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1、机电传动控制系统的基础(机电传动控制)第1页，本讲稿共18页第第4 4章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础 了解机电传动自动调速系统的组成；了解机电传动自动调速系统的组成；了解生产机械对调速系统提出的调速技术指标要求；了解生产机械对调速系统提出的调速技术指标要求；知道调速系统的调速性质与生产机械的负载特性合知道调速系统的调速性质与生产机械的负载特性合 理匹配的重要性。理匹配的重要性。基本要求基本要求基本要求基本要求 开环调速系统与闭环调速系统的区别，公式开环调速系统与闭环调速系统的区别，公式 D=nmax SL/nN(1SL)与与 Df=(1K)D 中各物理量之间的辩证关系，扩大
2、调速范围的有效方法；中各物理量之间的辩证关系，扩大调速范围的有效方法；重点重点重点重点 恒转矩调速与恒功率调速问题，恒转矩调速与恒功率调速问题，特别是电动机的调速性质与生特别是电动机的调速性质与生 产机械的负载特性相配合问题；产机械的负载特性相配合问题；难点难点难点难点4-1 4-1 机电传动控制系统的机电传动控制系统的机电传动控制系统的机电传动控制系统的组成及方案选择组成及方案选择组成及方案选择组成及方案选择第2页，本讲稿共18页第第4 4章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础一、一、一、一、机电传动控制系统的组成和分类机电传动控制系统的组成和分类机电传动控制系统的组成和分类机电
3、传动控制系统的组成和分类开环控制系统的方框图开环控制系统的方框图开环控制系统的方框图开环控制系统的方框图 控制器控制器对象对象或过程或过程输入量输入量输出量输出量输入量输入量控制器控制器对象对象或过程或过程输出量输出量测量元件测量元件闭环控制系统的方框图闭环控制系统的方框图闭环控制系统的方框图闭环控制系统的方框图 第3页，本讲稿共18页第第4 4章章章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础一、一、一、一、机电传动控制系统的组成和分类机电传动控制系统的组成和分类机电传动控制系统的组成和分类机电传动控制系统的组成和分类闭环控制系统的一般组成闭环
4、控制系统的一般组成闭环控制系统的一般组成闭环控制系统的一般组成 变换变换放大放大串联串联校正校正变换变换放大放大执行执行元件元件被控被控对象对象测量测量元件元件反馈反馈校正校正输出量输出量输入量输入量-闭环控制系统的方框图闭环控制系统的方框图闭环控制系统的方框图闭环控制系统的方框图 输入量输入量控制器控制器对象对象或过程或过程输出量输出量测量元件测量元件第4页，本讲稿共18页第第4 4章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础一、一、一、一、机电传动控制系统的组成和分类机电传动控制系统的组成和分类机电传动控制系统的组成和分类机电传动控制系统的组成和分类闭环控制系统的一般组成闭环控制系统
5、的一般组成闭环控制系统的一般组成闭环控制系统的一般组成 变换变换放大放大串联串联校正校正变换变换放大放大执行执行元件元件被控被控对象对象测量测量元件元件反馈反馈校正校正输出量输出量输入量输入量-数控机床伺服系统组成数控机床伺服系统组成数控机床伺服系统组成数控机床伺服系统组成第5页，本讲稿共18页第第4 4 4 4章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础一一.转速控制的要求转速控制的要求 需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能有一定要求。需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能有一定要求。归纳起来，对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面：归纳起来，对于调速系统的转速控制要求有以下三
6、个方面：调速调速 在一定的最高转速和最低转速范围内，在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或分挡地（有级）或 平滑地（无级）调节转速；平滑地（无级）调节转速；稳速稳速 以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种 干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；加、减速加、减速 频繁起动制动的设备要求加减速尽量快，以提高生产率；频繁起动制动的设备要求加减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起动动制动尽量平稳。制动尽量平稳。二、二、二、二、机电传动控制系
7、统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择第6页，本讲稿共18页第第4 4 4 4章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础二二.转速控制的调速指标转速控制的调速指标其中其中nmin 和和nmax 一般都指电机额定负载时的转速。一般都指电机额定负载时的转速。二、二、二、二、机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速。也可用实际负载时的转速。1 1、调
8、速范围、调速范围、调速范围、调速范围 生产机械要求电动机提供的生产机械要求电动机提供的 最高转速最高转速nmax和最低转速和最低转速nmin之比叫做之比叫做调速范围调速范围调速范围调速范围。用用字母字母 D 表示，即：表示，即：第7页，本讲稿共18页二二.转速控制的调速指标转速控制的调速指标2 2、静差度、静差度、静差度、静差度第第第第4 4章章章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础当系统在某一转速下运行时，当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载到额定值时负载由理想空载到额定值时所对应的转速降落所对应的转速降落 nN，与理想空载转速与理
9、想空载转速 n0 之比，之比，称作称作静差度静差度静差度静差度S S，即：，即：或：或：静差度静差度静差度静差度表示电动机运行时表示电动机运行时表示电动机运行时表示电动机运行时 转速的稳定程度。转速的稳定程度。转速的稳定程度。转速的稳定程度。二、二、二、二、机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择nmaxnmin第8页，本讲稿共18页 静差度静差度静差度静差度和和机械特性硬度机械特性硬度机械特性硬度机械特性硬度有区别。有区别。一般调压调速系统在不同转速一般调压调速系统在不同转速 下的机械特性是互相平行的。下的机械特
10、性是互相平行的。第第4 4章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础三三.静差度与机械特性硬度的区别静差度与机械特性硬度的区别 二、二、二、二、机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择静差度静差度静差度静差度表示电动机运行时表示电动机运行时表示电动机运行时表示电动机运行时 转速的稳定程度。转速的稳定程度。转速的稳定程度。转速的稳定程度。nmaxnminn nN N 对于同样对于同样 硬度的特性，硬度的特性，理想空载理想空载 转速越低时，转速越低时，静差度越大，静差度越大，静差度越大，静差度越大，转速的相对稳
11、定性越差。转速的相对稳定性越差。转速的相对稳定性越差。转速的相对稳定性越差。对于同样对于同样 的理想空载的理想空载 转速，特性转速，特性 硬度越小时，硬度越小时，稳定性好稳定性好稳定性好稳定性好稳定性更好稳定性更好稳定性更好稳定性更好稳定性差稳定性差稳定性差稳定性差第9页，本讲稿共18页例如例如：在在1000r/min时降落时降落10r/min，只占只占1%；在在100r/min时也降落时也降落10r/min，就占就占10%；在只有在只有10r/min时，时，再降落再降落10r/min，就占就占100%，这时电动机已经停止转动，这时电动机已经停止转动，转速全部降落完了。转速全部降落完了。第第第
12、第4 4章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础三三.静差度与机械特性硬度的区别静差度与机械特性硬度的区别 二、二、二、二、机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择静差度静差度静差度静差度表示电动机运行时表示电动机运行时表示电动机运行时表示电动机运行时 转速的稳定程度。转速的稳定程度。转速的稳定程度。转速的稳定程度。nmaxnmin稳定性差稳定性差稳定性差稳定性差稳定性好稳定性好稳定性好稳定性好停止停止停止停止第10页，本讲稿共18页 因此，调速范围和静差度因此，调速范围和静差度 这两项指标这两项指标 必
13、须同时提才有意义。必须同时提才有意义。调速系统的静差度指标调速系统的静差度指标 应以最低速时应以最低速时 所能达到的数值为准。所能达到的数值为准。第第4 4章章章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础三三.静差度与机械特性硬度的区别静差度与机械特性硬度的区别 二、二、二、二、机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择静差度静差度静差度静差度表示电动机运行时表示电动机运行时表示电动机运行时表示电动机运行时 转速的稳定程度。转速的稳定程度。转速的稳定程度。转速的稳定程
14、度。nmaxnmin第11页，本讲稿共18页第第4 4章章章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础四四.调速范围、静差度和额定速降之间的关系调速范围、静差度和额定速降之间的关系 设电机额定转速设电机额定转速nN为最高转速，转速降落为为最高转速，转速降落为 nN，l 将上面的式代入将上面的式代入 nmin，得，得：l 而调速范围为：而调速范围为：l 于是，最低转速为：于是，最低转速为：l 该系统的静差度应该是该系统的静差度应该是 最低速时的静差度，即：最低速时的静差度，即：二、二、二、二、机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案
15、的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择第12页，本讲稿共18页第第第第4 4章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础 右式表示：右式表示：调压调速系统的调压调速系统的调压调速系统的调压调速系统的 调速范围调速范围调速范围调速范围D D、静差度、静差度、静差度、静差度S SL L和额定速降和额定速降和额定速降和额定速降 n nN N 之间所应满足的关系。之间所应满足的关系。之间所应满足的关系。之间所应满足的关系。四四.调速范围、静差度和额定速降之间的关系调速范围、静差度和额定速降之间的关系 对于同一个调速系统，对于同一个调速系统，nN 值一定，由上式可见，值
16、一定，由上式可见，如果对静差度要求越严，即要求如果对静差度要求越严，即要求S值越小时，值越小时，系统能够允许的调速范围也越小。系统能够允许的调速范围也越小。结论结论结论结论 一个调速系统的调速范围，一个调速系统的调速范围，一个调速系统的调速范围，一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差度的转速可调范围。是指在最低速时还能满足所需静差度的转速可调范围。是指在最低速时还能满足所需静差度的转速可调范围。是指在最低速时还能满足所需静差度的转速可调范围。二、二、二、二、机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择第
17、13页，本讲稿共18页 机电传动控制系统机电传动控制系统 是由电机、电器、电子部件等基础环节组合而成，是由电机、电器、电子部件等基础环节组合而成，能控制生产机械实现调速的控制系统，亦称自动调速系统。能控制生产机械实现调速的控制系统，亦称自动调速系统。在调速系统中，电动机的在调速系统中，电动机的nmin是在保证生产机械对转速变化是在保证生产机械对转速变化 率率S（即静差度（即静差度SL）的要求这一前提下所能达到的最低转速。）的要求这一前提下所能达到的最低转速。也就是说，调速系统的也就是说，调速系统的SL要小于或等于生产机械要求的要小于或等于生产机械要求的S生生 （SLS生生），才能谈及调速范围。
18、），才能谈及调速范围。第第4 4章章章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础二、二、二、二、机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择 五五.在自动调速系统中，扩大调速范围在自动调速系统中，扩大调速范围D的基本方法的基本方法 根据根据 Dnmax SL/nN(1SL)可知，在可知，在nmax与与SL一定时，一定时，设法减少转速降设法减少转速降设法减少转速降设法减少转速降n nN N，就可扩大调速范围，就可扩大调速范围，就可扩大调速范围，就可扩大调速范围D D，闭环
19、控制系统（亦称反馈控制系统闭环控制系统（亦称反馈控制系统闭环控制系统（亦称反馈控制系统闭环控制系统（亦称反馈控制系统）能能能能起到这个作用。起到这个作用。起到这个作用。起到这个作用。第14页，本讲稿共18页第第4 4章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础 生产机械对调速系统所提出的生产机械对调速系统所提出的调速技术指标包括调速技术指标包括静态静态静态静态的和的和动态动态动态动态的的。静态技术指标主要有静态技术指标主要有静差度静差度静差度静差度S，调速范围调速范围调速范围调速范围D和调速的和调速的平滑性平滑性平滑性平滑性等；等；动态技术指标主要有动态技术指标主要有最大超调量最大超调量
20、最大超调量最大超调量MP，过渡过程时间过渡过程时间过渡过程时间过渡过程时间T 和和振荡次数振荡次数振荡次数振荡次数等。等。二、二、二、二、机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择 五五.在自动调速系统中，扩大调速范围在自动调速系统中，扩大调速范围D的基本方法的基本方法 各种生产机械对于上述指标的要求不尽相同，因此，各种生产机械对于上述指标的要求不尽相同，因此，必须根据生产机械的特点必须根据生产机械的特点必须根据生产机械的特点必须根据生产机械的特点 和工厂的实际情况来合理地选择自动调速系统。和工厂的实际情况来合理地选
21、择自动调速系统。和工厂的实际情况来合理地选择自动调速系统。和工厂的实际情况来合理地选择自动调速系统。第15页，本讲稿共18页第第4 4章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础二、二、二、二、机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择 值得特别注意的是值得特别注意的是值得特别注意的是值得特别注意的是 生产机械的调速一般有生产机械的调速一般有恒转矩恒转矩恒转矩恒转矩型和型和恒功率恒功率恒功率恒功率型两类负载特性，型两类负载特性，而电动机的调速也有而电动机的调速也有恒转矩恒转矩恒转矩恒转矩性质和性质和恒功率恒功率
22、恒功率恒功率性质两类。性质两类。负载负载为为恒转矩恒转矩恒转矩恒转矩的生产机械的生产机械 应尽可能选用应尽可能选用恒转矩恒转矩恒转矩恒转矩性质的调速方式，性质的调速方式，负载为负载为恒功率恒功率恒功率恒功率型的生产机械型的生产机械 应尽可能选用应尽可能选用恒功率恒功率恒功率恒功率性质的调速方式。性质的调速方式。否则，电动机将得不到最充分的利用或将严重过载。否则，电动机将得不到最充分的利用或将严重过载。否则，电动机将得不到最充分的利用或将严重过载。否则，电动机将得不到最充分的利用或将严重过载。五五.在自动调速系统中，扩大调速范围在自动调速系统中，扩大调速范围D的基本方法的基本方法第16页，本讲稿
23、共18页第第4 4章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础掌握电动机的发热与冷却规律；掌握电动机的发热与冷却规律；掌握电动机容量的选择，特别注意掌握电动机容量的选择，特别注意 电动机运行时的允许温度、过载能力和启动能力；电动机运行时的允许温度、过载能力和启动能力；熟悉电动机种类、电压、转速和结构型式的选择方法。熟悉电动机种类、电压、转速和结构型式的选择方法。掌握掌握长期工作制、短期工作制、重复短期工作制长期工作制、短期工作制、重复短期工作制 三种运行方式下电动机容量的选择。三种运行方式下电动机容量的选择。重复短期工作制运行方式下电动机容量的选择。重复短期工作制运行方式下电动机容量的选
24、择。基本要求基本要求基本要求基本要求重点重点重点重点难点难点难点难点4-24-24-5 4-5 电动机的选择电动机的选择电动机的选择电动机的选择 第17页，本讲稿共18页第第4 4章章 机电传动控制系统的基础机电传动控制系统的基础根据生产机械的性质不同，电动机有三种运行方式：根据生产机械的性质不同，电动机有三种运行方式：长期工作制；长期工作制；短期工作制；短期工作制；重复短期工作制。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：根据运行方式在选择电动机容量时，主要考虑两方面因素：电动机的发热情况；电动机的发热情况；电动机的过载能力。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：依据经验来选择电动机容量的两种方法：统计分析法；统计分析法；类比法。类比法。二、电动机容量的选择二、电动机容量的选择二、电动机容量的选择二、电动机容量的选择 应根据以下内容全面考虑并正确选择：应根据以下内容全面考虑并正确选择：生产机械具体要求；生产机械具体要求；技术经济指标；技术经济指标；工作环境等条件。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一、电动机种类、电压、转速和结构形式的选择一、电动机种类、电压、转速和结构形式的选择一、电动机种类、电压、转速和结构形式的选择 J本内容以自学为主本内容以自学为主本内容以自学为主本内容以自学为主 第18页，本讲稿共18页