机电传动控制完整版

.PAGE.机电传动控制教案学院、系：机械电子工程学院机电系任课教师：任有志授课专业：机械设计制造及其自动化课程学分：课程总学时：60学时课程周学时：20XX2月20日机电传动控制教学进程周次课次章节计划学时教学手段教学环境22334455667788991010111112121313141415151616121212121212121212121212121212§1.1§1.2§1.3§2.1§2.3§2.4§3.1§3.2§3.3§3.4§3.5§3.6§5.1§5.2§5.3§5.4§5.4§5.5§5.7§5.8§6.1§6.2§6.3§6.4§6.5§6.7§7.1§7.2§7.3§7.4§7.5§7.6电动机原理习题讨论课§8.1§8.1§8.2实验课继电器接触器控制实验习题讨论课：§8.3§8.4§9.1§9.2实验课：可编程序控制器认识实验§9.3§9.3实验课：可编程序控制器编程练习§10.1§10.2§10.3§10.5§10.6实验课：晶闸管特性及触发原理§11.1§11.2§11.3§11.4§12.1§13.1§13.2§13.3§13.4实验课题讨论课222222222222222222222222222222讲授讲授讲授讲授讲授讲授讲授讲授辅导讲授讲授讲授指导辅导讲授讲授指导讲授指导讲授讲授指导讲授讲授讲授讲授讲授讲授指导辅导多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室机电实验室多媒体教室多媒体教室多媒体教室机电实验室多媒体教室机电实验室多媒体教室多媒体教室机电实验室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室机电实验室多媒体教室第1次课2学时上次课复习：本次课题〔或教材章节题目：§1.1目的和任务§1.2发展概况§1.3内容安排§2.1运动方程式§2.3生产机械的机械特性§2.4稳定条件教学要求：了解机电传动的目的、任务和发展概况,掌握机电传动系统的运动方程、各种生产机械的特性和机电传动系统稳定运行的条件。重点：机电传动系统的运动方程、各种生产机械的特性、机电传动系统稳定运行的条件。难点：机电传动系统的运动方程、机电传动系统稳定运行的条件。教学手段及教具：多媒体教学讲授内容及时间分配：§1.1、§1.2、§1.3——0.5学时§2.1、§2.3、§2.4——1.5学时课后作业习题2.10、2.11参考资料第一章概述§1.1机电传动的目的和任务传动——运动的传递〔能量传动的分类〔按机械动能传递方法〔1机械传动 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、连杆机构传递力或力矩〔机械能〔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。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》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机电传动发展概况简单的可以分为：a.成组拖动〔传动 b.单电机拖动 c.多电机拖动三个阶段从控制系统的功率器件上分类： a.接触器和继电器时代 b.电机放大机及磁放大机时代 c.可控硅〔晶闸管另外,由于计算机技术的发展,又出现了 a.模拟控制 b.数字控制〔数控机床§1.3内容安排1.《机械电子》专业是一个以机为主机电结合的专业,课程设置〔具了解基本上是这样的《电路基础》电学基础《模拟电子》电子技术〔弱电《数字电子》计算机技术《机电传动控制》包括了所有应掌握的强电内容用以上四门课程取代了机械专业的《电工学》课程。2.本门课包括以下几个方面：〔1电机原理及特性: 交、直、特殊、三～七章〔2电器及控制：接触器,继电器;保护及控制器八章〔3可编程序控制器：〔PC原理及应用九章〔4可控硅原理及应用: 晶闸管十章〔5调速系统: 交流、直流,电力拖动十一、十二章〔6步进电机调速系统: 自动化十三章3.课程特点综合性比较强〔面宽实践性比较强与生产实践联系较强〔教学实验4.教学实验计划开五个：5.学时安排：由于作者建议用90学时讲授,实际他用大约70学时我们目前安排了60个学时。教学实验建议开八个实际开出了五个我们目前条件可开六个但学时数的关系开五个第二章机电传动的动力学基础§2.1运动方程式1.对于一个电动机输出轴上的运动情况有Tm电机的输出扭矩TL电机的负载扭矩ω为角速度J 转动惯量n 为转速k 为常数2.意义：Tm与TL之差将产生加速度当Tm>TL时,加速当Tm<TL时,减速当Tm=TL时,匀速〔平衡3.Tm与TL的正反。以转速的方向为准〔nTm：与n同向时为正〔拖动反之为负〔制动TL：与n反向时为正〔制动反之为负〔拖动解释：提升重物升：Tm为正,TL正降：TL为负,Tm负〔制动第5页2个图§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§2.3.1恒转矩机械特性特点：负载转矩为常数,TL＝C可分为: 反抗〔摩擦 与n同号〔总制动位能 方向一定反抗转矩位能转矩离心风机特性例切削力吊重物§2.3.2离心风机特性特点：Tc=cn2与转速平方成正比§2.3.3直线型特性特点:TL＝cn§2.3.4恒功率型特性特点:TL＝c/n直线型恒功率型§2.4机电传动系统的稳定运行条件电动机的机械特性是Tm=f<n>曲线及驱动扭矩和转速的函数关系生产机械的机械特性是TL＝f<n>曲线及负载扭矩和转速的函数关系当电动机作为生产机械的原动机〔动力源时,两个函数中的n为同一个参数。在运行中由运动方程式可知,要想稳定运行,速度应匀速不变及TL＝Tm时及是稳定的一个条件,所以系统稳定运行的条件之一是1、电动机和生产机械的机械特性曲线应有交点此处：Tm=TL〔匀速例：曲线1和2,附合这个条件,有a、b交点曲线1和3,不附合另外,应有抗干扰能力:当有外来干扰时会引起n变化当干扰消失后,n应恢复原状态所以另一个稳定条件是:2、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n↑Tm<TL当n↓Tm>TL由运动方程看当干扰使n↑时,干扰消除后希望n↓这时如Tm-TL<0则负加速当干扰使n↓时,干扰消除后希望n↑这时如Tm-TL>0则正加速例：a,b两点a点,当n↑时Tm↓—Tm'当干扰消除后由于在n'处Tm-TL<0,所以n↓b点,当n↑时Tm↑—Tm''当干扰消除后由于在n''处Tm-TL>0,所以n↑到n'''直到a点处平衡第2次课2学时上次课复习：机电传动系统的运动方程、各种生产机械的特性、机电传动系统稳定运行的条件。本次课题〔或教材章节题目：§3.1直流电机的结构和工作原理§3.2直流发电机§3.3直流电动机的机械特性教学要求：掌握直流电机的基本工作原理及特性,特别时直流电动机的机械特性。重点：直流电机的基本工作原理及特性。难点：直流电机的基本工作原理及特性。教学手段及教具：多媒体教学讲授内容及时间分配：§3.1、§3.2——1学时§3.3——1学时课后作业习题3.3、3.4、3.5、3.6参考资料第三章直流电机的工作原理电机的分类： a发电机,电动机 b直流,交流、步进特点： 直流电动机：可以实现无级调速〔优点,在传统的模拟控制系统中应用多 交流电动机：简单、便宜、但调速复杂 步进电动机：用脉冲工作、易于数字控制 直流发电机：一般用来为直流电动机配套；但可控硅取代很多的发电机§3.1直流电机的基本结构和原理§直流电机的结构主要部件：励硅绕组〔定子线圈用来产生磁场电枢绕组〔转子线圈通有工作电流换向器 保持电枢绕组的电流方向不变铁芯〔定子、转子导磁及支撑作用：简述其它：略§3.1.2直流电机的基本工作原理以单个电枢绕组线圈为例说明一、发电机〔根据右手定则励磁绕组通电产生一磁场 >A点总与N极侧的一边相连 >B点总与N极侧的一边相连 >转子〔电枢线圈由原动机拖动,以转速n转动 >这时,N边切割磁力线产生电势 指向外S边切割磁力线产生电势 指向内 >AB两点就产生了电势E＝KeΦn 当有负载RL时,就产生电流I >这时, E＝KeΦn二、电动机〔根据左手定则 > 在AB两点加电压,在电枢中产生电流I > 则N边受力,S边反向受力,形成转矩T＝KmΦIa > 电枢转动后,切割磁力线产生反电势E＝KeΦn > 当n到一定值后, Ia=〔U-E/Ra 满足T后稳定下来。注:在发电机中E＝KeΦn是输出电势 当Ia0时,T＝KmΦIa〔负载转矩为原动机负载,既Ia为负载 在电动机中 Tm＝KmΦIa为输出动力 Em＝KeΦn为反电势当Tm大n↑[TM-TL=J<dω/dt>] EM↑<U-EM>↓Ia=<U-EM>/Ra↓TM↓TM是负载§3.2直流发电机对于直流电机按其励磁方法分为以下几种情况:他励：磁绕组有独立的电源与电枢无关并励：励磁绕组与电枢并联串励：励磁绕组与电枢串联复励：有串也有并励§他励发电机1.电原理图由于独立Uf,If所以负载电流I＝电枢电流Ia2.空载特性当发电机空载〔Ia=0及转速〔n不变时,输出电势与励磁电流的关系曲线当If小时直线〔不饱和If大时,弯曲〔开始饱和If更大,平直〔饱和,Φ不变3.外特性曲线当发电机转速〔n和励磁〔Φ不变时,输出电压〔U与负载电流<I>之间的关系曲线注：当Ia↑RaIa↑U=E-IaRa↓§并励发电机1.电原理图：由于If<<I所以Ia≈I2.电压建立过程由于事先没有励磁电压U所以If＝0当电枢转动时,没有磁场所以不会产生E。并励发电应满足以下几个条件〔1在磁极上有剩磁〔弱的磁场当n↑产生一个小E产生一个小If〔2励磁磁场与剩磁场的方向相同电压建立起来〔3Rf不能太大两方面,一方面是线圈电阻,一是外接电阻3.并励发电机的工作点一方面是空载曲线一方面是是励磁电流曲线共同决定当饱和弯曲后产生交点4.外特性与他励一样,但由于U↓If↓所以所以U↓得多§3.2.3复励发电机1.电原理图 并励Ifb=U/Rfb 串励If＝Ia 当I↑,Ia↑,U=E-IaRa↓,If=U/Rfb↓,ф↓ф↑,U↑ 所以,复励发电机在一定的工作范围内外特性比较平坦§3.3直流电动机的机械特性IaIf直流电动机由分为他励、并励、串励和变励IaIf§UM他励电动机的机械特性UM_>电原理图_由电路原理公式,推导出nnUKeΦ-＝RaKeKtΦ２T＝＝n0-Δn说明：n0与输出转扭T无关所以称为理想空载转速;而Δn反映负载对转速的影响,是负载引起的转速误差>机械特性:〔If励磁电流与电枢电压〔U不变时转速<n>与扭矩<T>的关系曲线由上式可知机械特性如图>机械特性硬度:β＝dT/dn对于电机按值分类如下:绝对硬度 β=∞硬 β≥10软 β＜10三种在生产中都有应用>机械特性分固有机械特性和人为机械特性固有：在额定条件下〔n与<T>的关系人为：人为改变参数时得到的机械特性,如改变U,串联电阻R等TTn〔一他励直流电动机的固机械特性由nnUKeΦ-＝RaKeKtΦ２TTnTnn01.电枢串电阻由：nnUKeΦ-＝Ra+KeKtΦ２Tn0TnIfMIan0TnIfMIa+_URfRE2.改变电压时〔Unn0UKeΦ＝这时n0受电压变化而改变,而Δn则因与电压无关所以不变,特性如图3.改变磁通由于磁饱和和线圈的原因只能减小ΦRaURaUTKeKmΦ２＝-KeΦnTKeKmΦ２＝-KeΦnTnn0>当Φ下降时n0上升,同时Δn也增加>当太小时反电势E=KeΦn>当TL大时 Ia=<U-E>/Ra 烧坏>当TL小时 E=KeΦn因为Φ所以n↑飞车>所以Φ↓不能太多〔并励比较人为特性降压时U§串励电动机MIa=IMIa=If+_UETn1.当T↓因为If=Ia也小〔T＝KmΦIa2.当T↑大时If=Ia↑；Φ饱和,平坦3.不能空载〔飞车特点：起动扭矩大用于吊车电车的驱动起动时特性软。§3.3.3复励有串,他<并>励两个绕组具有两者的优点,可根据要求来设计,串、并磁场强度来达到所需的值第3次课2学时上次课复习：直流电机的基本工作原理、直流他励电动机的固有机械特性和人为机械特性本次课题〔或教材章节题目：§3.4直流他励电动机的启动特性§3.5直流他励电动机的调速特性§3.6直流他励电动机的制动特性教学要求：掌握直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性重点：直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性难点：直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性教学手段及教具：多媒体教学讲授内容及时间分配：§3.4、§3.5、——1学时§3.6——1学时课后作业习题3.10、3.16、3.17、3.18参考资料§3.4直流他励电动启动特性1.电动机的启动就是使n从0→nN的过程启动初期n=0;E=KeΦn=0〔反电动势这时：Ia=<U-E>/Ra≈U/Ra一般Ra〔电枢直流电阻很小,以减小工作中的损耗和发热〔Ia2Ra是发热量所以这时Ia将很大,达10--20IN结果可能会引起〔1换向器打火〔2产生很大的力矩,对负载产生冲击〔3电路的保护器无法设计2.所以一般的直流电动机不允许直接启动在启动时设法限制电枢电流一般的有以下两种方法〔1降压启动使U从小到大逐渐增加到U〔2电枢回路串联电阻启动注:对于降压启动需要电源电压可调。3.电枢串联电阻启动〔1单段〔串联一级电阻IfMIa+_URfKME当启动时KM断,这时从Tst开始按a变化当到TL时,KM合,由于nIfMIa+_URfKME〔2多段KMKMKMKMKMIfMIa+_URfE§3.5直流他励电动机的调速特性电动机的调速是指电动机的外负载〔T不变的情况下,人为的改变电动机的工作参数,使工作速度发生变化的情况。速度调节：因生产机械提出的变速要求：如汽车、车床速度变化：由于T的变化引起〔系统的特性决定TLTL'TLn'Tnn如图所示:当TL→TL'时这时速度变化n→n'由于电动机有:nnUKeΦ-＝Ra+RKeKtΦ２T当T不变时,影响的参数有U,Φ,Ra所以调速的方式可以有以下三种,变电压U;变磁通;变电阻R一、串联电阻调速R1TLn2'R2R1TLn2'R2n1nn3R3TR3>R2>R1由图可知：当R↑时n↓〔TL不变特点： 1、当R↑时β↓机械特性变软 2、TL越小,Δn〔速度变化越小不同TL,调速范围不一样 3、电阻耗能大〔发热由于Ia比较大,当R↑时I2R↑ 4、不易实现无级调速<大功率变阻器> 5、调速的设备比较简单〔分级调节U1TU1TLnU2n'nTU2>U1二、变电枢电压调速当U改变时,n0变当T不变时,U→U'n→n'特点：1、当U改变时,引起n0变化这时Δn不变所以β不变,是一组平行线2、不同的TL时,调速范围一样〔Δn3、当n↓电源功率也↓节能4、通过专门的电源,可实现无级调速5、启动不需其它的设备〔用降既可实现〕6、电源设备,需要专门设计,现已配套用直流电动机的调速中,主要采用这种形式三、改变磁通调速由电机人为特性可知：可以改变励磁电流If由于磁路已饱和〔额定φΝ处If↑时φ不变,所以只能在<φΝ的范围内调节,即弱磁调速特性如图：当φ↓时,n0↑,Δn↑特点：1、只能弱磁调速〔φ↓可以无级变速,调速范围在额定nΝ之上2、φ↓,引起机械特性变弱β↓3、调速范围不大,受电机的允许最高转速限制〔机械,换向器等4、适用于恒功率调节由于φ↓使EF↓,<U-EF>/Ra=Ia↑,T↑,n↑,EF↑,Ia↓,〔UIa＝P不变恒定§3.6直流他励电动机的制动特性nRa2nRa2Ra1制动: 制止负载运动<减速>自然停车: 断电后自然停止制动的用途: 快速停车,与位能转矩平衡,精确定位.分类: 反馈制动,反接制动,能耗制动.3.6.1反馈制动原理:当电动机工作在反馈制动状态时,n>n0,位于二四相限TM反方向n=n0+Δn特点:转速较高. 举例说明:放下重物3.6.2反接制动一.电源反接制动原理:将电源反接产生制动<短时>特点: 电流大应串限流电阻,<U+E>/Ra=Ia 时间长会引起反转 二.倒拉反接制动原理: 增大Ra,交点在四相限,反转时才输出足够的扭矩Tm与负载平衡<位能扭矩>特点: 调整Ra可改变制动的速度举例:提升重物3.6.3能耗制动原理:枢断电后,串联电阻短路连接.n不为0时,产生Ia,及T=KeΦIa的制动转矩R1R1R2R2〉R1举例: 反抗转矩不会反向启动 位能转矩速度稳定第4次课2学时上次课复习：流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性本次课题〔或教材章节题目：§5.1异步电动机的结构和原理§5.2异步电机的定子和转子§5.3三相异步电机的转矩与机械特性§5.4三相异步电机的启动特性教学要求：了解异步电动机的基本结构,掌握异步电动机的工作原理、机械特性、启动特性重点：异步电动机的工作原理、机械特性、启动特性难点：异步电动机的工作原理、机械特性、启动特性教学手段及教具：多媒体教学讲授内容及时间分配：§5.1——1.0学时§5.2——0.2学时§5.3——0.5学时§5.4——0.3学时课后作业习题5.1、5.3、5.6参考资料第五章交流电动机的工作原理>交流电机分：异步电动机: 三相 单相同步电动机:>异步电动机：结构简单、便宜,是应用最多的一种电动机>同步电动机：特性绝对硬β→∞,可以作为发电机使用§5.1三相异步电动机的结构和工作原理§三相异步电动机的结构定子、中间装有定子绕组及定子、铁芯、外壳转子、有的装绕组〔有的是笼式其它参见书略§三相异步电动机的工作原理工作原理：基于定子线圈能够产生一个旋转磁场,假设有一个旋转磁场来分析NSn0FF如图中NNSn0FF>转子则切割磁力线而产生电流〔右手定电流I方向>电流在磁场中切割磁力线而产生力及力矩〔左手定方向>它与n0方向相同,使转子转动起来>在转子转动中,n比n0小原因：转子力矩Tm＝KmφIZ 其中φ为旋转磁场磁通φ转子电流IZ=eZ/RZ 其中RZ为转子电阻φ转子电势eZ=KeφΔn 其中Δn=n0-n转子线圈切割磁 力线的相对转速当n=n0时,eZ=0,IZ=0,Tm＝0>n0称为理想空载转速〔同步转速>实际由于Tm不等于0;所以n<n0>由以上分析可知Δn=n0-n不等于0是保证交流电机运转的一个重要条件所以称为异步电动机>以转差率来表示他的运行情况:S=<n0-n>/n0>对于一般的异步电机〔笼型转子电阻RZ很小所以只需不大的S就能产生大的IZ和Tm>一般的在额定转速时S为0.015～0.06比较小§三相异步电动机的旋转磁场以上是基于在电机中有一个旋转磁场为根据分析的,这一节我们分析旋转磁场的产生一、由于三相电源,所以定子中有三相绕组〔120夹角ZYXCBAABCXYZICIBiAZYXCBA对于三相绕组中的电流也差120如图ZYXCBAABCXYZICIBiAZYXCBAZYXCBAωt＝180ZYXCBAωt＝120ZYXCBAωt＝60ZYXCBAωt＝0由图分析当电角度ωt＝0时的合成磁场方向为0ZYXCBAωt＝180ZYXCBAωt＝120ZYXCBAωt＝60ZYXCBAωt＝0iA=Isin<ωt>:iΒ=Isin<ωt+120>:iC=Isin<ωt+240>当ωt＝0iA=0;iΒ=-A;iC=A磁场位置0度当ωt＝60iA=A;iΒ=-A;iC=0 磁场位置转60度当ωt＝120iA=A;iΒ=0;iC=-A 磁场位置转转120度依此类推下去,可知当三相交流电在定子绕组中产生三相电流后,则三相绕组电流的合成磁场是旋转的。iiAiBiCπ３2π３π二、旋转磁场的方向>对于ABC三绕组如果将任意两根对调,则经分析可知向反方向旋转〔请同学自己分析作业>对于交流异步电动机当需要反向时只需对调两根电源线既可〔三根中任意三、旋转磁场的极数与旋转速度1、上面讨论时在电机中有一对磁极〔二极它的极对数为p＝1这时电流变化一个周期,磁场转一圈所以:磁场旋转速度〔同步为电源频率f〔50Hz×60=3000{r/min}2、当把定子线圈做成两组〔A,A’,B,B‘、C、C‘各自串联时,如图这时各相绕组夹角60当 ωt＝0时,磁场方向0度ωt=60时,磁场方向30度ωt=120时,磁场方向60度这时有两对N、S磁极既p＝2当ωt转φ磁场转φ/2所以这时磁场旋转速度=60f/2=1500{r/min}注：由于A、B、C的各相空间夹角为60=120/2所以当电源变化一个周期时,磁场只转半圈既圈/2极对数及极数：极对数p 极数〔磁极数＝2p一般的对于对于p＝2的电机称为四极电机人们通常以极数称呼电机,各种极数的电机的n02极〔p＝1n0＝3000〔4极〔p＝2n0＝1500〔6极〔p＝3n0＝1000〔8极〔p＝4n0＝750〔一般的额定转速低于这个值,如4极电机区1450左右§5.1.4定子绕组的线连接方式在三相电机的接线盒中有六个端子D1、D2、D3、D4、D5、D6首端D1,2,3末端D4,5,6对于电动机有星形〔Y和三角形接法〔Δ对于星形Y 对于Δ形对于一个电动机应根据铭牌和电源决定接法如三相电源380V时电机绕组是220V时,应Ｙ接法电机绕组是380V时,应Δ接法一般的铭牌都给出了接法及对应电压如Y/Δ,380/220Δ ,380V21214365214365§5.2三相异步电动机的定子和转子电路§5.2.1定子电路分析过程略:结论: 定子电路的感应电动势有效值E1=4.44f1N1Φ<切割旋转磁场产生> 定子电流频率f1=f电源频率 定子电压U≈E1<不考虑漏磁>§5.2.2转子电路分析R2,X2结论: 转子电流频率f2=Sf1转子感应电动势有效值E2=4.44f2N2Φ=4.44Sf1N2Φ 切割旋转磁场速度 Δn=n0-n 启动时 S=1E20=4.44Sf1N2Φ=4.44f1N2Φ 常数 E2=SE20转子感抗X2=2πf2L2=2πSf1L2 启动时S=1 X20=2πSf1L2=2πf1L2<最大> 转子功率因数COSφ2=R/ 当n=0时 COSφ2最大 当n=nN时 COSφ2最小 §额定值1.型号：2.额定功率: PＮ3.额定电压: UＮ4.额定频率: fＮ5.额定电流: IＮ6.额定转速: nＮ7.工作方式: 连续,短时重复,短时8.温升: 绝缘等级9.重量:10.额定功率因数 COSφ211.额定效率 ηＮ12.额定转矩: 启动,最大13.线绕转子电动机的滑环静止电压和电流电动机的额定转矩 {P}N.M=9.55{P}W/{n}r/min作业：5.1 5.2§5.3三相异步电动机的转矩与机械由于电动机的电磁转矩是它的输出,所以要研究电动机的机械特性T－n的关系§三相异步电动转矩一、转子电路功率因数COSφ2对输出扭矩T的影响当i与E同相,即电感为零时在每一磁极下面的转子导线电流同方向当电阻为零时,i滞后E90度在每一磁极下面的导线电流一半对一半当COSφ2<1时,导线电流一边大一边小产生电磁扭矩**〔一般的笼型电机的转子电感比较小三相异步电动转矩§5.3.2三相异步电动的机械特性可分为固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性在额定条件下〔电压、频率、接线方式电机的固有T－n特性曲线对于曲线如图它由四个特殊点决定2020T＝0时〔同步S＝0称为理想空载工作点n=n0T＝TN时S＝S额定工作点这时 SN=<n0-nN>/n0TN=9.55PN/nNPN为电机额定功率〔WnN电机额定转速〔r/minSN额定转差率S＝0.06~0.0153、T＝Tstn＝0〔S＝1TstTst=KR2U2R22+X202R2为转子电阻X20为转子静止电抗U电源电压〔定子对于启动转矩Tst受〔1电源电压,U影响较大,U波动,T平方关系变化〔2转子电阻R2合适Tst有较大值〔3电感X20大Tst下降一般用启动能力系数λst来表示电动机启动能力的好坏λst=Tst/TN〔一般λst≥1异步电机工作的条件是启动Tst≥负载TL4、当T＝TmaxS＝Smn=nm临界工作点这时Tmax＝KU2/2X20Sm＝R2/X20由于TTmax∝U2所以电源波动对扭矩最大值影响很大在电机工作过程中：负载变化〔冲击不能>Tmax以过载能力系数λm来表示λm=Tm/TN一般鼠笼式为1.8~2.221线绕式21二、人为机械特性人为改变参数〔U,R或X1,R2等1、降低电源电压U当U下降时 Tmax下降Tst下降 n0Smnm不变这时曲线变化如图右2、定子电路串电阻电抗〔感这时由于阻抗的分压作用使得U下降所以与上面相似：区别是阻抗分压与电流大小有关,这时定子电压是变化的〔1U下降〔2串电阻3、改变电源频率当改变f时,n0变化但由于X1,X20都变化不能只改变f一般使U/f＝Const这时nc∝fSm∝1/fTst∝1/fTmax不变f↓n0↓Sm↑Tst↑Tmax不变4、转子串电阻只有线绕式的转子能实现这时Tmax不变Sm↓§5.4三相异步电动启动特性对于三相异步电动机启时,应保证:1、有足够的启动转矩,TM≥TL能够正常启动2、启动电流不会对电网造成大的冲击使电压下降过多〔影响其它电机工作一般希望电流越小越好〔在能启动的情况下另外:满足启动过程平滑、安全简单、节能等实际上,当电动机在启动工作初期、由于n＝0转子绕组切割磁力线的速度n0-n=n0转子感生电动势E大启动电流也大达5～7倍这时Cosφ不大所以Tst不大§鼠笼式异步电动机的启动方法一、直接启动〔全压启动就是启动时,电动机直接加电网电压,这时启动电流比较大所以不是所有的电机都可能这样使用。一般的,当有独立的变压器供动力电时当电机功率<30%变压器功率时〔频繁电机功率<20%变压器功率时〔不频繁可以直接启动2、当与照明合用时,应满足以下关系≤+启动电流Ist/A 3 电源总容量≤+额定电流IN/A44×电动机功率/KW〔一般不允许电网电压下降5％直接启动的经验数据表5.1二、电阻降压启动在定子中串联电阻〔或电抗器贵过程：KM1合KM2断降压KM2合由人为特性,可知当串电阻时,启动力矩下降很快〔平方Tst=R2Tst=R2U2KR2+X220 〔2电阻耗能〔电抗器太贵,体积大三、Y－Δ启动接线方法如图右工作过程:>KM1合KM3合KM2开这时Y接法绕组电压220V〔启动电压>KM3开KM2合KM1合这时Δ接法绕组电压380V<工作电压>这时启动电流I是直接启动的1/3启动扭矩T是直接启动的1/3特点：1、启动电流小,所需设备简单2、力矩小,适于空载启动〔轻载3、电机额定电压必须是380V形接法4、有专门的Y－启动器四、自耦变压器降压启动联接方法如图右工作过程：>KM1开,KM2,KM3合变压器降压启动>K＝N2/N1对于自耦变压器工作于降压方式时>电压U2＝KU1>电流I1＝I2－I＝〔K*I2：U1/U2=N1/N2=I2/I1=1/K图示于单相的工作情况>由于U2＝KUI2＝K*I〔I为全压U时的工作电流>这时,I1＝K*I2＝K2*I〔原边电流只有实际启动电流的K2倍>启动扭矩,T2＝K2Tst〔因为：U2＝KU,而T∝U2当KM1合,K2,KM3分时：电机正常工作特点：1、在相同的启动电流下,从电网吸取的电流减小,即T相同时,I下降2、自耦变压器副边有多个抽头,所以启动电压可选3、启动设备多且体积大,成本比较高4、不适于频繁启动〔过电流工作5、有一定的启动转矩〔适用轻载6、用在不能Y－Δ启动的场合,〔Y形接法工作的电机第5次课2学时上次课复习：异步电动机的基本结构、工作原理、机械特性、启动特性本次课题〔或教材章节题目：§5.4三相异步电动机的启动特性§5.5三相异步电动机的调速特性§5.7单相异步电动机§5.8同步电动机教学要求：掌握三相异步电动机的调速特性；了解单相异步电动机工作原理和启动方法；了解同步电动机的工作原理、特点及应用重点：三相异步电动机的调速特性难点：三相异步电动机的调速特性教学手段及教具：多媒体教学讲授内容及时间分配：§5.4、§5.5——1学时§5.7、§5.8——1学时课后作业习题5.9、5.11参考资料§5.4.2线绕式电动机的启动方法>线绕电机,由于转子绕组可在启动时串联电阻改善特性所以有比较大的启动转矩和比较小的启动电流>它的启动方法有两种一、逐级切除启动电阻法由人为特性我们知道>R2改变时,Tm＝C,Sm＝改变>由于〔Cosφ2改变Tst改变,所以：R2↑,Tst↑接线如图右：特点：1、与直流电机启动类似用继电器切换2、由于启动时,R2’＝R2＋RA＋RB所以,转子功率因数Cosφ2↑有较大的启动转矩3、适于带载启动二、频敏电阻法在三相转子中串接－实心电抗器工作过程：1、当启动时：n＝0转子电流频率f2=f1较高所以感应电势E高,同时铁损〔涡流发热产生大相当于电阻R损大2。当n↑后S↓f2=Sf1↓所以E↓R损↓3、当n=nN后f2很小E≈0R损≈0可用开关短路〔离心所以称实心电抗器为频敏电阻一般为使X↓R损↑所以匝数不多特点：1、不用人工切换电阻〔自动启动2。连续调节电阻变化启动过程平滑3。由于电抗器的电感性质,使启动时功率因数Cosφ2略有下降§5.7单相异步电动机§5.7.1单相磁场单相电动机的研究基础是：单相交变磁场可分解成两个旋向相反大小相等的旋转磁场。单相磁场的频率为f时,其磁场转速为: n0=60f/p与三相相同>当转子〔笼型放在磁场中时,由于受两个方向相反大小相似的扭矩,所以不能转动动。>当外力使它转动后,同向磁场在转子中产生的电流频率为〔n0-n×f1/n0反向磁场在转子中产生的电流频率为〔n0+n×f1/n0>由于反向电流的频率高,所以XL电抗大〔反电势大于感应电势无法产生电流。>同向电流则由于f2T小而加大,产生扭矩输出。转动起来结论:1、单相磁场没有启动能力2、启动后的方向取决于启动的方向。~QCCBXY~QCCBXYA一、电容分相>在电机定子中加入一启动绕组垂直于主绕组>联接如图:>由于电容移相作用,使BY中的电流超前于AX一个相角〔一般为90>则成为一个旋转启动磁场>当n↑后,断开QC即可>当反转时,〔不能换相>所以应使BY两个头对调即B－Y对调,由一组开关实现二、罩极式单相异步电动机当有电压时：与的磁通相位上差则与启动绕组的作用相当,不能反转。§5.8同步电动机的工作原理、特点及应用可发电、和电动大容量的电力传动系统中使用§基本结构定子转子励磁绕组§5.8.2工作原理>定子旋转磁场>转子中加励磁产生极对数与定子相同的磁极>旋转磁场作用下转子转动〔所以叫同步电机特点：1、同步电机的转速不随负载而变化2、可以通过调整转子励磁电流补偿功率因数〔电网3、结构复杂,价格贵§5.8.3启动1、当静止时,加励磁后转子产生磁极旋转磁场转一圈后产生－推－拉的两次转矩,所以不能转动2、同步电机启动和采用异步启动转子上有笼型导体启动时,励磁绕组短路,或接一电阻,防止过电压,当接近后加励磁进入同步工作例题1：有一台Y225M－4型三相异步电动机接法功率转速电压效率功率因数Ist/InTst/TnTm/Tn45kw1480r/min380v92.3%0.887.01.92.2NNSNSNSSNNSSG求额定电流：In,Sn,Tn,Tm,Tst〔1由PN＝3UNINηCosφ则IN=PN/<3UNINηCosφ>=84.2<A>〔2SN=<n0-nN>/n0由nN=1480<r/min>知为4极电机P＝2n0＝1500<r/min>〔60f/pSN＝0。013〔3由TN＝9.55PN<W>/nN<r/min>=2〔4Tst＝1.9TN〔5Tm＝2.2TN＝2.2×290.4＝例2在上题中〔1 如果负载转矩为510.2Nm试问在U=UN和U'=0.9UN时能否启动？〔2 采用Y－Δ换接启动时,求启动电流和起动转矩？这时,当负载为80％Tn和50%Tn时能否启动？解：〔1由Tst=551.8Nm知a.当U＝Un时,Tst=551.8Nm>510.2Nm可以启动b.当U'=0.9UN时,由Tst∝U2知Tst=<0.9>2×Tst=447Nm<510.2Nm不能启动这时 IstY=<1/3>IstΔ=<7/3>IN=196.5<A> TstY=<1/3>TstΔ=551.8/3=183.9<N.M>当TL=0.8TN=232.3>183.9不能当TL=0.5TN=145.2<183.9可以 第6次课2学时上次课复习：三相异步电动机的调速特性；单相异步电动机工作原理和启动方法；同步电动机的工作原理、特点及应用本次课题〔或教材章节题目：§6.1交流伺服电动机§6.2直流伺服电动机§6.3力矩电动机§6.4小功率同步电动机§6.5测速发电机教学要求：了解机电传动控制系统中的一些常用电机的基本结构,掌握各种控制电机的基本工作原理、主要特点,会正确选用。重点：各种控制电机的基本工作原理、主要特点。难点：各种控制电机的基本工作原理、主要特点。教学手段及教具：多媒体教学讲授内容及时间分配：§6.1——0.5学时§6.2——0.5学时§6.3——0.5学时§6.4、§6.5——0.5学时课后作业习题6.4、6.10、6.15、6.19参考资料第六章控制电机主要是应用于自动控制系统中的一些执行元件它们功率一般不大,完成控制信号的传递和变换动作灵敏精度高体积较小由于技术的完善：普通电机性能的提高已无十分严格的界线〔一般的控制场合开环§6.1交流伺服电机伺服〔随动随控制信号而动〔执行当有控制信号转信号大转速上升当无控制信号停特点〔与普通电机相比1、调速范围广2、惯性小3、控制信号〔功率小§6.1.1两相交流伺服电机的结构一、定子： 与单相电容式的异步电机的结构相似有两组相差90的绕组 励磁绕组FW加励磁电源 控制绕组CW加控制信号FWCWUfSM～FWCWUfSM～Uc 但不同电源二、转子： 笼型转子：与异步相似 空心杯型转子：空心薄壁筒 特点：细而长惯量小三、接线方式定子:FW串电容后接励磁电源CW接控制信号 符号:SM表示§工作原理与单相类似>当励磁FW接固定电压后>控制CW有信号时,产生旋转磁场,转动起来要求：当CW没有信号时应不转对于普通电机是不会停下来的这叫自转现象需要消除它。§6.1.3自转的消除措施>是想办法当Uc＝0时〔控制电压电机产生制动转矩>方法是增大转子电阻R2由Sm=R2/X20知当R2↑Sm↑〔即nm↓当Sm>1时〔即nm<0特性见图>这时,负方向也类似>当Uc＝0单相运行时两个方向相反的旋转磁场在转子上产生的合力矩与转动方向相反〔即制动>当Uc≠0时加强了一个方向的旋转磁场的强度使合力矩变成了与转动方向相同的方向从而转动起来Uc↑合力矩↑>当Uc相位改变180时,加强了另一个方向的旋转磁场,使转子反转。所以: 1、交流伺服电机的转子笼型采用电阻率很大的材料做〔黄铜等R2很大 2、杯型转子做成薄壁型〔0.2-0.8mmR2大惯量小 3、当Uc≠0时Ⅰ,Ⅲ象限机械特性 当Uc＝0时Ⅱ,Ⅳ象限机械特性§6.1.4特性应用一、控制特性1．三种控制方法:UFWCWCSMUFWCWCSM～Uc↑2、>相位控制Uc与Uf的相差φ,当φ大时加强,φ在0-90之间比较复杂Uc↑ 3、>幅、相控制 2．幅值控制的方法>简单方法如图这时当Uc变化时曲线如图二、应用举例：方框图：见书三、交流伺服电机功率比较小〔0。1-100W但结构简单§6.2直流伺服电机当功率大的系统中〔1-600W用直流伺服电机分类： 电磁式 永磁式原理：与普通直流相同只是转子细长以减小转动惯量〔改善动态特性因n=Uc/〔Keφ-R/〔KeKmφ2T知当Uc=0时n=0〔T为反抗转矩控制：电枢控制：改变电枢电压U磁场控制：改变励磁电流I四、交、直流比较交流：结构简单可靠功率小直流：特性硬、线性好、结构复杂〔有换向器§6.3力矩电机一般电机n比较高〔n小时不稳定当工作中n不高时,可用减速器,但复杂,动态不好力矩电机就是能输出低速大扭矩的伺服电机分类：交流力矩电机异步：与交流伺服同理,但形状扁平〔不细长同步：直流力矩电机§永磁式直流力矩电动机的结构特点1、扁平形状2、轴向短径向长3、永磁励磁§转矩和转速一、转矩当磁极中的B〔磁感应强度一定时单根F＝BIL＝BIaLL为有效长度T=FND/2=<<BIaNL>/2>D>当体积不变时由πD2L=C>应D↑L↓>当铜量不变及导线总长度及直径不变时>应L↓N↑NL不变所以T＝KD既D时T扭矩增加结论：相同体积和用铜量〔材料用量情况下D越大扭矩T↑二、转速由反电势 ef=BLV 〔V为切割线速度V=πDn/60 〔周长和转速而电枢电压平衡为U＝E＋IaR当 T＝0时 n=n0Ia=0U＝E=<1/2>BNLπDn/60n0=<120/π><Ua/NBLD>=K/D既当D↑时,n0↓§特点应用适于低速大扭矩堵转时不易损坏〔制造时精度高反应快调速范围宽§6.4小功率同步电机应用于小型而有恒速要求的装置中如记录纸,走纸机构、电唱机、录音机〔高级结构：定子同异步转子：无绕组分类：按转子工作原理：永磁式〔高速磁阻式〔低速磁滞式§永磁式一、结构与大功率原理相同只是转子用永久磁铁来取代电磁励磁二、启动：与大功率一样有笼型启动绕组但这时由于有磁场会产生一定的制动转矩,启动时负载小§6.4.2磁阻式减速同步电机一、结构>定子：有内齿Zd导磁材料制造有三相绕组>转子：有外齿Zr导磁材料制造>齿数:Zr>Zd且不为整数倍二、工作原理由于Zr>Zd>当旋转磁场在A点时,转子与A对应磁阻最小>当旋转磁场在B点时,磁场转过角2π/Zd转子齿与定子B齿对齐〔磁场的作用使磁阻最小转过2π/Zd-2π/Zr=θ>旋转磁场转速n0与转子转速n之比n0/n=KR=<2π/Zd>/<2π/Zd-2π/Zr>=Zr/<Zr-Zd>KR电磁减和系数<n0=n>电机转速n=<1/KR>n0=<<Zr-Zd>/Zr>60f/p由上可知当Z与Z之差小时而Z大时就越低作业：6.2、6.5、6.6、〔6.9*磁组电机〔+〔〔+〔-~UfφfWFφ1WCn<ω>原动机负载E0=0U0=0转子静止时BR~第7次课2学时上次课复习：机电传动控制系统中的一些常用电机,各种控制电机的基本工作原理、主要特点。本次课题〔或教材章节题目：§6.7直线电动机§7.1电动机容量选择的原则§7.2电动机的发热与冷却§7.3不同工作制下电动机容量的选择教学要求：自学直线电动机结构、工作原理、特点及应用；了解电动机的发热与冷却,掌握电动机容量的选择。重点：电动机容量的选择。难点：电动机容量的选择。教学手段及教具：多媒体教学讲授内容及时间分配：§7.1、§7.2——1学时§7.3——1学时课后作业习题7.3、7.4、7.5、7.8参考资料第七章机电传动控制系统中电动机的选择§7.1电动机的容量选择的原则电动机的容量：工作中能输出的功率>容量小 1、过载运行：不能正常工作,启动,冲击2、发热：寿命短损坏>容量小：浪费：效率选择容量的基本原则〔1发热, 电机工作中温度上升不超过允许值〔2过载能力：1、电机的最大扭矩Tm>最大冲击负载扭矩<交流异步电动机 2、最大电流Im〉最大负载电流〔直流电动机〔3启动能力: 有足够的启动能力,电机的的负载扭矩>启动负载扭矩 交流异步电动机TL<λstTN§7.2电动机的发热与冷却一、电动机发热的原因 铜损: 导线中流过电流时,在导线电阻上的损耗与I成正比〔I2R 铁损: 在铁芯中产生涡流后的损耗基本不变 机械摩擦：轴承,换向器运动器件磨擦不变二、电动机的发热过程 开始,温差小,散热差,温升快 中间温差加大散热量〔热平衡 升温的快慢用一个参数T来衡量 >发热时间常数Th三、电动机的冷却过程与发热相反,但停机后冷却风扇不转,所以散热时间常数Th’>Th冷却过程很慢四、电机过热的危害当电机发热到一定值时,会产生 a>烧坏线间绝缘 b>加速绝缘老化,缩短电机寿命要求:电机长时间工作时,其发热不应超过一定的上限,由此,可以按这个标准去选择电机功率〔容量 在电机参数中,绝缘等级与上限有关§7.3不同工作制下电动机容量的选择电动机驱动负载持续时间不同,发热状况也不相同,可以分为: 连续 短时重复短时在不同的方式下,电机的容量是不同的〔输出功率可用来驱动的负载§连续工作制电机容量的选择一、带恒定负载的电机容量选择如果已知负载的功率PL,则可以按PN>PL的关系直接选择就可以了确定电机后,根据电机启动的工作方式有时要校验启动能力〔与启动方式有关当轻载启动时,可不校验二、带变化负载的电动机容量的选择>这时电机的发热量是变化的,所以温升也波动的>不能按最大或最小功率来选择：>而按照等值法来计算电机功率>等值法：把变化的负载转化成一恒定等效的负载,这时两者的温升相同。>负载图：根据电机的工作强制的负载变化关系图〔直方图可以是功率〔电流或扭矩是时间变化关系图〔三种〔推导这时电机的损耗为:<ΔP+I12R>t1+<ΔP+I22R>t2+…..其中,ΔP为铁损及机械损耗〔基本不变I2R铜损对于等效负载损耗<ΔP+Id2R>Σti当等效时,两式相等 Id2Σti＝I12t1+I22t2+…..IdId=I12t1+I22t2+··Σti对直流电机T＝KmφI∝I 所以等效工作扭矩PdPd=P12t1+P22t2+··ΣtiTd=T12t1+T22t2+··Σti由 P∝T·n当β大时T变化时n变化不大时P∝T所以当机械特性硬时等效功率以上结果,可以用恒负载法来选电机TN>Td或PN>Pd既可所以这时电机的选择步骤为1、做出负载变化图2、用等值法计算出等效扭矩或功率〔TdPd3、根据Td〔Pd用恒负载法来选定电机4、效验启动能力及最大负载过载能力,如不满足应修正或重选作业：6.9、7.4、7.6§短时工作制电机容量的选择短时工作制： 工作时间短,而停机时间长〔如吸尘器等短时工作的发热： 当温度没达到稳定值就开始冷却,所以达不到最高温度这时选用电机方法不同一、选用短时工作制的电动机有专门用于短时工作的电动机类型它们的功率PN和工作时间tN是相对应的如：PN为20KWtN为30min的电机在20KW下连续运行不应超过30mintStSP=PSt1、可用等效功率法换算P2t=PS2tS〔PStS为实际值选用2、选PN〉P的电机tN=t3、校验启动能力二、选用连续工作制的普通电机由于温升达不到稳定值,所以这时可大于电动机额定功率即可过载运行它的过载倍数K=PS/PNK值与〔tS/Th的值有关〔tS实际工作时间〔Th发热时间常数可由它们的关系曲线查得见P102图7.6在短时工作过程中当小时,发热不主要,这时主要是电机的启动能力和过载能力所以短时工作过程选择连续工作制的普通电机步骤如下:1、由〔tS/Th查得K2、由PN≥PS/K取PN3、校验过载能力和启动能力注： 1、 当〔tS/Th很小时〔0.3-0.4以下 选择电机的主要依据是过载能力2、 当工作为变化负载时,还应先算出其等效功率Pd§重复短时工作制这时 工作时间tp<〔3～4Th 间歇时间to<〔3～4T’htptp+toε=工作时间ε=工作时间工作时间+间歇时间=tp100% >这种电机的功率PN与暂载率是相关的 >〔同一电机不同的暂载率功率不同 >tp+to<10min >一般以εSN＝25％为额定暂载率和标定额定功率PSN >另外:还有15%,40%,60%的暂载率标准选择步骤如下:当实际工作情况不同时,可用P2εSN=PS2εSPP=PSPS为实际功率εS实际暂载率2、由PSN≥P选择电机3、校验:有必要的情况下可进行过载能力和启动能力校验二、选用连续工作制电动机这时可认为连续工作的额定暂载率εSN＝100％=1εSεSP=PSεSNεSεSN=PSεS1、由 PS为实际功率εS为实际暂载率2、这时可选用PN≥P的电机3、校验启动及过载能力说明： 1、当频繁启动、制动时、启动电流和制动电流会使发热量地增加 2、当εS<10％时,可按短时工作制 3、当εS>70％时,可按连续工作选择 4、当在一次重复中负载有变化、则先计算等效负载Pd 5、对于一次重复周期小于10min,当周期长时,就按短时工作计算另外: 电动机的额定值是在一定条件下〔环境温度、气压、湿度等测得的不同条件下应修正。..第8次课2学时上次课复习：电动机容量的选择。本次课题〔或教材章节题目：§7.4电动机容量选择的统计法和类比法§7.5晶闸管供电对电动机的影响§7.6电动机的种类,电压,转速和结构形式的选择教学要求：了解电动机种类、电压、转速、和结构型式的选择原则重点：难点：教学手段及教具：多媒体教学讲授内容及时间分配：§7.4、§7.5——1学时§7.6——1学时课后作业习题7.10、7.11参考资料§7.4电动机容量选择的统计法和类比法统计法：根据大量的统计规律所得出的经验公式对于机床车床等参见书§7.5晶闸管供电对电动机的影响一、晶闸管〔可控硅整流的直流电源1、用于直流电机2、脉动直流,有谐波分量二、电源脉动分量的影响1、对直流电机的影响发热〔铁损,铜损换向变坏2。对电网的影响电网中产生高次谐波干扰其它电器工作三、减小脉动在电路中串联平波电抗器〔及电感起滤波作用X=2πfL则f↑X↑§7.6电动机种类、电压、转速和结构型式的选择§根据生产机械的负载性质选择电机类型原则：能满足要求的前提下,选用价廉,易维护的电机包括:〔调速要求、启动能力、机械特性〔1鼠笼式电机：适用于不调速的场合机械特性较硬价廉启动条件要求高〔2线绕转子电机：适用经常启动和制动的工作场合也可小范围内调速但以机械特性变软为代价。〔3多级电机：可分级变速适用于分几种速度工作的场合〔4同步电机：适用于恒速工作的场合,也可用于补偿功率因数〔5直流电机：可用于大范围无级调速的场合正反转但需配专用电源〔也可用交流变频调速系统可取代〔6串励〔复励：启动扭矩大的场合且恒功率调速§电压等级应根据工作环境的电源情况一般三相380V电压工业动力电当大功率时3KV、6KV动力电民用220V单相电源国外110V单相电源§转速电机的成本和生产机械减〔加速的成本当有适合的电机时直接选当不适合时,如低速工作时,综合考虑§结构〔1开启式：要求环境清洁、干燥、价廉〔2防护式：下部通风,对环境较干燥和清洁〔3封闭式、自冷式、风冷式、密闭式适用于一般的工件条件、有尘土、潮湿等〔4防爆式：适用于矿山、油库等有易爆气体存在的场合..第9次课2学时上次课复习：电动机种类、电压、转速、和结构型式的选择原则本次课题〔或教材章节题目：电动机原理习题讨论课教学要求：通过习题,更好地掌握第1章到第7章的所学内容重点：第3章习题,第5章习题难点：第3章习题,第5章习题教学手段及教具：辅导、讨论讲授内容及时间分配：课后作业习题7.10、7.11参考资料..第10次课2学时上次课复习：习题本次课题〔或教材章节题目：§8.1常用控制电器与执行电器教学要求：熟悉各种控制电器的工作原理、作用、特点、表示符号和应用场所重点：自动控制电器难点：自动控制电器教学手段及教具：多媒体教学讲授内容及时间分配：§——1学时§——1学时课后作业习题8.1、8.2、8.3参考资料..第八章继电器－接触器控制系统用于拖动系统中的控制和保护如电机的启动停止及反转分级调速等§8.1常用控制电器与执行电器一般的供电是500V以下,所以一般的电器也都是在这种电压下工作的称为低压电器低压电器：在500V〔1200V以下,用来接通或断开电路实现控制、调节、保护功能的电器装置>分类： 动作性分 非自动电器自动电器用途: 控制电器保护电器执行电器工作原理分: 电磁式其它§非自动控制电器一、刀开关〔闸刀开关1、用途：用做电源开关,控制不频繁的分断电流一般起隔电源的作用不直接分合电流2、结构：如图动刀片,静触头,小型刀开关还可安装熔断器3、工作原理：手推柄、转动、合闸注意事项： 手动分,合时由于速度慢,所以当带有大负载时不宜直接分合<由其是电感负载分断直流>这时,电流较大,会产生电弧大型刀闸有快速刀片见图4、种类： 按照闸刀位置分单投,双投〔掷 按照控制的路数分有单极、二极、三极等〔刀规格按电流小型 5A、10A…… 大型 100A、200A……1000A还分为刀闸开关、负荷开关〔铁壳QQQQQAABC二、转换开关〔组合开关用途：在小电流的电路中,用来分断〔隔离电源,既取代刀开关,有时,还可以直接控制小型电动机因为它的体积小操作方便在机床中应用广泛2、结构：a它一般由多片组成,每一片是一极多片在一起形成多极开关b在每一片中>有1～2组静触片〔多投时、多组〔掷>有一个动触片c在轴与壳体之间有定位装置3、原理：当转轴转到一个位置时,使动触片与一组静触片相接使D、C两线接通,转到另外位置时AB通,转到中位时,都断开单投时,只有两个位置4、种类： 〔1极数分单极 〔2位置〔投两位、三位 〔3电流10、20、40、60A等〔4倒顺开关〔三位0、I、II专门用于电动机的正反转控制〔5电压转换开关 0位, 不接通I位 X1－D1 II位 X1－D1X2－D2 X2－D3X3－D3 X3－D2输入：X1、X2、X3三相电源输出：D1,D2,D3三相绕组端子〔按一定按法联接的三个端子〔5电压转换开关接线：5、电路符号及代号符号：同刀开关代号：QB 或Q

§自动控制电器在复杂的控制系统中,仅用手动控制是不能满足需要,且动力的电流强度很大,出事故时不易实现装置的保护,所以,现在大量使用了自动控制电器。自动电器主要包括：接触器、继电器－热继电器、电流继电器、电压继电器、速度继电器、压力继电器一、接触器是一种电磁式电器是利用控制线圈的电信号、分断、合上主触点接通工作电路。用途： 主要用于各种电路及电机等执行机构的主电路快速、通、断、实现控制及保护等功能分类： 按工作电流分：交流接触器：过断交流负载直流接触器：通断直流负载工作原理：有主触点电磁铁：铁芯、线圈、动〔街铁铁芯反力机构：弹簧辅助触点：由控制信号、控制电磁铁的吸合,释放,电磁铁带动主触点通、断1、交流接触器〔1触头〔电接触部件用来接通或断开主电路的>按接触形分为： 点接触：小电流 线接触：指形,中大电流、流动接触 面接触：大电流时>接触电阻及消除:加有弹簧有超行程>触点材料：最多是银、铜电阻小。在小型、中型、接触器中触点用铜材镀银>触点变化：当触点常时工作时,变化,氧化物电阻大,且温度升高会加剧氧化作用。 所以,小中型用镀银触点〔氧化后电阻不变化大型用采用滚动接触产生 A>电弧不烧工作区 B>去除氧化层作用〔2灭弧装置:>电弧的产生：空气电离作用、高温、燃烧>灭弧：直流与交流电弧>原理：使电弧拉长,冷却加速a.多断口式灭弧〔双断口使一段电弧变成两段而使电压为1/2,〔小功率b.磁吹灭弧利用－磁吹线圈产生磁场,使电弧中的载流子受到电磁力F〔变流、直流、大功率c.灭弧罩〔纵缝灭弧冷却用于直流d.吸弧栅片导磁好的栅片磁力吸弧栅片散热分隔电压用于交流接触中〔3铁芯>由硅钢片叠成,减小涡流>在铁芯的端面上装有短路环,防止吸力过零,震动,噪声·对于交流电磁铁由于电压有过零,所以磁通也过零,这时吸力为零,产生振动·解决的方法是短路环,产生涡流后阻止磁通变化,产生与的相位差使总吸力不过零。·所以交流接触器的短路环不能少。〔4线圈： 一个绕在骨架上的线圈 单独成为一个零件 特点：由于是交流电压,所以工作中是电感性质,直流电阻很小 注意：当铁心开始吸合时,由于磁阻大,电感小,电流是工作电流的15倍 所以：频繁吸合工作时易发热。当卡住不能吸合时易烧坏。 规格：电压：24V,36V,110V,220V,380V交流〔有时也可直流〔5结构〔图触点种类： 常开<动合>、 常闭<动断>主触点 辅助触点〔6型号CJO 专用CJ10 普通CJ12 重载荷、大电流100A～600ACJ20 新型〔改进型〔体积小CJX 小容量此外,引进型： 3TB 西门子B系列德国ABB 富士、三菱等日本2、直流接触器用于分断直流电路3、接触器符号、代号符号：分开画线圈 常开常闭触点代号：KM分开画同一接触器相同代号二、继电器用途：主要用来传递信号和记忆各种状态分类：电流继电器电压继电器速度继电器压力继电器热继电器V<I<时间继电器、延时断、延时通V<I<1、电流继电器根据电流信号而动作欠电流小时动作电机励磁符号过电流大时动作电枢电流代号KA用途：保护电器多用于直流控制系统中<零励磁保护,电枢过载保护>2、电压继电器根据电压信号动作分为 欠电压电压小时异步机工作时,T∝U2所以保护 过电压 电压大时 用途：保护电器符号代号 KV3、中间断电器用来保持某些状态和传递控制信号如：当一个电机工作时,中间吸合实现互锁电流继电器动作时,触点容量或组数不够,由中间断电器传递放大符号代号 K4、热断电器〔热保护器用于保护电动机长时间过载发热,当大电流通过一定时间后,线圈发热而由双金属片发讯动作。原理：注意问题：a．热继电器的额定电流应与电机相同,b．同一型号有不同规格,一个继电器的整定电流可调。c．环境温度应相差不大。d．不能用做短路保护〔有惯性见图e．也有带缺相保护的型号：对于Y型可有可无对于型则断相保护时接入线、电路,否则相电路一般保护电机用的热断电器有三个热元件,分别接入三相,至少应有两相接入符号 线圈触点代号 KH另外,还有时间继电器..第11次课2学时上次课复习：接触器、继电器本次课题〔或教材章节题目：§8.1常用控制电器与执行电器教学要求：熟悉各种控制电器的工作原理、作用、特点、表示符号和应用场所重点：自动控制电器难点：自动控制电器教学手段及教具：多媒体教学讲授内容及时间分配：§——1学时§——1学时课后作业习题8.4、8.5、8.6参考资料§8.1.3主令电器·概括地说：是一些发出控制信号的电器·主令电器的功能：由操作人员〔或由机械运动部件操作主令电器,切换电路的工作状态〔启动、停止等·种类： 按钮、万能开关〔转换开关,主令控制器一些专用的电器〔凸轮控制器等〔用于电机的换向制动等一、按钮1、功能：是一种由人操作的发讯电器,控制电路的通断2、结构：常开触点1、2常闭触点3、4一般按钮有一对常开,一对常闭符号 常开〔动合常闭〔动断代号KH4、种类：1．有多种颜色2．可带灯或不带灯3．急停4．旋转带锁自锁形状、方、圆、凸出、平面二、主令控制器与万能开关〔也可称为转换开关1、功能；转〔切换不同的线路的工作状态〔与波段开关相似,多刀多位2、结构：内部可以有多组触点〔开关最多24个转轴可以有多个工作位置：各个位置各触点的通断情况不一样〔有一定的顺序组合由凸轮实现各组触点的通断也可带减速装置1212路〔刀3ⅠⅡⅢⅣ位代号SL注：1、一路有一个触点,可接通一个回路2、为了表达清楚,还用状态表来说明通断情况3、有的种类可由机械减速来操作〔自动顺序工作5、万能开关：也是多路的开关,但通常只有2至3个位置〔状态只能由手动切换符号：同主令电器代号：SO三、行程开关1、功能：检测机械的工作位置,关发出控制信号2、种类：机械式：滚轮,按钮,微动, 电子式：〔接近式无接触,其它内容后面讲述。§执行电器一、电磁铁1、功能：把电能转换成机械推〔拉力和位移2、原理：通电时,电磁力使磁阻减小的方向推〔拉衔铁产生位移3、符号：与接触器线圈相同代号：根据应用对象而定一般用YA如液压中〔T、DT、K等4、种类：·直流、交流单相 三相所用电源·推式、拉式〔工作方式·制动用牵引、起重、专用〔阀用等〔应用场合5、说明：〔1、交流电磁铁：直流电阻R小,启动工作电流I大,气隙大电感小 吸合后气隙小电感大〔电抗电流小所以：a．交流电磁铁不能被卡住后长时间通电b．不宜频繁吸、放〔操作c．吸力大－行程长〔2、直流电磁铁：当失电时,有自感电动势〔很高所以：a．应对电路如以保护〔续流电路b．吸力稳定,寿命长,行程短二、电磁离合器1、功能：传递机械转动2、原理：摩擦力直流电磁铁推动3、符号：同电磁铁,代号：YC三、电磁夹具1、功能：用于工件的装夹,〔磨床上的电磁吸盘2、符号：同电磁铁,代号：YH3、优点、缺点：方便、夹紧多工作、精度、..第12次课2学时上次课复习：主令电器、执行电器本次课题〔或教材章节题目：§8.2继电器-接触器控制的常用基本线路教学要求：掌握继电器-接触器控制线路中基本控制环节的构成和工作原理重点：继电器-接触器控制线路中基本控制环节的构成和工作原理难点：继电器-接触器控制线路中基本控制环节的构成和工作原理教学手段及教具：多媒体教学讲授内容及时间分配：§——0.5学时§——1学时§——0.5学时课后作业习题8.25、8.26、8.27÷8.28、8.29任意三题参考资料§8.2继电器－接触器控制的常用基本线路§继电器－接触器自动控制线路的构成线路图：用路来表示的接线关系一、分类一般可以分为两种实体接线图〔安装线路图每一条线路都画出来,每个点都画出来,按照实际安装形式,尺寸以一定比例画出来这种图不易读,复杂,但表示真实用于施工安装。〔与印刷电路板类似电器原理图：〔电原理接线图用电器符号,按一定规则画出来易读试设计维修的依据二、规则：主电路用粗线,控制电路用细线,分开画,有时分多张图纸控制电路电源线列两边,〔母线控制回路按照动作顺序自上至下〔自左至右平行绘制〔支路一个电器的各个部分分别画出在用到的支路中各电器及部件用规定的符号表示,每个电器有一个代号〔文字符号,一个电器的各个部件用同一代号,同一类的不同电器以代号加序号区别。原理途中的符号一段电视的状态表示,位置则以停机时的位置表示。〔开关零位线路交叉处,连接打交点〔节电,不连接不画原则： 每根线路都应编号 一边单号,一边双号 以控制目标分界必要时,应画出电磁动作顺序表如：循环动作§8.2.2继电器－接触器自动控制的基本线路起动及保护电路启动及自保线路原理动作原理自保原理及原因保护装置工作中保证人及设备安全的装置短路电流保护。熔断器〔保险原理：电流大时熔化,切断电路种类：丝式〔保险丝片式〔保险片安装形式： 插入式, 密封管式 螺旋式速度分： 普通 快速熔断时间：与电流大小有关。当I/IN=2时 30-40S当I/IN≤1.25时 长期工作 选择: 电压—安装形式电流—大于额定值 说明: 异步电机启动时,有5-7倍额定值 熔断器应在启动中不熔断<2-3秒> 一般的以Ist/K=IN<熔> 轻载K大,重载K小,也可根据实验确定性能差,易缺相符号:如图,代号:FU过电流继电器用于直流电机电枢保护或线绕式电动机保护自动空气短路器用于自动程度高的保护.原理:略功能:短路保护:电流大于10倍整定值时,断开. 过电流脱扣器热保护:当长期过载1.25倍时,几十分钟. 热脱扣器时亚保护:电压低时断开. 电磁脱扣器特点:贵,保护后可恢复,有手柄开关符号:见图,代号:QF或Q种类:分电机保护型<10倍>,照明保护型<6倍>长期过载保护自动空气短路器有这种功能热继电器<热保护器>KH保护原理:当1.25倍过载电流时间长KH断 有时带缺相保护欠压保护接触器本身就有当系统没有适应加装,以防电压恢复出问题.零励磁保护当I小时,KA动作,KM断开二.正反向控制电路三、点动SS为一开关SB1长期启动、SB停止SB2点动MM~KMKKMKKKMKMSSSB1SBSB2四、多电机互馈五、多点控制六、顺序控制七、多速电机〔固定八、电磁铁的线路§生产机械中的几种自动控制方式生产机械的控制方法分类： 按控制信号〔发迅 手动： 自动： 行程〔位置 行程开关时间 时间继电器 速度控制 速度继电器 电流、温度、压力等 相应控制元件一、行程〔位置自动控制发迅装置 行程开关行程开关分类： 机械式： 接触式 碰块 电子式： 非接触式 接近按钮式、碰块按下滑轮式、行程开关微动式、行程开关的芯>由簧片、反弹>位移小〔X>定位准确按近开关、电子式寿命长、可靠、贵、频率高 原理：电感L变化、电容式、霍尔元件符号和代号行程ST；微动SM；接近SN行程控制基本线路自动停车顺序控制二、按时间的自动控制发迅装置为时间继电器时间继电器分为空气式、电磁式、电子式等 调节螺钉空气空气式〔气囊式时间继电器结构简单,便宜,定时误差大晶体管式时间继电器延时类型通电延时： 当线圈接电后,触点延时动作 常闭－打开常开－闭合断电延时： 当线圈断电后,触点延时动作 常闭－闭合 常开－打开符号及代号KT通电延时延时动作方向断电延时时间控制定时工作自耦降压启动注： 时间继电器是中间继电器,触点容量小,不能直接分合至主电路 有延时触点与瞬动触点之分三、按速度控制速度继电器符号；代号：KR速度控制频敏电阻启动..第13次课2学时上次课复习：继电器-接触器控制的常用基本线路本次课题〔或教材章节题目：继电器－接触器控制实验教学要求：熟悉接触器、继电器等控制电器；连接控制电机正反转的控制电路重点：连接控制电机正反转的控制电路难点：连接控制电机正反转的控制电路教学手段及教具：实验教学讲授内容及时间分配：熟悉接触器、继电器等控制电器——1学时连接控制电机正反转的控制电路——1学时课后作业实验报告参考资料第14次课2学时上次课复习：接触器－继电器实验本次课题〔或教材章节题目：§8.3继电器-接触器控制线路举例§8.4继电器-接触器控制线路设计教学要求：能分析较复杂的控制线路,并学会设计一些简单的控制线路重点：分析、设计控制线路难点：分析、设计控制线路教学手段及教具：习题讨论讲授内容及时间分配：§8.3继电器-接触器控制线路举例——1学时§8.4继电器-接触器控制线路设计——1学时课后作业参考资料§８.3继电器－接触器控制线路举例 见书§８.4继电器：接触器、控制线路设计一、程序：选择控制方式设计原理图选择电器元件实体接线圈〔安装接线圈二、要求：满足要求合理：〔线路、布局、元件参数方便：〔维修、操作安全：〔有各种保护措施可靠：一个电路要经过多次修改甚至试验后才能定型设计位经验是一个重要的因素三、注意的问题1、 状态记忆：电磁铁等,要有继电器来自锁记忆2、 并、串联的原则：〔与或关系当"与"时串或时并互锁关系：有时需按定位的中间继电器触点