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1、机电传动控制Mechanical&electrical Transmission Control 华中科技大学机械学院朱国力Tel:87543871内容内容内容：集成了原来的电子学、电工学课程里的强电内容集成了原来的电子学、电工学课程里的强电内容n机电传动：机电传动：机电传动的动力学基础机电传动的动力学基础电动机的工作原理及特性电动机的工作原理及特性电动机的调速及实现电动机的调速及实现步进电机及其控制步进电机及其控制n控制继电器、接触器控制继电器、接触器控制PLC控制控制内容内容n电动机的工作原理与特性电动机的工作原理与特性L直流电机的原理与特性直流电机的原理与特性L交流电机的原理与特性交流电
2、机的原理与特性L步进电机的原理与特性步进电机的原理与特性n电动机的速度调节电动机的速度调节L电力电子学基础电力电子学基础L直流电机调速原理与实现直流电机调速原理与实现L交流电机的调速原理与实现交流电机的调速原理与实现L步进电机控制步进电机控制内容内容n继电器、接触器控制继电器、接触器控制常用的控制电器与执行器件：常用的控制电器与执行器件：继电器、接触器、检测器件、保护器件等继电器、接触器、检测器件、保护器件等基本控制电路基本控制电路常用的控制电路常用的控制电路基本设计方法基本设计方法内容内容PLC控制控制PLC原理、组成原理、组成PLC的内部等效电路（继电器）的内部等效电路（继电器）PLC的指
3、令系统的指令系统PLC的应用与设计方法的应用与设计方法以三菱公司的以三菱公司的F系列系列PLC为基础为基础第一章第一章 概述概述机电传动的定义是什么？机电传动的定义是什么？机电传动的作用是什么？机电传动的作用是什么？机电传动的发展过程及趋势是什么机电传动的发展过程及趋势是什么？什么是成组拖动、单电机拖动、多什么是成组拖动、单电机拖动、多电机拖动？优缺点是什么？电机拖动？优缺点是什么？机电传动控制系统的发展过程与趋机电传动控制系统的发展过程与趋势是什么？势是什么？机电传动定义和目的：机电传动定义和目的：n定义定义：以：以电动机电动机为原动机（动力源）驱为原动机（动力源）驱动生产机械的系统的总称动
4、生产机械的系统的总称n目的目的：将电能转换为机械能，实现生产：将电能转换为机械能，实现生产机械的启动、停止及速度调节，满足各机械的启动、停止及速度调节，满足各种生产工艺过程的要求，保证生产过程种生产工艺过程的要求，保证生产过程的正常进行的正常进行机电传动与控制的重要性机电传动与控制的重要性n机电传动控制技术涉及到社会生活的各个方面机电传动控制技术涉及到社会生活的各个方面(工业、交通、信息、日常生活、军事等）工业、交通、信息、日常生活、军事等）n机电传动控制技术是现代制造业的基础（各种机电传动控制技术是现代制造业的基础（各种制造装备都是以机电传动控制为基础）制造装备都是以机电传动控制为基础）n机
5、电传动与控制技术的发展有力地推动社会的机电传动与控制技术的发展有力地推动社会的进步（提高产品质量、制造能力）进步（提高产品质量、制造能力）n信息社会更离不开机电传动与控制技术（信息信息社会更离不开机电传动与控制技术（信息设备产品、信息的应用等）设备产品、信息的应用等）机电传动与控制技术的发展机电传动与控制技术的发展n传动技术的发展（简化机械结构、直接驱动）传动技术的发展（简化机械结构、直接驱动）n电动机的发展（交流、直线、高性能、大、小电动机的发展（交流、直线、高性能、大、小等）等）n调速技术的发展（交流、大范围、高精度）调速技术的发展（交流、大范围、高精度）n控制理论与技术控制理论与技术 的
6、发展（现代控制理论、非线的发展（现代控制理论、非线性控制、模糊智能控制、神经网络）性控制、模糊智能控制、神经网络）n制造自动化技术的发展（分布式控制、现场总制造自动化技术的发展（分布式控制、现场总线、线、FMS/CIMS）传动技术的发展传动技术的发展n动力源动力源：蒸汽机，内燃机，电动机蒸汽机，内燃机，电动机n机电传动方式机电传动方式：成组拖动：一台电机拖动多台设备，老成组拖动：一台电机拖动多台设备，老方式，传动机构复杂，效率低。方式，传动机构复杂，效率低。单电机拖动：一台电机拖动一台设备，单电机拖动：一台电机拖动一台设备，比成组方式进步。比成组方式进步。多电机拖动：多台电机拖动一台设备，多电
7、机拖动：多台电机拖动一台设备，现代的传动方法。现代的传动方法。电动机的分类电动机的分类 n直流电机：采用直流电源，调速特性好，直流电机：采用直流电源，调速特性好，但换相电刷影响其容量、使用范围和寿但换相电刷影响其容量、使用范围和寿命。命。n交流电机：采用交流电源，克服了直流交流电机：采用交流电源，克服了直流电机的缺点，现代交流调速技术的发展电机的缺点，现代交流调速技术的发展使其成为主流。使其成为主流。n步进电机：运动距离和输入脉冲成正比，步进电机：运动距离和输入脉冲成正比，控制方便，但功率和精度较差。控制方便，但功率和精度较差。电动机的分类电动机的分类n旋转电机：旋转电机：实现直线运动需要专门
8、的机实现直线运动需要专门的机械传动装置，在高速、高精度应用中有械传动装置，在高速、高精度应用中有一定缺陷（高速高精度、直接驱动）。一定缺陷（高速高精度、直接驱动）。n直线电机：直线电机：电机的重要方向，可以实现电机的重要方向，可以实现高速、高精度加工，机械传动机构简单。高速、高精度加工，机械传动机构简单。（两个发展方向：一种是大推力，另外（两个发展方向：一种是大推力，另外是高相应。）是高相应。）直流、无刷直流、交流电机比较几种电机的工作范围调速技术的发展调速技术的发展n直流调速：有级调速（串电阻，继电器、直流调速：有级调速（串电阻，继电器、接触器控制），无级调速（调压调速、接触器控制），无级调
9、速（调压调速、调磁调速，发电机调磁调速，发电机-电动机方式，晶闸管电动机方式，晶闸管方式，方式，PWM方式）方式）n交流调速：有级调速（调压，变极），交流调速：有级调速（调压，变极），无级调速（变频调速）无级调速（变频调速）继电器继电器接触器控制：接触器控制：20世纪初，借助于简单的接触器与继电器实现对控世纪初，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。控制速度慢，控制精度差。制对象的启动、停车以及有级调速等控制。控制速度慢，控制精度差。电机放大机控制电机放大机控制(电动机发电机电动机发电机)：30年代，控制系统从断续控制发展年代，控制系统从断续控制发展到连续控制
10、，连续控制系统可随时检查控制对象的工作状态，并根据输出到连续控制，连续控制系统可随时检查控制对象的工作状态，并根据输出量与给定量的偏差对控制对象进行自动调整。快速性及控制精度都大大超量与给定量的偏差对控制对象进行自动调整。快速性及控制精度都大大超过了最初的断续控制，并简化了控制系统，减少了电路中的触点，提高了过了最初的断续控制，并简化了控制系统，减少了电路中的触点，提高了可靠性，也提高生产效率；可靠性，也提高生产效率；晶晶闸闸管管、晶晶体体管管控控制制：40年年代代50年年代代，晶晶闸闸管管控控制制就就取取代代了了水水银银整整流流器器控控制制，后后又又出出现现了了功功率率晶晶体体管管控控制制，
11、由由于于晶晶体体管管、晶晶闸闸管管具具有有效效率率高高、控控制制特特性性好好、反反应应快快、寿寿命命长长、可可靠靠性性高高、维维护护容容易易、体体积积小小、重重要要轻轻等等优优点，它的出现为机电传动自动控制系统开辟了新纪元。点，它的出现为机电传动自动控制系统开辟了新纪元。计算机数字控制（计算机数字控制（digitalcontrol）：）：70年代初，随着数控技术的发展，计年代初，随着数控技术的发展，计算机的应用特别是微型计算机的出现和应用，又使控制系统发展到一个新算机的应用特别是微型计算机的出现和应用，又使控制系统发展到一个新阶段阶段采样控制。采样控制。CNC（ComputerNumerica
12、lControl）/FMS/CIMS：现代控制现代控制控制系统的发展及比较控制系统的发展及比较控制理论与技术的发展控制理论与技术的发展n开环控制（步进电机、开环控制（步进电机、变频调速等）变频调速等）n闭环控制：经典控制理闭环控制：经典控制理论、现代控制理论、自论、现代控制理论、自适应控制、模糊控制、适应控制、模糊控制、智能控制智能控制n计算机控制技术和现场计算机控制技术和现场总线技术总线技术CQM1 I/O Link 单元单元8-/16-点远程点远程 I/O 终端终端16-点远程点远程8-点传感点传感器终端器终端2-/4-点模点模拟量终端拟量终端C200HW-DRM21-V1主单元主单元CV
13、M1-DRM21-V1主单元主单元3G8B3-DRM21-EVME 工控机主站板工控机主站板NewNew3G8E2-DRM21-E配置器配置器(PCMCIA)3G8F5-DRM21-E配置器配置器(ISA Board)NewNewNewNewNewNewNewNew产品线产品线产品线产品线PID、温度、高、温度、高速速计计数数终终端端NewNewT型分支型分支终终端端电电阻阻产品线主干线主干线分分支支线线多层现场总线结构现现场场总总线线在在工工厂厂自自动动化化中中的的应应用用现场总线设备作为从站所有的元件都支持现场总线混和式考虑扩展的方案必备的基础知识n高等数学高等数学n物理物理n电路与磁路电
14、路与磁路n模拟电子技术模拟电子技术n数字电路数字电路n微型计算机及接口技术微型计算机及接口技术n控制工程控制工程教学安排与考试n课内讲课和习题课时间课内讲课和习题课时间5656学时学时1.1.教材内容讲授教材内容讲授2.2.课堂作业（课堂作业（4-54-5次）次）n实验实验8 8学时，学时，n复习、练习、写实验报告等课外时间复习、练习、写实验报告等课外时间140140学时学时n成绩以期末考试、作业和课堂作业三方面为成绩以期末考试、作业和课堂作业三方面为主主 第二章：机电传动的动力学基础第二章：机电传动的动力学基础学习要点：学习要点：v机电传动系统的运动方程式；机电传动系统的运动方程式；v多多轴
15、轴传传动动系系统统中中转转矩矩折折算算的的基基本本原原则则和和 方法；方法；v了解几种典型生产机械的负载特性；了解几种典型生产机械的负载特性；v了解机电传动系统稳定运行的条件以及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；学会分析实际系统的稳定性；一、单轴拖动系统的组成二、运动方程式运动方程式运动方程运动方程运动方程运动方程式式式式 转矩平衡转矩平衡转矩平衡转矩平衡方程式方程式方程式方程式 电动机的输出电动机的输出电动机的输出电动机的输出转矩（转矩（转矩（转矩（N.mN.m）负载转矩负载转矩负载转矩负载转矩（N.mN.m）转动惯量转动惯量转动惯量转动惯量（kg.mkg.m2 2
16、）动态转矩动态转矩动态转矩动态转矩（N.mN.m）角速度角速度角速度角速度（rad/srad/s）速度速度速度速度（r/minr/min）三、传动系统的状态三、传动系统的状态四、四、的参考方向的参考方向 运运动动方方程程式式是是根根据据前前图图中中关关于于转转矩矩正正方方向向的的约约定定：由由于于传传动动系系统统有有各各种种运运动动状状态态，相相应应地地运运动方程式中转速和转矩就有不同的符号。动方程式中转速和转矩就有不同的符号。因因为为电电动动机机和和生生产产机机械械以以共共同同的的转转速速旋旋转转，所所以以，一一般般以以（或或n）的的转转动动方方向向为为参参考考来来确确定定转矩的正负。转矩的
17、正负。当当TM的的实实际际作作用用方方向向与与n的的方方向向相相同同时时，TM取取与与n相同的符号，否则取与相同的符号，否则取与n相反的符号；相反的符号；当当TL的的实实际际作作用用方方向向与与n的的方方向向相相反反时时，TL取取与与n相同的符号，否则取与相同的符号，否则取与n相反的符号。相反的符号。根根据据上上述述约约定定就就可可以以从从转转矩矩与与转转速速的的符符号号上上判判定定TM与与TL的性质：的性质：v若若TM与与n的的符符号号相相同同（同同为为正正或或同同为为负负），则则表表示示TM的的作作用用方方向向相相同同，为为拖拖动动转转矩矩；若若TM与与n的的符符号号相相反反，则则表表示示
18、TM的的作作用用方方向向相相反反，为制动转矩。为制动转矩。v若若TL与与n的的符符号号相相同同（同同为为正正或或同同为为负负），则则表表示示TL的的作作用用方方向向相相同同，为为制制动动转转矩矩；若若TL与与n的的符符号号相相反反，则则表表示示TL的的作作用用方方向向相相同同，为为拖动转矩。拖动转矩。四、四、的参考方向（续）的参考方向（续）举例举例举例v当重物上升时，当重物上升时，TM的作用方向与的作用方向与n的方的方向相同，故向相同，故TM的符号与的符号与n的符号相同，的符号相同，同为正；而同为正；而TL的作用方向与的作用方向与n的方向相反，的方向相反，故故TL的符号与的符号与n的符号相反，
19、同为正。的符号相反，同为正。TM、TL、n的方向如图（的方向如图（a）所示所示 举例举例v当重物下降时，当重物下降时，TM的作用方向与的作用方向与n的方的方向相反，故向相反，故TM的符号与的符号与n的符号相反，的符号相反，n n为负，为负，TM为正；而为正；而TL的作用方向与的作用方向与n的的方向相同，故方向相同，故TL的符号与的符号与n的符号相反的符号相反，为正。为正。TM、TL、n的方向如图（的方向如图（b）所示所示.五、五、多轴拖动系统的组成多轴拖动系统的组成为为了了对对多多轴轴拖拖动动系系统统进进行行运运行行状状态态的的分分析析，一一般般是是将将多多轴轴拖拖动动系系统统等等效效折折算算
20、为为单单轴轴系系统统。折折算算的的原原则则是是：静静态态时时，折折算前后系统总的算前后系统总的传输功率传输功率不变。不变。六、负载转矩的折算 折算到电机侧折算到电机侧等效转矩等效转矩负载侧功率负载侧功率电机输出功率电机输出功率传动效率传动效率传动机构的总传动机构的总传动比传动比 七、转动惯量的折算旋转七、转动惯量的折算旋转运动运动简化算法简化算法简化算法简化算法八、转动惯量的折算直线八、转动惯量的折算直线运动运动九、生产机械的机械特性 负载转矩和转速之间的函数关系，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。称为生产机械的机械特性。不同类型的生产机械在运动中受阻不同类型的生产机械在运
21、动中受阻力的性质不同，其机械特性曲线的力的性质不同，其机械特性曲线的形状也有所不同。形状也有所不同。十、十、恒转矩型机械特性恒转矩型机械特性反抗转矩：又称摩擦性转矩，因摩擦、非弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用而产生的负载转矩。机械加工过程中切削力产生的负载转矩就是反抗转矩。其特点如下：转矩大小恒定不变；作用方向始终与速度n的方向相反，当n的方向发生变化时，它的作用方向也随之发生变化，恒与运动方向相反，即总是阻碍运动的。按2.1节中关于转矩正方向的约定可知，反抗转矩恒与转速n取相同的符号，即n为正方向时TL为正，特性在第一象限；n为负方向时TL为负，特性在第三象限，位能转矩：由物体的的重力和弹性体
22、的压缩、拉伸与扭转等作用而产生的负载转矩，其特点为：转矩大小恒定不变；作用方向不变，与运动方向无关，即在某一方向阻碍运动，而在另一方向促进运动。不难理解，在运动方程式中，反抗转矩TL的符号正的；位能转矩TL的符号则有时为正，有时为负。（好理解吗？）十一、十一、离心式通风型机械特性离心式通风型机械特性虚线表示在有摩擦负载的实际情况十二、直线型机特性械十二、直线型机特性械实验室中模拟负载用的他励电动机，当励磁电流和电枢电阻固定不变时，其电磁转矩与转速成正比，即呈现直线型机械特性。十三、十三、恒功率型机械特性恒功率型机械特性如在车床加工过程中，粗加工时，切削量大，负载阻力大，开低速；精加工时，切削量
23、小，负载阻力小，开高速。但在不同转速下，切削功率基本不变。即呈现恒功率型机械特性。十四、几种负载比较十五、十五、机电系统稳定运行的含义机电系统稳定运行的含义v系统应能一定速度匀速运行；系统应能一定速度匀速运行；v系统受某种外部干扰（如电压波动、负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，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应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。的运行速度。机电系统稳定运行的条件机电系统稳定运行的条件 n电动机的输出转矩电动机的输出转矩TM和负载转矩和负载转矩TL大小大小相等，方向相反，相互平衡是系统稳定相等，
24、方向相反，相互平衡是系统稳定运行的必要条件运行的必要条件(特性曲线有交点特性曲线有交点)。n系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：当干扰使速度上升时，状态的能力，即：当干扰使速度上升时，有有T TM MTTTL L 。这是稳定运行的充分条件。这是稳定运行的充分条件。举例1举例2n负载特性曲线各电机特性曲线有交点（平衡点）n当有扰动使得负载转矩增大时，此时转速下降，电动机输出转矩降低，但负载转矩下降的速度比电动机输出转矩快，所以总的动态转矩还是随转速下降增大，使得系统返回平衡点，n所以此点是稳定的，为稳定平衡点。简单稳定性判断方法不稳定平衡点稳定平衡
25、点例题n例题解析n例题1n例题2n例题3第三章 直流电机的工作原理及特性n工作原理n组成结构n机械特性n启动特性n调速特性n制动特性电动机为什么运动？电动机为什么运动？发电机为什么能发电？发电机为什么能发电？电动机和发电机完成电动机和发电机完成基本功能需要的部件？基本功能需要的部件？电机转速与转矩之间电机转速与转矩之间的关系的关系改变电机参数改变电机参数对机械特性的影响对机械特性的影响改变电机参数改变电机参数使电机快速停止使电机快速停止改变电机参数改变电机参数使电机平滑启动使电机平滑启动直流电机的基本原理直流电机的基本原理nT=KmIenE=Ke nn为励磁磁通nE为电动势nKe、Km为常数n
26、Km 9.55 Ke直流电机的工作原理直流发电机工作原理nT=KmIenE=Ke nn为励磁磁通nE为电动势nKe、Km为常数nKm 9.55 Ke电动状态和发电状态的不同n能量转换方式n电磁转矩作用n电动势的作用nE与I的方向不同电动机将电能电动机将电能转换成机械能转换成机械能发电机将机械发电机将机械能转换成电能能转换成电能电动机的电磁转电动机的电磁转矩促使电机转动矩促使电机转动发电机电磁转矩发电机电磁转矩阻碍电机转动阻碍电机转动电动机的电动势电动机的电动势减少电流减少电流发电机电动势增发电机电动势增加电流加电流电动机的电动机的E与与I方方向相反向相反发电机发电机E与与I方向方向相同相同直流
27、电机的组成轴承末端轴承末端轴承末端轴承末端机座机座机座机座主磁极主磁极主磁极主磁极励磁绕组励磁绕组励磁绕组励磁绕组风扇风扇风扇风扇换相器换相器换相器换相器电枢绕组电枢绕组电枢绕组电枢绕组电枢铁芯电枢铁芯电枢铁芯电枢铁芯直流电机的组成1 1、电枢：线圈绕组、电枢：线圈绕组、电枢：线圈绕组、电枢：线圈绕组2 2、主磁极：产生磁场，、主磁极：产生磁场，、主磁极：产生磁场，、主磁极：产生磁场，铁芯和励磁线圈，也可铁芯和励磁线圈，也可铁芯和励磁线圈，也可铁芯和励磁线圈，也可是永久磁铁包括是永久磁铁包括是永久磁铁包括是永久磁铁包括3 3、励磁绕组：通以励磁、励磁绕组：通以励磁、励磁绕组：通以励磁、励磁绕组
28、：通以励磁电流电流电流电流直流电机的结构与励磁方式他励他励他励他励并励并励并励并励串励串励串励串励复励复励复励复励串励串励串励串励+并励并励并励并励等效电路图它励它励它励它励并励并励并励并励串励串励串励串励复励复励复励复励他励发电机的特性U=E-IU=E-Ia aR Ra aI Iaa=（E-UE-U）/R/Ra aI Ia a=I=II=U/RI=U/R当空载时，当空载时，当空载时，当空载时，I=0I=0：U=UU=U0 0=E=Ke=E=Ken nE E和和和和成正比，但成正比，但成正比，但成正比，但和和和和I If f不不不不是成正比，而是磁化曲线。是成正比，而是磁化曲线。是成正比，而是
29、磁化曲线。是成正比，而是磁化曲线。空载特性：空载特性：空载特性：空载特性：空载时空载时空载时空载时，输出，输出，输出，输出电压与电压与电压与电压与励磁电流励磁电流励磁电流励磁电流的关系的关系的关系的关系外特性：额定转速和一定励磁外特性：额定转速和一定励磁外特性：额定转速和一定励磁外特性：额定转速和一定励磁下，输出电压和下，输出电压和下，输出电压和下，输出电压和输出电流输出电流输出电流输出电流之间之间之间之间的关系的关系的关系的关系(由于电枢反应不是直线由于电枢反应不是直线由于电枢反应不是直线由于电枢反应不是直线)分析电机特性的三个平衡n转矩平衡n功率平衡n电压平衡并 励发电机的机械特性U=E-
30、IU=E-Ia aR Ra aI Iaa=（E-UE-U）/R/Ra aI=U/RI=U/RI If f=U/R=U/Rf fI Ia a=I+I=I+If fR Rf fR R，I Ia a=I=I 正常工作条件：正常工作条件：正常工作条件：正常工作条件：1 1、剩磁、剩磁、剩磁、剩磁2 2、励磁电流产生的磁场与剩、励磁电流产生的磁场与剩、励磁电流产生的磁场与剩、励磁电流产生的磁场与剩磁方向相同磁方向相同磁方向相同磁方向相同3 3、E=IE=If fR Rf f和和和和E=fE=f（I If f）有交点）有交点）有交点）有交点他励电动机的机械特性机械特性硬度n为了衡量电动机转速随负载变化的情
31、况，即机械特性的平直度引入机械特性硬度：一、固有机械特性n固有机械特性：自然特性，指额定条件下（额定电压和额定磁通）下和电枢电路内不外接任何电阻时的的机械特性，可以由铭牌数据求出。n额定功率PN，额定电压UN，额定电流IN，额定转速nN，等。n由上述数据可以求出Ra，Ke，n0，TN例题n例题1二、人为机械特性n定义：指电枢电压、磁通不为额定值，或电枢电路中接有外加电阻时的机械特性。n n为什么需要人为机械特性？为什么需要人为机械特性？1、电枢回路串电阻时的人为机械特性（1）二者的理想空载转速是相同的；（2）转速降却变大了，即特性变软。二、人为机械特性改变电枢电压在额定励磁和线圈不串电阻的情况
32、下其机械特性方程为：在额定励磁和线圈不串电阻的情况下其机械特性方程为：在额定励磁和线圈不串电阻的情况下其机械特性方程为：在额定励磁和线圈不串电阻的情况下其机械特性方程为：从上式可以看出，改变电枢从上式可以看出，改变电枢从上式可以看出，改变电枢从上式可以看出，改变电枢电压电压电压电压U U时，其曲线为一组平时，其曲线为一组平时，其曲线为一组平时，其曲线为一组平行线。行线。行线。行线。由于电机的绝缘强度等因素，由于电机的绝缘强度等因素，由于电机的绝缘强度等因素，由于电机的绝缘强度等因素，只能在额定电压以下改变其只能在额定电压以下改变其只能在额定电压以下改变其只能在额定电压以下改变其特性。特性。特性
33、。特性。二、人为机械特性改变励磁磁通在额定电压和线圈不串电阻的情况下其机械特性方程为：在额定电压和线圈不串电阻的情况下其机械特性方程为：在额定电压和线圈不串电阻的情况下其机械特性方程为：在额定电压和线圈不串电阻的情况下其机械特性方程为：1 1、电流太大、电流太大、电流太大、电流太大2 2、转速太高。、转速太高。、转速太高。、转速太高。串励电动机的机械特性由于串励电动机的励磁电流和电枢电流相等，因此其磁通由于串励电动机的励磁电流和电枢电流相等，因此其磁通由于串励电动机的励磁电流和电枢电流相等，因此其磁通由于串励电动机的励磁电流和电枢电流相等，因此其磁通和电机的输出转矩有关，其特性和他励有很大不同
34、，和电机的输出转矩有关，其特性和他励有很大不同，和电机的输出转矩有关，其特性和他励有很大不同，和电机的输出转矩有关，其特性和他励有很大不同，由于磁由于磁由于磁由于磁路的饱和性路的饱和性路的饱和性路的饱和性，可以将其特性分两段：，可以将其特性分两段：，可以将其特性分两段：，可以将其特性分两段：空载转速高，空载转速高，空载转速高，空载转速高，不能空载运行不能空载运行不能空载运行不能空载运行启动电流大启动电流大启动电流大启动电流大特性软特性软特性软特性软直流他励电动机的启动特性为什么要讨论启动问题：为什么要讨论启动问题：为什么要讨论启动问题：为什么要讨论启动问题：启动电流太大（换向器、电枢线圈、供电
35、电源）启动电流太大（换向器、电枢线圈、供电电源）启动电流太大（换向器、电枢线圈、供电电源）启动电流太大（换向器、电枢线圈、供电电源）启动转矩太大启动转矩太大启动转矩太大启动转矩太大(对电动机机械部分影响对电动机机械部分影响对电动机机械部分影响对电动机机械部分影响)因此限制启动电流为额定电流的因此限制启动电流为额定电流的因此限制启动电流为额定电流的因此限制启动电流为额定电流的1 1、5-25-2倍倍倍倍启动方法：怎样限制启动电流启动方法：怎样限制启动电流启动方法：怎样限制启动电流启动方法：怎样限制启动电流1 1、降压启动、降压启动、降压启动、降压启动2 2、电枢串电阻、电枢串电阻、电枢串电阻、电
36、枢串电阻I Ist st=U=UN N/R/Ra a他励电动机的串电阻启动他励电动机的串电阻启动T1=T1=（1 1、6262）TNTNT2=T2=（1 1、2121、2 2）TNTN例题n例题直流他励电动机的调速特性调速：在一定的负载条件下，人为改变电动机的电路参数调速：在一定的负载条件下，人为改变电动机的电路参数调速：在一定的负载条件下，人为改变电动机的电路参数调速：在一定的负载条件下，人为改变电动机的电路参数以改变电动机的稳定转速。以改变电动机的稳定转速。以改变电动机的稳定转速。以改变电动机的稳定转速。速度变化：由于电动机负载转矩发生变化引起的电机转速速度变化：由于电动机负载转矩发生变化
37、引起的电机转速速度变化：由于电动机负载转矩发生变化引起的电机转速速度变化：由于电动机负载转矩发生变化引起的电机转速的变化。的变化。的变化。的变化。1、他励电动机的电枢回路串电阻调速 由于惯性作用，速度由于惯性作用，速度由于惯性作用，速度由于惯性作用，速度不能突变不能突变不能突变不能突变 调速是改变其机械特性调速是改变其机械特性调速是改变其机械特性调速是改变其机械特性 特性变软特性变软特性变软特性变软 能量消耗在电阻上能量消耗在电阻上能量消耗在电阻上能量消耗在电阻上 调速范围小调速范围小调速范围小调速范围小 实现无级调速难实现无级调速难实现无级调速难实现无级调速难 启动电阻不能作为启动电阻不能作
38、为启动电阻不能作为启动电阻不能作为调速电阻？调速电阻？调速电阻？调速电阻？2、他励电动机的调压调速分析：分析：分析：分析：由于惯性作用，速度由于惯性作用，速度由于惯性作用，速度由于惯性作用，速度不能突变不能突变不能突变不能突变 反电势不突变反电势不突变反电势不突变反电势不突变 电枢电流变化，转矩变化电枢电流变化，转矩变化电枢电流变化，转矩变化电枢电流变化，转矩变化 电机加电机加电机加电机加/减速减速减速减速优点：优点：优点：优点：硬度不变硬度不变硬度不变硬度不变 易实现无级调速易实现无级调速易实现无级调速易实现无级调速 可以利用调速设备实现可以利用调速设备实现可以利用调速设备实现可以利用调速设
39、备实现降压启动降压启动降压启动降压启动 适合恒转矩负载调速适合恒转矩负载调速适合恒转矩负载调速适合恒转矩负载调速实现调压调速的方法？3、改变磁通调速1）可可以以平平滑滑无无级级调调速速，只只能能弱弱磁磁调调速，在额定转速以上调节；速，在额定转速以上调节；2）调调速速特特性性较较软软，且且受受电电动动机机换换向向条条件件等等的的限限制制，普普通通他他励励电电动动机机的的最最高高转转速速不不得得超超过过额额定定转转速速的的1.2倍倍，调调速范围不大；速范围不大；3）调调速速时时维维持持电电枢枢电电压压和和电电枢枢电电流流不不变变时时，电电动动机机的的输输出出功功率率不不变变，恒功率调速。恒功率调速
40、。4)基于弱磁调速范围不大，它往往是和调压调速配合使基于弱磁调速范围不大，它往往是和调压调速配合使用，即在额定转速以下，用降压调速，而在额定转速用，即在额定转速以下，用降压调速，而在额定转速以上，则用弱磁调速。以上，则用弱磁调速。例题n例题1几个基本的概念1制动与启动制动与启动n启启动动：施施电电于于电电动动机机使使电电动动机机速速度度从从静静止加速到某一稳定转速的一种运动状态止加速到某一稳定转速的一种运动状态；n制动：使电动机速度从某一稳定转速开制动：使电动机速度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始减速到停止或是限制位能负载下降速度的一种运行状态。度的一种运行状态。制动与自然
41、停车的区别？制动与自然停车的区别？几个基本的概念2制动与自然停车制动与自然停车电动机有两种停止运转方式：电动机有两种停止运转方式：1）自自然然停停车车：电电动动机机脱脱离离电电网网，靠靠很很小小的的摩摩擦擦阻阻转转矩矩消消耗耗机机械械能能使使转转速速慢慢慢慢下下降降直直到到转转速速为为零零而而停停车车。这这种种停停车车过过程程需需时时较较长长，不不能能满足生产机械快速、准确停车的要求；满足生产机械快速、准确停车的要求；2）制动：外加阻力转矩，使电动机迅速停车。）制动：外加阻力转矩，使电动机迅速停车。为了提高生产效率，保证产品质量，需要加为了提高生产效率，保证产品质量，需要加快停车过程，实现准确
42、停车等，要求电动机快停车过程，实现准确停车等，要求电动机运行在制动状态，常简称为电动机的制动。运行在制动状态，常简称为电动机的制动。几个基本的概念3电动机的两种工作状态电动机的两种工作状态1)电电动动状状态态：电电动动机机输输出出转转矩矩的的作作用用方方向向与与转转速速的的方方向向相相同同。此此时时电电动动机机输输出出转转矩矩为为拖拖动动转转矩矩，负负载载为为阻阻转转矩矩，电电动动机机的的作作用用是是将将电电能能转转换换机机械能。故称电动机的这种状态为电动状态。械能。故称电动机的这种状态为电动状态。2）制动状态：电动机输出转矩的作用方向与转）制动状态：电动机输出转矩的作用方向与转速的方向相反。
43、此时，电动机的输出转矩为阻速的方向相反。此时，电动机的输出转矩为阻转矩，负载为拖动转矩，电动机的作用是吸收转矩，负载为拖动转矩，电动机的作用是吸收或消耗负载的机械能。故称电动机的这种工作或消耗负载的机械能。故称电动机的这种工作状态为制动状态。状态为制动状态。他励电动机的制动制动：制动：制动：制动：为了快速、准确停车或限制为了快速、准确停车或限制为了快速、准确停车或限制为了快速、准确停车或限制重物下放速度，电动机提供重物下放速度，电动机提供重物下放速度，电动机提供重物下放速度，电动机提供与电动机旋转方向相反的转矩以与电动机旋转方向相反的转矩以与电动机旋转方向相反的转矩以与电动机旋转方向相反的转矩
44、以快速停车，限制重物下放速度快速停车，限制重物下放速度快速停车，限制重物下放速度快速停车，限制重物下放速度速度是否变化是其根本区别！速度是否变化是其根本区别！速度是否变化是其根本区别！速度是否变化是其根本区别！三种方式：三种方式：三种方式：三种方式：反馈制动反馈制动反馈制动反馈制动 反接制动反接制动反接制动反接制动 能耗制动能耗制动能耗制动能耗制动三种制动方式他励电动机的反馈制动电动机正常接法时，在外部条件作用电动机正常接法时，在外部条件作用电动机正常接法时，在外部条件作用电动机正常接法时，在外部条件作用下如果运行速度高于其理想空载转速，下如果运行速度高于其理想空载转速，下如果运行速度高于其理
45、想空载转速，下如果运行速度高于其理想空载转速，此时电动机工作于反馈制动状态。此时电动机工作于反馈制动状态。此时电动机工作于反馈制动状态。此时电动机工作于反馈制动状态。外力推动电机加速运转，使得稳定转外力推动电机加速运转，使得稳定转外力推动电机加速运转，使得稳定转外力推动电机加速运转，使得稳定转速高于理想空载转速，此时电动机产速高于理想空载转速，此时电动机产速高于理想空载转速，此时电动机产速高于理想空载转速，此时电动机产生的反电势高于电枢电压，电流方向生的反电势高于电枢电压，电流方向生的反电势高于电枢电压，电流方向生的反电势高于电枢电压，电流方向和正常状态相反，如电车下坡。和正常状态相反，如电车
46、下坡。和正常状态相反，如电车下坡。和正常状态相反，如电车下坡。电动机电枢电压突然降低，低于此时电动机电枢电压突然降低，低于此时电动机电枢电压突然降低，低于此时电动机电枢电压突然降低，低于此时电动机产生的反电势，也会使得电枢电动机产生的反电势，也会使得电枢电动机产生的反电势，也会使得电枢电动机产生的反电势，也会使得电枢电流方向相反。电流方向相反。电流方向相反。电流方向相反。降压反馈制动电动机电枢电压突然降低，低于此时电动机产生的电动机电枢电压突然降低，低于此时电动机产生的反电势，也会使得电枢电流方向相反。反电势，也会使得电枢电流方向相反。匀速下放重物反馈制动卷扬机下放重物时，和电车下坡相似。卷扬
47、机下放重物时，和电车下坡相似。串接电阻是为了限制重物下降速度他励电动机的反接制动在外部条件作用下，反电势在外部条件作用下，反电势在外部条件作用下，反电势在外部条件作用下，反电势E E和电枢电压和电枢电压和电枢电压和电枢电压U U有一有一有一有一个改变方向，使得个改变方向，使得个改变方向，使得个改变方向，使得U U和和和和E E的方向相同，电动机运的方向相同，电动机运的方向相同，电动机运的方向相同，电动机运行于反接制动状态。行于反接制动状态。行于反接制动状态。行于反接制动状态。将改变电枢电压产生的反接制动称为电源反接将改变电枢电压产生的反接制动称为电源反接将改变电枢电压产生的反接制动称为电源反接
48、将改变电枢电压产生的反接制动称为电源反接制动，用于快速停车。制动，用于快速停车。制动，用于快速停车。制动，用于快速停车。将改变反电势产生的反接制动称为倒拉反接制将改变反电势产生的反接制动称为倒拉反接制将改变反电势产生的反接制动称为倒拉反接制将改变反电势产生的反接制动称为倒拉反接制动，用于重物下放。动，用于重物下放。动，用于重物下放。动，用于重物下放。他励电动机的电源反接制动特点：制动转矩大特点：制动转矩大特点：制动转矩大特点：制动转矩大不能自动停车，易反转不能自动停车，易反转不能自动停车，易反转不能自动停车，易反转制动电流大制动电流大制动电流大制动电流大他励电动机的倒拉反接制动1 1）a a点
49、为提重物点为提重物点为提重物点为提重物上升上升上升上升2 2）为了放下重物，）为了放下重物，）为了放下重物，）为了放下重物，在电枢回路串入电在电枢回路串入电在电枢回路串入电在电枢回路串入电阻，此时特性曲线阻，此时特性曲线阻，此时特性曲线阻，此时特性曲线为为为为2 23 3）此时速度不能突）此时速度不能突）此时速度不能突）此时速度不能突变，反电势也不能突变，反电势也不能突变，反电势也不能突变，反电势也不能突变，变，变，变，T T变小，电机减速变小，电机减速变小，电机减速变小，电机减速4 4）电机减速到）电机减速到）电机减速到）电机减速到d d点，速度为点，速度为点，速度为点，速度为0 0，如果此
50、时切断电源，如果此时切断电源，如果此时切断电源，如果此时切断电源，电机停止，否则电机反转，重物下降知道稳定点电机停止，否则电机反转，重物下降知道稳定点电机停止，否则电机反转，重物下降知道稳定点电机停止，否则电机反转，重物下降知道稳定点b b。缺点：特性软，速度与缺点：特性软，速度与缺点：特性软，速度与缺点：特性软，速度与T TL L和电阻有关，匹配不好，重物和电阻有关，匹配不好，重物和电阻有关，匹配不好，重物和电阻有关，匹配不好，重物不能下降不能下降不能下降不能下降他励电动机的能耗制动能耗制动：为了准确停车能耗制动：为了准确停车能耗制动：为了准确停车能耗制动：为了准确停车和下放重物，去掉电动机