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机电传动控制复习重点一：知识点1 .加快机电传动系统过渡过程的方法要想加快机电传动系统过渡过程，即减少过渡时间，应设法减小系统的飞轮转矩GD^2和增大动态转矩Td.2 .直流电机的感应电势：E k e nke与电动机的结构有关的参数，称电势常数为每一对极的磁通（WBn为电枢转速（r/mi n ）E为电动势（V）直流电机的电磁转矩：T k t l a???与电动机的结构有关的参数，称转矩常数，？?=9.55k 为每一对极的磁通（WBIa为电枢总电流（A）3. 直流发电机的分类直流发动机的运行受励磁绕组连接方法的影响，因此直流发电机按历次方法来分类，分为他励，并励，串励和复励发电机。
他励调节方法中改变电动机电枢供电电压属于恒转矩调速。
P38 4. 三项异步电动机为什么叫做异步？定子通三相电，产生旋转磁场，旋转磁场带动转子旋转，异步是指磁场旋转与电动面转子不是同步的，磁场比转子提前一定的角度5. 为什么转子频率即产生电流的频率6. 电机直接启动，反转启动的优缺点，意义，特性直接启动的优点：是所需设备少，启动方式简单，成本低。
电动机直接启动的电流是正常运行的 5 倍左右，理论上来说，只要向电动机提供电源的线路和变压器容量大于电动机容量的 5 倍以上的，都可以直接启动。
这一要求对于小容量的电动机容易实现，所以小容量的电动机绝大部分都是直接启动的，不需要降压启动。
缺点：对于大容量的电动机来说，一方面是提供电源的线路和变压器容量很难满足电动机直接启动的条件，另一方面强大的启动电流冲击电网和电动机，影响电动机的使用寿命，对电网不利，所以大容量的电动机和不能直接启动的电动机都要采用降压启动。
反接制动常用于位能性负载（如起重机），限制重物下放速度。
7. ????=60f/p同步转速???与电流频率成正比而与磁极对数成反比8. S= ????-n/ ????由于转子转速不等于同步转速，所以把这种电动机称为异步电动机，S称为转差率9. 异步电动机的固有机械特性（P64）三相异步电动机的机械特性有固有的机械特性和人为的机械特性之分。
第十一章步进电动机传动控制系统11.1 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。
图11.1 步进电动机实物图步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比，运行中无累积误差。
步进电机能方便地实现正、反转和调速、定位控制。
特别是不需位置传感器或速度传感器就可以在开环控制下精确定位或同步运行。
因此，步进电动机广泛应用在数字控制的各个领域。
如各种数控机械、办公自动化产品、工厂自动化机器、计算机外设等。
步进电动机的缺点是不能达到很高的转速（一般小于1000到2000转/min）。
存在低频振荡、高频失步等缺陷。
另外，步进电机自身的噪声和振动较大。
一、步进电动机的工作原理步进电动机的种类很多，按工作原理分，有反应式（Variable-reluctance）、永磁式（Permanent-magnet）、混合式（Hybrid）三种。
按输出转矩大小分，有快速步进电机、功率步进电机。
按励磁相数分有二、三、四、五、六、八相等。
按定子排列还可分为多段式(轴向式)和单段式(径向式)。
步进电动机的结构形式虽然繁多，但工作原理基本相同，下面仅以三相反应式步进电动机为例说明之。
如图11.2所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图。
和一般旋转电动机一样，步进电机也分为定子和转子两大部分。
定子部分由定子铁心、绕组、绝缘材料等组成。
定子铁心是由硅钢片叠压而成的有齿的圆环状铁心。
图中定子有6个磁极，每对磁极上绕有励磁绕组，由外部脉冲信号对各相绕组轮流励磁。
如图所示。
转子部分由转子铁心、转轴等组成。
转子铁心是由硅钢片或软磁材料叠压而成的齿形铁心。
图中转子上有4个凸齿。
若对励磁绕组以一定方式通以直流励磁电流，则转子以相应的方式转动。
其转动原理其实就是电磁铁的工作原理 。
比如，给A 相绕组通电时，转子位置如图（a ），转子齿偏离定子齿一个角度。
1、要求三台电动机lM、2M、3M按一定顺序启动：即1M启动后，2M才能启动，2M启动后3M才能启动；停车时则同时停。
试设计此控制线路? 试用PLC设计出控制程序。
解：此题的关键技术在于：将前一台电动机的交流接触器的辅助常开触点串接在下一台电动机的交流接触器线圈回路中。
继电器-接触器控制线路图如下；PLC外部接线图如下；梯形图及程序；LD 401 OUT 431OR 430 LD 403ANI 400 OR 432OUT 430 ANI 400LD 402 AND 431OR 431 OUT 432ANI 400 ENDAND 4302、试设计一台电动机的控制线路。
要求能正反转并能实现能耗制动。
3、设计一台异步电动机的控制线路。
要求：①能实现启、停的两地控制；③)能实现点动调整；②能实现单方向的行程保护；④要有短路和长期过载保护；4、试设计一条自动运输线，有两台电动机，1M拖动运输机，2M拖动卸料机。
要求：①1M先启动后，才允许2M启动；②2M先停止，经一段时间后1M才自动停止，且2M可以单独停止；③两台电动机均有短路、长期过载保护。
试用PLC设计出控制程序。
LD 400 ANI 403OR 430 ANI 450ANI 450 OUT 431OUT 430 LD 402LD 430 OR 450OUT 200 OUT 450MC 200 MCR 200LD 401 ENDOR 4311SB、2SB分别是1M、2M的启动按纽，4SB是2M的单独停止按纽，3SB是停止按纽。
5、下图为机床自动间歇润滑的控制线路图，其中接触器KM为润滑油泵电动机启停用接触器(主电路未画出)，控制线路可使润滑有规律地间歇工作。
试分析此线路的工作原理，并说明开关S和按钮SB的作用? 试用PLC设计出控制程序。
答：这是一个自动间歇润滑的控制线路。
开关S、按钮1SB的作用及电路的工作过程如下：（1）S是进行自动间歇润滑的控制开关，1KT-决定润滑时间，2KT-决定不润滑时间，电路的工作过程：合上开关S，KM的线圈得电，电动机M转动，进行润滑；1KT的线圈得电，触点1KT延时后闭合，K的线圈得电，常开触点K闭合，自锁；常闭触点K断开，KM线圈失电，停止润滑；1KT的线圈失电。
机电传动控制冯清秀邓星钟第五版习题及答案第二章机电传动系统的动力学基础2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩的概念。
拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。
静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。
动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。
2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。
TM-TL>0 说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0 说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。
2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3 图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）TM TMTLTLNTM=TL TM< TLTM-TL>0 说明系统处于加速。
TM-TL<0 说明系统处于减速TM TL TM TLTM> TLTM>TL系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速TMTM= TLTM=TL系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。
这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。
所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。
转矩折算前后功率不变的原则是P=T ω,p 不变。
转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω22.5 为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？因为P= Tω,P不变ω越小T 越大，ω越大T 越小。
2.6 为什么机电传动系统中低速轴的GD2 逼高速轴的GD2大得多?因为P=Tω，T=G∂D2/375. P=ωG∂D2/375. ,P 不变转速越小GD2 越大，转速越大GD2 越小。
1 绪论1.1 机电传动控制旳目旳和任务机电传动也称电力拖动或电力传动, 是指以电动机为原动机驱动生产机械旳系统旳总称。
其目旳是将电能转变成机械能, 实现生产机械旳起动/停止和速度调节, 以满足生产工艺过程旳规定, 保证生产过程正常进行。
因此, 机电传动控制涉及用于拖动生产机械旳电动机以及电动机控制系统两大部分。
在现代化生产中, 生产机械旳先进性和电气自动化限度反映了工业生产发展旳水平。
现代化机械设备和生产系统已不再是老式旳单纯机械系统, 而是机电一体化旳综合系统。
机电传动控制已成为现代化机械旳重要构成部分。
机电传动控制旳任务从狭义上讲, 是通过控制电动机驱动生产机械, 实现产品数量旳增长、产品质量旳提高、生产成本旳减少、工人劳动条件旳改善以及能源旳合理运用；而从广义上讲, 则是使生产机械设备、生产线、车间乃至整个工厂实现自动化。
随着现代化生产旳发展, 生产机械或生产过程对机电传动控制旳规定越来越高。
例如：某些精密机床规定加工精度达百分之几毫米, 甚至几微米；为了保证加工精度和粗糙度, 重型镗床规定在极低旳速度下稳定进给, 因此规定系统旳调速范畴很宽；轧钢车间旳可逆式轧机及其辅助机械操作频繁, 规定在不到1s旳时间内就能完毕正反转切换, 因此规定系统可以迅速起动、制动和换向；对于电梯等提高机构, 规定起停平稳, 并可以精确地停止在给定旳位置上；对于冷、热连轧机或造纸机, 规定各机架或各部分之间保持一定旳转速关系, 以便协调运转；为了提高效率, 规定对由数台或数十台设备构成旳自动生产线实行统一控制和管理。
上述这些规定都要依托机电传动控制来实现。
随着计算机技术、微电子技术、自动控制理论、精密测量技术、电动机和电器制造业及自动化元件旳发展, 机电传动控制正在不断创新与发展, 如直流或交流无级调速控制系统取代了复杂笨重旳变速箱系统, 简化了生产机械旳构造, 使生产机械向性能优良、运营可靠、体积小、重量轻、自动化方向发展。
机电传动控制教案学院、系：机械电子工程学院机电系任课教师：任有志授课专业：机械设计制造及其自动化课程学分：课程总学时：60学时课程周学时：2006年2月20日机电传动控制教学进程第 1 次课 2 学时第一章概述§1.1机电传动的目的和任务1.传动——运动的传递（能量）传动的分类（按机械动能传递方法）（1）机械传动 a.齿轮b.杠杆如：自行车驱动力、链传动c.皮带d.机构等刹车、连杆机构传递力或力矩（机械能）（2〕流体传动 a.液压与气动（压力能）b.液力传动（流体动能）（3）机电传动(电力拖动)（4）另外还有其它的传动方式。
注：有时，在一个生产机械中由几种传动形式联合工作。
2.机电传动－（本课程研究的内容）以电动机为原动机驱动生产机械的传动系统它是一种由电能转变成机械能的传动系统，所以有时也称为电力传动或电力拖动3. 机电传动控制目前：由于生产技术的不断发展，生产机械的自动化程度和生产精度不断提高，所以要求机电传动系统不仅完成能量转换的工作还要对传动过程进行控制。
本课程所研究的就是这二部分内容。
传动及控制所以课程名称叫《机电传动控制》举例：天车的吊起、制动机床切削过程电梯平稳升降及定位轧机的换向等§1.2机电传动发展概况简单的可以分为：a.成组拖动（传动）b.单电机拖动c.多电机拖动三个阶段从控制系统的功率器件上分类：a.接触器和继电器时代b.电机放大机及磁放大机时代c.可控硅（晶闸管）另外，由于计算机技术的发展，又出现了a.模拟控制b.数字控制（数控机床）§1.3 内容安排1.《机械电子》专业是一个以机为主机电结合的专业,课程设置（具了解）基本上是这样的《电路基础》电学基础《模拟电子》电子技术（弱电）《数字电子》计算机技术《机电传动控制》包括了所有应掌握的强电内容用以上四门课程取代了机械专业的《电工学》课程。
2.本门课包括以下几个方面：（1）电机原理及特性: 交、直、特殊、三～七章（2）电器及控制：接触器，继电器;保护及控制器八章（3）可编程序控制器：（PC）原理及应用九章（4）可控硅原理及应用: 晶闸管十章（5）调速系统: 交流、直流,电力拖动十一、十二章（6）步进电机调速系统: 自动化十三章3.课程特点综合性比较强（面宽）实践性比较强与生产实践联系较强（教学实验）4.教学实验计划开五个：5.学时安排：由于作者建议用90学时讲授，实际他用大约70学时我们目前安排了60个学时。
教学实验建议开八个实际开出了五个我们目前条件可开六个但学时数的关系开五个第二章 机电传动的动力学基础§2.1运动方程式1.对于一个电动机输出轴上的运动情况有T T Jd dt k dndtM L - = = ωT m 电机的输出扭矩 T L 电机的负载扭矩 ω 为角速度 J 转动惯量 n 为转速 k 为常数2.意义：T m 与T L 之差将产生加速度当T m >T L 时，加速 当T m <T L 时，减速当T m =T L 时，匀速（平衡） 3.T m 与T L 的正反。
以转速的方向为准（n ）T m ： 与n 同向时为正（拖动）反之为负（制动） T L ： 与n 反向时为正（制动）反之为负（拖动） 解释：提升重物 升：T m 为正，T L 正降：T L 为负，T m 负（制动）第5页2个图§2.3生产机械的机械特性机械特性： 生产机械转轴（电机轴）上的负载转矩和转速之间的函数关系。
分为以下几种MnT m T L升MnT m T L 降§2.3.1 恒转矩机械特性特点： 负载转矩为常数，T L ＝C 可分为: 反抗（摩擦） 与n 同号（总制动）位能方向一定反抗转矩 位能转矩离心风机特性例切削力 吊重物§2.3.2 离心风机特性特点：Tc=cn 2与转速平方成正比§2.3.3 直线型特性特点:TL ＝cn§2.3.4 恒功率型特性特点:TL ＝c/n直线型恒功率型§2.4 机电传动系统的稳定运行条件电动机的机械特性是Tm=f(n) 曲线及驱动扭矩和转速的函数关系生产机械的机械特性是T L ＝f(n)曲线及负载扭矩和转速的函数关系当电动机作为生产机械的原动机（动力源）时，两个函数中的n 为同一个参数。
在运行中由运动方程式可知，要想稳定运行，速度应匀速不变及TL ＝Tm 时及是稳定的一个条件,所以系统稳定运行的条件之一是T LnT Ln1、电动机和生产机械的机械特性曲线应有交点 此处：Tm=T L （匀速）例： 曲线1和2，附合这个条件,有a 、b 交点 曲线1和3，不附合另外，应有抗干扰能力:当有外来干扰时会引起n 变化 当干扰消失后，n 应恢复原状态 所以另一个稳定条件是:2、当有外加干扰使n 变化时，干扰消除后n 应能自行恢复到原状态。
这件条件的判断原则是: 当n ↑Tm<TL 当n ↓Tm>TL由运动方程看 T T Jd dtM L -==ω0 当干扰使n ↑时,干扰消除后希望n ↓这时如Tm-TL<0则负加速 当干扰使n ↓时,干扰消除后希望n ↑这时如Tm-TL>0则正加速例：a,b 两点a 点，当n ↑时 Tm ↓—Tm' 当干扰消除后由于在n'处Tm-TL<0,所以n ↓b 点，当n ↑时 Tm ↑—Tm'' 当干扰消除后由于在n''处Tm-TL>0,所以n ↑到n'''直到a 点处平衡ab123abn n'T L T m 'T m ''n''第 2 次课 2 学时第三章直流电机的工作原理电机的分类：a发电机，电动机b直流，交流、步进特点：直流电动机：可以实现无级调速（优点）,在传统的模拟控制系统中应用多交流电动机：简单、便宜、但调速复杂步进电动机：用脉冲工作、易于数字控制直流发电机：一般用来为直流电动机配套；但可控硅取代很多的发电机§3.1直流电机的基本结构和原理§3.1.1直流电机的结构主要部件：励硅绕组（定子线圈）用来产生磁场电枢绕组（转子线圈）通有工作电流换向器保持电枢绕组的电流方向不变铁芯（定子、转子）导磁及支撑作用：简述其它：略§3.1.2 直流电机的基本工作原理以单个电枢绕组线圈为例说明一、发电机（根据右手定则）励磁绕组通电产生一磁场>A点总与N极侧的一边相连>B点总与N极侧的一边相连>转子（电枢线圈）由原动机拖动，以转速n转动>这时，N边切割磁力线产生电势指向外S边切割磁力线产生电势指向内> AB两点就产生了电势E＝KeΦn当有负载R L时，就产生电流I>这时，E＝KeΦn二、电动机（根据左手定则）> 在AB两点加电压，在电枢中产生电流I> 则N边受力, S边反向受力，形成转矩T＝KmΦIa> 电枢转动后，切割磁力线产生反电势E＝KeΦn> 当n到一定值后，Ia=（U-E）/Ra满足T后稳定下来。
注:在发电机中E＝KeΦn是输出电势当Ia 0时，T＝KmΦIa（负载转矩）为原动机负载,既Ia为负载在电动机中Tm＝KmΦIa 为输出动力Em＝KeΦn 为反电势当Tm 大n↑[T M-T L=J(dω/dt)] E M↑(U-E M)↓Ia=(U-E M)/Ra↓T M↓T M 是负载§3.2 直流发电机对于直流电机按其励磁方法分为以下几种情况:他励：磁绕组有独立的电源与电枢无关并励：励磁绕组与电枢并联串励：励磁绕组与电枢串联复励：有串也有并励§3.2.1他励发电机1.电原理图由于独立U f, I f所以负载电流I＝电枢电流Ia2. 空载特性当发电机空载（Ia=0）及转速（n）不变时，输出电势与励磁电流的关系曲线当If小时直线（不饱和）If大时，弯曲（开始饱和）If更大，平直（饱和，Φ不变）3. 外特性曲线当发电机转速（n）和励磁（Φ）不变时，输出电压（U）与负载电流(I)之间的关系曲线注：当Ia↑RaIa↑U=E-IaRa↓§3.2.2并励发电机1.电原理图：由于I f<<I所以Ia≈I2.电压建立过程由于事先没有励磁电压U所以I f＝0当电枢转动时，没有磁场所以不会产生E。
并励发电应满足以下几个条件（1）在磁极上有剩磁（弱的磁场）当n↑产生一个小E 产生一个小If （2）励磁磁场与剩磁场的方向相同电压建立起来（3）Rf不能太大两方面，一方面是线圈电阻，一是外接电阻3. 并励发电机的工作点一方面是空载曲线一方面是是励磁电流曲线共同决定当饱和弯曲后产生交点4. 外特性与他励一样，但由于U↓If↓所以所以U↓得多§3.2.3 复励发电机1.电原理图并励I fb=U/R fb串励I f＝Ia当I↑,Ia↑,U=E-IaRa↓,I f=U/R fb↓, ф↓ф↑,U↑所以，复励发电机在一定的工作范围内外特性比较平坦§3.3直流电动机由分为他励、并励、串励和变励§3.3.1他励电动机的机械特性>电原理图由电路原理公式，推导出说明：n0与输出转扭T无关所以称为理想空载转速;而Δn反映负载对转速的影响,是负载引起的转速误差>机械特性: _n UKeΦ-＝Ra KeKtΦ２T＝n0 -Δn（I f ）励磁电流与电枢电压（U ）不变时转速(n )与扭矩(T)由上式可知机械特性如图>机械特性硬度:β＝dT/dn对于电机按值分类如下: 绝对硬度 β=硬 β≥10 软 β＜10三种在生产中都有应用>机械特性分固有机械特性和人为机械特性 固有：在额定条件下（n ）与(T)的关系人为：人为改变参数时得到的机械特性, 如改变U ，串联电阻（一）他励直流电动机的固机械特性 由（二）人为机械特性 1. 电枢串电阻 由：这时n 0 不变，而Δn 则增加，特性如图2.改变电压时（U ）这时n 0受电压变化而改变，而Δn 则因与电压无关所以不变，特性如图3.改变磁通由于磁饱和和线圈的原因只能减小Φ 由>当Φ下降时n 0上升,同时Δn 也增加>当太小时反电势 E=Ke ΦnTn 0n 0 U Ke Φ ＝ n 0T+_ Tn U Ke Φ - ＝Ra KeKm Φ２T n UK eΦ -＝ RaK e K t Φ２Tn UK eΦ -＝ Ra+K e K t Φ２T>当T L大时Ia=(U-E)/Ra 烧坏>当T L小时E=KeΦn因为Φ所以n↑飞车>所以Φ↓不能太多（并励比较人为特性降压时U）§3.3.2串励电动机这时Ia=If从而有1. 当T↓因为I f=I a也小（T＝KmΦI a）2. 当T↑大时I f=I a↑；Φ饱和，平坦3. 不能空载（飞车）特点：起动扭矩大用于吊车电车的驱动起动时特性软。
