1、机电传动控制,邓星钟 主编 华中科技大学出版社,第1章 概述,机电传动的发展概况;电气控制系统的发展概况; “机电传动控制”课程的性质和任务.,1.机电传动发展的概况,1) 成组拖动 一台电动机-一根天轴-一组生产机械设备 机构复杂,损耗大,效率低,工作可靠性差. 2) 单台电动机拖动 一台电动机-一台设备 当生产机械设备运动部件较多时,机构仍复杂,满足不了生产工艺要求. 3) 多台电动机拖动 一台专门的电动机-同一台设备的每一个运动部件 机构简单,控制灵活,便于生产机械的自动化. 举例:龙门刨床的刨台,左垂直刀架,右垂直刀架,侧刀架,横梁,夹紧机构,都是分别由一台电动机拖动的.,2.电气控制
2、系统的发展概况,1) 继电器-接触器控制系统 能对控制对象实现起动,制动,有级调速控制; 结构简单,动作可靠;控制速度慢,控制精度差. 2) 连续控制方式和自动控制系统 20世纪30年代的电机放大机控制,40-50年代的磁放大器控制和水银整流器控制,1958年以后的晶闸管-直流电动机无级调速系统,80年代以来的新型电力电子元件-交流电动机无级调速系统; 控制简单,可靠性高,连续控制,拖动性能好.,电气控制系统的发展概况,3) 可编程序控制器(PLC) 是继电器常规控制技术与微机技术的结合,是一台按开关量输入的工业控制专用计算机; 具有逻辑运算功能,定时/计数功能,数字运算功能,通信功能. 4)
3、 计算机数字控制系统 1952年美国出现第一台数控铣床,1958年出现加工中心,20世纪70年代CNC应用于数控机床和加工中心,80年代出现了柔性制造系统(FNS); 提高了生产机械的通用性和效率,实现机械加工全盘自动化.,3.“机电传动控制”课程的性质和任务,1) 课程性质 该课程是机械类专业的一门必修的专业基础课,是机电一体化人才所需电知识的驱体.它将电机,电器,继电器-接触器控制,PLC,电力电子技术,自动调速系统有机地结合在一起. 2) 课程内容 全书13章,分为5个单元: (1)机电传动系统的动力学基础和过渡过程; (2)电机及继电器-接触器控制系统; (3)可编程序控制器; (4)
4、电力电子技术的基本知识; (5)自动调速系统.,3) 课程学习任务 掌握继电器-接触器控制系统的工作原理和元件选择, 掌握PLC的编程方法与应用, 掌握闭环控制系统的工作原理与性能及其应用场所. 了解电力拖动的一般知识, 了解最新电气控制技术在生产机械上的应用.,阅读书目:,1.齐占庆主编.机床电气控制技术(第三版).北京:机械工业出版社.2004年6月. 2.陈伯时主编.电力拖动自动控制系统(第三版).北京:机械工业出版社.2003年8月. 3.程宪平主编.机电传动与控制(第二版).武汉:华中科技大学出版社.2003年9月. 4.魏炳贵主编.电力拖动基础.北京:机械工业出版社.2000年8月
5、.,注意电气原理图中的图形符号,文字符号和回路标号,电气原理图举例,第2章 机电传动系统的动力学基础,掌握机电传动系统的运动方程式,用它来分析机电传动系统的运动状态; 了解多轴拖动系统中转矩,转动惯量和飞轮转矩的折算方法; 了解几种典型生产机械的机械特性; 掌握机电传动系统稳定运行的条件.,2.1 机电传动系统的运动方程式,1.单轴机电传动系统运动方程式:,定义式,工程计算式,在上述两个式子中: TM-电动机转矩; TL-负载转矩; J-转动惯量; GD2-飞轮转矩,且J=1/4(GD2); n-转速; -角速度.,讨论.在上式中: 1)当TM=TL时,n为常数.dn/dt=0,状态为恒速;称
6、之为稳态或静态. 2)当TMTL时,n为变数,dn/dt 0,状态为加速或减速;称之为动态.,2.系统动态转矩Td,讨论: 1)当Td=0时,系统为稳态; 2)当Td0时,系统为动态: (1) Td0,dn/dt=a0, 系统加速; (2) Td0,dn/dt=a0, 系统减速. 因此,TM,TL有大小,有方向.,则工程计算式可写为: TM-TL= Td,令系统动态转矩:,3.TM,TL的正方向及性质,以转速n为参考量 (先定下n的正方向); 规定: 与n方向相同的TM为正,与n方向相反的TL为正; 与n方向相反的TM为负,与n方向相同的TL为负.,举例,例1:列出下图系统的运动方程式,并说明
7、运动状态.,解:TM与n反向为负,TL与n反向为正,运动方程如下式;状态为减速.,举例,例2:提升重物过程如左图示,写出运动方程式.解:(a)中,提升重物,TM为正,TL为正,运动方程式为:,(b)中,仍为提升重物,但TM为负,TL为正,运动方程式为:,思考题:试分析图(a)和图(b)系统的运动状态.,2.2转矩.转动惯量和飞轮转矩的折算,实际拖动系统一般是多轴传动系统,该系统的运动方程式,是将其转矩等折算到一根轴上,再按2.1的方法列出运动方程式. 折算时,可以折算到电动机轴上(高速轴),也可以折算至低速轴上.,旋转运动 直线运动,三轴旋转运动折算至电动机轴上,1.负载转矩的折算,式中,速比
8、,-传动效率;,2.转动惯量的折算(据能量守恒定律）,3.飞轮转矩的折算,式中,分别为电动机轴,中间传动轴,生产机械轴上的飞轮转矩.,式中,三轴直线运动折算到电动机轴上,1.负载转矩的折算 提升时,3.飞轮转矩的折算,2.转动惯量的折算,要注意式上面几个式子中各个符号代表的物理意义.,下降时,计算举例,例3 机电传动系统如下图(a)所示.已知每根轴的飞轮转矩和转速,负载转矩为98 ,电动机拖动转矩29.4 ,传动效率0.9,求生产机械轴上的加速度是多少?,计算举例题图(a),由公式可得生产机械轴上的加速度为,解:这是折算到低速轴,2.3 生产机械的机械特性,1.恒转矩特性 1)特点:负载转矩为
9、常数; 2)分类:反抗转矩, 位移转矩. 举例:设备的提升机构, 提升机的行走机构, 皮带运输机, 机床进给运动.,2.恒功率特性 特点:负载转矩与转速成反比, 功率基本不变. 举例:球磨机, 碎石机, 机床的主运动.,3.通风机特性 特点:负载转矩与转速的平 方成正比. 举例:水泵, 通风机. 风机,水泵电动机的容量占工业用户总用电量的70%.,2.4机电传动系统稳定运行的条件,1.机电传动系统稳定运行的条件 1) 和 两条特性曲线有交点,该交点称之为系统的平衡点.,2)当转速大于平衡点对应的转速时,有: TM1TL1; 当转速小于平衡点对应的转速时, 有: TM2 TL2,2.稳定工作点判别,稳定运行判别举例,例1, 试判别右图所示三相异步电动机特性曲线与恒转矩负载特性曲线组成系统的稳定平衡点. 分析: 由机电传动系统稳定判据的两个条件,分别判别图中a点和b点是否满足稳定运行的条件.,解: 1)有交点a和b; 2)对于a点,当转速小于a点对应的转速时,电动机的转矩大于负载转矩,a点是平衡点; 对于b点,当转速小于b点对应的转速时,电动机的转矩小于负载转矩,b点不是平衡点. (同学们可自己作一条b点以下的线),令：,则：,返回,
