机电传动控制期末复习课件2

机电传动控制期末复习2011级能源与动力工程专业机电传动控制罗武生机电传动控制知识要点串讲2011能源与动力工程专业机电传动控制罗武生目录第1章概述第2章机电传动系统动力学基础

第3章直流电机的工作原理及特性第4章交流电动机的工作原理及特性第5章控制电机与特种电机第6章机电传动控制系统中电动机的选择第7章继电器—接触器控制系统机电传动控制罗武生第1章概述机电传动又称电力传动或电力拖动指以电动机为原动机驱动生产机械的系统包括电动机和控制电动机的一整套控制系统实现生产机械的启动、停止及速度调节实现机械设备、生产线、车间及工厂的自动化机电传动控制技术的发展机电传动控制罗武生第1章概述机电传动的发展第一阶段：成组拖动

一台电动机拖动一根天轴，然后再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械。

第二阶段：单电动机拖动

一台电动机拖动一台生产机械。

第三阶段：多电动机拖动

一台生产机械的每一个运动部件分别由一台专门的电动机拖动。机电传动控制罗武生第1章概述机电传动控制系统的发展①

20世纪初：

简单的接触器与继电器等电器控制。②

20世纪30年代：

电机放大机控制

③

20世纪40年代～60年代：

磁放大器控制和大功率可控水银整流器控制，晶闸管控制和功率晶体管控制。④

20世纪60年代以来：

采样控制，它把晶闸管技术与微电子技术、计算机技术紧密地结合在一起。

四个阶段机电传动控制罗武生机电传动系统的运动方程式运动方程的实用形式符合下面的关系：

TM－TL＝J或用转速n代替角速度ω，则为：TM－TL＝

运动方程的实用形式第2章机电传动系统的动力学基础机电传动控制罗武生动态转矩

当Td＝0时，a＝0，表示系统处于稳态，系统为匀速运动。

当Td≠0时，a≠0，表示系统处于动态，Td＞0时，拖动转矩＞制动转矩，a为正，系统加速运动；Td＜0时，拖动转矩＜制动转矩，a为负，系统减速运动。

动态转矩Td＝TM－TL；加速度a＝

第2章机电传动系统的动力学基础静态转矩TL机电传动控制罗武生运动方程式中符号的约定

若TM或TL与n方向相同，则TM或TL为拖动转矩；若TM或TL与n方向相反，则TM或TL为制动转矩。判定TM和TL的性质第2章机电传动系统的动力学基础机电传动控制罗武生第2章机电传动系统的动力学基础典型生产机械的负载特性负载的机械特性由负载性质决定，按生产机械在运动中所受阻力的性质不同，分成几种类型：①恒转矩负载——恒转矩型机械特性②泵与风机类负载——通风机型机械特性③恒功率负载——恒功率型机械特性④直线型负载——直线型机械特性机电传动控制罗武生第2章机电传动系统的动力学基础典型生产机械的负载特性通风机型机械特性直线型机械特性恒功率型机械特性恒转矩型机械特性(a)反抗转矩(b)位能转矩机电传动控制罗武生机电传动系统稳定运行的条件判别稳定工作点1异步电动机的机械特性2恒转矩型生产机械的机械特性A点是稳定平衡点，B点不是稳定平衡点。第2章机电传动系统的动力学基础在交点附近转速以上存在TM＜TL（转速以下存在TM＞TL）则该点为稳定点，反之为不稳定点。机电传动控制罗武生第3章直流电机的工作原理及特性直流电机的铭牌数据额定条件下电机所能提供的功率指电刷间输出的额定电功率发电机指轴上输出的机械功率电动机发电机:是指输出额定电压；电动机:是指输入额定电压。在额定工况下，电机出线端的平均电压在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速.对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流机电传动控制罗武生第3章直流电机的工作原理及特性

直流电机的可逆性直流发电机工作原理图直流电动机工作原理图电动机转子如何实现反转控制？机电传动控制罗武生第3章直流电机的工作原理及特性直流电动机的基本方程式(1)转矩方程式T＝KmΦIa电磁转矩T为拖动转矩，方向与n相同稳态时的转矩平衡T=TL+T0

(2)电势方程式E＝KeΦn

电动势E为反电势，它与外加电压产生的电流Ia方向相反。

(3)电压平衡方程式U＝E＋IaRa外加电枢电压为电枢的反电势和电阻压降所平衡。

机电传动控制罗武生第3章直流电机的工作原理及特性（4）功率平衡方程式UIa＝EIa＋Ia2RaP1＝Pe＋PCuaP1输入功率Pe电磁功率PCua电枢铜损耗Pe＝P0＋P2P0＝Pm＋PFe(3)电压平衡方程式U＝E＋IaRa电枢电压、电枢的反电势、电阻压降关系。

机电传动控制罗武生第3章直流电机的工作原理及特性直流他励电动机的人为机械特性电枢串电阻时直流他励电动机电路原理图降低电枢电压时减弱励磁磁通时①②③③固有机械特性机电传动控制罗武生第3章直流电机的工作原理及特性

三种人为机械特性的比较Rad1＜Rad2①电枢串电阻UN＞U1＞U2②降低电枢电压ΦN＞Φ1＞Φ2③减弱励磁磁通固有机械特性机电传动控制罗武生第3章直流电机的工作原理及特性直流他励电动机的启动特性起动方法：

直接起动

因为直接加额定电压起动的起动电流很大，除了小容量的电动机可采用直接起动的方法外，

一般直流电动机都不采用这种方法。

限流起动由启动电流Ist＝U／Ra可知，常用的启动方法有两种：①降压启动使电枢电压由Ust逐渐升至UN。起动效果好但需专用设备。②电枢电路串接外加电阻启动

使外电阻由最大逐步减至零。起动设备简单但效果一般。机电传动控制罗武生第3章直流电机的工作原理及特性三、调阻调速二、调磁调速一、调压调速比较直流他励电动机的调速特性改变电枢外加电压U用于nN以下恒转矩调速改变励磁磁通Φ用于nN以上恒功率调速电枢电路串接外加电阻Rad此法缺点多已很少采用机电传动控制罗武生第3章直流电机的工作原理及特性直流他励电动机的制动特性三、能耗制动二、反接制动FE倒拉反接制动一、回馈制动反向回馈制动比较重物升降的三种方式机电传动控制罗武生FE第3章直流电机的工作原理及特性直流他励电动机的制动特性三、能耗制动二、反接制动一、回馈制动②倒拉反接制动①电源反接制动①反抗性恒转矩负载

②位能性恒转矩负载

①正向反馈制动②反向反馈制动比较机电传动控制罗武生三相鼠笼式异步电动机三相特殊鼠笼式异步电动机三相绕线式异步电动机第4章交流电动机的工作原理及特性交流电动机异步电动机单相异步电动机同步电动机单相同步电动机三相同步电动机三相双鼠笼式异步电动机三相深槽式异步电动机三相高转差率鼠笼式异步电动机三相异步电动机交流电动机的类型机电传动控制罗武生铁心:由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。第4章交流电动机的工作原理及特性铁心:由导磁性能很好的硅钢片叠成(导磁部分)。绕组:放在定子铁心内圆槽内(导电部分)。机座:固定定子铁心及端盖。定子静止部分转子旋转部分三相异步电动机转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。②绕线式：绕组:转轴、轴承、风扇①鼠笼式：三相异步电动机的基本结构机电传动控制罗武生

电流

相序A-C-B2.磁生电(右手定则)旋转磁场切割转子导体，转子感应电动势和电流。1.电生磁(右手定则)定子三相绕组通入三相对称电流产生圆形旋转磁场。3.电磁力(左手定则)转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。第4章交流电动机的工作原理及特性三相异步电动机的工作原理XAZBC

Yn0n逆时针方向旋转机电传动控制罗武生第4章交流电动机的工作原理及特性三相异步电动机的引出线(Y形或△形接法)△形接法Y形接法机电传动控制罗武生第4章交流电动机的工作原理及特性三相异步电动机的额定值额定值的关系：额定运行状态时加在定子绕组上的线电压.额定条件下转轴上输出的机械功率.在额定运行状态下流入定子绕组的线电流.额定运行时电动机的转速机电传动控制罗武生第4章交流电动机的工作原理及特性三相异步电动机的结构和工作原理转差率异步电动机同步转速和转子额定转速的差值与同步转速之比称为额定转差率，用S

N表示一般S

N很小机电传动控制罗武生电源为负相序时电源为正相序时1、固有机械特性

四个重要特殊点：

①理想空载点AT=0，n=n0（s=0）

②额定工作点BT=TN，n=nN（s=sN）

③启动工作点DT=Tst，n=0（s=1）

④临界工作点CT=Tmax，n=nm（s=sm）机械特性n=f（T）第4章交流电动机的工作原理及特性三相异步电动机的转矩与机械特性机电传动控制罗武生第4章交流电动机的工作原理及特性2.人为机械特性

①定子降压②定子串电抗④转子串电阻③定子变频三相异步电动机的转矩与机械特性机电传动控制罗武生第4章交流电动机的工作原理及特性三相异步电动机的启动特性生产机械对电动机启动的主要要求（1）有足够大的启动转矩。（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，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。其中，（1）和（2）是衡量电动机启动性能的主要技术指标。一般场合下希望启动越快越好，以提高生产效率。机电传动控制罗武生第4章交流电动机的工作原理及特性三相异步电动机的启动特性异步电动机的启动特性（1）启动电流大一般Ist可达IN的5～7倍（2）启动转矩不大虽然Ist很大，但S=1，cosϕ2很低，故Tst却不大，一般Tst=(0.8~1.5)TN。异步电动机的固有启动特性

显然，异步电动机的这种启动性能和生产机械的要求是相矛盾的，为了解决这些矛盾，必须根据具体情况，采取不同的启动方法。采用什么启动方法，要根据实际情况而定。机电传动控制罗武生第4章交流电动机的工作原理及特性三相异步电动机的启动特性1.直接启动2.非直接启动⑴鼠笼式电动机降压启动法⑵线绕式电动机启动法①定子串电阻②定子串电抗③Y-△

④自耦变压器⑤延边三角形三相异步电动机的启动特性①转子电路串电阻②转子电路串频敏变阻器机电传动控制罗武生第4章交流电动机的工作原理及特性三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性⑴改变磁极对数p调速（变极调速）⑵改变频率f调速（变频调速）⑶改变转差率S调速①改变电压调速②转子串电阻调速直流他励电动机的调速特性⑴改变电枢电压调速⑵改变励磁磁通调速⑶电枢电路串电阻调速比较机电传动控制罗武生②转子串电阻调速⑵改变频率f调速(变频调速)第4章交流电动机的工作原理及特性三相异步电动机的调速特性⑶改变转差率S调速①变压调速机电传动控制罗武生①②①②①②⑶能耗制动第4章交流电动机的工作原理及特性三相异步电动机的制动特性①反抗性恒转矩负载②位能性恒转矩负载

①电源反接制动②倒拉反接制动⑵反接制动⑴反馈制动①正向反馈制动②反向反馈制动机电传动控制罗武生三相异步电动机的调速特性⑴改变磁极对数

p调速（变极调速）⑵改变频率

f调速（变频调速）⑶改变转差率S调速①改变电压调速②转子串电阻调速三相异步电动机的制动特性⑴反馈制动⑶能耗制动⑵反接制动①电源反接制动②倒拉反接制动第4章交流电动机的工作原理及特性三相异步电动机的启动调速制动特性三相异步电动机的启动特性1.直接启动2.非直接启动⑴鼠笼式电动机降压启动法⑵线绕式电动机启动法①定子串电阻②定子串电抗④自耦变压器③Y-△

⑤延边三角形①转子串电阻②转子串频敏变阻器机电传动控制罗武生第5章控制电机与特种电机概述控制电机一般是指用于自动控制、自动调节、远距离测量、随动系统以及计算装置中的微特电机。根据它在自动控制系统中的职能可分为测量元件、放大元件、执行元件和校正元件四类。机电传动控制罗武生第5章控制电机与特种电机控制电机与普通电机比较：

控制电机与普通电机的基本结构和工作原理大体相同；

普通电机的主要作用是进行能量转换，

控制电机的主要作用是完成信息的传递和变换。对控制电机的基本要求:

①具有良好的可控性，即易于控制和调节；

②具有快速的响应性能，即要有较大的启动转矩和较小的转动惯量；

③精确度要高，误差要小。机电传动控制罗武生第5章控制电机与特种电机直流伺服电动机

直流伺服电动机是一种小型直流电机，它能将直流信号电压转换成转轴上的角位移或角速度，以完成一定的控制任务。

其控制方式有电枢控制和磁场控制两种。直流伺服电动机启动转矩大、特性较硬且线性度好、调节范围广、体积小、效率高，因此一般用于功率较大的控制系统中。机电传动控制罗武生第5章控制电机与特种电机交流伺服电动机的结构

是一种小型或微型两相异步电动机。交流伺服电动机的原理

与电容分相式单相异步电机相同交流伺服电动机特点结构简单、运行可靠、维护简便、转动惯量小，广泛用于功率较小的控制系统中。自转现象及消除方法交流伺服电动机交流伺服电动机的原理图励磁绕组控制绕组SM～机电传动控制罗武生步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时，其转轴就转过一个固定的角度（步距角），顺序连续地发给脉冲，则电机轴一步接一步地运转。第5章控制电机与特种电机步进电动机机电传动控制罗武生电动机的工作制(3种)(1)连续工作制;(2)短时工作制;(车床快速移动电动机)(3)重复短时工作制.(起重机升降电动机)并分别按上述原则规定出电动机的额定功率和额定电流。为了使用上的方便，我国将电动机的运行方式(亦称工作制)按发热的情况分为三类。第6章机电传动控制系统中电动机的选择机电传动控制罗武生电动机绝缘分级与材料允许最高工作温度

E120C0B130C0F155C0H180C0如:JO2系列电动机采用E级绝缘材料;Y系列电动机采用B级绝缘材料.第6章机电传动控制系统中电动机的选择机电传动控制罗武生6.2电动机功率选择原则电动机容量选择应根据以下三项基本原则进行:1.允许温升（发热）2.过载能力3.起动能力第6章机电传动控制系统中电动机的选择机电传动控制罗武生第6章机电传动控制系统中电动机的选择根据生产机械的性质不同，电动机有三种运行方式：①长期工作制；②短期工作制；③重复短期工作制。根据运行方式在选择电动机容量时，主要考虑两方面因素：

①电动机的发热情况；②电动机的过载能力。依据经验来选择电动机容量的两种方法：

①统计分析法；②类比法。二、电动机容量的选择

应根据以下内容全面考虑并正确选择：

①生产机械具体要求；②技术经济指标；③工作环境等条件。一、电动机种类、电压、转速和结构形式的选择

本章内容以自学为主

机电传动控制罗武生熟悉各种电器的工作原理、作用、特点、应用场所和表示符号；掌握继电器接触器控制电路中基本控制环节和常用的几种自动控制方式学会设计一些较简单的继电器接触器控制电路第7章继电器-接触器控制系统机电传动控制罗武生必须具备3种保护措施：

短路，过载，失压（零压）第7章继电器-接触器控制系统机电传动控制罗武生Y-△降压启动控制电路第7章继电器-接触器控制系统机电传动控制罗武生正反转控制电路

第7章继电器-接触器控制系统机