《機(jī)電傳動控制》課件.pptVIP

機(jī)電傳動控制Mechanical&electricalTransmissionControl,華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院朱國力Tel:87543871Email:glzhu,內(nèi)容,內(nèi)容,內(nèi)容：,集成了原來的電子學(xué)、電工學(xué)課程里的強(qiáng)電內(nèi)容機(jī)電傳動：機(jī)電傳動的動力學(xué)基礎(chǔ)電動機(jī)的工作原理及特性電動機(jī)的調(diào)速及實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)及其控制控制繼電器、接觸器控制PLC控制,內(nèi)容,電動機(jī)的工作原理與特性直流電機(jī)的原理與特性交流電機(jī)的原理與特性步進(jìn)電機(jī)的原理與特性電動機(jī)的速度調(diào)節(jié)電力電子學(xué)基礎(chǔ)直流電機(jī)調(diào)速原理與實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的調(diào)速原理與實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制,內(nèi)容,繼電器、接觸器控制常用的控制電器與執(zhí)行器件：繼電器、接觸器、檢測器件、保護(hù)器件等基本控制電路常用的控制電路基本設(shè)計(jì)方法,內(nèi)容,PLC控制PLC原理、組成PLC的內(nèi)部等效電路（繼電器）PLC的指令系統(tǒng)PLC的應(yīng)用與設(shè)計(jì)方法以三菱公司的F系列PLC為基礎(chǔ),第一章概述,機(jī)電傳動的定義是什么？機(jī)電傳動的作用是什么？機(jī)電傳動的發(fā)展過程及趨勢是什么？什么是成組拖動、單電機(jī)拖動、多電機(jī)拖動？優(yōu)缺點(diǎn)是什么？機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程與趨勢是什么？,機(jī)電傳動定義和目的：,定義：以電動機(jī)為原動機(jī)（動力源）驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)的總稱目的：將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的啟動、停止及速度調(diào)節(jié)，滿足各種生產(chǎn)工藝過程的要求，保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行,機(jī)電傳動與控制的重要性,機(jī)電傳動控制技術(shù)涉及到社會生活的各個方面(工業(yè)、交通、信息、日常生活、軍事等）機(jī)電傳動控制技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)（各種制造裝備都是以機(jī)電傳動控制為基礎(chǔ)）機(jī)電傳動與控制技術(shù)的發(fā)展有力地推動社會的進(jìn)步（提高產(chǎn)品質(zhì)量、制造能力）信息社會更離不開機(jī)電傳動與控制技術(shù)（信息設(shè)備產(chǎn)品、信息的應(yīng)用等）,機(jī)電傳動與控制技術(shù)的發(fā)展,傳動技術(shù)的發(fā)展（簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)、直接驅(qū)動）電動機(jī)的發(fā)展（交流、直線、高性能、大、小等）調(diào)速技術(shù)的發(fā)展（交流、大范圍、高精度）控制理論與技術(shù)的發(fā)展（現(xiàn)代控制理論、非線性控制、模糊智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）制造自動化技術(shù)的發(fā)展（分布式控制、現(xiàn)場總線、FMS/CIMS）,傳動技術(shù)的發(fā)展,動力源：蒸汽機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，電動機(jī)機(jī)電傳動方式：成組拖動：一臺電機(jī)拖動多臺設(shè)備，老方式，傳動機(jī)構(gòu)復(fù)雜，效率低。單電機(jī)拖動：一臺電機(jī)拖動一臺設(shè)備，比成組方式進(jìn)步。多電機(jī)拖動：多臺電機(jī)拖動一臺設(shè)備，現(xiàn)代的傳動方法。,電動機(jī)的分類,直流電機(jī)：采用直流電源，調(diào)速特性好，但換相電刷影響其容量、使用范圍和壽命。交流電機(jī)：采用交流電源，克服了直流電機(jī)的缺點(diǎn)，現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展使其成為主流。步進(jìn)電機(jī)：運(yùn)動距離和輸入脈沖成正比，控制方便，但功率和精度較差。,電動機(jī)的分類,旋轉(zhuǎn)電機(jī)：實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動需要專門的機(jī)械傳動裝置，在高速、高精度應(yīng)用中有一定缺陷（高速高精度、直接驅(qū)動）。直線電機(jī)：電機(jī)的重要方向，可以實(shí)現(xiàn)高速、高精度加工，機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)簡單。（兩個發(fā)展方向：一種是大推力，另外是高相應(yīng)。）,直流、無刷直流、交流電機(jī)比較,幾種電機(jī)的工作范圍,調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,直流調(diào)速：有級調(diào)速（串電阻，繼電器、接觸器控制），無級調(diào)速（調(diào)壓調(diào)速、調(diào)磁調(diào)速，發(fā)電機(jī)-電動機(jī)方式，晶閘管方式，PWM方式）交流調(diào)速：有級調(diào)速（調(diào)壓，變極），無級調(diào)速（變頻調(diào)速）,繼電器接觸器控制：20世紀(jì)初，借助于簡單的接觸器與繼電器實(shí)現(xiàn)對控制對象的啟動、停車以及有級調(diào)速等控制。控制速度慢，控制精度差。電機(jī)放大機(jī)控制(電動機(jī)發(fā)電機(jī))：30年代，控制系統(tǒng)從斷續(xù)控制發(fā)展到連續(xù)控制，連續(xù)控制系統(tǒng)可隨時檢查控制對象的工作狀態(tài)，并根據(jù)輸出量與給定量的偏差對控制對象進(jìn)行自動調(diào)整。快速性及控制精度都大大超過了最初的斷續(xù)控制，并簡化了控制系統(tǒng)，減少了電路中的觸點(diǎn)，提高了可靠性，也提高生產(chǎn)效率；晶閘管、晶體管控制：40年代50年代，晶閘管控制就取代了水銀整流器控制，后又出現(xiàn)了功率晶體管控制，由于晶體管、晶閘管具有效率高、控制特性好、反應(yīng)快、壽命長、可靠性高、維護(hù)容易、體積小、重要輕等優(yōu)點(diǎn)，它的出現(xiàn)為機(jī)電傳動自動控制系統(tǒng)開辟了新紀(jì)元。計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（digitalcontrol）：70年代初，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用特別是微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，又使控制系統(tǒng)發(fā)展到一個新階段采樣控制。CNC（ComputerNumericalControl）/FMS/CIMS：現(xiàn)代控制,控制系統(tǒng)的發(fā)展及比較,控制理論與技術(shù)的發(fā)展,開環(huán)控制（步進(jìn)電機(jī)、變頻調(diào)速等）閉環(huán)控制：經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論、自適應(yīng)控制、模糊控制、智能控制計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù),CQM1I/OLink單元,8-/16-點(diǎn)遠(yuǎn)程I/O終端,16-點(diǎn)遠(yuǎn)程,8-點(diǎn)傳感器終端,2-/4-點(diǎn)模擬量終端,C200HW-DRM21-V1主單元,CVM1-DRM21-V1主單元,3G8B3-DRM21-EVME工控機(jī)主站板,3G8E2-DRM21-E配置器(PCMCIA),3G8F5-DRM21-E配置器(ISABoard),產(chǎn)品線,PID、溫度、高速計(jì)數(shù)終端,T型分支,終端電阻,產(chǎn)品線,主干線,分支線,多層現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu),現(xiàn)場總線在工廠自動化中的應(yīng)用,現(xiàn)場總線設(shè)備作為從站,所有的元件都支持現(xiàn)場總線,混和式,考慮擴(kuò)展的方案,必備的基礎(chǔ)知識,高等數(shù)學(xué)物理電路與磁路模擬電子技術(shù)數(shù)字電路微型計(jì)算機(jī)及接口技術(shù)控制工程,教學(xué)安排與考試,課內(nèi)講課和習(xí)題課時間56學(xué)時教材內(nèi)容講授課堂作業(yè)（4-5次）實(shí)驗(yàn)8學(xué)時，復(fù)習(xí)、練習(xí)、寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等課外時間140學(xué)時成績以期末考試、作業(yè)和課堂作業(yè)三方面為主,第二章：機(jī)電傳動的動力學(xué)基礎(chǔ),學(xué)習(xí)要點(diǎn)：機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式；多軸傳動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩折算的基本原則和方法；了解幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性；了解機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件以及學(xué)會分析實(shí)際系統(tǒng)的穩(wěn)定性；,一、單軸拖動系統(tǒng)的組成,二、運(yùn)動方程式,運(yùn)動方程式,轉(zhuǎn)矩平衡方程式,電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩（N.m）,負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N.m）,轉(zhuǎn)動慣量（kg.m2）,動態(tài)轉(zhuǎn)矩（N.m）,角速度（rad/s）,速度（r/min）,三、傳動系統(tǒng)的狀態(tài),四、的參考方向,運(yùn)動方程式是根據(jù)前圖中關(guān)于轉(zhuǎn)矩正方向的約定：由于傳動系統(tǒng)有各種運(yùn)動狀態(tài)，相應(yīng)地運(yùn)動方程式中轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩就有不同的符號。因?yàn)殡妱訖C(jī)和生產(chǎn)機(jī)械以共同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以，一般以（或n）的轉(zhuǎn)動方向?yàn)閰⒖紒泶_定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)。當(dāng)TM的實(shí)際作用方向與n的方向相同時，TM取與n相同的符號，否則取與n相反的符號；當(dāng)TL的實(shí)際作用方向與n的方向相反時，TL取與n相同的符號，否則取與n相反的符號。,根據(jù)上述約定就可以從轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的符號上判定TM與TL的性質(zhì)：若TM與n的符號相同（同為正或同為負(fù)），則表示TM的作用方向相同，為拖動轉(zhuǎn)矩；若TM與n的符號相反，則表示TM的作用方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。若TL與n的符號相同（同為正或同為負(fù)），則表示TL的作用方向相同，為制動轉(zhuǎn)矩；若TL與n的符號相反，則表示TL的作用方向相同，為拖動轉(zhuǎn)矩。,四、的參考方向（續(xù)）,舉例,舉例,當(dāng)重物上升時，TM的作用方向與n的方向相同，故TM的符號與n的符號相同，同為正；而TL的作用方向與n的方向相反，故TL的符號與n的符號相反，同為正。TM、TL、n的方向如圖（a）所示,舉例,當(dāng)重物下降時，TM的作用方向與n的方向相反，故TM的符號與n的符號相反，n為負(fù)，TM為正；而TL的作用方向與n的方向相同，故TL的符號與n的符號相反，為正。TM、TL、n的方向如圖（b）所示.,五、多軸拖動系統(tǒng)的組成,為了對多軸拖動系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的分析，一般是將多軸拖動系統(tǒng)等效折算為單軸系統(tǒng)。折算的原則是：靜態(tài)時，折算前后系統(tǒng)總的傳輸功率不變。,六、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算,折算到電機(jī)側(cè)等效轉(zhuǎn)矩,負(fù)載側(cè)功率,電機(jī)輸出功率,傳動效率,傳動機(jī)構(gòu)的總傳動比,七、轉(zhuǎn)動慣量的折算旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,簡化算法,八、轉(zhuǎn)動慣量的折算直線運(yùn)動,九、生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性,負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系，稱為生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性。不同類型的生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)動中受阻力的性質(zhì)不同，其機(jī)械特性曲線的形狀也有所不同。,十、恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性,反抗轉(zhuǎn)矩：又稱摩擦性轉(zhuǎn)矩，因摩擦、非彈性體的壓縮、拉伸與扭轉(zhuǎn)等作用而產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。機(jī)械加工過程中切削力產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩就是反抗轉(zhuǎn)矩。其特點(diǎn)如下：轉(zhuǎn)矩大小恒定不變；作用方向始終與速度n的方向相反，當(dāng)n的方向發(fā)生變化時，它的作用方向也隨之發(fā)生變化，恒與運(yùn)動方向相反，即總是阻礙運(yùn)動的。,按2.1節(jié)中關(guān)于轉(zhuǎn)矩正方向的約定可知，反抗轉(zhuǎn)矩恒與轉(zhuǎn)速n取相同的符號，即n為正方向時TL為正，特性在第一象限；n為負(fù)方向時TL為負(fù)，特性在第三象限，,位能轉(zhuǎn)矩：由物體的的重力和彈性體的壓縮、拉伸與扭轉(zhuǎn)等作用而產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，其特點(diǎn)為：轉(zhuǎn)矩大小恒定不變；作用方向不變，與運(yùn)動方向無關(guān)，即在某一方向阻礙運(yùn)動，而在另一方向促進(jìn)運(yùn)動。,不難理解，在運(yùn)動方程式中，反抗轉(zhuǎn)矩TL的符號正的；位能轉(zhuǎn)矩TL的符號則有時為正，有時為負(fù)。（好理解嗎？）,十一、離心式通風(fēng)型機(jī)械特性,虛線表示在有摩擦負(fù)載的實(shí)際情況,十二、直線型機(jī)特性械,實(shí)驗(yàn)室中模擬負(fù)載用的他勵電動機(jī)，當(dāng)勵磁電流和電樞電阻固定不變時，其電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比，即呈現(xiàn)直線型機(jī)械特性。,十三、恒功率型機(jī)械特性,如在車床加工過程中，粗加工時，切削量大，負(fù)載阻力大，開低速；精加工時，切削量小，負(fù)載阻力小，開高速。但在不同轉(zhuǎn)速下，切削功率基本不變。即呈現(xiàn)恒功率型機(jī)械特性。,十四、幾種負(fù)載比較,十五、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的含義,系統(tǒng)應(yīng)能一定速度勻速運(yùn)行；系統(tǒng)受某種外部干擾（如電壓波動、負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動等）使運(yùn)行速度發(fā)生變化時，應(yīng)保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來的運(yùn)行速度。,機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件,電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩TM和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL大小相等，方向相反，相互平衡是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件(特性曲線有交點(diǎn))。系統(tǒng)受到干擾后，要具有恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的能力，即：當(dāng)干擾使速度上升時，有TMTL。這是穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件。,舉例1,舉例2,負(fù)載特性曲線各電機(jī)特性曲線有交點(diǎn)（平衡點(diǎn)）當(dāng)有擾動使得負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時，此時轉(zhuǎn)速下降，電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩降低，但負(fù)載轉(zhuǎn)矩下降的速度比電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩快，所以總的動態(tài)轉(zhuǎn)矩還是隨轉(zhuǎn)速下降增大，使得系統(tǒng)返回平衡點(diǎn)，所以此點(diǎn)是穩(wěn)定的，為穩(wěn)定平衡點(diǎn)。,簡單穩(wěn)定性判斷方法,不穩(wěn)定平衡點(diǎn),穩(wěn)定平衡點(diǎn),例題,例題解析例題1例題2例題3,第三章直流電機(jī)的工作原理及特性,工作原理組成結(jié)構(gòu)機(jī)械特性啟動特性調(diào)速特性制動特性,電動機(jī)為什么運(yùn)動？發(fā)電機(jī)為什么能發(fā)電？,電動機(jī)和發(fā)電機(jī)完成基本功能需要的部件？,電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系,改變電機(jī)參數(shù)對機(jī)械特性的影響,改變電機(jī)參數(shù)使電機(jī)快速停止,改變電機(jī)參數(shù)使電機(jī)平滑啟動,直流電機(jī)的基本原理,直流電機(jī)的基本原理,T=KmIeE=Ken為勵磁磁通E為電動勢Ke、Km為常數(shù)Km9.55Ke,直流電機(jī)的工作原理,直流發(fā)電機(jī)工作原理,T=KmIeE=Ken為勵磁磁通E為電動勢Ke、Km為常數(shù)Km9.55Ke,電動狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)的不同,能量轉(zhuǎn)換方式電磁轉(zhuǎn)矩作用電動勢的作用E與I的方向不同,電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能,電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩促使電機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩阻礙電機(jī)轉(zhuǎn)動,電動機(jī)的電動勢減少電流發(fā)電機(jī)電動勢增加電流,電動機(jī)的E與I方向相反發(fā)電機(jī)E與I方向相同,直流電機(jī)的組成,軸承末端,機(jī)座,主磁極,勵磁繞組,風(fēng)扇,換相器,電樞繞組,電樞鐵芯,直流電機(jī)的組成,1、電樞：線圈繞組2、主磁極：產(chǎn)生磁場，鐵芯和勵磁線圈，也可是永久磁鐵包括3、勵磁繞組：通以勵磁電流,直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與勵磁方式,他勵,并勵,串勵,復(fù)勵串勵+并勵,等效電路圖,它勵,并勵,串勵,復(fù)勵,他勵發(fā)電機(jī)的特性,U=E-IaRaIa=（E-U）/RaIa=II=U/R當(dāng)空載時，I=0：U=U0=E=KenE和成正比，但和If不是成正比，而是磁化曲線?？蛰d特性：空載時，輸出電壓與勵磁電流的關(guān)系,外特性：額定轉(zhuǎn)速和一定勵磁下，輸出電壓和輸出電流之間的關(guān)系(由于電樞反應(yīng)不是直線),分析電機(jī)特性的三個平衡,轉(zhuǎn)矩平衡功率平衡電壓平衡,并勵發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性,U=E-IaRaIa=（E-U）/RaI=U/RIf=U/RfIa=I+IfRfR，Ia=I,正常工作條件：1、剩磁2、勵磁電流產(chǎn)生的磁場與剩磁方向相同3、E=IfRf和E=f（If）有交點(diǎn),他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,機(jī)械特性硬度,為了衡量電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化的情況，即機(jī)械特性的平直度引入機(jī)械特性硬度：,一、固有機(jī)械特性,固有機(jī)械特性：自然特性，指額定條件下（額定電壓和額定磁通）下和電樞電路內(nèi)不外接任何電阻時的的機(jī)械特性，可以由銘牌數(shù)據(jù)求出。額定功率PN，額定電壓UN，額定電流IN，額定轉(zhuǎn)速nN，等。由上述數(shù)據(jù)可以求出Ra，Ke，n0，TN,例題,例題1,二、人為機(jī)械特性,定義：指電樞電壓、磁通不為額定值，或電樞電路中接有外加電阻時的機(jī)械特性。為什么需要人為機(jī)械特性？,1、電樞回路串電阻時的人為機(jī)械特性,（1）二者的理想空載轉(zhuǎn)速是相同的；（2）轉(zhuǎn)速降卻變大了，即特性變軟。,二、人為機(jī)械特性改變電樞電壓,在額定勵磁和線圈不串電阻的情況下其機(jī)械特性方程為：,從上式可以看出，改變電樞電壓U時，其曲線為一組平行線。,由于電機(jī)的絕緣強(qiáng)度等因素，只能在額定電壓以下改變其特性。,二、人為機(jī)械特性改變勵磁磁通,在額定電壓和線圈不串電阻的情況下其機(jī)械特性方程為：,1、電流太大2、轉(zhuǎn)速太高。,串勵電動機(jī)的機(jī)械特性,由于串勵電動機(jī)的勵磁電流和電樞電流相等，因此其磁通和電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)，其特性和他勵有很大不同，由于磁路的飽和性，可以將其特性分兩段：,空載轉(zhuǎn)速高，不能空載運(yùn)行,啟動電流大,特性軟,直流他勵電動機(jī)的啟動特性,為什么要討論啟動問題：啟動電流太大（換向器、電樞線圈、供電電源）啟動轉(zhuǎn)矩太大(對電動機(jī)機(jī)械部分影響)因此限制啟動電流為額定電流的1、5-2倍,啟動方法：怎樣限制啟動電流1、降壓啟動2、電樞串電阻,Ist=UN/Ra,他勵電動機(jī)的串電阻啟動,他勵電動機(jī)的串電阻啟動,T1=（1、62）TNT2=（1、21、2）TN,例題,例題,直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性,調(diào)速：在一定的負(fù)載條件下，人為改變電動機(jī)的電路參數(shù)以改變電動機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。,速度變化：由于電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化引起的電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。,1、他勵電動機(jī)的電樞回路串電阻調(diào)速,由于慣性作用，速度不能突變調(diào)速是改變其機(jī)械特性,特性變軟能量消耗在電阻上調(diào)速范圍小實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速難,啟動電阻不能作為調(diào)速電阻？,2、他勵電動機(jī)的調(diào)壓調(diào)速,分析：由于慣性作用，速度不能突變反電勢不突變電樞電流變化，轉(zhuǎn)矩變化電機(jī)加/減速,優(yōu)點(diǎn)：硬度不變易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速可以利用調(diào)速設(shè)備實(shí)現(xiàn)降壓啟動適合恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速,實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速的方法？,3、改變磁通調(diào)速,1）可以平滑無級調(diào)速，只能弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)節(jié)；2）調(diào)速特性較軟，且受電動機(jī)換向條件等的限制，普通他勵電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速的1.2倍，調(diào)速范圍不大；3）調(diào)速時維持電樞電壓和電樞電流不變時，電動機(jī)的輸出功率不變，恒功率調(diào)速。,基于弱磁調(diào)速范圍不大，它往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，即在額定轉(zhuǎn)速以下，用降壓調(diào)速，而在額定轉(zhuǎn)速以上，則用弱磁調(diào)速。,例題,例題1,幾個基本的概念,1制動與啟動啟動：施電于電動機(jī)使電動機(jī)速度從靜止加速到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的一種運(yùn)動狀態(tài)；制動：使電動機(jī)速度從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止或是限制位能負(fù)載下降速度的一種運(yùn)行狀態(tài)。制動與自然停車的區(qū)別？,幾個基本的概念,2制動與自然停車電動機(jī)有兩種停止運(yùn)轉(zhuǎn)方式：1）自然停車：電動機(jī)脫離電網(wǎng)，靠很小的摩擦阻轉(zhuǎn)矩消耗機(jī)械能使轉(zhuǎn)速慢慢下降直到轉(zhuǎn)速為零而停車。這種停車過程需時較長，不能滿足生產(chǎn)機(jī)械快速、準(zhǔn)確停車的要求；2）制動：外加阻力轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)迅速停車。為了提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要加快停車過程，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車等，要求電動機(jī)運(yùn)行在制動狀態(tài)，常簡稱為電動機(jī)的制動。,幾個基本的概念,3電動機(jī)的兩種工作狀態(tài)1)電動狀態(tài)：電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的作用方向與轉(zhuǎn)速的方向相同。此時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩，負(fù)載為阻轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)的作用是將電能轉(zhuǎn)換機(jī)械能。故稱電動機(jī)的這種狀態(tài)為電動狀態(tài)。2）制動狀態(tài)：電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的作用方向與轉(zhuǎn)速的方向相反。此時，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為阻轉(zhuǎn)矩，負(fù)載為拖動轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)的作用是吸收或消耗負(fù)載的機(jī)械能。故稱電動機(jī)的這種工作狀態(tài)為制動狀態(tài)。,他勵電動機(jī)的制動,制動：為了快速、準(zhǔn)確停車或限制重物下放速度，電動機(jī)提供與電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩以快速停車，限制重物下放速度速度是否變化是其根本區(qū)別！,三種方式：反饋制動反接制動能耗制動,三種制動方式,他勵電動機(jī)的反饋制動,電動機(jī)正常接法時，在外部條件作用下如果運(yùn)行速度高于其理想空載轉(zhuǎn)速，此時電動機(jī)工作于反饋制動狀態(tài)。外力推動電機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)，使得穩(wěn)定轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，此時電動機(jī)產(chǎn)生的反電勢高于電樞電壓，電流方向和正常狀態(tài)相反，如電車下坡。電動機(jī)電樞電壓突然降低，低于此時電動機(jī)產(chǎn)生的反電勢，也會使得電樞電流方向相反。,降壓反饋制動,電動機(jī)電樞電壓突然降低，低于此時電動機(jī)產(chǎn)生的反電勢，也會使得電樞電流方向相反。,勻速下放重物反饋制動,卷揚(yáng)機(jī)下放重物時，和電車下坡相似。,串接電阻是為了限制重物下降速度,他勵電動機(jī)的反接制動,在外部條件作用下，反電勢E和電樞電壓U有一個改變方向，使得U和E的方向相同，電動機(jī)運(yùn)行于反接制動狀態(tài)。將改變電樞電壓產(chǎn)生的反接制動稱為電源反接制動，用于快速停車。將改變反電勢產(chǎn)生的反接制動稱為倒拉反接制動，用于重物下放。,他勵電動機(jī)的電源反接制動,特點(diǎn)：制動轉(zhuǎn)矩大不能自動停車，易反轉(zhuǎn)制動電流大,他勵電動機(jī)的倒拉反接制動,1）a點(diǎn)為提重物上升2）為了放下重物，在電樞回路串入電阻，此時特性曲線為23）此時速度不能突變，反電勢也不能突變，T變小，電機(jī)減速4）電機(jī)減速到d點(diǎn)，速度為0，如果此時切斷電源，電機(jī)停止，否則電機(jī)反轉(zhuǎn)，重物下降知道穩(wěn)定點(diǎn)b。缺點(diǎn)：特性軟，速度與TL和電阻有關(guān)，匹配不好，重物不能下降,他勵電動機(jī)的能耗制動,能耗制動：為了準(zhǔn)確停車和下放重物，去掉電動機(jī)的電樞電源，并串上一電阻，使電機(jī)產(chǎn)生一反向轉(zhuǎn)矩，工作與制動狀態(tài)。,特點(diǎn)：對于反抗性負(fù)載，準(zhǔn)確停車。對于位能負(fù)載，低速準(zhǔn)確下放重物。,串勵電動機(jī)的制動特性,串勵電動機(jī)可以采用幾種制動方式？為什么？串勵電動機(jī)反接制動的特點(diǎn)。串勵電動機(jī)能耗制動的特點(diǎn)。,習(xí)題,3、,習(xí)題,4、,5、,13、剩磁！,第五章：交流電動機(jī)的原理及特性,三相交流異步電動機(jī)的組成和結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的工作原理-旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生，旋轉(zhuǎn)磁場的方向和速度確定、異步的概念定子的接線方式定子、轉(zhuǎn)子等效電路分析機(jī)械特性啟動、調(diào)速、制動特性單相電動機(jī)同步電動機(jī)特性,三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu),三相異步電動機(jī)的工作原理,定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流（感應(yīng)電機(jī)）(判斷電流的方向？)轉(zhuǎn)子與定子的轉(zhuǎn)速不同，才能產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流有電流的轉(zhuǎn)子在磁場中產(chǎn)生電磁力（大小和方向？）。轉(zhuǎn)速差S=（n0-n）/n0）,旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生,Y,X,旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的數(shù)學(xué)證明,旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向,1、ABCABC2、ACBACB3、BACBAC4、BCABCA5、CABCAB6、CBACBA,旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度,定子繞組連線方法的選用,定子繞組的連接方式,定子繞組連線方法的選用,三相異步電動機(jī)的定子電路,三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路,三相異步電動機(jī)的額定值,額定功率,額定電壓,額定頻率、電流和速度,其它額定值,三相異步電動機(jī)的能流圖,三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩,三相異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性,固有機(jī)械特性：在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉(zhuǎn)子不接任何電阻和電抗時的機(jī)械特性稱為固有（自然）機(jī)械特性。,三相異步電動機(jī)降電壓的人為機(jī)械特性,電壓升高，絕緣受不了，電壓降低太多，有可能不能啟動，同時轉(zhuǎn)速下降使電機(jī)發(fā)熱厲害甚至?xí)龎摹?三相異步電動機(jī)定子電路串電阻或電抗時的人為機(jī)械特性,定子回路串電阻或電抗的機(jī)械特性和降壓的機(jī)械特性大致相同，不同的是隨著轉(zhuǎn)速的上升，電流下降，電阻或電抗上的壓降減小，所以其最大轉(zhuǎn)矩比減壓時要大。,三相異步電動機(jī)改變定子電源頻率人為機(jī)械特性,三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻的人為機(jī)械特性,三相異步電動機(jī)的啟動特性,足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩啟動電流越小越好啟動平滑啟動設(shè)備簡單、安全、可靠，操作方便啟動功耗小異步電動機(jī)直接啟動電流大，由于功率因數(shù)低，啟動轉(zhuǎn)矩不大,三相異步電動機(jī)的直接啟動,電阻或電抗器降壓啟動,缺點(diǎn)：1、啟動轉(zhuǎn)矩小2、電阻器上的消耗能量大，不適應(yīng)頻繁啟動場合，而電抗器成本太高。,Y/降壓啟動,Y/啟動特點(diǎn),設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)，通過兩個接觸器或者專門的接觸器組合就可以實(shí)現(xiàn)。啟動電流小。啟動轉(zhuǎn)矩小（只適合于空載和輕載啟動）需要具有Y/切換功能且正常工作于方式的電機(jī)。使用較為廣泛。,線繞式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻啟動,三相異步電動機(jī)的調(diào)速特性,三相異步電動機(jī)的調(diào)壓調(diào)速,改變極對數(shù)調(diào)速和變頻調(diào)速,理想空載轉(zhuǎn)速和極對數(shù)成反比，所以可以通過后邊定子的極對數(shù)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，需專門電機(jī)，且為有極調(diào)速。理想空載轉(zhuǎn)速和頻率成正比，所以可以通過改變定子電源頻率改變速度，可以實(shí)現(xiàn)精確的無極調(diào)速，是交流調(diào)速的發(fā)展方向。,三相異步電動機(jī)的制動,回饋制動反接制動能耗制動,三相異步電動機(jī)的回（反）饋制動,反饋制動（電機(jī)轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速）,由于某種原因異步電動機(jī)的運(yùn)行速度高于它的同步速度，即，異步電動機(jī)就進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)。顯然，這時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與電動狀態(tài)時的方向相反，電流I2改變了方向，電磁轉(zhuǎn)矩也隨之改變方向，即T與n的方向相反，T起制動作用。,反饋制動能量流程,反饋制動時，電機(jī)從軸上吸取功率后，一部分轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子銅耗，大部分則通過空氣隙進(jìn)入定子，并在供給定子銅耗和鐵耗后，反饋給電網(wǎng)。所以，反饋制動又稱發(fā)電制動，這時異步電動機(jī)實(shí)際上是一臺與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的異步發(fā)電機(jī)。由于T為負(fù)，S0，所以，反饋制動的機(jī)械特性是電動狀態(tài)機(jī)械特性向第二象限的延伸，如圖所示。,下放重物的反饋制動,電動機(jī)反轉(zhuǎn)（在第三象限）下放重物。開始在反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)工作，電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向相同，重物快速下降，直至，即電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速后，電磁轉(zhuǎn)矩成為制動轉(zhuǎn)矩，當(dāng)時，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，重物勻速下降，如圖中的a點(diǎn)。改變轉(zhuǎn)子電路內(nèi)的串入電阻，可以調(diào)節(jié)重物下降的穩(wěn)定運(yùn)行速度，如圖中的b點(diǎn)，轉(zhuǎn)子電阻越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速就越高，但為了不致因電機(jī)轉(zhuǎn)速太高而造成運(yùn)行事故，轉(zhuǎn)子附加電阻的值不允許太大。,n0突然變小時的反饋制動,改變極對數(shù)或者電源頻率可以使得n0突然變小。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不能突變，電動機(jī)輸出負(fù)轉(zhuǎn)矩使得電動機(jī)減速。在新的穩(wěn)定點(diǎn)穩(wěn)定工作。,反接制動（旋轉(zhuǎn)磁場方向和電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反）,電源反接反接制動,如果正常運(yùn)行時異步電動機(jī)三相電源的相序突然改變，即電源反接，這就改變了旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，電動機(jī)的機(jī)械特性曲線就由第一象限的曲線1變成了第三象限的曲線2，如圖所示。由于機(jī)械慣性的原因，轉(zhuǎn)速不能突變，系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)只能由a點(diǎn)平移至特性曲線2的b點(diǎn)上，電磁轉(zhuǎn)矩由正變負(fù)，則轉(zhuǎn)子將在電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的共同作用下迅速減速。,在從點(diǎn)b到點(diǎn)c的整個第二象限內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的方向都相反，電機(jī)進(jìn)入反接制動狀態(tài)。待時（點(diǎn)c），應(yīng)將電源切斷，否則電動機(jī)將反向啟動運(yùn)行。由于反接制動時電流很大，因此鼠籠式電動機(jī)應(yīng)在定子電路中串接電阻；線繞式電動機(jī)則應(yīng)在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻，這時的人為機(jī)械特性如圖曲線3所示，制動時工作點(diǎn)由a點(diǎn)轉(zhuǎn)換到d點(diǎn)，然后沿特性3減速至（e點(diǎn)），切斷電源。,倒拉反接制動,在下放位能負(fù)載時采用的反接電源的方法