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文档简介

机电传动控制邓星钟

主编主讲:机械系雷波联系方式-Mail:rayer1980@163.com2/2/2023参考书目1.赵君有,张爱军王东瑞编.

电机与拖动基础

.北京:中国水力水电出版社,2007.2.汤天浩编.电机与拖动基础.北京:机械工业出版社,2011.3.吴红星编.电机驱动与控制专用集成电路及应用

.北京:中国电力出版社,2006.4.齐占庆,王振臣编.机床电气控制技术.北京:机械工业出版社,20085.满永奎,韩安荣编.通用变频器及其应用.北京:机械工业出版社,2012

2/2/2023第一章概述1.1机电传动的目的和任务1.2机电传动及其控制系统的发展概况1.3课程的性质和任务1.4课程的内容安排1.5对本课程学习的基本要求2/2/20231.1机电传动的目的和任务

机电传动:

以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称

2/2/2023一、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2/2/2023机电传动系统实例

车床系统2/2/2023CA6140,CK6150与CH6132宽的调速范围2/2/2023可逆式轧机频繁起制动或正反转2/2/2023卷扬机和电梯起制动平稳,准确定点停车2/2/2023雷达天线控制系统2/2/2023雷达天线控制系统方位驱动仰角驱动2/2/2023雷达天线自动控制系统原理框图2/2/2023二、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。

2/2/20231.2机电传动控制的发展机电传动及其控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。机电传动控制的发展可从机电传动和控制系统两方面来讨论。一、机电传动的发展

成组拖动——一台电动机拖动一根天轴(或地轴),然后再由天轴(或地轴)通过皮带轮和皮带分别拖动多台生产机械。

单电机拖动——一台电动机拖动一台生产机械的各运动部件。

多电机拖动——一台生产机械的各个运动部件分别由不同的电动机来拖动。特点是生产效率低、劳动条件差、一旦电动机出现故障,将造成成组的生产机械停车;这种拖动方式较成组拖动前进了一步,但当一台生产机械的运动部件较多时,其传动机构仍十分复杂;2/2/2023二、机电传动控制系统的发展控制系统的发展伴随控制器件的发展而发展。随着功率器件、放大器件的不断更新,机电传动控制系统的发展日新月异,它主要经历了四个阶段:

1.继电器—接触器控制:出现在20世纪初,它仅借助于简单的接触器与继电器,实现对控制对象的启动、停车以及有级调速等控制,它的控制速度慢,控制精度差;

2.电机放大机控制:(30年代)从断续控制到连续控制3.磁放大器控制和大功率晶闸管控制:(40-60年代)4.计算机数字控制(CNC):提高机床的自动化程度、通用性和加工效率。(70年代-至今)2/2/2023柔性制造系统(FMS)—由数控机床、工业机器人、自动搬运车等组成的统一由中心计算机控制的机械加工自动线,它是实现自动化车间和自动化工厂的重要组成部分。

机械制造自动化高级阶段是走向设计、制造一体化,即利用计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM)形成产品设计和制造过程的完整系统,对产品构思和设计直到装配、试验和质量管理这一全过程实现自动化。为了实现制造过程的高效率、高柔性、高质量,研制计算机集成制造系统(CIMS)是人们现在的任务。2/2/20231.3课程的性质和任务性质:

机电传动控制把驱动电机、控制电机电器、电力拖动、继电器-接触器控制、PLC、电力电子技术、直(交)流伺服系统、步进电机伺服系统等强电控制的内容,根据学科的发展与其内在规律,以伺服驱动为主导,以控制为线索,将元器件与伺服控制系统科学、有机地结合起来。2/2/2023任务

学生通过本课程和机电综合实验的学习,使学生掌握交直流电机及控制电机的基本结构和工作原理,以及机电传动的运行性能、分析计算、电机与控制系统选择、为后继课程和今后的工作准备必要的知识2/2/20231.4课程的内容安排第一章概论第二章机电传动系统的动力学基础第三章直流电机的工作原理及特性第四章机电传动系统过渡过程第五章交流电动机的工作原理及特性第六章控制电机 第七章机电传动控制系统中常用的检测元件第八章继电器-接触器控制系统第九章可编程序控制器第十章电力电子学-晶闸管及其基本电路第十一章直流传动控制系统第十二章交流传动控制系统第十三章步进电动机传动控制系统第十四章机电传动控制系统中电动机的选择2/2/20231.5对本课程学习的基本要求了解机电传动控制系统的组成和基本规律;掌握常用电机、电器的工作原理主要特性,了解其应用与选用;掌握继电器-接触器工作原理,学会用其来实现生产过程的自动控制;掌握常用的开环、闭环驱动控制系统的基本工作原理和特点,了解性能和应用场所。学会分析机电传动控制系统的基本方法。2/2/2023第二章机电传动系统的动力学基础2.1机电传动系统的运动方程式2.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算2.3机电传动系统的负载特性2.4机电传动系统稳定运行的条件2/2/20232.1机电传动系统的运动方程式

图2.1单轴拖动系统电动机(M)生产机械TMMω+TLTL2/2/2023单轴机电传动系统的运动方程式TM----电动机转矩TL----负载转矩GD2---飞轮矩n-----转速t-----时间2/2/2023动态转矩恒速(静态转矩)正值加速(动态转矩)负值减速(动态转矩)2/2/2023TM与n同向为正向TL与n相反为正向拖动矩(TM、n同向)制动矩(TM、n反向)2/2/2023例2-11.列出系统的运动方程式;2.说明系统运行的状态。加速运行状态减速减速拖动转矩制动矩拖动转矩制动矩2/2/20232.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算2.2.1负载转矩的折算负载转矩是静态转矩,根据功率守恒原则折算1.多轴旋转运动系统速比传动效率多轴旋转拖动系统2/2/2023多轴直线运动系统2.多轴直线运动系统(下放重物)2/2/20232.2.2转动惯量和飞轮转矩的折算1.旋转型依据动能守恒原则,折算到电机轴上的总转动惯量为电机轴、中间轴、负载轴上的转动惯量;电动机轴与中间传动轴之间的速比;电机轴与负载轴之间的速度比;电机轴、中间轴、负载轴上的角速度2/2/20232.2.2转动惯量和飞轮转矩的折算依据动能守恒原则,折算到电机轴上的总飞轮矩为电机轴、中间轴、生产机械轴上的飞轮转矩。2/2/20232.直线运动型折算到电机轴上的总转动惯量、飞轮矩为多轴系统的运动方程式2/2/2023解(1)例2-2折算到电动机轴上的负载转矩TL折算到电动机轴上的飞轮惯量GDZ22/2/2023(2)(近似)2/2/20232.3机电传动系统的负载特性生产机械的负载特性:2.3.1恒转矩型机械特性n(a)反抗转矩(b)位能转矩TLT-TLnTTL(摩擦转矩)(因重力产生的转矩)(T与n的方向恒为相反)(T的方向恒定与运动方向无关)2/2/20232.3.2离心式通风机型机械特性2.3.3直线型机械特性2.3.4恒功率型机械特性Tn0

T0Tn0直线型机械特性离心式通风机型机械特性恒功率型机械特性Tn02/2/20232.4机电传动系统稳定运行的条件

机电传动系统稳定运行的含义:1.系统以一定的速度匀速运转;2.系统在受某种外部干扰作用(如电压波动、负载转矩波动等)而使速度稍有变化时,应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。2/2/2023m系统稳定运行的必要充分条件(1)两机械特性有交叉点(2)在平衡点处有一速度n↑时,TM<TLTM-TL<0n↓时,TM>TLTM-TL>0a点是稳定平衡点,b点不是。2/2/2023例2-3判断下图b点是否是系统的稳定平衡点?注意:1.两机械特性曲线的区别2.同时满足二稳定平衡条件解1.系统中有交叉点b;2.当n↑时TM<TLTM-TL<0当n↓时TM>TL

TM-TL>0

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