電傳動系統過渡過程的分析1) 機械慣性：反映在機械慣性：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：反映在電樞回路電