機(jī)電傳動(dòng)控制教案

機(jī)電傳動(dòng)控制教案

學(xué)院、系：機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)電系

任課教師：任有志

授課專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化

課程學(xué)分：__________________________

課程總學(xué)時(shí)：60學(xué)時(shí)

課程周學(xué)時(shí)：__________________________

2006年2月20_a

機(jī)電傳動(dòng)控制教學(xué)進(jìn)程

周課

章節(jié)計(jì)劃學(xué)時(shí)教學(xué)手段教學(xué)環(huán)境

次次

21§1.3§2.12講授多媒體教室

§2.3§2.4

22§3.1§3.2§3.32講授多媒體教室

31§3.4§3.5§3.62講授多媒體教室

32§5.1§5.2§5.3§5.42講授多媒體教室

4I§5.4§5.5§5.7§5.82濟(jì)授多媒體教室

42§6.1§6.2§6.3§6.4§6.52講授多媒體教室

§6.7§7.1§7.2§7.3

51§7.4§7.5§7.62講授多媒體教室

52電動(dòng)機(jī)原理習(xí)題討論課2講授多媒體教室

61§8.12瑞導(dǎo)多媒體教室

62§8.12講授多媒體教室

71§8.22講授多媒體教室

72實(shí)驗(yàn)課墟電器接觸器控2講授多媒體教室

81制實(shí)驗(yàn)2指導(dǎo)機(jī)電實(shí)驗(yàn)室

習(xí)題討論課：§8.3§8.4

82§9.12輔導(dǎo)多媒體教室

91§9.22講授多媒體教室

92實(shí)驗(yàn)課：可編程序控制器2講授多媒體教室

101認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)2指導(dǎo)機(jī)電實(shí)驗(yàn)室

§9.3§9.3

102實(shí)臉課：可編程序控制器2講授多媒體教室

111編程練習(xí)2指導(dǎo)機(jī)電實(shí)驗(yàn)室

§10.1§13.2

112§10.3§105§10.62講授多媒體教室

121實(shí)驗(yàn)課：晶閘管特性及觸2講授多媒體教室

122發(fā)原理2指導(dǎo)機(jī)電實(shí)吸室

§11.1§11.2

13I§11.3§11.42講授多媒體教室

132§12.12講授多媒體教室

141§13.1§13.22講授多媒體教室

142§13.32講授多媒體教室

151§13.42講授多媒體教室

152實(shí)驗(yàn)課2講授多媒體教室

161題討論課2指導(dǎo)機(jī)電實(shí)驗(yàn)室

1622需導(dǎo)多媒體教室

笫1_次課2學(xué)時(shí)

上次課復(fù)習(xí)：

本次課題（或教材章節(jié)題目）：§1.1目的和任務(wù)§1.2發(fā)展概況§1.3內(nèi)容安排§2.1運(yùn)動(dòng)方程式§23生

產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性§2.4穩(wěn)定條件

教學(xué)要求：了解機(jī)電傳動(dòng)的目的、任務(wù)和發(fā)展概況，掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程、各種生產(chǎn)機(jī)械的特

性和機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件。

重點(diǎn)、：機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程、各種生產(chǎn)機(jī)械的特性、機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件。

難點(diǎn)、：機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的逐動(dòng)方程、機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件-

教學(xué)手段及教具：多媒體教學(xué)

講授內(nèi)容及時(shí)間分配：

§1.1、§1.2、§1.3一—0.5學(xué)時(shí)

§2.1、§2.3、§2.4——1.5學(xué)時(shí)

課后作業(yè)習(xí)題2.10、2.11

參考資料

專業(yè)知識(shí)分享

第一章概述

§1.1機(jī)電傳動(dòng)的目的和任務(wù)

1.傳動(dòng)——運(yùn)動(dòng)的傳遞（能量）

傳動(dòng)的分類（按機(jī)械動(dòng)能傳遞方法）

（1）機(jī)械傳動(dòng)a.齒輪

b.杠桿如：自行車驅(qū)動(dòng)力、鏈傳動(dòng)

c.皮帶

d.機(jī)構(gòu)等剎車、連桿機(jī)構(gòu)

傳遞力或力矩（機(jī)械能）

（2〕流體傳動(dòng)a.液壓與氣動(dòng)（壓力能）

b.液力傳動(dòng)（流體動(dòng)能）

（3）機(jī)電傳動(dòng)（電力扭動(dòng)）

（4）另外還有其它的傳動(dòng)方式。

注：有時(shí)，在一個(gè)生產(chǎn)機(jī)械中由幾種傳動(dòng)形式聯(lián)合工作。

2.機(jī)電傳動(dòng)一（本課程研究的內(nèi)容）

以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)

服務(wù)對(duì)象：各種生產(chǎn)機(jī)械

電能機(jī)械能

-----------電動(dòng)機(jī)——-----------------生產(chǎn)機(jī)械

它是一種由電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的傳動(dòng)系統(tǒng)，所以有時(shí)也稱為電力傳動(dòng)或電力拖動(dòng)

3.機(jī)電傳動(dòng)控制

目前：由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)精度不斷提高，

所以要求機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)不僅完成能量轉(zhuǎn)換的工作還要對(duì)傳動(dòng)過(guò)程進(jìn)行控制。

本課程所研究的就是這二部分內(nèi)容。傳動(dòng)及控制

所以課程名稱叫《機(jī)電傳動(dòng)控制》

4.機(jī)電傳動(dòng)控制的任務(wù)

-------提赳電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備，實(shí)現(xiàn)具體的工作要求

舉例：天車的吊起、制動(dòng)

機(jī)床切削過(guò)程

電梯平穩(wěn)升降及定位

軋機(jī)的換向等

§1.2機(jī)電傳動(dòng)發(fā)展概況

簡(jiǎn)單的可以分為：a.成組拖動(dòng)（傳動(dòng)）

b.單電機(jī)拖動(dòng)

c.多電機(jī)拖動(dòng)

三個(gè)階段

從控制系統(tǒng)的功率器件上分類：

專業(yè)知識(shí)分享

a.接觸器和繼電器時(shí)代

b.電機(jī)放大機(jī)及磁放大機(jī)時(shí)代

c.可控硅(晶閘管)

另外，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了

a.模擬控制

b.數(shù)字控制(數(shù)控機(jī)床)

§1.3內(nèi)容安排

1.《機(jī)械電子》專業(yè)是一個(gè)以機(jī)為主機(jī)電結(jié)合的專業(yè)，誤程設(shè)置(具了解)基本上是這樣的

《電路基礎(chǔ)》電學(xué)基礎(chǔ)

《模擬電子》電子技術(shù)(弱電)

《數(shù)字電子》計(jì)算機(jī)技術(shù)

《機(jī)電傳動(dòng)控制》包括了所有應(yīng)掌握的魚曳內(nèi)容

用以上四門課程取代7機(jī)械專業(yè)的《電工學(xué)》課程。

2.本門課包括以下幾個(gè)方面：

(1)電機(jī)原理及特性：交、直、特殊、三?七章

(2)電器及控制：接觸器，維電器；保護(hù)及控制器八章

(3)可編程序控制器：(PC)原理及應(yīng)用九章

(4)可控硅原理及應(yīng)用：晶閘管十章

(5)調(diào)速系統(tǒng)：交流、直流，電力拖動(dòng)十一、十二章

(6)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)：自動(dòng)化十三章

3.課程特點(diǎn)綜合性比按強(qiáng)(面寬)

實(shí)踐性比較強(qiáng)與生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系較強(qiáng)(教學(xué)實(shí)驗(yàn))

4.教學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃開(kāi)五個(gè)：

5.學(xué)時(shí)安排：

由于作者建議用90學(xué)時(shí)講授，實(shí)際他用大約70學(xué)時(shí)

我們目前安排了60個(gè)學(xué)時(shí)。

教學(xué)實(shí)驗(yàn)建議開(kāi)八個(gè)實(shí)際開(kāi)出了五個(gè)

我們目前條件可開(kāi)六個(gè)但學(xué)時(shí)數(shù)的關(guān)系開(kāi)五個(gè)

第二章機(jī)電傳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

§2.1運(yùn)動(dòng)方程式

1.對(duì)于一個(gè)電動(dòng)機(jī)輸出軸上的運(yùn)動(dòng)情況有

wLdtdt

Tm電機(jī)的輸出扭矩

TL電機(jī)的負(fù)載扭矩

3為角速度

J轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

n為轉(zhuǎn)速

專業(yè)知識(shí)分享

k為常數(shù)

2.意義：Tm與T1,之差將產(chǎn)生加速度

當(dāng)Tm>TL時(shí)，加速

當(dāng)Tm<TL時(shí)，減速

當(dāng)Tm=TL時(shí)，勻速（平衡）

3.Tm與TL的正反。

以轉(zhuǎn)速的方向?yàn)闇?zhǔn)（n）

Tm：與n同向時(shí)為正（拖動(dòng)）反之為負(fù)（制動(dòng)）

TL?與n反向時(shí)為正（制動(dòng)）反之為負(fù)（拖動(dòng)）

解釋：提升重物

升：Tm為正，TL正

降：TL為負(fù)，超負(fù)（制動(dòng)）第5頁(yè)2個(gè)圖

§2.3生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性

機(jī)械特性：生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)地（電機(jī)軸）上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系。

分為以下幾種

§2.3.1恒轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性

特點(diǎn)：負(fù)載轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，TL=C可分為：反抗（摩擦）與n同號(hào)（總制動(dòng)）

位能方向一定

反抗轉(zhuǎn)矩位能轉(zhuǎn)矩離心風(fēng)機(jī)特性

例切削力吊重物

專業(yè)知識(shí)分享

§2.3.2離心風(fēng)機(jī)特性

特點(diǎn)：Tc=cn2與轉(zhuǎn)速平方成正比

§2.3.3直線型特性

特點(diǎn)：TL=cn

§2.3.4恒功率型特性

特點(diǎn):TL=c/n

直線型恒功率型

§2.4機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是Tm=f(n)曲線及驅(qū)動(dòng)扭矩和轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系

生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性是T1,=f(n)曲線及員載扭矩和轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系

當(dāng)電動(dòng)機(jī)作為生產(chǎn)機(jī)械的原動(dòng)機(jī)(動(dòng)力源)時(shí)，兩個(gè)函數(shù)中的n為同一個(gè)參數(shù)。

在運(yùn)行中由運(yùn)動(dòng)方程式可知，要想穩(wěn)定運(yùn)行，速度應(yīng)勻速不變及TL=Tm時(shí)及是穩(wěn)定的一個(gè)

條件，所以系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件之一是

1、電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性曲線應(yīng)有交點(diǎn)

立匕火：TIR=TL(勻速)

例：曲線1和2，附合這個(gè)條件，有a、b交點(diǎn)

曲線1和3，不附合

另外，應(yīng)有抗干擾施力：

當(dāng)有外來(lái)干擾時(shí)會(huì)引起n變化

當(dāng)干擾消失后，n應(yīng)恢復(fù)原狀態(tài)

所以另一個(gè)穩(wěn)定條件是：

2、當(dāng)有外加干擾使n變化時(shí)，干擾消除后n應(yīng)能自行恢復(fù)到原狀態(tài)。

這件條件的判斷原則是：

當(dāng)ntTm<TL

當(dāng)nJTm>TL

由運(yùn)動(dòng)方程看TM-TL=J-0

at

當(dāng)干擾使n1時(shí)，干擾消除后希望nl這時(shí)如TID-TL<0貝”負(fù)加速

當(dāng)干擾使nI時(shí)，干擾消除后希望nt這時(shí)如Tm-TL>0則正加速

專業(yè)知識(shí)分享

例：a,b兩點(diǎn)、

a點(diǎn)，當(dāng)nt時(shí)TmI—Tm'

當(dāng)干擾消除后由于在n'父Tm-TIXO,所

b點(diǎn)，當(dāng)nt時(shí)Tmf—Tm''

當(dāng)干擾消除后由于在n''欠Tm-TL>0,t到n'''

直到a點(diǎn)處平衡

專業(yè)知識(shí)分享

笫2_次課2學(xué)時(shí)

上次課復(fù)習(xí)：

機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程、各種生產(chǎn)機(jī)械的特性、機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)稔定運(yùn)行的條件。

本次課題（或教材章節(jié)題目）：§3.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理§3.2直流發(fā)電機(jī)

§3.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

教學(xué)要求：掌握直流電機(jī)的基本工作原理及特性，特別時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。

重點(diǎn)：直流電機(jī)的基本工作原理及特性。

難點(diǎn)、：直流電機(jī)的基本工作原理及特性。

教學(xué)手段及教具：多媒體教學(xué)

講授內(nèi)容及時(shí)間分配：

§3.1'§3.2一一1學(xué)時(shí)

§3.3一一1學(xué)時(shí)

課后作業(yè)習(xí)題3.3、3.4、3.5、3.6

參考資料

專業(yè)知識(shí)分享

第三章直流電機(jī)的工作原理

電機(jī)的分類：a發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)

b直流?交流、步進(jìn)

特點(diǎn)：直流電動(dòng)機(jī)：可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速（優(yōu)點(diǎn)），在傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)中應(yīng)用多

交流電動(dòng)機(jī)：簡(jiǎn)單、便宜、但調(diào)速?gòu)?fù)雜

步迸電動(dòng)機(jī)：用脈沖工作、易于數(shù)字控制

直流發(fā)電機(jī)：一般用來(lái)為直流電動(dòng)機(jī)配套；但可控硅取代很多的發(fā)電機(jī)

§3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理

§3.1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)

主要部件：勵(lì)硅繞組（定子線圈）用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)

電樞繞組（轉(zhuǎn)子線圖）通有工作電流

換向器保持電樞繞組的電流方向不變

鐵芯（定子、轉(zhuǎn)子）導(dǎo)磁及支撐

作用：簡(jiǎn)述

其它：略

§3.1.2直流電機(jī)的基本工作原理

以單個(gè)電樞繞組線圈為例說(shuō)明

一、發(fā)電機(jī)（根據(jù)右手定則）

勵(lì)磁繞組通電產(chǎn)生一磁場(chǎng)

＞A點(diǎn)總與N極側(cè)的一邊相連

＞B點(diǎn)總與N極側(cè)的一邊相連

》轉(zhuǎn)子（電樞線圖）由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動(dòng)

＞這時(shí)，N邊切割磁力線產(chǎn)生電勢(shì)指向外

S邊切割磁力線產(chǎn)生電勢(shì)指向內(nèi)

＞AB兩點(diǎn)就產(chǎn)生了電勢(shì)E=Keen

當(dāng)有負(fù)載RL時(shí)，就產(chǎn)生電流I

＞這時(shí)?E=KeOn

二、電動(dòng)機(jī)（根據(jù)左手定則）

＞在AB兩點(diǎn)加電壓，在電樞中產(chǎn)生電流I

＞則N邊受力，S邊反向受力，形成轉(zhuǎn)矩T=Km（bIa

＞電樞轉(zhuǎn)動(dòng)后，切割磁力線產(chǎn)生反電勢(shì)E=Ke（Pn

＞當(dāng)n到一定值后，Ia=（U-E）/Ra

滿足T后穩(wěn)定下來(lái)。

專業(yè)知識(shí)分享

注：在發(fā)電機(jī)中￡一股?！ㄊ禽敵鲭妱?shì)

當(dāng)匕工0時(shí)，T=Km-Ia(負(fù)載轉(zhuǎn)矩)為原動(dòng)機(jī)負(fù)載，既la為負(fù)載

在電動(dòng)機(jī)中Tm=KmOla為輸出動(dòng)力

Em=Ked)n為反電勢(shì)

當(dāng)Tm大nt[T?-TL=J(d(d/dt)]EMt(U-EM)IIa=(U-EO/RaITU

一是負(fù)載

§3.2直流發(fā)電機(jī)

對(duì)于直流電機(jī)按其勵(lì)磁方法分為以下幾種情況：

他勵(lì)：磁繞組有獨(dú)立的電源與電樞無(wú)關(guān)

并勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞并聯(lián)

串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞串聯(lián)

復(fù)勵(lì)：有串也有并勵(lì)

§3.2.1他勵(lì)發(fā)電機(jī)

1.電原理圖

由于獨(dú)立Uf,h

所以負(fù)載電流1=電柩電流la

2.空載特性

當(dāng)發(fā)電機(jī)空載(Ia=0)及轉(zhuǎn)速(n)不變時(shí)，輸出電勢(shì)與勵(lì)磁電流的關(guān)系曲線

當(dāng)If小時(shí)直線(不飽和)

If大時(shí)，彎曲(開(kāi)始飽和)

If更大，平直(飽和，①不變)

3.外特性曲線

當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速(〃)狗勵(lì)堿(①)不變時(shí)，輸出電壓(U)與負(fù)載電流(I)之間的關(guān)系曲

箜

注：當(dāng)lafRaiatU=E-IaRaI

§3.2.2并勵(lì)發(fā)電機(jī)

1.電原理圖：

由于h?I

所以la^I

2.電壓建立過(guò)程

由于事先沒(méi)有勵(lì)磁電壓U所以h=0

當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，沒(méi)有磁煬所以不會(huì)產(chǎn)生E。

并勵(lì)發(fā)電應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件

(1)在磁極上有剩磁(弱的磁場(chǎng))當(dāng)nt產(chǎn)生一個(gè)小E產(chǎn)生一個(gè)小If

(2)勵(lì)磁磁場(chǎng)與剩磁場(chǎng)的方向相同電壓建立起來(lái)

(3)Rf不能太大兩方面，一方面是線圖電阻，一是外接電阻

3.并勵(lì)發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)

專業(yè)知識(shí)分享

一方面是空載曲線

一方面是是勵(lì)磁電流曲線共同決定

當(dāng)飽和彎曲后產(chǎn)生交點(diǎn)

4.外特性

與他勵(lì)一樣，但由于UIIfI所以所以UI得多

§3.2.3復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)

1.電原理圖

并勵(lì)I(lǐng)n>=U/Rfb

串勵(lì)I(lǐng)t=Ia

當(dāng)131at,U=E-IaRaI,If=U/Rfbl,4）［

4）t，UT

所以，復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)在一定的工作范圍內(nèi)外特性比較平坦

§3.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

直流電動(dòng)機(jī)由分為他勵(lì)、并勃、串勵(lì)和變勵(lì)

§3.3.1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

》電原理圖

由電路原理公式，推導(dǎo)出

n=____T

Ke①KcKtd>

=n（）-△n

說(shuō)明：no與輸出轉(zhuǎn)扭T無(wú)關(guān)所以稱為理想空載有速H---1一五二

而An反映負(fù)載對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，是負(fù)教幻起的:速；u

>機(jī)械特性：

（b）勵(lì)磁電流與電樞電壓（U）不變時(shí)轉(zhuǎn)速（n）與扭矩（T；的關(guān)系曲線

由上式可知機(jī)械特性如圖

>機(jī)械特性硬度：

B=dT/dn

對(duì)于電機(jī)按值分類如下：

絕對(duì)硬度8=8

硬6210

軟6<10

三種在生產(chǎn)中都有應(yīng)用

>機(jī)械特性分固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性

固有：在額定條件下（n）與（T）的關(guān)系

專業(yè)知識(shí)分享

（二）人為機(jī)械特性

1.電樞串電阻

由：

n=U_Ra+,

~~K^__KcKtO

這時(shí)m不變，而An則增加，特性如圖

2.改變電壓時(shí)（U）

_U

no

這時(shí)no受電壓變化而改變，而An則因與電壓無(wú)關(guān)所以不變，

3.改變磁通

由于磁飽和和線圖的原因只能減小①

由

_uRa

nKe（DKeKm<D

》當(dāng)①下降時(shí)no上升，同時(shí)an也增加

>當(dāng)太小時(shí)反電勢(shì)E=K。①n

》當(dāng)力.大時(shí)Ia=（U-E）/Ra度坯

》當(dāng)，小時(shí)E=Ke①n因?yàn)棰偎詎f

》所以eI不能太多

（并勵(lì)比較人為特性降壓時(shí)O

§3.3.2串勵(lì)電動(dòng)機(jī)

這時(shí)Ia=If從而有

1.當(dāng)Tl因?yàn)镮f=L也小（T=Kmela）

2.當(dāng)Tt大時(shí)If=Iat；①飽和，平坦

3.不能空載（飛車）

特點(diǎn)：

起動(dòng)扭矩大用于吊車電車的驅(qū)動(dòng)

專業(yè)知識(shí)分享

起動(dòng)時(shí)特性軟?

§3.3.3復(fù)勵(lì)

有串，他（并）勵(lì)兩個(gè)統(tǒng)組

具有兩者的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)要求來(lái)設(shè)計(jì)，串、并磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)達(dá)到所需的值

專業(yè)知識(shí)分享

完美WORD格式

笫3_次課2學(xué)時(shí)

上次課復(fù)習(xí)：

直流電機(jī)的基本工作原理、直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性

本次課題（或教材章節(jié)題目）：§3.4直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性§3.5直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性§3.6

直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性

教學(xué)要求：掌握直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性、調(diào)速特性和制動(dòng)后性

重點(diǎn)、：直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性、調(diào)速特性和制動(dòng)特性

難點(diǎn)、：直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟劫特性、調(diào)速特性和制動(dòng)特性

教學(xué)手段及教具：多媒體教學(xué)

講授內(nèi)容及時(shí)間分配：

§3.4'§3.5-----1學(xué)時(shí)

§3.6一一1學(xué)時(shí)

課后作業(yè)習(xí)題3.10、3.16、3.17、3.18

參考資料

專業(yè)知識(shí)分享

§3.4直流他勵(lì)電動(dòng)啟動(dòng)特性

1.電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)就是使n從0->m的過(guò)程

啟動(dòng)初期n=0;E=Ke①11=0(反電動(dòng)勢(shì))

這時(shí)：Ia=(U-E)/RayU/Ra

一般Ra(電樞直流電阻)很小，以減小工作中的損耗和發(fā)熱(IaM是發(fā)熱量)

所以這時(shí)la將很大，達(dá)10-20IN

結(jié)果可能會(huì)引起

(1)換向器打火

(2)產(chǎn)生很大的力矩，對(duì)負(fù)載產(chǎn)生沖擊

(3)電路的保護(hù)器無(wú)法設(shè)i-

2.所以一般的直流電動(dòng)機(jī)不允許直接啟動(dòng)

在啟動(dòng)時(shí)設(shè)法限制電樞電流

一般的有以下兩種方法

(1)降壓?jiǎn)?dòng)使U從小到大逐漸增加到U

(2)電樞回路串聯(lián)電阻啟動(dòng)

注：對(duì)于降壓?jiǎn)?dòng)需要電源電壓可調(diào)。

3.電樞串聯(lián)電阻啟動(dòng)

(1)單段(串聯(lián)一級(jí)電限)

當(dāng)啟動(dòng)時(shí)KM斷，這時(shí)從心開(kāi)始按a變化當(dāng)?shù)絉時(shí)，KM合，由于n不能突變，所以從A到B

點(diǎn)產(chǎn)生沖擊T比較大,這時(shí)，有較大的la和T

(2)多

段

專業(yè)知識(shí)分享

§3.5直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性

電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

是指電動(dòng)機(jī)的外負(fù)載（T）不變的情況下，人為的改變電動(dòng)機(jī)的工作參數(shù)，使工作速度發(fā)

生變化的情況。

速度調(diào)節(jié)：因生產(chǎn)機(jī)械提出的變速要求：如汽車、車床

速度變化：由于T的變化引起（系統(tǒng)的特性決定）

例如：自行車調(diào)整變速器（變速比）

如圖所示：當(dāng)TL->TI：時(shí)這時(shí)速度變化n->n'

由于電動(dòng)機(jī)有：

Ra+

n=心-KeK仲

當(dāng)T不變時(shí)，影響的參數(shù)有U,①，Ra

所以調(diào)速的方式可以有以下三種，變電壓U;變磁通；變電阻R

一、串聯(lián)電阻調(diào)速

在電樞回路中串聯(lián)電阻Rd改變其機(jī)械特性，引起調(diào)速

由圖可知：當(dāng)RT時(shí)nJ（17不變）

特點(diǎn)：1、當(dāng)RT時(shí)8J機(jī)械特性變軟

2、TL越小，An（速度變化）越小

不同TL,調(diào)速范圍不一樣

3'電阻耗能大（發(fā)熱）

由于la比較大，當(dāng)Rf時(shí)『RT

4'不易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速（大功率變阻器）

5、調(diào)速的設(shè)備比較簡(jiǎn)單（分級(jí)調(diào)節(jié)）

一般不常用這種方式

二、變電樞電壓調(diào)速

當(dāng)U改變時(shí)，足變

當(dāng)T不變時(shí)，U-4Tn-*n,

特點(diǎn)：1、當(dāng)U改變時(shí)，引起no變化這時(shí)An不變

所以6不變，是一組平行線

2、不同的TL時(shí)，調(diào)速范圍一樣（An）

3、當(dāng)電源功率也I節(jié)能

4'通過(guò)專門的電源，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速

5、啟動(dòng)不需其它的設(shè)備（用降既可實(shí)現(xiàn)〕

6、電源設(shè)備，需要專門設(shè)計(jì)，現(xiàn)已配套

用直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速中，主要采用這種形式

三、改變磁通調(diào)速

由電機(jī)人為特性可知：可以改變勵(lì)磁電流If

由于磁路已飽和（額定3、處）Ift時(shí)8不變，所以只能在<0N的范困內(nèi)調(diào)節(jié)，即弱磁調(diào)速

特性如圖：

當(dāng)8I時(shí),Ant

特點(diǎn)：1、只能弱磁調(diào)速（夕I）可以無(wú)級(jí)變速，調(diào)速范圍在額定m之上

2、8「引起機(jī)械特性變?nèi)?!

3、調(diào)速范,困不大，受電機(jī)的允許最高轉(zhuǎn)速限制（機(jī)械，換向器等）

專業(yè)知識(shí)分享

4、適用丁恒功率兩節(jié)

由于8I使EF|,(U-EF)/Ra=Ia.Tf,nt,EFt,laI>(U]a=P不變)恒定

§3.6直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性

拖動(dòng)（電劫）:軀劫負(fù)載運(yùn)動(dòng)〔工作）

制動(dòng)：制止負(fù)載運(yùn)動(dòng)〔減速）

自然停車：斷電后自然停止

制動(dòng)的用途:快速停車，與他能轉(zhuǎn)矩平衡，精確定位.

分類：反饋制動(dòng)，反接制動(dòng)，能耗制動(dòng).

3.6.1反饋制動(dòng)

原理：當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在反饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，n>n。,位于二四相限R反方向n=m+An

特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速較高.舉例說(shuō)明：放下重物

3.6.2反接制動(dòng)

一.電源反接制動(dòng)

原理：將電源反接產(chǎn)生制動(dòng)（短時(shí)）

特點(diǎn):電流大應(yīng)串限流電阻,（U+E）/Ra=Ia

時(shí)間長(zhǎng)會(huì)引起反轉(zhuǎn)

二.倒拉反接制動(dòng)

原理：增大Ra,交點(diǎn)在四相限，反轉(zhuǎn)時(shí)才輸出足

夠的扭矩Tm與負(fù)載平衡（位能扭矩）

特點(diǎn)：調(diào)整Ra可改變制動(dòng)的速度

舉例：提升重物

3.6.3能耗制動(dòng)

原理：摳斷電后，串聯(lián)電限短路連接.

n不為0時(shí)，產(chǎn)生la,及T=Keela的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩

專業(yè)知識(shí)分享

笫4次課2學(xué)時(shí)

上次課復(fù)習(xí)：

流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性、調(diào)達(dá)特性和制動(dòng)特性

本次課題（或教材章節(jié)題目）：§5.1弄步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理§5.2異步電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子

§5.3三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性§5.4三相異步電機(jī)的啟動(dòng)特性

教學(xué)要求：了解異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，掌握異步電動(dòng)機(jī)的工作原理、機(jī)械特性、啟動(dòng)特性

重點(diǎn)：異步電動(dòng)機(jī)的工作原理、機(jī)械特性、啟動(dòng)特性

難點(diǎn)：異步電動(dòng)機(jī)的工作原理、機(jī)械特性、啟動(dòng)特性

教學(xué)手段及教具：多媒體教學(xué)

講授內(nèi)容及時(shí)間分配：

§5.1一一1.0學(xué)時(shí)

§5.2——0.2學(xué)時(shí)

§5.3一一0.5學(xué)時(shí)

§5.4一一0.3學(xué)時(shí)

課后作業(yè)習(xí)題5.1、5.3'5.6

參考資料

專業(yè)知識(shí)分享

第五章交流電動(dòng)機(jī)的工作原理

》交流電機(jī)分：異步電動(dòng)機(jī)：三相

單相

同步電動(dòng)機(jī)：

＞異步電動(dòng)機(jī)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便宜，是應(yīng)用最多的一種電動(dòng)機(jī)

》同步電動(dòng)機(jī)：特性絕對(duì)硬6—8,可以作為發(fā)電機(jī)使用

§5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

§5.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

定子、中間裝有定子澆組及定子、鐵芯、外無(wú)

轉(zhuǎn)子、有的裝繞組（有的是籠式）

其它參見(jiàn)書略

§5.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

工作原理：基于定子線圖能夠產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，假設(shè)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)分析

如圖中N、S的磁場(chǎng)以m旋轉(zhuǎn)

》轉(zhuǎn)子則切割磁力線而產(chǎn)生電流（右手定電流I方向）

＞電流在磁場(chǎng)中切割磁力線而產(chǎn)生力及力矩（左手定方向）

＞它與no方向相同，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)

＞在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)中?n比m小

原因：轉(zhuǎn)子力矩Tm=Km8Iz其中/為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁通3

轉(zhuǎn)子電流Iz=ez/Rz其中Rz為轉(zhuǎn)子電阻w

轉(zhuǎn)子電勢(shì)ez=Ke0&n其中An=no-n轉(zhuǎn)子線圈切割磁力線的相對(duì)轉(zhuǎn)速

當(dāng)n=m時(shí)，ez=0,Iz=0,Tm=0

＞no稱為理想空載轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）

＞實(shí)際由于Tm不等于0;所以n＜no

＞由以上分析可知An=no-n不等于0是保證交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)重要條件所以稱為異步

電動(dòng)機(jī)

＞以轉(zhuǎn)差率來(lái)表示他的運(yùn)行情況:S=O-n）/no

》對(duì)于一般的異步電機(jī)（籠型）轉(zhuǎn)子電阻很小所以只需不大的S就能產(chǎn)生大的Iz和Tm

》一般的在額定轉(zhuǎn)速時(shí)S為0.015?0.06比較小

§5.1.3三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

專業(yè)知識(shí)分享

以上是基可在電機(jī)中有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為根據(jù)分析的，這一節(jié)我們分析旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生

一、由于三相電源，所以定子中有三相繞組（120夾角）

對(duì)于三相繞組中的電流也差120如圖

由圖分析當(dāng)電角度3t=0時(shí)的合成磁場(chǎng)方向?yàn)?

iA=Isin（（wt）:iu=Isin（cot+120）:ic=Isin（（yt+240）

當(dāng)3t=01A=0;iB=-.A;ic=A磁場(chǎng)位置0度

當(dāng)3t=60L=A;ie=-A;ic=0磁場(chǎng)位置轉(zhuǎn)60度

當(dāng)3t=120h=A;iB=0;2-A磁場(chǎng)位置轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)120度

依此類推下去，可知

當(dāng)三相交流電在定子繞組中產(chǎn)生三相電流后，則三相繞組電流的合成磁場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)的。

于ABC三繞組如果聘任意兩根對(duì)調(diào)，則經(jīng)分析可知向反方向旋轉(zhuǎn)（請(qǐng)同學(xué)自己分析）作業(yè)

＞對(duì)于交流異步電動(dòng)機(jī)當(dāng)需要反向時(shí)只需對(duì)調(diào)兩根電源線既可（三根中任意）

三、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度

1、上面討論時(shí)在電機(jī)中有一對(duì)磁極（二極）它的極對(duì)數(shù)為p=l

這時(shí)電流變化一個(gè)周期，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一圈

所以：磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度（同步）為

電源頻率f（50Hz）x60=3000（r/min}

2'當(dāng)把定子線圈做成兩組（A，A'，B，B'、C、C'）

各自串聯(lián)時(shí)，如圖返.時(shí)各相繞組夾角60

當(dāng)3t=0時(shí)，磁場(chǎng)方向|）度

3t=60時(shí)，磁場(chǎng)方向30度

3t=120時(shí)，磁場(chǎng)方向60度

這時(shí)有兩對(duì)N、S磁極既p=2

當(dāng)3t轉(zhuǎn)8磁場(chǎng)轉(zhuǎn)g/2

所以這時(shí)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度=60f/2=1500{r/min}

注：由于A、B、C的各相空間夾角為60=120/2

所以當(dāng)電源變化一個(gè)周期時(shí)，磁場(chǎng)只轉(zhuǎn)半圈既圈/2

極對(duì)數(shù)及極數(shù)：極對(duì)數(shù)p

專業(yè)知識(shí)分享

極數(shù)(磁極數(shù))一2p

一般的對(duì)于對(duì)于p=2的電機(jī)稱為四極電機(jī)

人們通常以極數(shù)稱呼電機(jī)，各種極數(shù)的電機(jī)的

2極(p=l)no=3OOO()

4極(p=2)no=15OO()

6極(p=3)no=1000()

8極(p=4)no=750()

一般的額定轉(zhuǎn)速低于這個(gè)值，如4極電機(jī)區(qū)1450左右

§5.1.4定子繞組的線連接方式

在三相電機(jī)的接線盒中有六個(gè)端子DI、D2、D3、D4、D5、1)6

首端D1，2，3

末端D4，5，6

對(duì)于電動(dòng)機(jī)有星形(Y)和三角形接法(A)

對(duì)于星形Y對(duì)于△形

對(duì)于一個(gè)電動(dòng)機(jī)應(yīng)根據(jù)銘牌和電源決定接法

如三相電源380V時(shí)

電機(jī)繞組是220V時(shí)，應(yīng)Y接法

電機(jī)繞組是380V時(shí)，應(yīng)△接法

一般的銘牌都紿出了接法及對(duì)應(yīng)電壓

如Y/A，380/220

A,380V

專業(yè)知識(shí)分享

§5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子電路

§5.2.1定子電路分析

過(guò)程略：

結(jié)論：定子電路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值E產(chǎn)4.44fN（D（切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生）

定子電流頻率fi=f電源頻率

定子電壓（不考慮漏磁）

§5.2.2轉(zhuǎn)子電路分析R2，X2

結(jié)論：轉(zhuǎn)子電流頻率f2=Sfl

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值E2=4.44f2帥（1）=4.44SfN2（D

切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度An=n?-n

啟動(dòng)時(shí)S=1E"4.44SfiN2①=4.44fN：①常數(shù)

E2=SE20

轉(zhuǎn)子感抗X2=27rf2L2=2〃SfL2啟動(dòng)時(shí)S=1X2o=2，SfL2=2〃fL2（最大）

轉(zhuǎn)子功率因數(shù)COS/二R/

當(dāng)n=0時(shí)COS32最大

當(dāng)n=n、時(shí)COS32最小

§5.2.3額定值

1.型號(hào)：

2.額定功率：PN

3.額定電壓：UN

4.額定頻率：fN

5.額定電流：IN

專業(yè)知識(shí)分享

G.額定轉(zhuǎn)述：ON

7.工作方式：連續(xù)，短時(shí)重復(fù)，短時(shí)

8.溫升：絕緣等級(jí)

9.重量：

10.額定功率因數(shù)COS^>2

11.額定效率〃N

12.額定轉(zhuǎn)矩：?jiǎn)?dòng)，最大

13.線繞轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的滑環(huán)舒止電壓和電流

電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩{P}N,M=9.55（P）W/{n}r/min

作業(yè)：5.15.2

§5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械

由于電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是它的輸出，

所以要研究電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性T—n的關(guān)系

§5.3.1三相異步電動(dòng)轉(zhuǎn)矩

-、轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)COS入對(duì)輸出扭矩T的影響

1'當(dāng)i與E同相，即電感為零時(shí)

在每一磁極下面的轉(zhuǎn)子導(dǎo)線電流同方向

2、當(dāng)電阻為零時(shí)，i滯后E90度

在每一磁極下面的導(dǎo)線電流一半對(duì)一半

3、當(dāng)COSg）2<l時(shí)，導(dǎo)線電流一邊大一邊小產(chǎn)生電磁扭矩

**（一般的籠型電機(jī)的轉(zhuǎn)子電感比較?。?/p>

4、三相異步電動(dòng)轉(zhuǎn)矩

§5.3.2三相異步電動(dòng)的機(jī)械特性

可分為固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性

一、固有機(jī)械特性

在額定條件下（電壓、頻率、接線方式）電機(jī)的固有T—n特性曲線對(duì)于曲線如圖它由四個(gè)特

殊點(diǎn)決定

1'2020T=0時(shí)（同步S=0）

稱為理想空載工作點(diǎn)n=no

2'T=TN時(shí)S=S

額定工作點(diǎn)

這時(shí)Ss-（no-nx）/no

Tx=9.55Px/ns

P\為電機(jī)額定功率（可）

小電機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）

&額定轉(zhuǎn)差率S=0.06?0.015

3'T=Tstn=0（S=l）

啟動(dòng)工作點(diǎn)，這時(shí)

專業(yè)知識(shí)分享

R2為轉(zhuǎn)子電忸

X20為轉(zhuǎn)子靜止電抗

U電源電壓（定子）

對(duì)于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst受

（1）電源電壓，1）影響較大，U波動(dòng)，T平方關(guān)系變化

（2）轉(zhuǎn)子電阻上合適Tst有較大值

（3）電感X》大Tst下降

一般用啟動(dòng)能力系數(shù)Ast來(lái)表示電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)能力的*外

入st二Tst/TN（一般入st，1）

異步電機(jī)工作的條件是啟動(dòng)Tst2負(fù)載TL

4'當(dāng)T=TrmS=Snn=On

臨界工作點(diǎn)

這時(shí)T，OX=KU2/2X20Sn=R2/X20

由于TT皿8[j2所以電