机电传动控制

期末考试要点
第3章 机电传动系统的静态与动态特性
运动方程的实用形式
T M －T L ＝J dw/dt
用转速 n 代替角速度ω，则
若 T M 或 T L 与 n 方向相同，则 T M 或 T L 为拖动转矩；
若 T M 或 T L 与 n 方向相反，则 T M 或 T L 为制动转矩。

动态转矩 T d ＝ T M － T L ；加速度 a ＝ dn/dt
静态转矩 TL
当T d ＝0时，a ＝0 ，表示系统处于稳态，系统为匀速运动。

当T d ≠0时，a ≠0 ，表示系统处于动态，
T d ＞0时，拖动转矩＞制动转矩，a 为正，系统加速运动；
T d ＜0时，拖动转矩＜制动转矩，a 为负，系统减速运动
判定TM 和TL 的性质
若 T M 或 T L 与 n 方向相同，则 T M 或 T L 为拖动转矩；
若 T M 或 T L 与 n 方向相反，则 T M 或 T L 为制动转矩。

负载的机械特性由负载性质决定，
按生产机械在运动中所受阻力的性质不同，分成几种类型：
① 恒转矩负载 —— 恒转矩型机械特性
② 泵与风机类负载 —— 通风机型机械特性
③ 恒功率负载 —— 恒功率型机械特性
④ 直线型负载 —— 直线型机械特性
第3章 直流电机的工作原理及特性
直流电动机的基本方程式
(1) 转矩方程式 T ＝ K m ΦI a
电磁转矩T 为拖动转矩，方向与n 相同
稳态时的转矩平衡 T = T L + T 0
(2) 电势方程式 E ＝ K e Φ n
电动势E 为反电势，它与外加电压产生
的电流I a 方向相反。

(3) 电压平衡方程式 U ＝E ＋I a R a。

电枢电压、电枢的反电势、电阻压降关系。

（4）功率平衡方程式 UI a ＝EI a ＋I a2R a
T M －T L ＝
dt dn GD 3752
Po ＝ P0 ＋P2 Po ＝ Pm ＋P Fe
第3章 直流电机的工作原理及特性
直流他励电动机的启动特性
起动方法：
直接起动
因为直接加额定电压起动的起动电流很大，
除了小容量的电动机可采用直接起动的方法外，
一般直流电动机都不采用这种方法。

限流起动
由启动电流I st ＝U ／R a 可知，常用的启动方法有两种：
① 降压启动
使电枢电压由U st 逐渐升至U N 。

起动效果好但需专用设备。

② 电枢电路串接外加电阻启动
使外电阻由最大逐步减至零。

起动设备简单但效果一般。

第4章 交流电动机的工作原理及特性
三相异步电动机的转矩与机械特性
1、固有机械特性
四个重要特殊点：
① 理想空载点A
T = 0，n = n 0（s =0）
② 额定工作点B
T = T N ，n = n N （s =s N ）
③ 启动工作点D
T = T st ，n = 0（s =1）
④ 临界工作点C
T = T max ，n = n m （s = s m ）
2.人为机械特性
①定子降压②定子串电抗③定子变频④转子串电阻
三相异步电动机的启动特性
生产机械对电动机启动的主要要求
（1）有足够大的启动转矩。

（2）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。

（3）要求启动平滑，以减小对生产机械的冲击。

（4）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。

（5）启动过程中的功率损耗越小越好。

其中，（1）和（2）是衡量电动机启动性能的主要技术指标。

一般场合下希望启动越快越好，以提高生产效P 1输入功率 P e 电磁功率
P Cua 电枢铜损耗
P e ＝ P 0 ＋P 2 P 0 ＝ P m ＋P Fe
P 1＝P e ＋P Cua
率。

三相异步电动机的启动特性
显异步电动机的启动特性
（1）启动电流大
一般Ist 可达I N的5～7倍
（2）启动转矩不大
虽然Ist很大，但S = 1，
cosϕ2很低，故Tst 却不大，
一般Tst = (0.8 ~ 1.5)TN。

然，异步电动机的这种启动性能和生产机械的要求是相矛盾的，为了解决这些矛盾，必须根据具体情况，采取不同的启动方法。

采用什么启动方法，要根据实际情况而定。

三相异步电动机的制动特性
⑴反馈制动①正向反馈制动②反向反馈制动
⑵反接制动①电源反接制动②倒拉反接制动
⑶能耗制动①反抗性恒转矩负载②位能性恒转矩负载
三相异步电动机的启动特性
1.直接启动
2.非直接启动
⑴鼠笼式电动机降压启动法
⑵线绕式电动机启动法
①定子串电阻
②定子串电抗④自耦变压器
③Y-△⑤延边三角形
①转子串电阻
②转子串频敏变阻器
三相异步电动机的调速特性
⑴改变磁极对数p调速（变极调速）
⑵改变频率 f 调速（变频调速）
⑶改变转差率S调速①改变电压调速②转子串电阻调速
三相异步电动机的制动特性
⑴反馈制动⑶能耗制动
⑵反接制动①电源反接制动②倒拉反接制动
第5章控制电机与特种电机
步进电动机
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。

每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时，其转轴就转过一个固定的角度（步距角），顺序连续地发给脉冲，则电机轴一步接一步地运转。

直流伺服电动机
直流伺服电动机是一种小型直流电机，
它能将直流信号电压转换成转轴上的
角位移或角速度，以完成一定的控制任务。

其控制方式有电枢控制和磁场控制两种。

直流伺服电动机启动转矩大、
特性较硬且线性度好、
调节范围广、体积小、效率高，因此
一般用于功率较大的控制系统中。

交流伺服电动机
交流伺服电动机的结构
是一种小型或微型
两相异步电动机。

交流伺服电动机的原理
与电容分相式单相异步电机相同
交流伺服电动机特点
结构简单、运行可靠、维护简便、转动惯量小，广泛用于功率较小的控制系统中。

第6章机电传动控制系统中电动机的选择
为了使用上的方便，我国将电动机的运行方式(亦称工作制)按发热的情况分为三类。

电动机的工作制(3种)
(1)连续工作制;j
(2)短时工作制;(车床快速移动电动机)
(3)重复短时工作制.(起重机升降电动机)
并分别按上述原则规定出电动机的额定功率和额定电流。

6.1机电传动控制系统中电动机的选择
•电动机绝缘分级与材料允许最高工作温度
E120C0
B 130C0
F 155C0
H 180C0
如:JO2系列电动机采用E级绝缘材料;
Y系列电动机采用B级绝缘材料.
6.2 电动机功率选择原则
电动机容量选择应根据以下三项基本原则进行:
1.允许温升（发热）
2.过载能力
3.起动能力
第8章计算机控制技术基础
一、计算机控制系统的组成及特点
1、组成
2、计算机控制系统的控制（工作）过程
3、计算机控制系统的特点
二、常用的计算机
1、数字信号处理器（DSP）
2、单片机（MCU）
3、可编程序控制器（PLC）
§8.2电动机计算机控制系统的组成与特点
一、电动机计算机控制系统的基本组成
1、基本构成
2、控制方式
3、控制硬件
二、电动机计算机控制系统的主要功能
三、电动机计算机控制系统的特点
步进电动机的控制方式
开环控制
串行控制
并行控制
输入的脉冲不依赖于转子的位置，而是事先按一定的规律给定的。

在提高步进电机的性能指标上受到限制。

闭环控制
直接或间接地检测转子的位置或速度，然后通过反馈和适当的处理，自动给出驱动的脉冲串。

可以获得精确的位置控制和平稳的转速。

§8.3步进电动机的计算机控制
串行控制：脉冲一个个地顺序传送，其特点是线路简单。

并行控制：用计算机系统的端口线直接去控制步进电动机各相驱动器的方法。

脉冲分配：是为了步进电机通电换相控制。

软件环分法例：通过单片机的I/O向驱动电路发出控制脉冲，不停的产生控制脉冲，占用了大量的CPU时间，可能使单片机无法进行其它的工作。

硬件环分法使用脉冲分配器芯片，脉冲分配工作由脉冲分配器来完成。

第十章直流调速控制系统
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。

归纳起来，对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面：
①调速
在一定的最高转速和最低转速范围内，
分档地（有级）或平滑地（无级）调节转速；
②稳速
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；
③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；
不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起动制动尽量平稳。

转速控制的调速指标
动态指标－－跟随性能
◆上升时间
◆最大超调量
◆过渡过程时间
◆振荡次数
晶闸管电动机直流调速系统（V-M系统）是目前应用广泛的控制系统。

常用的有单闭环、双闭环和可逆系统。