机电传动控制教学课件

机电传动控制教学课件机电传动控制教学课件机电传动控制教学课件1．1机电传动控制的目的与任务第一章概述一、机电系统的组成机电系统完成生产任务的基础驱动运动部件的原动机（这里指的是各种电动机）之总称控制电动机的系统驱动生产机械的电动机和控制电动机的一整套电气系统”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；机电传动控制教学课件机电传动控制教学课件机电传动控制教学课件11．1机电传动控制的目的与任务

第一章概述一、机电系统的组成

机电系统完成生产任务的基础驱动运动部件的原动机（这里指的是各种电动机）之总称控制电动机的系统驱动生产机械的电动机和控制电动机的一整套电气系统1．1机电传动控制的目的与任务第一章概述2二、机电传动控制的任务

将电能转换为机械能；实现生产机械的启动、停止以及速度的调节；完成各种生产工艺过程的要求；保证生产过程的正常进行。三、机电传动控制的目的从广义上讲，机电传动控制的目的就是要使生产设备、生产线、车间乃至整个工厂都实现自动化。从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数量的增加（效率）、质量的提高（精度）、生产成本的降低、工人劳动条件的改善以及能量的合理利用等。

二、机电传动控制的任务将电能转换为机械能；实现生产机械31.2机电传动控制的发展一、机电传动的发展

成组拖动：一台电机拖动多台设备

单电机拖动：一台电机拖动一台设备

多电机拖动：多台电机拖动一台设备1.2机电传动控制的发展一、机电传动的发展4二．机电传动控制系统的发展

1．继电器—接触器控制:开关量的逻辑控制

2．电机放大机控制：模拟量的闭环连续控制

3．大功率晶体管和晶闸管控制：特性好、反应快、高可靠、体积小、重量轻

4．数字控制（NC）：晶闸管（电力电子技术）、微电子技术、计算机有机结合二．机电传动控制系统的发展1．继电器—接触器5第二章

机电传动系统的运动学基础单轴机电传动系统的运动方程式；多轴传动系统中转矩折算的基本原则和方法；了解几种典型生产机械的负载特性；了解机电传动系统稳定运行的条件以及学会分析实际系统的稳定性。第二章

机电传动系统的运动学基础单轴机电传动系统的运动6

2.1单轴拖动系统的运动方程式

一、单轴拖动系统的组成

电动机电动机的驱动对象联轴器系统结构图转距方向2.1单轴拖动系统的运动方程式一、7二、运动方程式……运动方程式

……转矩平衡方程式二、运动方程式……运动方程式……转矩平衡方程式8三、传动系统的状态，ω为常数，传动系统以恒速运动。

T

=TL时传动系统处于恒速运动的这种状态被称为稳态。传动系统加速运动。传动系统减速运动。

T

TL

时传动系统处于加速或减速运动的这种状态被称为动态。三、传动系统的状态，ω为常数，传动系统以恒速运动。9四、T、TL

、n的参考方向

以ω（或n）的转动方向为参考来确定转矩的正负。当T的方向与n同向时，符号与n相同；T为拖动转矩

1.T的符号与性质当T的方向与n反向时，符号与n相反；T为制动转矩拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。

2.TL的符号与性质当TL的方向与n同向时，符号与n相反；TL为拖动转矩当TL的方向与n反向时，符号与n相同；TL为制动转矩四、T、TL、n的参考方向以ω（或n）的转动方向为参考来10例：如图所示电动机拖动重物上升和下降。设重物上升时速度n的符号为正，下降时n的符号为负。

例：如图所示电动机拖动重物上升和下降。设重112．2多轴拖动系统的简化

一、多轴拖动系统的组成

二、负载转矩的折算---按功率守恒的原则

1.对旋转运动：2．2多轴拖动系统的简化一、多轴拖动系统122．2多轴拖动系统的简化

二、负载转矩的折算---按功率守恒的原则

2.对直线运动（上升）：

3.对直线运动（下降）：2．2多轴拖动系统的简化二、负载转矩的折132．3生产机械的机械特性

在同一轴上，负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机械的机械特性。

一、恒转矩型机械特性

恒转矩型机械特性根据其特点可分为反抗转矩和位能转矩两种。分别如图所示：1．反抗转矩：又称摩擦性转矩，其特点如下：恒与n反向。转矩大小恒定不变；2．3生产机械的机械特性在同一轴上，负142．位能转矩,其特点为：转矩大小恒定不变；方向不变2．位能转矩,其特点为：转矩大小恒定不变；方向不变15二、离心式通风型机械特性

其中：C为常数。三、直线型机械特性其中：C为常数。二、离心式通风型机械特性其中：C为常数。三、直线型机械特性16

恒功率型机械特性的负载转矩TL的大小与速度n的大小成正比，即其中：C为常数四、恒功率型机械特性

恒功率型机械特性的负载转矩TL的大小与172.4机电系统稳定运行的条件

一、机电系统稳定运行的含义

1.系统应能以一定速度匀速运行；

2.系统受某种外部干扰（如电压波动、负载转矩波动等）使运行速度发生变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。2.4机电系统稳定运行的条件一、机电系统稳定运行18

二、机电系统稳定运行的条件n=f(T)和n=f(TL)必须有交点，交点被称为平衡点。

2.充分条件系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：当干扰使速度上升时，有T<TL

；当干扰使速度下降时，有T>TL。这是稳定运行的充分条件。符合稳定运行条件的平衡点称为稳定平衡点。

1.必要条件电动机的输出转矩T和负载转矩TL大小相等，方向相反。二、机电系统稳定运行的条件n=f(T)和n=19分析举例1异步电动机的机械特性生产机械的机械特性交点a分析举例1异步电动机的机械特性生产机械的机械特性交点a20分析举例2，曲线1为异步电动机的机械特性，曲线2为异步电动机拖动的生产机械的机械特性。异步电动机的机械特性生产机械的机械特性TLTL’n分析举例2，曲线1为异步电动机的机械特性，曲21

2.3试列出以下几种情况下(见题图2.3)系统的运动方程式，并针对各系统说明：1）TM、TL的性质和符号并代入运动方程2）运动状态是加速、减速还是匀速？2.3试列出以下几种情况下(见题图2.3)系统22

2.6如图2.3(a)所示，电动机轴上的转动惯量TM=2.5kg·m2，转速nM＝900r／min；中间传动轴的转动惯量J1=2kg·m2，转速n1＝300r／min；生产机械轴的转动惯量JL＝16kg·m2，转速nL=60r／min。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。2.6如图2.3(a)所示，电动机轴上的转动惯23

2.7如图所示，电动机转速nM＝950r／min，齿轮减速箱的传动比j1=j2=4，卷简直径D=0.24m，滑轮的减速比j3=2，起重负荷力F=100N，电动机的飞轮转矩GDM2=1.05N·m2，齿轮、滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。试求提升速度v和折算到电动机轴上的静态转矩TL以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GDZ2

2.7如图所示，电动机转速nM＝950r／min24

2.10

在题2.10图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判定那些是系统的稳定平衡点？那些不是？2.10在题2.10图中，曲线1和2分别为电动机25第三章

直流电机的工作原理及特性重点掌握：

•了解直流电机的基本结构及工作原理；

•掌握直流电动机的机械特性；

•掌握直流电动机启动、调速和制动等各种特性；

•掌握直流电动机电压平衡方程、机械特性方程及其相关的计算方法。第三章

直流电机的工作原理及特性重点掌握：263．1直流电机的基本结构和工作原理

一、直流电机的基本结构

直流电机的组成可分为定子、转子和换向器三大部分。3．1直流电机的基本结构和工作原理一、直流电机的基本结构27二、直流电机的基本工作原理二、直流电机的基本工作原理281、作为发电机工作1、作为发电机工作292、作为电动机工作2、作为电动机工作30电机运行方式E与I的方向E的作用T的性质转矩之间的关系发电机相同电源电动势阻转矩T1=T+T0电动机相反反电动势驱动转矩T=TL+T0电机运行方式E与I的方向E的作用T的性质转矩之间的关系发电机31四、直流电动机的分类

四、直流电动机的分类323．2他励直流电动机的机械特性

一、机械特性方程

3．2他励直流电动机的机械特性一、机械特性方程333．2他励直流电动机的机械特性

一、机械特性方程

电压平衡方程机械特性方程3．2他励直流电动机的机械特性一、机械特性方程电压平衡34机械特性的硬度

（1）绝对硬特性（2）硬特性>10（3）软特性<10

机械特性的硬度（1）绝对硬特性35二、固有机械特性在额定条件（额定电压UN和额定磁通N

)下和电枢电路内不外接任何电阻时的

n=f(T)即:

(1)估算电枢电阻Ra

固有特性的计算方法：

(2)求

还可以根据要求进一步求出以下变量

(1)求理想空载转速:

(2)求额定转矩:二、固有机械特性在额定条件（额定电压UN和36三、人为机械特性人为地改变U和Φ的大小以及电枢回路串接附加电阻Rad所得到的机械特性。1.电枢回路中串接附加电阻时的人为特性电压平衡方程式为：人为机械特性方程式为：三、人为机械特性人为地改变U和Φ的大小以及372.改变电枢电压U时的人为特性1）特性曲线平行，k不变；2）转速降落不变，硬度不变；

3）由于U≤UN，所以n≤nN2.改变电枢电压U时的人为特性1）特性曲线平行，k不变；38

3．改变磁通时的人为特性2）Φ≤ΦN，n≥nN1）随着Φ的减小，n0增加，k变大，特性变软；3．改变磁通时的人为特性2）Φ≤ΦN，39例3.1：一台Z2系列他励直流电动机，

PN=22KW,UN=220V,IN=116A,nN=1500r/min，试计算：

1.固有机械特性

2.电枢回路串Rad=0.4Ω电阻的人为特性

3.电源电压降为100V时的人为特性

4.弱磁至Φ=0.8ΦN时的人为特性例3.1：一台Z2系列他励直流电动机，403．3直流他励电动机的启动特性

一、启动特性在未启动之前n=0,E=0这个电流很大，一般情况下能达到其额定电流的（10～20）倍以上。直流电动机不允许直接启动

λst为过载能力系数，通常为1.5到2.53．3直流他励电动机的启动特性一、启动特性41二、启动方法

1.降压启动：

2.电枢回路串电阻启动

1)串一段电阻启动二、启动方法1.降压启动：242

2)串多段电阻逐级切除的启动方法2)串多段电阻逐级切除的启动方法433．4直流他励电动机的调速特性

一、速度调节和速度变化

速度调节：在负载不变的条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速。速度变化：在电动机参数不变的条件下，由于负载波动引起的速度的改变。3．4直流他励电动机的调速特性一、速度调节和速度变化44二、调速方法从直流他励电动机机械特性方程式直流电动机调速的方法有以下三种：改变串入电枢回路的电阻Rad

；改变电枢供电电压U改变主磁通二、调速方法从直流他励电动机机械特性方程式451、改变电枢电路外串电阻调速

特点：

1）R增加，k增加，特性变软

2）有级调速

3）R越大，耗能越大1、改变电枢电路外串电阻调速特点：462．改变电动机电枢供电电压U

3）恒转矩调速

1）可以实现无级调节

2）特性曲线互相平行，机械特性硬度不变，调速范围较大；

4）U≤UN，n≤nN2．改变电动机电枢供电电压U3）恒转矩调速473．改变电动机主磁通

1）可以实现无级调节2）随着Φ的减小，n0增加，k变大，特性变软；

3）恒功率调速4）Φ≤ΦN，n≥nN3．改变电动机主磁通1）可以实现无级调483．5直流他励电动机的制动特性

1．制动与启动启动：电动机速度从静止加速到某一稳定转速的一种运动状态；制动：电动机速度是从某一稳定转速开始减速到停止或是限制位能负载下降速度的一种运转状态。

2.制动与自然停车

1）自然停车：电动机脱离电网，靠很小的摩擦阻转矩消耗机械能使转速慢慢下降，直到转速为零而停车。

2）制动：电动机脱离电网，外加阻力转矩使电动机迅速停车。3．5直流他励电动机的制动特性1．制493.电动机的两种工作状态

1)电动状态：n与T同向

2）制动状态：n与T反向4.电动机工作在制动状态下的两种情况

1）使转速迅速减速到停止；

2）限制位能负载的下降速度。3.电动机的两种工作状态1)电动状态：50一、反馈制动

特点：

1）在外部条件的作用下，n>n0；

2）n与T反向

1．电车走下坡路时的反馈制动一、反馈制动特点：1．电车走下坡512．电枢电压突然下降时的反馈制动2．电枢电压突然下降时的反馈制动52二、反接制动

特点：

1）U与E由相反变为相同；

2）T与转速n的方向相反。

改变U的方向所产生的反接制动称为电源反接制动；

改变E的方向所产生的反接制动称为倒拉反接制动。二、反接制动特点：1）U与53

1．电源反接制动电动机的机械特性为：U=-UN串Rad电阻1．电源反接制动电动机的机械特性为：U54

2．倒拉反接制动串Rad电阻电动机的机械特性为：2．倒拉反接制动串Rad电阻电动机的机械特性为：55三、能耗制动U=0电动机的机械特性为：三、能耗制动U=0电动机的机械特性为：56机电传动控制教学课件57例3-2有一台他励电动机，PN＝5.6kW，UN＝220V，IN＝3lA，nN＝1000r／min，Ra＝0.4Ω，负载转矩TL＝49N·m，电动机的过载倍数λ＝2，试计算：

(1)电动机拖动摩擦性负载，采用能耗制动过程停车，电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少?若采用反接制动停车，电阻最小值是多少?(2)电动机拖动位能性恒转矩负载，要求以300r／min速度下放重物，采用倒拉反接制动，电枢回路应串多大电阻?若采用能耗制动，电枢回路应串多大电阻?(3)想使电机以n＝－1200r／min速度，在再生发电制动状态下，下放重物，电枢回路应串多大电阻?若电枢回路不串电阻，在再生发电制动状态下，下放重物的转速是多少?例3-2有一台他励电动机，PN＝5.6kW，UN＝220V583.8 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL＝常数，当电枢电压或电枢附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小?为什么?这时拖动系统中哪些量必然要发生变化?3.9 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E=E1，如负载转矩TL＝常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化?是大于、小于还是等于El?3.12一台他励直流电动机的技术数据如下：PN＝6.5kW，UN=220V，IN=34.4A，nN=1500r/min，Ra=0.242Ω,试计算出此电动机的如下特性：①固有机械特性；②电枢附加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性；③电枢电压为UN／2时的人为机械特性；④磁通Φ＝0.8ΦN时的人为机械特性。并绘出上述特性的图形。3.8 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL＝常数，当593.19有一台他励电动机：PN=10kW，UN=220V，IN=53.8A，nN=1500r／min，Ra=0.29Ω，试计算：

(1)直接起动瞬间的堵转电流Iu；

(2)若限制起动电流不超过2IN，采用电枢串电阻启动时，应串入启动电阻的最小值是多少?若用降压启动，最低电压应为多少?3.20有一台他励直流电动机：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000r／min，在额定负载下，求：

(1)想降至800r／min稳定运行，外串多大电阻?采用降压方法，电源电压应降至多少伏?(2)想升速到1100r／min稳定运行，弱磁系数Φ／ΦN为多少?3.19有一台他励电动机：PN=10kW，UN=220V603.21有一台他励直流电动机，PN＝7.5kW，UN＝220V，IN=4lA，nN＝1500r／min，Ra＝0.38Ω，拖动恒转矩负载，且TL＝TN，现将电源电压降到U=150V，问：

(1)降压瞬间的电枢电流及电磁转矩各多大?(2)稳定运行转速是多少?3.22有一台他励直流电动机，PN=21kW，UN＝220V，IN=115A，nN＝980r／min，Ra=0.1Ω，拖动恒转矩负载运行，弱磁调速时Φ从ΦN调到0.8ΦN，问：

(1)调速瞬间电枢电流是多少?(TL＝TN)(2)若TL＝TN和TL＝0.5TN，调速前后的稳态转速各是多少?3.21有一台他励直流电动机，PN＝7.5kW，UN＝2613.23有一台他励直流电动机，PN＝29kW，UN＝440V，IN＝76A，nN＝1000r／min，Ra＝0.377Ω，负载转矩TL=0.8TN，最大制动电流为1.8IN。求当该电动机拖动位能性负载时，用哪几种方法可使电动机以500r／min的转速下放负载，在每种方法中电枢回路应串电阻为多少欧?并画出相应的机械特性，标出从稳态提升重物到以500r／min转速下放重物的转换过程。3.24有一台Z2—52型他励直流电动机，PN＝4kW，UN＝220V，IN＝22.3A，nN＝1000r／min，Ra＝0.91Ω，TL＝TN，为了使电动机停转，采用反接制动，如串入电枢回路的制动电阻为9Ω，求：(1)制动开始时电动机所发出的电磁转矩；

(2)制动结束时电动机所发出的电磁转矩；

(3)如果是摩擦性负载，在制动到n＝0时，不切断电源，电机能否反转?为什么?3.23有一台他励直流电动机，PN＝29kW，UN＝4462第5章直流传动控制系统5.1概述

一、自动控制系统的组成和分类

1.自动控制系统的组成

第5章直流传动控制系统5.1概述一、自动控制系统的组63

2.自动控制系统的组成

(1)按采用不同的反馈方式，可分为转速负反馈、电势负反馈、电压负反馈及电流正反馈(2)按自动调节系统的复杂程度，可分为单环自动调节系统和多环自动调节系统

(3)按系统稳态时被调量与给定量有无差别，可分为有静差调节系统和无静差调节系统(4)按给定量变化的规律，可分为定值调节系统、程序控制系统和随动系统(5)按调节动作与时间的关系，可分为断续控制系统和连续控制系统，或无级调速和有级调速。(6)按系统中所包含的元件特性，可分为线性控制系统和非线性控制系统（7）按电机调速特性分，可分为恒转矩调速和恒功率调速2.自动控制系统的组成(1)按采用不同的64二调速系统主要性能指标

调速系统的调速技术指标静态指标动态指标1.静态技术指标

1）静差度S：

静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。

速度稳定性指标

当负载变化时，生产机械转速的变化要能维持在一定范围之内，即要求静差度S小于一定数值。普通设备普通车床龙门刨床冷轧机热轧机造纸机S≤50%S≤30%S≤5%S≤2%0.2%~0.5%S≤0.1%二调速系统主要性能指标调速系统的调速技术指标静态指标动65电动机的机械特性愈硬，则静差度愈小，转速的相对稳定性就愈高;

在一个调速系统中，如果在最低转速运行时能满足静差度的要求，则在其他转速时必能满足要求。电动机的机械特性愈硬，则静差度愈小，转速的相对稳定性就愈高66

2）调速范围D

在额定负载下，允许的最高转速和在保证生产机械对转速变化率要求的前提下所能达到的最低转速之比称为调速范围。车床龙门刨床钻床铣床轧钢机造纸机进给机械20～12020～402～1220～303～1510～205～300003）D、Δn和S的关系2）调速范围D在额定负载672.动态技术指标从一种稳定速度变化到另一种稳定速度运转所经过的一段过渡过程，称为动态过程。

1.最大超调量

超调量太大，达不到生产工艺上的要求；超调量太小，会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高范围：2.动态技术指标从一种稳定速度变化到另一种68

2.过渡过程时间tr

4.振荡次数N系统超调量过渡过程时间T振荡次数性能10长无不好2大长多不好3小短中好

3.过渡过程时间ts2.过渡过程时间tr4.振荡次数N69例5.1有一生产机械要求调速范围D=5，静差率≤5％，电动机额定数据为10KW，220V，55A，1000r/min，电枢回路总电阻R=1Ω，KeΦ

=0.1925V.r/min，问开环系统能否满足要求？例5.1有一生产机械要求调速范围D=5，静差率≤5％，电70三、根据生产机械的负载性质来选择电动机的调速方式

1.生产机械的负载特性三、根据生产机械的负载性质来选择电动机的调速方式1.生产机712．电动机调速过程中的负载能力在调速过程中应保持电枢电流Ia为额定值IN，在不同转速下电动机轴上输出的转矩和功率就是电动机所能允许长期输出的最大转矩和最大功率，亦即电动机调速过程中的负载能力。3．电动机的调速性质与生产机械的负载特性的配合负载为恒转矩型的生产机械应尽可能选用恒转矩性质的调速方式，且电动机的额定转矩T应等于或略大于负载转矩TL；负载为恒功率型的生产机械应尽可能选用恒功率性质的调速方式，且电动机的额定功率PN应等于或略大于生产机械的静负载功率PL。2．电动机调速过程中的负载能力在调速过程中应72

5.2晶闸管－电动机直流传动控制系统按结构的不同：单闭环直流调速系统双闭环直流调速系统可逆系统一、单闭环直流调速系统

1.有静差转速负反馈调速系统

1)基本组成按静态误差的不同：无静差直流调速系统有静差直流调速系统任务：调节速度；扩大调速范围，减小静态误差。分类：5.2晶闸管－电动机直流传动控制系统按结构的73测速反馈回路速度给定放大器触发回路可控整流回路

电枢回路励磁回路+-测速反馈回路速度给定放大器触发回路可控整流回路74晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理75带电阻性负载的单相可控整流电路带电阻性负载的单相可控整流电路76

2)工作原理

当Ug、Uf不变时，电动机的转速不变，这种状态称为稳态。

(2)调速（Uf不变，改变Ug的大小）

改变Ug的大小可改变电动机的转速，这种状态称为调速.

(1)稳态（Ug、Uf

不变）

(3)稳速（Ug不变、负载变化使Uf变化)

当负载发生变化使速度发生变化后，系统通过反馈能维持速度基本不变，这种状态称为稳速。2)工作原理当Ug、Uf不变时77机电传动控制教学课件78

3)静特性分析

静特性：电动机的转速与负载电流之间的大小关系。

(1)各环节输入输出的关系电动机电路

可控硅和触发电路

放大器电路

反馈电路

3)静特性分析静特性：电动机的79

(2)分析与结论理想空载转速

转速降

设

调速范围在最大运行转速和低速时最大允许静差度不变的情况下，(2)分析与结论理想空载转速转80转速负反馈闭环系统的稳态结构图转速负反馈闭环系统的稳态结构图812.无静差转速负反馈调速系统

1）比例积分（PI）调节器比例调节器其输入输出之间的关系如下：

积分调节器其输入输出之间的关系如下：2.无静差转速负反馈调速系统1）比例积分（PI）调节82比例积分调节器比例积分调节器832）采用PI调节器的无静差调速系统

2）采用PI调节器的无静差调速系统843）动态调节过程3）动态调节过程85二、双闭环直流调速系统1.转速、电流双闭环调速系统的组成启动时电动机电压启动结束时电压Idt1t2IamIa0启动时的电压波形tIa,n,UdUdn(Iam-Ia)R∑IamR∑IaIamt理想的启动波形二、双闭环直流调速系统1.转速、电流双闭环调速系统的组成启动862.转速、电流双闭环调速系统的分析1)静态分析MACRASRUK-Ugi+Ufi-Ufn△UnBR+Ugn△UiαUdIaLTA2.转速、电流双闭环调速系统的分析MACRASRUK-Ugi872.转速、电流双闭环调速系统的分析2)系统分析IaILnngIamttt1t2t3t42.转速、电流双闭环调速系统的分析IaILnngIamttt88三、正反转控制1.利用接触器的可逆线路2.可控硅切换线路MUdIa(Ia)VT1VT3VT2VT4+-AB～MUdIa(Ia)KM1KM2KM2KM1+-AB～三、正反转控制2.可控硅切换线路MUdIa(Ia)VT1V895．5有一直流调速系统，其高速时的理想空载转速n01=1480r／min，低速时的理想空载转速n02=157r／min，额定负载时的转速降△nN＝10r／min。试画出该系统的静特性(即电动机的机械特性)，求出调速范围和静差度．5．11某一有静差调速系统的速度调节范围为75r／min—1500r／min，要求静差度S＝2％，该系统允许的静态速降是多少?如果开环系统的静态速降是100r／min，则闭环系统的开环放大倍数应有多大?5．12某一直流调速系统调速范围D＝10，最高额定转速nmax=1000r／min，开环系统的静态速降是100r／min。试问该系统的静差度为多少?若把该系统组成闭环系统，保持n02不变的情况下，使新系统的静差度为5％，试问闭环系统的开环放大倍数为多少?5．5有一直流调速系统，其高速时的理想空载转速n01=1490第六章交流电动机的工作原理及特性

•了解三相异步电动机的基本结构及工作原理；

•掌握三相异步电动机的机械特性；

•掌握三相异步电动机的连接方法和额定参数；

•掌握三相异步电动机启动、调速和制动等各种特性；

•掌握实现三相异步电动机启动、调速和制动的各种方法及它们的使用场所；第六章交流电动机的工作原理及特性•了解三相异步电动916．1三相异步电动机的基本结构和工作原理一、三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成6．1三相异步电动机的基本结构和工作原理一、三相异步921.定子定子由定子铁心、绕组以及机座组成。2.转子转子由铁心与绕组组成。1.定子定子由定子铁心、绕组以及机座组成。93

鼠笼式异步电动机转子绕组是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成。

线绕式异步电动机转子绕组是由线圈绕组放入转子铁心槽内，并分为三相对称绕组，与定子产生的磁极数相同。鼠笼式异步电动机转子绕组是在转子铁心槽里插入94二、三相异步电动机的工作原理

1．定子旋转磁场二、三相异步电动机的工作原理1．定子旋转磁场95iB为负，iC为正;iA=0iA为正,iB为负;iC=0

iB=0iA为正，iC为负;iB为正，iC为负iB为负，iC为正;iA=0iA为正,iB为负;iC=0962．旋转磁场的旋转方向如果将三相定子绕组中的任意两相对调，旋转磁场的方向就改变2．旋转磁场的旋转方向如果将三相定子绕组中的任意973.旋转磁场的极数与旋转速度在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为同步速度，用n0表示。

4.转差率

S3.旋转磁场的极数与旋转速度在交流电动机986.2

三相异步电动机的额定参数

一、三相异步电动机定子绕组的接法

1．两种接法6.2三相异步电动机的额定参数一、三相异步电动机定子99二．机械特性

1．固有机械特性异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有（自然）机械特性。根据

二．机械特性1．固有机械特性100理想空载工作点：额定工作点：启动工作点

临界工作点

（1）（2）（4）（3）理想空载工作点：额定工作点：启动工作点临界工作点（1）（101通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比称为电动机的过载能力系数。它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小，是电动机的又一个重要运行参数。鼠笼式异步电动机线绕式异步电动机通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之1022．人为机械特性改变定子电压U

定子电源频率f

定子电路串入电阻或电抗

转子电路串入电阻或电抗等，都可得到异步电动机的人为机械特性。2．人为机械特性改变定子电压U103（1）降低电动机电源电压时的人为特性不变不变随着电压的减小而大大地减小随着电压的减小而大大地减小（1）降低电动机电源电压时的人为特性不变不变随104（2）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性

（2）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性105（3）改变定子电源频率时的人为特性（3）改变定子电源频率时的人为特性106不变随着串接电阻的增加而增大，（4）转子电路串电阻时的人为特性不变不变随着串接电阻的增加而增大，（4）转子电路串电阻时的人为107

6．3三相异步电动机的启动特性

采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要要求如下。（1）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。（2）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。（3）要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小对生产机械的冲击。（4）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。（5）启动过程中的功率损耗越小越好。6．3三相异步电动机的启动特性采用电108一、鼠笼式异步电动机的启动方法

1．直接启动（全压启动）直接启动就是将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动。

•特点：电动机定子绕组的工作电压和启动电压相等。

•对象：小容量电动机。

一、鼠笼式异步电动机的启动方法1．直接启1092．电阻或电抗器降压启动

特点：

启动转矩随定子电压的平方下降，故它只适用于空载或轻载启动的场合；

不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量大，不适用于经常启动的电动机，若采用电抗器代替电阻器，则所需设备费较贵，且体积大。2．电阻或电抗器降压启动特点：启动转矩随1103．Y-降压启动所以

Y-降压启动方法的特点：

•设备简单、经济、启动电流小；

•启动转矩小，且启动电压不能按实际需要调节，故只适用于空载或轻载启动的场合；•只适用于正常运行时定子绕组接线为的异步电动机。3．Y-降压启动所以Y-降压启动方法的特点：1114．自耦变压器降压启动特点：

•与Y-降压启动时情况一样，只是在Y-降压启动时的K为定值，而自耦变压器启动时的K是可调节的。

•

变压器的体积大、重量重、价格高、维修麻烦，且启动时自耦变压器处于过电流（超过额定电流）状态下运行，因此，不适于启动频繁的电动机。4．自耦变压器降压启动特点：112二、线绕式异步电动机的启动方法

鼠笼式异步电动机的启动转矩小，启动电流大，因此不能满足某些生产机械需要高启动转矩低启动电流的要求。线绕式异步电动机由于能在转子电路中串电阻，因此具有较大的启动转矩和较小的启动电流，即具有较好的启动特性。

1．逐级切除启动电阻法

二、线绕式异步电动机的启动方法鼠笼式异步电1136.4三相异步电动机的调速特性只要改变U

、R、f、P就可攺变速度6.4三相异步电动机的调速特性只要改变U、R、f、P就114一、调压调速离心风机恒转矩负载特点：1）无极调速2）调速范围窄采用高阻转子，同时采用转速负反馈实现调压调速一、调压调速离心风机恒转矩负载特点：115一、调压调速特点：1）无极调速2）调速范围窄采用高阻转子，同时采用转速负反馈实现调压调速闭环静特性一、调压调速特点：闭环静特性116二、转子串电阻调速针对线绕式异步电动机的起重设备上特点：1）有级调速2）R越大，耗能越大二、转子串电阻调速针对线绕式异步电动机的起重设备上特点：117三、改变极对数调速P=2P=1特点：有机调速多速电机三、改变极对数调速P=2P=1特点：118四、变频调速适用于鼠笼式电动机特点：1）无极调速2）调速范围宽四、变频调速适用于鼠笼式电动机特点：119机电传动控制教学课件1201.FR:触点闭合正向启动

RR:触点闭合反向启动①最先选择的方向拥有最高优先权②当FR触点断开时，运动方向开始改变③若正向启动（FR）和反向启动（RR）同时为高，则正向具有优先权①②③停车功能正向反向惯性滑行FRRR1.FR:触点闭合正向启动①最先选择的方向拥有最高优先权①②1212.多段速度曲线控制正向多段1多段2多段3正转RSTUVWM正转反转多段1多段2多段3COM2.多段速度曲线控制正向多段1多段2多段3正转RSTU1226．5三相异步电动机的制动特性

一、反馈制动

n>n0n与T反向6．5三相异步电动机的制动特性一、反馈制动n>n01236．5三相异步电动机的制动特性

一、反馈制动

n>n0n与T反向变极或变频调速时的反馈制动6．5三相异步电动机的制动特性一、反馈制动n>n0变1246．5三相异步电动机的制动特性

二、反接制动

n与T反向任意两相相序反接1）电源反接制动6．5三相异步电动机的制动特性二、反接制动n与T反向1256．5三相异步电动机的制动特性

二、反接制动

n与T反向转子串大电阻只适于线绕式电动机2）倒拉反接制动6．5三相异步电动机的制动特性二、反接制动n与T反向1266．5三相异步电动机的制动特性

三、能耗制动

n与T反向U=06．5三相异步电动机的制动特性三、能耗制动n与T反向127第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器分类：

(1)非自动切换电器：依靠人力或其他外力来接通或切断电路，如刀开关、转换开关、行程开关等。

(2)自动切换电器：按照指令、信号或参数变化而自动动作，使工作电路接通和切断，如接触器、继电器、自动开关等。第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器分128第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器8.1.1非自动控制电器1）开关（1）刀开关刀开关动画第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器8129第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器8.1.1非自动控制电器1）开关（2）自动空气开关--QF自动空气开关动画第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器8130第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器8.1.1非自动控制电器2）转换开关--SA第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器8131第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器8.1.1非自动控制电器3）主令控制器第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器8132第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器8.1.1非自动控制电器4）按钮--SB按钮动画第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器8133第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器8.1.1非自动控制电器5）行程开关--SA第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器8134第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器8.1.2自动控制电器1）接触器---KM接触器动画第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器8135第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器8.1.2自动控制电器2）中间继电器--KA第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器8136第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器8.1.2自动控制电器3）热继电器--FR热继电器动画第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器8137第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器8.1.2自动控制电器4）时间继电器—KT（1）通电延时型时间继电器动画第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器8138第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器8.1.2自动控制电器4）时间继电器—KT（2）断电延时型时间继电器动画第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器8139第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器8.1.2自动控制电器4）时间继电器--KT第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器8140第8章继电器--接触器控制系统

8.1常用控制电器8.1.2自动控制电器5）速度继电器--KS速度继电器动画第8章继电器--接触器控制系统8.1常用控制电器8141第8章继电器--接触器控制系统

8.2继电器-接触器自动控制的基本线路8.2.1继电器-接触器控制线路原理图的画法规则第8章继电器--接触器控制系统8.2继电器-接触器142CY6140车床电气原理图CY6140车床电气原理图143第8章继电器--接触器控制系统

8.2继电器-接触器自动控制的基本线路8.2.2继电器-接触器基本控制电路一、异步电动机的起停控制第8章继电器--接触器控制系统8.2继电器-接触器1441.直接启停控制1.直接启停控制1451.直接启停控制动画1.直接启停控制动画146降压启动控制

1）星角降压启动降压启动控制147动画降压启动控制

1）星角降压启动动画降压启动控制148二、异步电动机的正反转控制电路二、异步电动机的正反转控制电路149二、异步电动机的正反转控制电路二、异步电动机的正反转控制电路150三、异步电动机的制动控制电路1.电源反接制动三、异步电动机的制动控制电路151三、异步电动机的制动控制电路1.电源反接制动动画三、异步电动机的制动控制电路动画152三、异步电动机的制动控制电路2.能耗制动三、异步电动机的制动控制电路153三、异步电动机的制动控制电路2.能耗制动动画三、异步电动机的制动控制电路动画154四、行程的自动控制电路四、行程的自动控制电路155四、行程的自动控制电路动画四、行程的自动控制电路动画156五、双速异步电动机的调速控制五、双速异步电动机的调速控制157五、双速异步电动机的调速控制双速电机按钮控制五、双速异步电动机的调速控制双速电机158五、双速异步电动机的调速控制双速电机开关控制五、双速异步电动机的调速控制双速电机159六、其它基本控制电路

1．点动与长动控制动画六、其它基本控制电路动画160六、其它基本控制电路

1．点动与长动控制动画六、其它基本控制电路动画161六、其它基本控制电路

2．多地点控制动画六、其它基本控制电路动画162六、其它基本控制电路

3．顺序控制六、其它基本控制电路163六、其它基本控制电路

4．联合控制与分别控制六、其它基本控制电路164第9章可编程序控制器（PLC)9.1PLC的概述9.1.1PLC的产生9.1.2PLC的主要特点

1.可靠性高，抗干扰能力强

2.通用性强，使用方便

3.程序设计简单、易学、易懂

4.模块化结构，系统组合灵活方便

5.系统设计周期短

6.安装简便，调试方便，维护工作量小

7.适应性强，可进行柔性生产第9章可编程序控制器（PLC)9.1PLC的概述9.1659．1．3PLC的应用领域

1.数字量的逻辑控制

2.运动控制

3.闭环过程控制

4.数据处理

5.通信联网

9．1．3PLC的应用领域1669．1．4PLC的分类

1.

按控制规模分类大型机（>2048点）、中型机（256-2048）和小型机（<256点）。

2.按控制性能分类

高档机、中档机和低档机。

3.按结构划分

整体式、组合式和叠装式

9．1．4PLC的分类167整体式组合式叠装式

整体式组合式叠装式1689．1．5PLC的主要型号与厂商

1.

日本OMRONCPM、CQM、H型。。。。

2.日本三菱

FX系列

3.德国西门子

S7-200、S7-300、S7-400

9．1．5PLC的主要型号与厂商169OMRON：三菱：西门子：

OMRON：三菱：西门子：1709．2PLC的组成、工作原理及其软硬件基础9．2．1PLC的组成

9．2PLC的组成、工作原理及其软硬件基础1719．2PLC的组成、工作原理及其软硬件基础9．2．2PLC的工作原理

9．2PLC的组成、工作原理及其软硬件基础1729．2PLC的组成、工作原理及其软硬件基础9．2．3PLC的硬件基础

PLC的接口模块接口模块包括：数字量输入/输出模块模拟量输入/输出模块功能模块（含高计数器模块、PID模块、扩展接口模块、通讯接口模块等）。

9．2PLC的组成、工作原理及其软硬件基础173直流输入模块：交流输入模块：直流输入模块：交流输入模块：174直流输出模块：交流输出模块：直流输出模块：交流输出模块：175继电器输出模块：继电器输出模块：1769．2PLC的组成、工作原理及其软硬件基础9．2．4PLC的硬件基础

PLC的配置

基本配置、近程扩展配置和远程扩展配置。

1）PLC的基本配置

整体式和叠装式PLC的基本配置----由基本单元自身构成9．2PLC的组成、工作原理及其软硬件基础177

1）PLC的基本配置

组合式PLC的基本配置机电传动控制教学课件178

2）PLC的近程扩展配置整体式和叠装式PLC的基本配置机电传动控制教学课件179

2）PLC的近程扩展配置组合式PLC的基本配置机电传动控制教学课件180

3）PLC的远程扩展配置机电传动控制教学课件1819．2PLC的组成、工作原理及其软硬件基础9．2．5PLC的软件基础

1.系统监控程序

系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块和系统调用。2.用户程序1）梯形图（LadderDiagram，简称LAD）2）语句表（StatementList，简称STL）3）顺序功能图（SequentialFunctionChart，简称SFC）4）功能块图（FunctionBlockDiagram，简称FBD）5）结构文本（StructuredText，简称ST）。9．2PLC的组成、工作原理及其软硬件基础1829．3西门子S7-200系列PLC的基本指令9.3.1西门子S7-200系列PLC概述9.3.2S7-200PLC的用户环境与程序结构

1.用户环境包括用户数据结构、用户元件区、用户程序存贮区、用户参数、文件存贮区等．

1）用户数据结构

位数据、字节数据、字数据

2）用户数据存贮区用户使用的每个输入输出端，以及内部的每一个存贮单元都称为元件。各种元件都有其固定的存贮区，即存贮地址。

3）编程语言

梯形图、语句表、功能块图

9．3西门子S7-200系列PLC的基本指令1839.3.3存储器的数据类型与寻址方式

1.存储器的数据类型

位、字节、字、双字

2.存储器数据的存取方式位、字节、字、双字的关系位数据的存放9.3.3存储器的数据类型与寻址方式位、字节、字、双字的1843.CPU的存储区

1）输入过程映像寄存器（I）

2）输出过程映像寄存器（Q）

3）变量存储区（V）

4）位存储区（M）

5）定时器存储区（T）

6）计数器存储区（C）

7）高速计数器（HC）8）累加器（AC）9）特殊存储器（SM）10）局部存储器（L）11）模拟量输入（AI）12）模拟量输出（AQ）13）顺序控制继电器（S）3.CPU的存储区8）累加器（AC）1859.3.4位逻辑指令

1.标准触点指令例：语句描述LDNbitAbitObitLDbitANbitONbit装载，电路或电路块开始的常开触点与，串联的常开触点或，并联的常开触点装载，电路或电路块开始的常闭触点与，串联的常闭触点或，并联的常闭触点9.3.4位逻辑指令例：语句1869.3.4位逻辑指令

2.堆栈的基本概念

3.栈装载或（OLD）指令

4.栈装载与（ALD）指令例：9.3.4位逻辑指令例：1879.3.4位逻辑指令

5.其他堆栈指令

1）逻辑入栈（LPS）指令

2）逻辑读栈（LRD）指令

3）逻辑出栈（LPP）指令例：9.3.4位逻辑指令例：188例：例：1899.3.4位逻辑指令

6.立即触点语句描述LDNIbitAIbitOIbitLDIbitANIbitONIbit装载，电路或电路块开始的常开触点与，串联的常开触点或，并联的常开触点装载，电路或电路块开始的常闭触点与，串联的常闭触点或，并联的常闭触点9.3.4位逻辑指令语句1909.3.5输出指令与其他指令

1.输出（=）

2.立即输出（=I）例：9.3.5输出指令与其他指令例：1919.3.5输出指令与其他指令

3.置位与复位置位：Sbit，N

复位：Rbit，N4.立即置位和立即复位立即置位：SIbit，N

立即复位：Rbit，N例：9.3.5输出指令与其他指令例：1929.3.5输出指令与其他指令

5.其他指令

1）取反（NOT）

2）跳变触点（1）正跳变（EU）（2）负跳变（ED）例：9.3.5输出指令与其他指令例：1939.3.6定时器指令接通延时定时器（TON）断开延时定时器（TOF）保持型接通延时定时器（TONR）

类型TONRTONTOF分辨率定时范围定时器号1ms10ms100ms1ms10ms100ms32.767s327.67s3276.7s32.767s327.67s3276.7sT0T64T1-T4T65-T68T5-T31T69-T95T32T96T33-T36T97-T100T37-T63T101-T2559.3.6定时器指令类型TONRTON分辨率1941）接通延时定时器（TON）I2.3IN30Q0.1I2.3T37T37当前值PTTON100msT37T37的位301）接通延时定时器（TON）I2.3IN30Q0.1I2.31952）断开延时定时器（TOF）I0.0IN200Q0.0I0.0T33T33当前值PTTOF10msT33T33的位2002s2）断开延时定时器（TOF）I0.0IN200Q0.0I0.1963）保持型接通延时定时器（TONR）I2.1INQ0.0I2.1T2T2当前值PTTONR10msT2T2的位10t1T2I0.3R1t2设定值10I0.33）保持型接通延时定时器（TONR）I2.1INQ0.0I21979.3.7计数器

1）加计数器I2.4CUI2.5I2.5C4当前值RCTUC4C4的位41PV23456I2.49.3.7计数器I2.4CUI2.5I2.5C4当前值R198计数器

2）减计数器I2.4CDI2.5I2.5C5当前值LDCTDC5C5的位33PV21203I2.41计数器I2.4CDI2.5I2.5C5当前值LDCTDC5C199计数器

3）加减计数器I2.0CUI2.1CDCTUDC483RPVI2.2I2.2C48当前值C48的位123456I2.0I2.154323计数器I2.0CUI2.1CDCTUDC483RPVI2.22009.4PLC梯形图的经验设计方法9.4.1梯形图设计的注意事项

1.线圈或指令框在最右侧2.避免重线圈3.尽量减少PLC的输入信号和输出信号4.设立外部连锁电路5.梯形图的优化设计9.4PLC梯形图的经验设计方法2019.4.2梯形图的经验设计法

1.启动保持停止电路

9.4.2梯形图的经验设计法2029.4.2梯形图的经验设计法

2.定时应用电路

1）延长定时时间的方法

应用问题：按下启动按钮，1个小时后灯亮按下停止按钮，灯立即灭。

方法一：多定时器级联方法二：定时器与计数器组合方法三：计数器当定时器9.4.2梯形图的经验设计法2039.4.2梯形图的经验设计法

2.定时应用电路

2）闪烁电路

9.4.2梯形图的经验设计法2049.4.2梯形图的经验设计法

3.十字路口交通灯控制

9.4.2梯形图的经验设计法2059.4.2梯形图的经验设计法

4.用计数器控制转盘的运动

控制要求：按启动按钮，转盘正转一周，停8s，反转半周，停2s，反复循环。按停止按钮，转盘停止转动。

转盘传感器9.4.2梯形图的经验设计法转盘传感器2069.4.2梯形图的经验设计法

5.送料小车的自动往复运动控制

控制要求：

1）按启动按钮，完成“装料（30s）→右行→卸料（20s）→左行”这样的工作循环；2）循环100次