1、 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223344556677889910101111121213131414151516161212121212121212121212121212121.11.21.32.12.32.4 3.13.2 3.33.43.53.6 5.15.25.35.45.45.55.75.8 6.16.26.3 6.46.5 6.77.17.2 7.37.47.5
2、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 8.49.1 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 10.210.310.5 10.6实验课：晶闸管特性及触发原理11.1 11.211.3 11.412.1 13.1 13.2 13.3 13.4 实验课题讨论课222222222222222222222222222222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
3、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河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸第 1 页第 1 次课 2 学时上次课复习：本次课题（或教材章节题目）： 1.1目的和任务1.2 发展概况1.3 内容安排2.1 运动方程式2.3生产机械的机械特性2.4 稳定条件教学要求： 了解机电传动的目的、任务和发展概况，掌握机电传动系统的运动方程、各种生产机械的特性和机电传动系统稳定运行的条件。重 点：机电
4、传动系统的运动方程、各种生产机械的特性、机电传动系统稳定运行的条件。难 点：机电传动系统的运动方程、机电传动系统稳定运行的条件。教学手段及教具： 多媒体教学讲授内容及时间分配：1.1、1.2、1.3 0.5 学时2.1、2.3、2.4 1.5 学时课后作业 习题 2.10、2.11参考资料河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸第 2 页第一章 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
5、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：各种生产机械电能 机械能电动机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控制 电动机 驱动生产机械设备，实现具
6、体的工作要求举例：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河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸第 3 页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
7、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
8、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 Tm电机的输出扭矩TL 电机的负载扭矩 为角速度J 转动惯量n 为转速k 为常数2.意义：Tm 与 TL 之差将产生加速度河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸第 4 页当 TmTL 时，加速当 TmTL由运动方程看 TJdtML0当干扰使 n时,干扰消除后希望 n这时如 Tm-TL0 则正加速例：a,b 两点a 点，当 n时 TmTm当干扰消除后由于在 n处 Tm-TL0,所以 n到 n直到 a 点处平衡ab1 23abn TLmm河 北 科
9、技 大 学 教 案 用 纸第 6 页第 2 次课 2 学时上次课复习：机电传动系统的运动方程、各种生产机械的特性、机电传动系统稳定运行的条件。本次课题（或教材章节题目）： 3.1直流电机的结构和工作原理3.2 直流发电机3.3直流电动机的机械特性教学要求： 掌握直流电机的基本工作原理及特性，特别时直流电动机的机械特性。重 点：直流电机的基本工作原理及特性。难 点：直流电机的基本工作原理及特性。教学手段及教具： 多媒体教学讲授内容及时间分配：3.1、3.21 学时3.31学时课后作业 习题 3.3、3.4、3.5、3.6参考资料河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸第 7 页第三章直流电机的工作
10、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
11、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 EKe n当有负载 RL 时，就产生电流 I这时， EKen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 Ia电枢转动后，切割磁力线产生反电势 E Ke n当 n 到一定值后， Ia=（ U-E） /Ra 满足 T 后稳定下来。河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸第 8 页注: 在发电机中 E Ke n 是输出电势当 Ia0
12、 时， TKmIa（负载转矩）为原动机负载 ,既 Ia 为负载在电动机中 TmKmIa 为输出动力EmKe n 为反电势当 Tm 大 n T M-TL=J(d/dt) EM (U-EM) Ia=(U-EM)/Ra TMTM 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 Uf, If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
13、小时直线（不饱和）If 大时， 弯曲（开始饱和）If 更大， 平直（饱和， 不变）3. 外特性曲线当 发电 机 转 速（ n）和励磁（ ）不 变时 ，输 出 电压 （U）与 负载电 流 (I)之 间 的关系曲 线注：当 IaRaIaU=E-IaRa3.2.2并励发电机1.电原理图：由于 IfI所以 Ia I2.电压建立过程由于事先没有励磁电压 U 所以 If0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
