机电与控制技术总复习课件

1、 主要内容机电控制技术负载特性要求电机运动方程功率转矩转速负载机械特性控制调速控制要求动力电机 直流电机 异步交流电机控制电机 直流伺服 交流伺服 步进电机测量电机逻辑控制 继电/接触器 可编程控制器闭环控制 直流调速 交流调速电路 电力电子器件 整流与逆变 步进电机驱动负载特性要求第二章 机电传动系统动力学dtdnGDTTLM3752单轴拖动系统 电机转矩正方向 负载转矩正方向运动方程 转动惯量（ J - Kg.m2） 飞轮惯量(飞轮转矩 GD2 - N.m2) dtdJTTLM负载特性要求第二章 机电传动系统动力学jTTTTTPPTCLMCLLLMLLLMLcL :, 折算到电机的转矩输入

2、功率输出功率根据功率平衡负载转矩为功率额定值： 电动机的额定值是机械量 发电机的额定值是电压和电流2222212122365MLLMznGvjGDjGDGDGD根据动能关系，得多轴系统简化为单轴系统 转矩折算等效负载消耗的功率相同 转动惯量、飞轮转矩与动能有关NNNNNNNNnPPTTP55. 9负载特性要求第二章 机电传动系统动力学负载机械特性稳定运行的平衡条件电机机械特性与负载特性的匹配关系机电传动控制系统的指标 静差度 有静差的调节，单纯由被调量负反馈构成 无静差，引入了积分或比例积分环节 调速范围（可用） 平滑性 有级调速，多速电机，机械调速 无级调速，直流调速，交流变频，串级调速2

3、动态指标 最大超调量 Mp = (nmax-n2)/n2 * 100% 过渡过程时间 T 振荡次数自动调节系统的动态特性 自动调节系统动态性能比较应用于对速度、位置有要求的伺服控制E 电动势(V) 磁通(WB)n 电枢转速（r/min, rpm） T电磁转矩（N.m）Ia电枢电流直流电机的工作原理及特性aTeIKTnKE基本关系aTeeaeIKKRKUnIRnKU2直流电机的励磁方法串励：轻载时，高速，重载磁通量饱和，接近于他励根据电机铭牌估算其固有的机械特性在额定条件下：例：UN, N,是额定值，Ke,Kt,Ra都是常数，电机铭牌：给出PN,UN,IN,nN求（估算）：Ra, Ke,n0,T

4、 N画出n = f(T);举例NNNNNNNaIUIUPIUR)1)(75.05.0()1)(75.05.0(人为机械特性与调速直流他励电动机的制动特性反馈制动与电源反接制动倒拉制动能耗制动直流他励电动机各种运行状态的机械特性交流电机的工作原理及特性 旋转磁场的产生 二极电机、四极电机 多极电机 定子、转子电路分析 转矩与机械特性mmmmmmmmNfNfEENfNEtdtdtdtdNe111111111144. 42222cossin定子电路分析转子电路分析222202222222222202220222222cos)(cos)(IKTsXRRXRRsXRsEXREItM异步电机转矩分析异步电

5、机转矩分析22022221222022222022212220222220222122022222)(44. 4)()(44. 4 )(cos )(44. 4)( cossXRRNsfKsXRRsXRNsfKTTsXRRsXRNsfsXREIIKTmtmtmmt的表达式代入其中21122022212122022221211111111111 )()(44. 444. 444. 444. 4,UTfsXRUsRfKsXRRNsfNfUKTNfUNfEUEtmm不变时当频率又转矩、最大转矩20121max202m2112202221212202221212S),( 0)(XfKUTXRRUfdsd

6、TXRURfKTsXRUsRfKTMST保持不变设令)1()1(222ssssssssmmmm或由临界转差率正比于R2转子绕组串电阻如何？过载系数mmMssssRsXsXRsRXsXRsRXsXRTT2)(22)(2202022202202222022022max例4.3 关于定子、转子的磁场，nN=1470rpm,f=50Hz 定子旋转磁场对定子的转速 定子旋转磁场对转子的转速 转子旋转磁场对转子的转速 转子旋转磁场对定子的转速 转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速异步交流电机机械特性曲线三相异三相异步电动步电动机的制机的制动特性动特性恒转矩负载对变频调速器的要求 轻载时恒功率，正常负载时恒转矩

7、 恒转矩变频要保持U/f基本是常数。保持最大转矩恒定，即保证了相同的过载系数 。 实际是对不同的负载采用不同的策略。VVVF变频：Variable Voltage Variable Frequency 就是指频率电压同时调节串级调速的功率解释 交流调速的实质在于控制其机械功率 电磁功率： 机械功率： 转差功率： 调速可依据电磁功率控制和损耗功率控制两种原则。 电磁功率控制改变的是理想空载转速，机械特性为平行曲线，是高效率节能型调速； 而损耗功率控制则是增大转速降，机械特性为汇交曲线，是低效率的耗能型调速。nnTPPTnPTnPmm00亚同步当附加电势抵消转子电流如果s未变，串入附加电势，I2T

8、LnS I2 ,但是速度不及未串电势之前。有源逆变它把电能馈送到电网超同步 现象及其原理解释 转子转速超过了同步转速 附加电势加强转子电流 整流电路，电网向转子供电 应用 不高时开环工作。 要求高时，需要速度反馈，电流反馈，否则因为系统物理过程过于复杂，特性不稳定。单相异步电动机单相异步电动机脉动磁场，分解为相向旋转磁场除非静止，转子相对于两个相反方向的旋转磁场的转差率不同，合成转矩不为零启动方式n电容分相式，可正反转n罩极式，单向运行第六章 控制电机 交流伺服电机 直流伺服电动机 小功率同步电动机 测速发电机(交流、直流)交流伺服电机1 交流伺服电机 分类：双相异步鼠笼式、空心杯式三相同步

9、优点：比直流机轻1/2，价只1/3（同容量） 缺点： 驱动比较复杂两相异步伺服电机的原理 非对称两相交流电流产生椭圆形旋转磁场 控制方法 幅值控制 相位控制 幅相控制 概念自转现象 控制绕组失电后，定子状态相当于单相异步电机，有脉动磁场存在，初速不为0的转子有自转倾向 自转现象的消除：选择转子材料电阻率较高三相交流伺服电机2 同步型 结构比感应电机复杂，但比直流电机简单 定子： 与感应电机相同 转子：永磁式 简单，可靠，效率高 伺服电机驱动比较昂贵，运动精度取决于编码器6.2 直流伺服电动机6.3力矩电动机 永磁式直流力矩电动机的结构特点 直流力矩电动机转矩大，速度低的原因 直流力矩电动机的特

10、点和应用步进机伺服系统工作原理定子由若干相控制绕组构成；原理上属于同步电机，分为：永磁式、磁阻式、混合式每相依次通入n直流方波整步或半步n直流阶梯波细分工作方式n交流弦波可闭环，本质是趋同于交流伺服，不常用步距角、转速mZrS360f：电脉冲的频率36060sfn三相步进电机的通电方式 通电方式（正向为例） A-B-C-.三相单三拍 A-AB-B-BC-C-CA-.三相六拍 AB-BC-CA-AC-三相双三拍 步距角、转矩与通电相序的关系 静转矩：电机在额定静态电流作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。交流测速发电机与直流测速发电机检测元件 旋转变压器 感应同步器 光栅 光栅检测原理

11、 编码盘逻辑控制部分：继电/接触器常用机械式、电子式低压电器电气控制电路设计规范基本电气控制电路分析与设计可编程控制器工作方式、特点I/O端子、内部元件与编号、指令继电器梯形图应用（端子分配与连线，梯形图与功能说明）低压电器 电源开关、隔离刀闸：接入脱离电网 主令信号：按钮，行程开关等 检测、保护：短路，过载，过压和过流 接触器/继电器：通断用电器/控制电路 被控对象 电机: 启/停/制动/正反/调速 电磁阀：执行元件，电磁阀/液压阀/气阀、油泵、指示 电磁离合器电磁机构：吸力特性 直流电磁机构特性 电流 = 常数，与间隙无关 吸力与间隙的平方成反比 交流电磁机构特性 电流为线性关系。间隙大或

12、频繁动作将过载 间隙小，吸力大，间隙增大，吸力基本不变交直流电磁机构对比 铁芯结构：直流用整体型，交流用叠片型涡流 短路环：单相交流需要，三相不需要吸力过零，振动 直流电阻：交流的小，直流的大交流有容抗 吸力、电流与间隙的关系直流：电流不变，吸力与间隙的平方成反比交流：电流与间隙呈线性关系，吸力不变。接触器接触器KM按线圈电流类型分为按线圈电流类型分为 交流、直流交流、直流有灭弧装置有灭弧装置主触点（只有常开）主触点（只有常开）辅助触点（常开，常闭）辅助触点（常开，常闭）线圈线圈继电器1. 中间继电器 K，KA2. 时间继电器 KT 3. 欠压继电器 KV4. 过流继电器 KI5. 速度继电器

13、 KS6. 热继电器FRKA线圈常开触点常闭触点时间继电器KT通电延时断电延时瞬动触点（常开、常闭）延时动作热继电器FR熔断器 FUFU电气控制电路设计规范 电气工程制图内容 系统图、框图 电气原理图 电气接线图、接线表 符合有关国家标准绘制与阅读 主电路、控制电路分开（按动作顺序或重要程度从左到右） 电源母线 上水平线（高电压、火线）上水平线（高电压、火线） 下水平线（低电压、地线、零线）下水平线（低电压、地线、零线） 垂直线 受电动力设备，受电动力设备， 控制电路中的元件控制电路中的元件 元件 耗能元件布置在靠近下水平线处耗能元件布置在靠近下水平线处 元件画初试状态（线圈不得电，常开断开，

14、常闭闭合）元件画初试状态（线圈不得电，常开断开，常闭闭合） 同一元件的各部分采用同一文字符号标注同一元件的各部分采用同一文字符号标注 图区划分、功能说明与触点位置表 避免跨图区连接线（改用标记表示连接到那个图区）控制要求 基本要求基本要求启动，停止，自保持，顺序，互启动，停止，自保持，顺序，互锁锁 启动启动直接，串电阻降压，直接，串电阻降压，Y-降压降压 制动制动反接、能耗、电磁抱闸反接、能耗、电磁抱闸 常用常用正反转，点动，长动，自动循环，多正反转，点动，长动，自动循环，多速电机高低速速电机高低速 保护保护过流，过热，失压（逻辑）保护过流，过热，失压（逻辑）保护 设计设计 按行程控制原则自动

15、循环按行程控制原则自动循环 按时间控制原则自动循环按时间控制原则自动循环例题：双速异步电机的基本控制线路例题：双速异步电机的基本控制线路1要点：要点：同相绕组分组后同相绕组分组后串联接法：形成多个（磁）极对，同步转速低串联接法：形成多个（磁）极对，同步转速低并联接法：减少（磁）极对，同步转速高并联接法：减少（磁）极对，同步转速高2典型应用电路：典型应用电路：1能分别启动高速、启动低速和停止；能分别启动高速、启动低速和停止；2启动高速时必须先经过低速，再切换到高速。启动高速时必须先经过低速，再切换到高速。接线盒不同接线盒不同设计题掌握要求 基本电路能熟练应用 画法规范 元件的图形、文字标注正确 电路逻辑基本正确 不丢失基本环节 没有原则性错误PLC部分基本工作原理输入采样现场信号状态读入输入状态寄存器逻辑运算（用户程序）根据输入状态寄存器和输出状态寄存器的当前值进行逻辑运算，结果存入到输出状态寄存器输出刷新根据输出状态寄存器的内容形成物理的输出基