第1-2章机电传动控制

1、机电传动控制第1章 概述 机电传动的目的和任务； 机电传动的发展概况; 电气控制系统的发展概况; 机电传动控制课程的性质和任务.1.1 机电传动的目的和任务传动运动的传递（能量），其分类（按机械动能传递方法）（1）机械传动：传递力或力矩（机械能）a.齿轮b.杠杆如：自行车驱动力、链传动c.皮带d.机构等刹车、连杆机构（2）流体传动 a.液压与气动（压力能）b.液力传动（流体动能）（3）机电传动(电力拖动)（4）另外还有其它的传动方式。注：有时，在一个生产机械中由几种传动形式联合工作。1.1 机电传动的目的和任务2. 机电传动（本课程研究的内容）以电动机为原动机驱动生产机械的传动系统服务对象：各

2、种生产机械电能 机械能电动机生产机械它是一种由电能转变成机械能的传动系统，所以有时也称为电力传动或电力拖动1.1 机电传动的目的和任务3. 机电传动控制目前：由于生产技术的不断发展，生产机械的自动化程度和生产精度不断提高，所以要求机电传动系统不仅完成能量转换的工作还要对传动过程进行控制。本课程所研究的就是这二部分内容。传动及控制。所以课程名称叫机电传动控制1.1 机电传动的目的和任务4. 机电传动控制的任务控制 电动机 驱动生产机械设备，实现具体的工作要求。举例：天车的吊起、制动、机床切削过程、电梯平稳升降及定位、轧机的换向等。1.2 机电传动发展的概况1) 成组拖动 一台电动机-一根天轴-一

3、组生产机械设备 机构复杂,损耗大,效率低,工作可靠性差. 2) 单台电动机拖动 一台电动机-一台设备 当生产机械设备运动部件较多时,机构仍复杂,满足不了生产工艺要求. 3) 多台电动机拖动 一台专门的电动机-同一台设备的每一个运动部件 机构简单,控制灵活,便于生产机械的自动化. 举例:龙门刨床的刨台,左垂直刀架,右垂直刀架,侧刀架,横梁,夹紧机构,都是分别由一台电动机拖动的. 1.3 电气控制系统的发展概况1) 继电器-接触器控制系统 能对控制对象实现起动,制动,有级调速控制; 结构简单,动作可靠;控制速度慢,控制精度差. 2) 连续控制方式和自动控制系统 20世纪30年代的电机放大机控制,4

4、0-50年代的磁放大器控制和水银整流器控制,1958年以后的晶闸管-直流电动机无级调速系统,80年代以来的新型电力电子元件-交流电动机无级调速系统; 控制简单,可靠性高,连续控制,拖动性能好.1.3电气控制系统的发展概况3) 可编程序控制器(PLC) 是继电器常规控制技术与微机技术的结合,是一台按开关量输入的工业控制专用计算机; 具有逻辑运算功能,定时/计数功能,数字运算功能,通信功能. 4) 计算机数字控制系统 1952年美国出现第一台数控铣床,1958年出现加工中心,20世纪70年代CNC应用于数控机床和加工中心,80年代出现了柔性制造系统(FNS); 提高了生产机械的通用性和效率,实现机

5、械加工全盘自动化.1.4 机电传动控制课程的性质和任务1) 课程性质 该课程是机械类专业的一门必修的专业基础课,是机电一体化人才所需电知识的驱体.它将电机,电器,继电器-接触器控制,PLC,电力电子技术,自动调速系统有机地结合在一起. 2) 课程内容 全书13章,分为5个单元: (1)机电传动系统的动力学基础和过渡过程; (2)电机及继电器-接触器控制系统; (3)可编程序控制器; (4)电力电子技术的基本知识; (5)自动调速系统.掌握继电器-接触器控制系统的工作原理和元件选择, 掌握PLC的编程方法与应用, 掌握闭环控制系统的工作原理与性能及其应用场所. 了解电力拖动的一般知识, 了解最新

6、电气控制技术在生产机械上的应用. 3) 课程学习任务教学方式：讲授+提问+讨论+自学注意本课程的学习方法:认真听课，做好笔记。积极参与课堂讨论。及时复习总结。考核方式：期末考试(70%)+平时成绩(30%) 考勤： 25%（旷课每次5，迟到2，3次旷课以0分记载）作业： 25%（一次未交5，作业按A,B,C,D记录）课堂纪律： 25%分(提问和其他活动,表现优异奖励0参考书目: 1.齐占庆主编.机床电气控制技术(第三版).北京:机械工业出版社.2004年6月. 2.陈伯时主编.电力拖动自动控制系统(第三版).北京:机械工业出版社.2003年8月. 3.程宪平主编.机电传动与控制(第二版).武汉

7、:华中科技大学出版社.2003年9月. 4.魏炳贵主编.电力拖动基础.北京:机械工业出版社.2000年8月.第2章 机电传动系统的动力学基础掌握机电传动系统的运动方程式,用它来分析机电传动系统的运动状态; 了解多轴拖动系统中转矩,转动惯量和飞轮转矩的折算方法; 了解几种典型生产机械的机械特性; 掌握机电传动系统稳定运行的条件.2.1 机电传动系统的运动方程式1.单轴机电传动系统运动方程式: 定义式工程计算式在上述两个式子中: TM-电动机转矩; TL-负载转矩; J-转动惯量; GD2-飞轮转矩,且J=1/4(GD2); n-转速; -角速度.讨论.在上式中: 1)当TM=TL时,n为常数.d

8、n/dt=0,状态为恒速;称之为稳态或静态. 2)当TMTL时,n为变数,dn/dt 0,状态为加速或减速;称之为动态.2.系统动态转矩Td讨论: 1)当Td=0时,系统为稳态; 2)当Td0时,系统为动态: (1) Td0,dn/dt=a0, 系统加速; (2) Td0,dn/dt=a0, 系统减速. 因此,TM,TL有大小,有方向. 则工程计算式可写为: TM-TL= Td 令系统动态转矩:3.TM,TL的正方向及性质 以转速n为参考量 (先定下n的正方向); 规定: 与n方向相同的TM为正,与n方向相反的TL为正; 与n方向相反的TM为负,与n方向相同的TL为负.举例 例1:列出下图系统

9、的运动方程式,并说明运动状态.nTMTLnTMTL 解:TM与n反向为负,TL与n反向为正,运动方程如下式;状态为减速. 举例例2:提升重物过程如左图示,写出运动方程式.解:(a)中,提升重物,TM为正,TL为正,运动方程式为: (b)中,仍为提升重物,但TM为负,TL为正,运动方程式为:思考题:试分析图(a)和图(b)系统的运动状态.2.3 生产机械的机械特性机械特性： 生产机械转轴（电机轴）上的负载转矩和转速之间的函数关系。分为以下几种：1.恒转矩特性 1)特点:负载转矩为常数; 2)分类:反抗转矩, 位移转矩. 举例:设备的提升机构, 提升机的行走机构, 皮带运输机, 机床进给运动.2.

10、恒功率特性 特点:负载转矩与转速成反比, 功率基本不变. 举例:球磨机, 碎石机, 机床的主运动.3.通风机特性 特点:负载转矩与转速的平 方成正比. 举例:水泵, 通风机. 风机,水泵电动机的容量占工业用户总用电量的70%.2.4 机电传动系统稳定运行的条件1.机电传动系统稳定运行的条件: 1) 和 两条特性曲线有交点,该交点称之为系统的平衡点.2)当转速大于平衡点对应的转速时,有: TM1 n a ，TM TL ，即n(干扰)，消除后TM - TL 0，减速 n TL ，即n(干扰)，消除后TM - TL 0，加速nnnanaaa例如：异步电动机拖动直流他励发电机的工作状态。b点是稳定平衡点。（ n n b ，TM TL ； n TL）nn=f(TM)n=f(TL)n0异步电动机拖动直流他励发电机工作时的特性2.稳定工作点判别当有外加干扰使n变化时，干扰消除后n应能自行恢复到原状态。这件条件的判断原则是:当nTmTL稳定运行判别举例例1, 试判别右图所示三相异步电动机特性曲线与恒转矩负载特性曲线组成系