程憲平-機電傳動與控制(第三版)4第四章電子教案

目錄(mùlù)·第4章第4章機電傳動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)4-1機電傳動控制系統(tǒng)的組成及方案選擇4-2選擇電動機額定功率的基本依據(jù)4-3電動機的發(fā)熱與冷卻4-4不同工作(gōngzuò)方式下電動機容量的選擇4-5電動機的種類、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速及形式的選擇第一頁，共18頁。第4章機電傳動(chuándòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)①了解機電傳動自動調(diào)速系統(tǒng)(xìtǒng)的組成；②了解生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)(xìtǒng)提出的調(diào)速技術(shù)指標要求；③知道調(diào)速系統(tǒng)(xìtǒng)的調(diào)速性質(zhì)與生產(chǎn)機械的負載特性合理匹配的重要性。基本要求開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)與閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別，公式(gōngshì)D=nmax·SL/△nN(1－SL)與Df=(1－K)D中各物理量之間的辯證關(guān)系，擴大調(diào)速范圍的有效方法；重點恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速與恒功率調(diào)速問題，特別是電動機的調(diào)速性質(zhì)與生產(chǎn)機械的負載特性相配合問題；難點4-1機電傳動控制系統(tǒng)的組成及方案選擇第二頁，共18頁。第4章機電(jīdiàn)傳動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)一、機電傳動控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的組成和分類開環(huán)控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的方框圖控制器對象或過程輸入量輸出量輸入量控制器對象或過程輸出量測量元件閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖

第三頁，共18頁。第4章機電傳動控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的基礎(chǔ)一、機電(jīdiàn)傳動控制系統(tǒng)的組成和分類閉環(huán)控制系統(tǒng)(xìtǒng)的一般組成變換放大串聯(lián)校正變換放大執(zhí)行元件被控對象測量元件反饋校正輸出量輸入量--閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖輸入量控制器對象或過程輸出量測量元件第四頁，共18頁。第4章機電傳動控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的基礎(chǔ)一、機電傳動控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的組成和分類閉環(huán)控制系統(tǒng)(xìtǒng)的一般組成變換放大串聯(lián)校正變換放大執(zhí)行元件被控對象測量元件反饋校正輸出量輸入量--數(shù)控機床伺服系統(tǒng)組成第五頁，共18頁。第4章機電(jīdiàn)傳動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)一.轉(zhuǎn)速控制的要求需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對調(diào)速性能有一定要求。歸納起來，對于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個方面：①調(diào)速在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍(fànwéi)內(nèi)，分擋地（有級）或平滑地（無級）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；②穩(wěn)速以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；③加、減速頻繁起動制動的設(shè)備要求加減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械則要求起動制動盡量平穩(wěn)。二、機電(jīdiàn)傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇第六頁，共18頁。第4章機電傳動(chuándòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)二.轉(zhuǎn)速(zhuànsù)控制的調(diào)速指標其中(qízhōng)nmin和nmax一般都指電機額定負載時的轉(zhuǎn)速。二、機電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇對于少數(shù)負載很輕的機械，例如精密磨床，也可用實際負載時的轉(zhuǎn)速。1、調(diào)速范圍生產(chǎn)機械要求電動機提供的

最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin之比叫做調(diào)速范圍。用字母D

表示，即：第七頁，共18頁。二.轉(zhuǎn)速控制的調(diào)速指標(zhǐbiāo)2、靜差度第4章機電傳動控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的基礎(chǔ)當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負載(fùzài)由理想空載到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落nN，與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作靜差度S，即：或：靜差度表示電動機運行時轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度。二、機電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇nmaxnmin＜第八頁，共18頁。靜差度和機械特性硬度有區(qū)別。一般調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速(zhuànsù)下的機械特性是互相平行的。第4章機電傳動(chuándòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)三.靜差度(chàdù)與機械特性硬度的區(qū)別二、機電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇靜差度表示電動機運行時轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度。nmaxnmin＜△nN′對于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時，靜差度越大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性越差。對于同樣的理想空載轉(zhuǎn)速，特性硬度越小時，穩(wěn)定性好穩(wěn)定性更好穩(wěn)定性差第九頁，共18頁。例如：在1000r/min時降落10r/min，只占1%；在100r/min時也降落10r/min，就占10%；在只有10r/min時，再降落10r/min，就占100%，這時電動機已經(jīng)停止(tíngzhǐ)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速全部降落完了。第4章機電(jīdiàn)傳動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)三.靜差度(chàdù)與機械特性硬度的區(qū)別二、機電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇靜差度表示電動機運行時轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度。＜nmaxnmin穩(wěn)定性差穩(wěn)定性好停止第十頁，共18頁。因此，調(diào)速范圍和靜差度這兩項指標必須同時(tóngshí)提才有意義。調(diào)速系統(tǒng)的靜差度指標應(yīng)以最低速時所能達到的數(shù)值為準。第4章機電傳動(chuándòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)三.靜差度與機械特性硬度(yìngdù)的區(qū)別二、機電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇靜差度表示電動機運行時轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度。nmaxnmin＜第十一頁，共18頁。第4章機電(jīdiàn)傳動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)四.調(diào)速范圍、靜差度和額定(édìng)速降之間的關(guān)系設(shè)電機額定(édìng)轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降落為nN，將上面的式代入nmin，得

：

而調(diào)速范圍為：

于是，最低轉(zhuǎn)速為：

該系統(tǒng)的靜差度應(yīng)該是最低速時的靜差度，即：二、機電(jīdiàn)傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇第十二頁，共18頁。第4章機電傳動控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的基礎(chǔ)右式表示：調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D、靜差度(chàdù)SL和額定速降nN之間所應(yīng)滿足的關(guān)系。四.調(diào)速范圍(fànwéi)、靜差度和額定速降之間的關(guān)系對于同一個調(diào)速系統(tǒng)，nN

值一定，由上式可見，如果對靜差度要求越嚴，即要求S值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。

結(jié)論一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差度的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。二、機電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇第十三頁，共18頁。機電傳動控制系統(tǒng)是由電機、電器、電子部件等基礎(chǔ)環(huán)節(jié)組合而成，能控制生產(chǎn)機械實現(xiàn)調(diào)速的控制系統(tǒng)，亦稱自動調(diào)速系統(tǒng)。在調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的nmin是在保證生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)速變化率S（即靜差度SL）的要求這一前提下所能達到的最低轉(zhuǎn)速。也就是說，調(diào)速系統(tǒng)的SL要小于或等于生產(chǎn)機械要求的S生（SL≤S生），才能(cáinéng)談及調(diào)速范圍。第4章機電傳動(chuándòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)二、機電傳動控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)調(diào)速方案的選擇

五.在自動調(diào)速系統(tǒng)中，擴大調(diào)速范圍D的基本方法

根據(jù)

D＝nmax·SL/△nN(1－SL)可知，在nmax與SL一定時，設(shè)法減少轉(zhuǎn)速降△nN，就可擴大調(diào)速范圍D，閉環(huán)控制系統(tǒng)（亦稱反饋控制系統(tǒng)）能起到這個作用。第十四頁，共18頁。第4章機電傳動(chuándòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)所提出的調(diào)速技術(shù)指標包括靜態(tài)的和動態(tài)的。靜態(tài)技術(shù)指標主要有靜差度S，調(diào)速范圍D和調(diào)速的平滑性等；動態(tài)技術(shù)指標主要有最大超調(diào)量MP，過渡過程時間T和振蕩(zhèndàng)次數(shù)等。二、機電傳動控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)調(diào)速方案的選擇

五.在自動調(diào)速系統(tǒng)中，擴大調(diào)速范圍D的基本方法

各種生產(chǎn)機械對于上述指標的要求不盡相同，因此，必須根據(jù)生產(chǎn)機械的特點和工廠的實際情況來合理地選擇自動調(diào)速系統(tǒng)。第十五頁，共18頁。第4章機電傳動控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的基礎(chǔ)二、機電傳動(chuándòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇值得特別注意的是生產(chǎn)機械(jīxiè)的調(diào)速一般有恒轉(zhuǎn)矩型和恒功率型兩類負載特性，而電動機的調(diào)速也有恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)和恒功率性質(zhì)兩類。負載為恒轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機械(jīxiè)應(yīng)盡可能選用恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的調(diào)速方式，負載為恒功率型的生產(chǎn)機械(jīxiè)應(yīng)盡可能選用恒功率性質(zhì)的調(diào)速方式。否則，電動機將得不到最充分的利用或?qū)乐剡^載。

五.在自動調(diào)速系統(tǒng)中，擴大調(diào)速范圍D的基本方法第十六頁，共18頁。第4章機電(jīdiàn)傳動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)①掌握電動機的發(fā)熱與冷卻規(guī)律(guīlǜ)；②掌握電動機容量的選擇，特別注意電動機運行時的允許溫度、過載能力和啟動能力；③熟悉電動機種類、電壓、轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)型式的選擇方法。掌握長期工作制、短期(duǎnqī)工作制、重復短期(duǎnqī)工作制三種運行方式下電動機容量的選擇。

重復短期工作制運行方式下電動機容量的選擇?；疽笾攸c難點4-2～4-5電動機的選擇

第十七頁，共18頁。第4章機電(jīdiàn)傳動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)根據(jù)生產(chǎn)機械的性質(zhì)不同，電動機有三種運行方式：