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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
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河北科技大学教案用纸
第 1 次课 2 学时
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河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸
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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 服务对象：各种生产机械
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》 4. 机电传动控制的任务
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 J
d dt k dn
dt M
L
- = = ω
Tm 电机的输出扭矩 TL 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：Tm 与TL 之差将产生加速度 当Tm>TL 时，加速 当Tm 当Tm=TL 时，匀速（平衡） 3.Tm 与TL 的正反。 以转速的方向为准（n ） Tm ： 与n 同向时为正（拖动） 反之为负（制动） TL ： 与n 反向时为正（制动）反之为负（拖动） 解释：提升重物 升：Tm 为正，TL 正 降：TL 为负，Tm 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 §2.3.1 恒转矩机械特性 特点： 负载转矩为常数，TL ＝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 M n T m T L 升 M n T m T L 降 §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TL ＝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 1、电动机和生产机械的机械特性曲线应有交点 此处：Tm=TL （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 T L n T L n a b 1 2 3 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 d dt M 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 a b n n'T L T m 'T m ''n'' 河北科技大学教案用纸第 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 ＝Ke Φn 当有负载R L 时，就产生电流I >这时， E ＝Ke Φn 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 ＝Km ΦIa > 电枢转动后，切割磁力线产生反电势 E ＝Ke Φn > 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 ＝Ke Φn 是输出电势 当Ia 0时， T ＝Km ΦIa （负载转矩）为原动机负载,既Ia 为负载 在电动机中 Tm ＝Km ΦIa 为输出动力 Em ＝Ke Φn 为反电势 当Tm 大 n ↑ [T M -T L =J(d ω/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Ia 2. 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 < 2.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↓,If=U/Rfb↓, 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 直流电动机的机械特性 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：n 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: （I f ）励磁电流与电枢电压（U）不变时转速(n)与扭矩(T)的关系曲 线 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I f M I a E _ n U KeΦ- ＝ Ra KeKtΦ２ T ＝n0 -Δn 等 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 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 Φn >当T L 大时 Ia=(U-E)/Ra 烧坏 >当T L 小时 E=Ke Φn 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 ） T n 0 U Ke Φ ＝ n 0T T n 0 n U Ke Φ - ＝ Ra KeKm Φ２ T n U K e Φ - ＝ Ra K e K t Φ２ T n U K e Φ - ＝ Ra+ K e K t Φ２ T §3.3.2串励电动机 这时Ia=If从而有 1. 当T↓因为If=Ia也小（T＝KmΦIa） 2. 当T↑大时If=Ia↑；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。 §3.3.3 复励 有串，他(并)励两个绕组 具有两者的优点，可根据要求来设计，串、并磁场强度来达到所需的值 + T 第 3 次课 2 学时 习题与思考题 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。 拖动转矩是由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=TL TM< TL TM-TL<0说明系统处于减速。 TM-TL<0 说明系统处于减速 T M T L T M T L T M> T L M>L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 T M T L T T L T M= T L T M= T L 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=Tω, p不变。转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω2 2.5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比高速轴的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。 2.7 如图2.3（a）所示，电动机轴上的转动惯量J M=2.5kgm2, 转速n M=900r/min; 中间传动 轴的转动惯量J L=16kgm2,转速n L=60 r/min。试求折算到电动机轴上的等效专惯量。 折算到电动机轴上的等效转动惯量:j=Nm/N1=900/300=3,j1=Nm/Nl=15 J=JM+J1/j2+ JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm2 .2.8如图2.3（b）所示，电动机转速n M=950 r/min，齿轮减速箱的传动比J1= J2=4，卷筒直径D=0.24m,滑轮的减速比J3=2，起重负荷力F=100N,电动机的费轮转距GD2M=1.05N m2, 齿轮，滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。试球体胜速度v和折算到电动机轴上的静态转矩T L以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GD2z.。 ωM=3.14*2n/60=99.43 rad/s. 提升重物的轴上的角速度ω=ωM/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/s v=ωD/2=0.24/2*3.11=0.373m/s T L=9.55FV/ηC n M=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM GD2Z=δGD M2+ GD L2/j L2 =1.25*1.05+100*0.242/322 =1.318NM2 2.9 一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载？ 可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载. 2.10反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特点？ 反抗转矩的方向与运动方向相反,,方向发生改变时,负载转矩的方向也会随着改变,因而他总是阻碍运动的.位能转矩的作用方向恒定,与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方向便促使运动。 2.11 在题2.11图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判断哪些是系统的稳定平衡点？哪些不是？ 交点是系统的稳定平衡点. 交点是系统的平衡点 《机电传动与控制》实验教学大纲 课程代码：18044333 课程性质：非独立实验课课程分类：专业课程实验学时：8学时 适用专业：机械制造设计及其自动化开课单位：矿业工程系一、实验教学目标 机电传动与控制是机械设计制造及其自动化专业的一门专业必修课程，作为实践环节的本实验课，其地位是认识不同类型电机，了解电机控制方法以及实际对电机控制回路进行接线。通过实验更好地提高学生的实验操作技能和解决实际问题的能力，使学生对实验课的地位得到应有的认识，使学生理解组成机电系统的各个部分是如何工作的，进一步提高学生的动手、动脑能力和理论应用能力，为后继课程的学习打下坚实的基础。 二、主要仪器设备名称 电力拖动试验台 液压试验台 GE实验室柔性生产线 三、实验基本要求 对布置的实验题目能够进行分析，结合实验器材，自行设计方案，在实验装置上调试，实现规定的操作，并写出合乎规范的实验报告。 ①实验前必须预习与实验相关的教材内容，了解实验内容， 弄清实验原理。 ②实验中，必须熟练掌握单片机实验系统的硬件的连接及使 用，并能熟练使用相应的实验软件，认真调试程序。 ③每次实验学生必须完成相应的实验要求才能离开实验室。 ④实验完成后必须有该次实验的相应实验报告，报告内容包 括：实验目的，实验原理，实验连线图 ⑤每次实验成绩按10分计，依据实验前的预习，实验时的 考勤，实验中的操作，实验后的报告等各部分的完成情况 来计分。 四、实验项目设置与内容 序 号 实验名称实验学时每组人数实验类型开出要求 1 机电控制系统与传动系统认知 实验 2 1 认知必做 2 液压控制回路的搭建 2 1 综合必做 3 三相异步电动机基本控制线 路 2 2 验证必做 4 三相异步电动机的正反转控 制线路 2 2 验证必做 五、实验考核 根据实际操作能力和实验报告综合评定成绩。实验满分为20分，计入《机电传动与控制》课程的总成绩。 六、教材及主要教学参考书 程宪平，机电传动与控制，华中科技大学出版社，2011年7月（教材） 执笔人：李瑾 《机电传动控制与PLC技术》课程实验教学大纲 课程名称 机电传动控制与PLC技术 课程学时 40 课程学分 2.5 课程属性 专业选修课 适用专业 自动化、电气工程及其自动化专业 课程性质 非独立设置的实验课程 先修课程 电机学、电机与拖动、工厂供电等 一、课程简介 本课程主要介绍常用控制电器的结构、原理、用途及型号 电气控制的基本线路 典型生产设 备电气控制系统 PLC的基本原理 三菱PLC的基本指令及顺序控制指令、功能指令 PLC的通信与 联网技术 PLC正确选用及PLC控制系统的简单设计。 二、课程实验目的 1、进行实验基本技能的训练 2、巩固、加深并扩大所学的基本理论知识 培养解决实际问题的能力 3、培养实事求是、严肃认真细致踏实的科学作风和良好的实验习惯 为将来从事生产和科学实验打 下必要的基础。 三、实验方式及基本要求 电气控制实验要求3-4人一组 按要求完成规定的实验项目 PLC实验要求单人单机实验 按要 求完成规定的实验项目。 要求能独立完成规定的实验项目 学会继电接触器控制线路的分析和设计方法 会观察实验现 象 会设计简单的控制险路 有解决简单控制线路故障的能力 掌握编程器、编程软件的使用 能 阅读和分析实际PLC程序与梯形图 能进行简单的程序设计 运行、调试、维护可编程序控制器系 统。 四、实验报告要求 实验报告是实验工作的全面总结 要用简明的形式将实验结果完整和真实的表达出来 报告要求简明扼要 字迹工整 分析合理。图表整齐清楚 线路图要用铅笔及绘图仪器绘制 不应徒手描 画。报告包括以下几项内容 1、实验名称、专业、班级、姓名、同组者名称、实验台号、实验日期、交报告日期。 2、实验目的 3、实验线路图 4、实验设备 第3章直流电机的工作原理及特性 习题3.1 为什么直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？ 答案：直流电动机工作时，（1）电枢绕组中流过交变电流，它产生的磁通当然是交变的。这个（2）变化的磁通在铁芯中产生感应电流。铁芯中产生的感应电流，在（3）垂直于磁通方向的平面内环流，所以叫涡流。涡流损耗会使铁芯发热。为了减小这种涡流损耗，电枢铁芯采用彼此绝缘的硅钢片叠压而成，使涡流在狭长形的回路中，通过较小的截面，以（4）增大涡流通路上的电阻，从而起到（5）减小涡流的作用。如果没有绝缘层，会使整个电枢铁芯成为一体，涡流将增大，使铁芯发热。因此，如果没有绝缘，就起不到削减涡流的作用。 习题3.4 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E ＝E1，如负载转矩TL ＝常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳定值后，电枢反电势将如何变化？是大于、小于还是等于E1？ 答案：∵当电动机再次达到稳定状态后，输出转矩仍等于负载转矩，即输出转矩T ＝T L ＝常 2 00a a e e a e m a e m e e R U n I K K R U n E K n T K I n n n K K K U T K =Φ=?ΦΦ=∴ =Φ?Φ∴??= Φ=Φ Q Q 又 当 T=0 a a U E I R =+ 数。又根据公式（3.2）， T ＝K t ФI a 。 ∵励磁磁通Ф减小，T 、K t 不变。 ∴电枢电流I a 增大。 再根据公式（3.11），U ＝E ＋I a ·R a 。 ∴E=U －I a ·R a 。 又∵U 、R a 不变，I a 增大。 ∴E 减小 即减弱励磁到达稳定后，电动机反电势将小于E 1。 习题3.8 一台他励直流电动机的铭牌数据为：P N ＝5.5KW ，U N ＝110V ，I N ＝62A ，n N ＝1000r/min ，试绘出它的固有机械特性曲线。 （1）第一步，求出n 0 （2）第二步，求出（T N ，n N ） 答案：根据公式（3.15），（1-1）Ra ＝（0.50~0.75）(N N N I U P ? 1)N N I U 机电传动控制实验指导书 实验一、继电—接触器控制三相异步电动机 一、实验目的 1．熟悉继电—接触器断续控制系统的电路原理图、元件布局图和接线图的读图方式；2．掌握三相异步电动机主回路和控制回路的接线方法； 3．了解继电—接触器断续控制电路的组成 二、实验使用仪器、设备 1．DB电工实验台； 2．三相异步电动机二台； 3．万用表一台； 4．专用连接线一套。 三、实验要求 实现三相异步电动机的正、反转、点动、互锁、连锁控制。满足以下具体要求： (1) M1可以正、反向点动调整控制； (2) M1正向起动之后，才能起动M2； (3) 停车时，M2停止后，才能停M1； (4) 具有短路和过载保护； (5) 画出主电路和控制电路。 四、实验参考电路 五、实验步骤 1．按布局图要求将各元器件定位； 2．按接线图要求，以正确的规格电线连接各器件；3．按接线图要求，连接电动机的定子线圈； 4．自查并互查连接线； 5．合上电源，调试电路； 6．观察电动机的运行情况。 六、实验注意事项 1．操作前切断总电源； 2．接线完毕，必须检查接线情况，并做好记录；3．在指导老师认可后，方能接通电源。 七、思考题 1．熔断器与热继电器可否省去其中任何一个？为什么？2．熔断器与热继电器的规格可否随意选择？为什么？3．连接电线的规格可否随意选择？为什么？ 4．交流接触器可否带直流负载？为什么？ 实验二、PLC控制三相异步电动机 一、实验目的 1．了解PLC——AC电动机断续控制系统的电路原理图、元件布局图和接线图的读图方式；2．掌握继电—接触器逻辑电路与PLC梯形图的转换方式； 3．熟悉PLC控制系统的接线方法； 3．了解PLC断续控制电路的组成。 二、实验使用仪器、设备 1．PLC模拟实验台； 2．三相异步电动机二台； 3．万用表一台； 4．专用连接线一套。 三、实验要求 实现PLC对三相异步电动机的正、反转、点动、互锁、连锁控制。满足以下具体要求： (1) M1可以正、反向点动调整控制； (2) M1正向起动之后，延时5分钟再可起动M2； (3) 停车时，M2停止后，延时2分钟再可停M1； (4) 主电路同实验一。 四、实验参考电路与梯形图 1．电路 第二章机电传动系统的动力学基础 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。 T M-T L>0说明系统处于加速，T M-T L<0 说明系统处于减速， T M-T L=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） T M T T M=T L T M< T L T M-T L>0说明系统处于加速。 T M-T L<0 说明系统处于减速 T M T L T M T L T M> T L T M> T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 T M T L T T L T M= T L T M= T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速2.5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。 2.9 一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载？ 可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载. 2.11 在题2.11图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判断哪些是系统的稳定平衡点？哪些不是？ 交点是系统的稳定平衡点. 交点是系统的平衡点 交点是系统的平衡交点不是系统的平衡点 第三章 3.1为什么直流电记得转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？ 直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗.. 3.5 一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：P N=180kW, U N=230V,n =1450r/min,ηN=89.5%，试求： N ①该发电机的额定电流； ②电流保持为额定值而电压下降为100V时，原动机的输出功率（设此时η =ηN） P N=U N I N 180KW=230*I N I N=782.6A 该发电机的额定电流为782.6A P= I N100/ηN P=87.4KW 3.6 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：P N=7.5KW, U N=220V, n =1500r/min, ηN=88.5%, 试求该电机的额定电流和转矩。 N P N=U N I NηN 7500W=220V*I N*0.885 I N=38.5A T N=9.55P N/n N =47.75Nm 3.11为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？ 电动机在未启动前n=0,E=0,而R a很小,所以将电动机直接接入电网并施加额定电压时,启动电流将很大.I st=U N/R a 3.14直流串励电动机能否空载运行?为什么？ 串励电动机决不能空载运行,因为这时电动机转速极高,所产生的离心力足以 第四章 5.1 有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50H Z，满载时电 动机的转差率为0.02求电动机的同步转速、转子转速和转子电流频率。 n0=60f/p S=(n0-n)/ n0 =60*50/2 0.02=(1500-n)/1500 =1500r/min n=1470r/min 电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470 r/min, 转子电流频率.f2=Sf1=0.02*50=1 H Z 5.2将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动 机是否会反转？为什么？ 如果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调,例如将B,C两根线对调,即使B相遇C相绕组中电流的相位对调,此时A相绕组内的电流导前于C相绕组的电流2π/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转,与未对调的旋转方向相反. 5.3 有一台三相异步电动机，其n N=1470r/min,电源频率为50H Z。设 在额定负载下运行，试求： ①定子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ②定子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ③转子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ④转子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。 0 r/min 5.4当三相异步电动机的负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？ 因为负载增加n减小,转子与旋转磁场间的相对转速( n0-n)增加,转子导体被磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高. 5.5 三相异步电动机带动一定的负载运行时，若电源电压降低了，此 时电动机的转矩、电流及转速有无变化？如何变化？ 若电源电压降低, 电动机的转矩减小, 电流也减小. 转速不变. 5.6 有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。 试求：①线电压为380V时，三相定子绕组应如何接法？ ②求n0,p,S N,T N,T st,T max和I st； ③额定负载时电动机的输入功率是多少？ ①线电压为380V时，三相定子绕组应为Y型接法. ②T N=9.55P N/n N=9.55*3000/960=29.8Nm 华中科大机电传动控制(第五版)课后习题答案解析 2.7 如图所示，电动机轴上的转动惯量JM ＝2.5kg.m2，转速nM ＝900r/mim ；中间传动轴的转动惯量J1＝2kg.m2，转速n1＝300r/mim ；生产机械轴的惯量JL ＝16kg.m2，转速nL ＝60r/mim 。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。 答： j1=ωM/ω1= nM/n1=900/300=3 jL=ωM/ωL= nM/nL=900/60=15 )(8.21516 325.2222211m kg j J j J J J L L M Z ?=++=++= 2.8 如图所示，电动机转速nM ＝950r/mim ，齿轮减速箱的传动比J1＝ J2 ＝4，卷筒直径D ＝0.24m ，滑轮的减速比J3 ＝2，起重负荷力F ＝ 100N ，电动机的飞轮转矩GDM2＝1.05N.m ，齿轮、滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。试求提升速度v 和折算到电动机轴上的静态转矩TL 以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GDZ2。 答： min) /(4.594 495021r j j n n M L =?== ) /(37.02 604 .5924.0603 s m j Dn v L =???= = ππ TL=9.55Fv/(η1nM)=9.55×100×0.37/(0.83× 950)=0.45N.m 2 2 22365M M Z n Fv GD GD +=δ 2 22 232.1~16.195037.010036505.1)25.1~1.1(m N GD Z ?=??+?= 3.3 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL ＝常数，当电枢电压或电枢附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小？为什么？这时拖动系统中哪些量必然要发生变化？ 机电传动控制(全套完整版) ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 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 周次课 次 章节计划学时教学手段教学环境 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 §1.1§1.2§1.3§2.1 §2.3§2.4 §3.1§3.2 §3.3 §3.4§3.5§3.6 §5.1§5.2§5.3§5.4 §5.4§5.5§5.7§5.8 §6.1§6.2§6.3 §6.4 §6.5 §6.7§7.1§7.2 §7.3 §7.4§7.5 §7.6 电动机原理习题讨论课 §8.1 §8.1 §8.2 实验课继电器接触器控 制实验 习题讨论课：§8.3 §8.4 §9.1 §9.2 实验课：可编程序控制器 认识实验 §9.3 §9.3 实验课：可编程序控制器 编程练习 §10.1 §10.2 §10.3§10.5 §10.6 实验课：晶闸管特性及触 发原理 §11.1 §11.2 §11.3 §11.4 §12.1 §13.1 §13.2 §13.3 §13.4 实验课 题讨论课 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 辅导 讲授 讲授 讲授 指导 辅导 讲授 讲授 指导 讲授 指导 讲授 讲授 指导 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 指导 辅导 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 《机电传动控制》实验报告 天津理工大学机械工程学院 2014年9月 实验一 直流他励电动机调速实验 一、实验目的 1.深入了解直流他励电动机的调速性能； 2.进一步学习PLC 控制系统硬件电路设计和程序设计、调试。 二、实验原理 1.直流他励电动机的调速原理、调速方法 电动机的调速就是在一定的负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速。 从直流他励电动机机械特性方程式 T K K R R K U n t e ad a e 2φφ+-= 可知，改变串入电枢回路的电阻Rad ，电枢供电电压U 或主磁通Φ，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变时可以改变电动机的转速，以达到速度调节的要求，故直流电动机调速的方法有以下三种。 （1）改变电枢回路外串电阻Rad 如图7.1所示为串电阻调速的特性曲线，从图中可看出，在一定的负载转矩T L 下，串入不同的电阻可以得到不同的转速，如在电阻分别为R a 、R 3、R 2、R 1的情况下，可以得到对应于A 、C 、D 和E 点的转速n A 、n C 、n D 和n E 。在不考虑电枢回路的电感时，电动机调速时的机电过程（如降低转速）见图中沿A →B →C 的箭头方向所示，即从稳定转速n A 调至新的稳定转速n C 。这种调速方法存在不少缺点，如机械特性较软，电阻愈大则特性愈软，稳定度愈低；在空载或轻载时，调速范围不大；实现无级调速困难；在调速电阻上消耗大量电能等。 图7.1 电枢回路串电阻调速的特性曲线 （2）改变电动机电枢供电电压U 改变电枢供电电压U可得到人为机械特性，如图7.2所示，从图中可看出，在一定负载转矩T L下，加上不同的电压U N、U1、U2、U3、…，可以得到不同的转速n a、n b、n c、n d、…，即改变电枢电压可以达到调速的目的。 这种调速方法的特点是： ①当电源电压连续变化时，转速可平滑无级调节，一般只能在额定转速以下调节； ②调速特性与固有特性互相平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大； ③当T L=常数时，稳定运行状态下的电枢电流Ia与电压U无关，且Φ=ΦN，故电动机转矩T=KtΦN Ia不变，属于恒转矩调速，适合于对恒转矩型负载进行调速； ④可以靠调节电枢电压来启动电动机，而不用其他启动设备。 图7.2 改变电枢供电电压调速的特性 机电传动控制 实 验 报 告 姓名：张泽超 学院：机电工程学院 班级：机械1301 学号： 0801130313 日期： 2016.6.15 一交流电机的点动与自动控制 1、电路原理图如下： 2、实验步骤: 1,断开实验台总电源开关 2,打开电脑,运行机电传动软件,先选择实验项目,然后根据软件中显示的原理图,在实验台上接线 3,按照原理图接线,接触器选用交流单元的接触器; 4,确定接线无误后,合上电源开关,就可开始进行实验 5,软件中点击<测试>--<运行>即可监测电机的扭矩和转速,5分钟后将自动弹出保存对话框,请确定并保存实验结果 3、实验过程: 按下原理图中对应的按钮,电机即可能到相应的动作 4、实验心得 该实验原理和操作都很简单，我们小组十分钟就做完了，运行也是正确的，给我们下面做实验也打好了基础，包括基本连线和基本设备，以及安全事项。 二、交流电机的能耗制动 1、电路原理图 2、实验步骤 1,断开实验台总电源开关 2,打开电脑,运行机电传动软件,先选择实验项目,然后根据软件中显示的原理图,在实验台上接线 3,按照原理图接线,接触器选用交流单元的接触器; 4,确定接线无误后,合上电源开关,就可开始进行实验 5,软件中点击<测试>--<运行>即可监测电机的扭矩和转速,5分钟后将自动弹出保存对话框,请确定并保存实验结果 3、实验过程: 按下原理图中对应的按钮,电机即可能到相应的动作 4、实验心得 能耗制动这个实验的原理接线图有一点复杂，所以我们组采取两个人分别接线主电路和控制电路。第一次接完运行后发现机器运行不了。证明我们接线有错误了。排查之后又重新连线，发现控制电路连错了。然后纠正后才能有正确的实验现象。总之，实验要认真的做，细心排查。 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。 拖动转矩是由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。 2.4 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=Tω, p不变。转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω2 2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的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。 2.7 如图2.3（a）所示，电动机轴上的转动惯量J M=2.5kgm2, 转速n M=900r/min; 中间传动 轴的转动惯量J L=16kgm2,转速n L=60 r/min。试求折算到电动机轴上的等效专惯量。 折算到电动机轴上的等效转动惯量:j=Nm/N1=900/300=3,j1=Nm/Nl=15 J=JM+J1/j2+ JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm2 . 2.8如图2.3（b）所示，电动机转速n M=950 r/min，齿轮减速箱的传动比J1= J2=4，卷筒直径D=0.24m,滑轮的减速比J3=2，起重负荷力 F=100N,电动机的费轮转距GD2M=1.05N m2, 齿轮，滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。试球体胜速度v和折算到电动机轴上的静态转矩T L以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GD2z.。 ωM=3.14*2n/60=99.43 rad/s. 提升重物的轴上的角速度ω=ωM/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/s v=ωD/2=0.24/2*3.11=0.373m/s T L=9.55FV/ηC n M=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM GD2Z=δGD M2+ GD L2/j L2 =1.25*1.05+100*0.242/322 =1.318NM2 2.9 一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载？ 可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载. 2.10反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特点？ 反抗转矩的方向与运动方向相反,,方向发生改变时,负载转矩的方向也会随着改变,因而他总是阻碍运动的.位能转矩的作用方向恒定,与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方向便促使运动。 第三章 3.1为什么直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？ 答：防止电涡流对电能的损耗.. 3.2并励直流发电机正传时可以自励，反转时能否自励？ 不能,因为反转起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩与磁场方向相反,这样磁场被消除,所以不能自励. 东莞理工学院自编教材 机电传动控制实验指导 ——基于DRlab虚拟实验平台 王卫平黄泳波李帅编写 东莞理工学院机电工程系 2007年7月 目录 实验一实验平台的了解 (2) 实验二电器基本元件的认识实验 (6) 实验三直流电机特性实验 (8) 实验四步进电机传动控制系统实验 (9) 实验五直流电机速度调节和方向控制实验 (10) 实验六直流电机位置PID控制实验 (11) 实验一实验平台的了解 一、实验目的 1．了解实验平台的基本构成 2．了解虚拟仪器实验平台DRlab的工作原理 二、实验设备简介 1．软件简介 DRLab实验室的核心是DRVI可重组虚拟仪器实验平台和DRLink可重组计算机实验平台。DRVI可重组虚拟仪器实验平台由德 普施科技自主研发；DRLink是在DRVI可重 组虚拟仪器实验平台的基础上开发德可重组 计算机控制平台，具有所有DRVI所具有的 优点和特色；DRVI/DRLink实验平台是基于 软件总线和软件芯片技术结构，采用软件总 线开放结构和COM/DCOM组件的即插即用 特性，具有PC开放结构、模块化、组件化的 特点，是面向用户的可在线编程、调试和重 组的新型虚拟实验技术。DRVI/DRLink平台 实验组建过程没有编译、链接环节，支持软 件模块热插/拔和即插即用，系统开发平台和 运行平台一体化，实验环节功能可根据需要 完全由用户自己设计、定义，而不是仅能由 专业开发人员定义。 2．软件功能 1）可视化、图形化编程 DRVI/DRLink是一个可视化、图形化的支持软件芯片插接的操作平台，该操作平台提供了虚拟仪器软件面包板、软件芯片插件组、快捷工具、嵌入式Web服务器、VBScript脚本语言、浏览器信息栏等功能支持。如图所示。 2）开放性软件平台 为方便进行功能扩展和二次开发，DRLab系列软件平台提供了三重扩展方式： 采用VC设计DLL扩展插件，通过添加扩展件的方式添加到“用户定义软件芯片扩展插件组”中使用 采用VBScript设计ActiveX扩展插件，通过“扩展件”菜单中的“添加VB ActiveX控件”功能添加到软件平台上使用 使用VBScript脚本芯片，用Signal VBScript中的函数进行编程，设计用户自定义芯片，完成特殊功能 3）丰富的软件芯片集 DRLab系列软件平台提供从操作按钮、信号源、硬件控制、曲线显视到信号分析处理、微积分环节、振荡环节、PID调节环节等共计200个软件芯片，利用这些软件芯片可很方便的搭建各种测试控制环节。 4）形像的虚拟仪器仿真面板 使用期DRVI 虚拟仪器平台可以很方便的搭建各种虚拟仪器，比如频谱分析仪、数字滤波器、频率计、双踪示波器、数字万用表、噪声测试仪等等。 3. 运动控制台 《机电传动控制》教学大纲 大纲说明 课程代码：3335030 总学时：48学时(讲课42学时，实验6学时) 总学分：3 课程类别：专业模块选修课 适用专业：机械设计制造及其自动化 预修要求：《电工技术》、《电子技术》、《自动控制原理》 一、课程的性质、目的、任务： 1．性质 《机电传动控制》是机械设计制造及其自动化专业的专业方向模块选修课。 2．目的 《机电传动控制》是机械设计制造及其自动化专业的一门专业选修课，属专业技术基础课，其目的是培养机械设计制造及其自动化专业的学生掌握机电传动控制技术，掌握实际的工程应用能力，学会解决工业电气控制中实际问题的能力。增强学生的就业竞争能力。 3．任务 二、本课程的主要任务是使学生： 1．掌握用系统的观点如何分析机电传动控制系统。 2．具备分析、设计机电传动控制系统的能力。 3．正确运用理论解决实际问题的能力。 三、课程教学的基本要求： 本课程的教学环节包括：课堂讲授、课外作业、实验和考试等。通过各个教学环节重点培养学生分析 1．教学方法和教学手段的建议： 本课程教学环节包括：课堂讲授、工程应用实例讨论、课外作业和实验等。通过各个教学环节的教学重点培养学生的自学能力、理论联系实际的能力和解决实际工程问题的能力。采用启发式教学，鼓励学生开展课堂讨论，提出不同方法。采用电子教案、多媒体教室；适当引入计算机辅助电子设计软件；使学生建立机算机仿真在概念。实验是本课程的重要教学环节，通过实验，深化和扩展对课程内容的理解，培养实际动手的能力。 2．实验要求: 实验是《机电传动控制》课程的重要教学环节，通过实验，加深学对课程内容的理解，掌握对机电传动控制的实际运用能力。 实验要求学生实验前认真准备，完成实验预习报告（对设计性实验需提交实验方案）；实验时积极思考，多动手，学会正确使用常用的机床电器和电动机等电器的使用方法，能正确联接电路，了解机电传动中常见的传动方式，学会电动机传动系统的参数调整方法；实验后要对实验现象和实验数据认真整理分析，编写出整洁的实验报告。 3．课程习题要求 加黑部分是老师划的题目，有部分题目没有。 习题与思考题 第二章机电传动系统的动力学基础22222222222222222222222222222222222222222222 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。 拖动转矩是由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） TL TM=TL TM< TL TM-TL<0说明系统处于减速。TM-TL<0 说明系统处于减速 TM TL TM TL TM> TL TM> TL 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 TM TL TM= TL TM= 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=Tω, p不变。转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω2 2.5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比高速轴的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。 《机电传动控制》实验指导书 常熟理工学院机械工程学院 周自强孟涛编 2010年3月1日 目录 实验1 三相异步电动机变频调速实验 (3) 实验2 步进电机基本参数设定及PLC控制实验 (5) 实验1 三相异步电动机变频调速实验一、实验目的 1）熟悉变频器使用方法和基本参数设定的含义。 2）熟悉变频器使用的基本过程。 二、实验原理 本实验分为PU模式和外部模式两种情况： （1）PU模式 （2）外部模式 三、实验设备 1）机电传动控制综合实验台。 四、实验内容 （1）进行PU模式的变频调速实验 ●首先将参数Pr.79 设定为“1”； ●调整频率设定值（频率设定值不要超过60Hz），按下“Run”按钮启动 电机；重新设定频率，并观察电机运转情况。 （2）进行外部模式的变频调速实验 ●外部运行模式（Pr.79 设定值“0”（初始值），“2”） ●根据附录中的参数设定方法对高、中、低三个速度段的频率进行设 定； ●根据图2所示进行变频装置端子接线，确认电机变频器连接正常； 操作相应的速度按钮，并观察电机的运转情况。 五、实验报告 1）画出变频调速的基本电路原理图。 2）写出实验过程和参数设定的主要内容。 六、思考题 异步电机的转速和变频器的频率之间是什么关系？变频调速在低速时的特性如何？ 实验2 步进电机基本参数设定及PLC控制实验 一、实验目的 1）熟悉步进电机工作原理。 2）熟悉步进电机控制程序编写方法。 二、实验原理 实验原理如图所示： 1）机电控制综合实验台。 2）五相步进电动机及其驱动器。 四、实验内容 1）按图3电路接线。 2）编写正、反转控制程序，SA8断开时正转，SA8闭合时反转。 3）运行程序，验证程序的正确性。 4）修改运行步数为250步。运行程序，记录角度和时间。 五、实验报告 1）绘制梯形图。 2）列出角度和步数的关系式，角速度和脉冲周期的关系式。 习题与思考题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。 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-TL>0说明系统处于加速。 TM-TL<0 说明系统处于减速 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 系统的运动状态是减速 2.7 如图2.3（a ）所示，电动机轴上的转动惯量J M =2.5kgm 2, 转速n M =900r/min; 中间传 动轴的转动惯量J L =16kgm 2,转速n L =60 r/min 。试求折算到电动机轴上的等效专惯量。 折算到电动机轴上的等效转动惯量:j=Nm/N1=900/300=3 ,j1=Nm/Nl=15 J=JM+J1/j 2+ JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm 2 . 2.8 如图2.3（b ）所示，电动机转速n M =950 r/min ，齿轮减速箱的传动比J 1= J 2=4，卷 筒直径D=0.24m,滑轮的减速比J 3=2，起重负荷力 F=100N,电动机的费轮转距GD 2M =1.05N m 2, 齿轮，滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。试球体胜速度v 和折算到电动机轴上的静态转矩T L 以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GD 2z.。 ωM =3.14*2n/60=99.43 rad/s. 提升重物的轴上的角速度ω=ωM /j 1j 2j 3=99.43/4*4*2=3.11rad/s v=ωD/2=0.24/2*3.11=0.373m/s T L =9.55FV/ηC n M =9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM GD 2Z =δGD M 2+ GD L 2/j L 2 =1.25*1.05+100*0.242/322 =1.318NM 2 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 TM TL TL N TM=TL TM< TL TM-TL>0 说明系统处于加速。TM-TL<0 说明系统处于减速 TM TM TL TM> TL TM> TL 系统的运动状态是减速 系统的运动状态是加 速 TM TM= TL TM= 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=0.5Jω2 2.5 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。 2.7 如图2.3 （a ）所示，电动机轴上的转动惯量最新机电传动控制课后习题答案《第五版》
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