机电传动控制-第5章作业

《机电传动控制》（第五版）教案第1章绪论1.1 机电系统的组成＝机械运动部件＋机电传动＋电气控制系统。

1.机械运动部件——完成生产任务的基础，机械执行部分；2.机电传动———＝电力传动或电力拖动，是驱动生产机械运动部件的原动机的总称；3.电气控制系统——控制电动机的系统。

1.2 机电传动的目的和任务1.机电传动的目的——将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止、以及速度调节，满足各种生产工艺的要求，保证生产过程的正常进行2.机电传动的任务①广义上讲——使生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都实现自动化。

②狭义上讲——专指控制电动机驱动生产机械，实现产品数量的增加、质量的提高、生产成本的降低、工人劳动条件的改善以及能源的合理利用。

1.3 机电传动控制的发展概况一、驱动系统的发展阶段：1.成组拖动——一台电动机拖动一根天轴—→通过带轮和传动带—→分别拖动各（一组）生产机械。

生产效率低、劳动条件差，一旦电动机或传动环节发生故障则造成成组生产机械停车。

2.单电动机——一台电动机拖动一台生产机械，较成组拖动进了一步。

但当生产机械的运动部件较多时，其机械传动机构则十分复杂。

3.多电动机拖动——一台生产机械的每一个运动部件都有专门的电动机拖动。

不仅大大简化了生产机械的传动机构，而且控制灵活，为自动化提供了有利条件，是现代化机电传动的典型方式。

二、控制系统的发展阶段：1.接触器＋继电器控制——出现在20世纪初，应用广泛、成本低；但控制速度慢、精度差。

2.电动机放大机控制（30年代）、磁放大机控制（40～50年代）——从断续控制发展到连续控制，并具有了输出反馈环节，简化了控制系统、减少了电路触点、提高了可靠性。

3.大功率可控电力半导体器件控制——具有效率高、反应快、寿命长、可靠性高、维修容易、体积小、重量轻等优点。

由此，开辟了机电传动控制的新纪元。

4.采样控制——数控技术＋微机应用的高水平断续控制，由于采样周期＜＜控制对象的变化周期，∴≌连续控制。

1．电源反接制动 设电动机外加电枢电压的参考方向为图中所示。
当电压的实际方向与参考方向相同（虚线）时，电动机的机 械特性为
Ra U − T n= 2 K eΦ K e K mΦ
其特性曲线如图（b）中的曲线1
当电压的实际方向与参考方向相相反（实线）时，电动机的机 械特性为
n= R + Rad −U − a T 2 K eΦ K e K mΦ
三、能耗制动
脱开电源，电枢串接一个附加电阻，在E 的作用下，I反向，T反向，产生制动转矩， 机械能消耗在附加电阻上。
Ra + Rad 由于U=0，故： n = − T 2 Ke Kt Φ
三、能耗制动
当切断电源接入电阻后，工作点由a点转到b点。 b—o段：Tm<0，n>0，能耗制动。 电阻越小，产生的反向电流越大，制动越快。
三、能耗制动
其机械特性是一条过原点，位于第二、 四象限的直线。也有反抗性负载和位能性 负载。
例题分析
例1 Z2-22型并励电动机，额定功率PN=2.2kW，额定电压
UN=220V，额定电流IN=12.2A，额定转速nN=3000r/min，最 大励磁功率PfN=68.2W。 试求： （1）最大励磁电流Iaf； （2）额定运行时的电枢电流IaN； （3）额定转矩TN； （4）额定运行时的效率ηN。
注意:由于在反接制动期间，电枢感应电动势和电源电压是串 联相加的，因此，为了限制电枢电流 ，电动机的电枢电路中必须串 接足够大的限流电阻Rad。 电源反接制动一般应用在生产机械要求迅速减速、停车和反向 的场合以及要求经常正反转的机械上。
2．倒拉反接制动 电动机固有机械特性和电枢回路串接电阻的机械特性分别如 图（b）中曲线1和2所示。

解 两个已知条件，一个是负载转矩TL＝常数；一个是从一个稳态到另一个稳 态(而不涉及瞬态过程)，电枢反电势是稳态值。
TL T KtI a C
I a
I a E
E U I a Ra E E1
注意：从
U Ra C
不能判断E是如何变化的 E K en
52.5
T
3.15 解：（1） IN=PN/NUN=2200/0.8 ×110=25A （2）求IfN=Uf/Rf=110/82.7=1.33A （3）Pf= Uf IfN=110 ×1.33=0.146kw （4）TN=9.55 × PN/nN=9.55 ×2200/1500=14N.m （5）E= KeN nN=UN-INRa=110-25 ×0.4=100V （6）IST= UN/Ra=110/0.4=275A （7） IST=UN/（Ra+RST）2 IN RST UN/2 IN- Ra=110/2 ×25-0.4=1.8
• 例5-2 有一台三相四极的异步电动机， • 其额定技术数据为nN=1440r/min，R2，E20=20V， • 试求：(l)电动机的同步转速n0 ：(2)电动机启动时的转子电流 I2st ： • (3)电动机在额定转速时转子电动势的频率f2N； • (4)电动机在额定转速时的转子电流 I2N E20 20 • 解 (1) n0=60f1/P=60×50/2=1500r/min 242.5 A I 2 st 2 2 • (2) R2 X 20 0.022 0.082 •
(1)估算Ra
K e N U N I N RN / nN
5.5 103 PN U N Ra 0.51 I 0.51 220 31 0.71 UN IN N

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）TMTLTM=TLTM< TLTM-TL>0说明系统处于加速。

TM-TL<0 说明系统处于减速T M T L T M T LT 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 LT 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=0.5Jω22.5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。