它是你建筑机电专业大厦的基它是你建筑机电专业大厦的基石石第一章第一章 概概 述述1.1 1.1 机电一体化技术产品的组成要素机电一体化技术产品的组成要素 传感器执行机构信息处理机械本体2.1 2.1 机电传动系统的运动学方程机电传动系统的运动学方程1 1、单轴机电传动系统的运动学方程、单轴机电传动系统的运动学方程直线：直线：旋转：旋转：其中：其中：TM 电磁转矩电磁转矩 TL 负载转矩负载转矩 J 转动惯量转动惯量, J=m 22.1 2.1 机电传动系统的运动学方程机电传动系统的运动学方程系统满足运动方程式：系统满足运动方程式： 在实际工程中：常用飞轮转矩在实际工程中：常用飞轮转矩GD2代替代替J，用，用n代替代替 动态转矩2）当当TM TL 时，时，dn/dt 0，系统加速，系统加速， 当当TMTL 时，时，dn/dt 0，系统减速。系统减速。讨论：讨论： 1）当）当 TM=TL 时，时，加速度为零，电机转速为零或为常加速度为零，电机转速为零或为常 数，运动状态为数，运动状态为静态（或稳态）；静态（或稳态）；动态2.1 2.1 机电传动系统的运动学方程机电传动系统的运动学方程NoticeNotice: :对对转转矩矩的的正正方方向向作作如如下下规规定定：以以转转速速n n为为参参考考，电电动动机机转转矩矩TM 的的方方向向：与与转转速速n 的的方方向向一一致致时时，为为正正；与与转转速速n 的方向相反时，为负。的方向相反时，为负。负负载载转转矩矩TL 的的方方向向：与与转转速速n 的的方方向向相相反反为为正正，与与转转速速n的方向一致时，为负。的方向一致时，为负。2.1 2.1 机电传动系统的运动学方程机电传动系统的运动学方程例：起重机提升重物时的启动和动（即加速和减速上例：起重机提升重物时的启动和动（即加速和减速上升）升）a）启动时）启动时: TM TL =Td b）制动时）制动时: -TM - TL=Td2.2 2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算多轴拖动系统：多轴拖动系统：等效为单轴拖动系统：等效为单轴拖动系统：2.2 2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算1.1.负载转矩的折算负载转矩的折算a) a) 对于旋转运动：对于旋转运动：折算原则：折算原则：功率守恒功率守恒电动状态：电动状态：2.2 2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算1.1.负载转矩的折算负载转矩的折算a) a) 对于旋转运动：对于旋转运动：折算原则：折算原则：功率守恒功率守恒制动状态：制动状态：b) 对于直线运动：对于直线运动：2.2 2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算折算原则：折算原则：功率守恒功率守恒2. 转动惯量的折算转动惯量的折算 折算原则：动能守恒折算原则：动能守恒设设传传动动系系统统有有m个个转转动动件件和和n个个平平动动件件组组成成，转转动动件件的的转转动动惯惯量量和和角角速速度度分分别别为为 Ji和和i；平平动动件件的的质质量和速度分量和速度分别为别为mj和和vj；系系统总统总的的动动能能为为：2.2 2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算折算到电机轴上时，系统总动能为：折算到电机轴上时，系统总动能为：2.2 2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算根据动能守恒：根据动能守恒：E2 = E1故：故：3. 飞轮转矩的折算飞轮转矩的折算 依据转动惯量与飞轮转矩的关系，得到折依据转动惯量与飞轮转矩的关系，得到折算到电机轴上的总的飞轮转矩为：算到电机轴上的总的飞轮转矩为：2.2 2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算2.3 生产机械的机械特性生产机械的机械特性机械特性：机械特性：力（力（力矩力矩）与运动参数（包括位移、）与运动参数（包括位移、速度速度、 加速度）之间的关系。加速度）之间的关系。生产机械的机械特性：生产机械的机械特性：n=f (T L) 电机的机械特性：电机的机械特性： n=f (T M)2.3 生产机械的机械特性生产机械的机械特性几种典型机械特性：几种典型机械特性：1.恒转矩型机械特性恒转矩型机械特性 2.特点：特点：TL=常数。常数。3.例例：提提升升机机、皮皮带带运运输输机机等等。包括包括反抗转矩反抗转矩和和位能转矩位能转矩2. 风机型机械特性风机型机械特性 特点：特点：TL= C n 2 例：鼓风机、水泵等。例：鼓风机、水泵等。2.3 生产机械的机械特性生产机械的机械特性3. 直线型机械特性直线型机械特性 特点：特点：TL=C n 例如：他励直流发电机。例如：他励直流发电机。4. 恒功率型机械特性恒功率型机械特性 特点：特点：TL=K/n 例如：车床加工例如：车床加工 此此外外，还还有有其其他他形形式式的的机机械械特特性性，如如转转矩矩随随转转角角变变化化的的，随随机机变变化化的的；也也可可能能是是以以上上几几种种典典型的综合。型的综合。2.4 机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件 由机电传动系统的运动方程式：由机电传动系统的运动方程式： 知知，系系统统的的运运动动状状态态取取决决于于电电动动机机与与生生产产机机械械双双方方为为了了使使系系统统运运行行合合理理就就要要使使电电动动机机的的机机械械持持性性与与生生产产机机械械的的机机械械特特性性尽尽量量相相配配合合。特特性性配配合合好好的的一个起码要求是系统要能一个起码要求是系统要能稳定运行稳定运行。 动画2.4 机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统的稳定运行包含机电传动系统的稳定运行包含两重含义两重含义：1、系统应能以一定速度匀速运转；、系统应能以一定速度匀速运转；2、系统受某种外部干扰作用使运行速度稍有变化时，、系统受某种外部干扰作用使运行速度稍有变化时， 应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速 度。度。必要条件：必要条件：生产机械的机械特性曲线与电动机的机械特生产机械的机械特性曲线与电动机的机械特 性曲线有交点性曲线有交点,即即TMTL。充分条件：充分条件：扰动消除后仍能回到原来的平衡点。扰动消除后仍能回到原来的平衡点。2.4 机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件结论：结论：a a点是稳定的平衡点点是稳定的平衡点TM讨论：讨论：a点点：当当TL突突然然增增大大到到TL时时，因因速速度度不不能能突突变变，电电机机转转矩矩仍仍为为TM，此此时时，TMTL, n增增大大，TM减减小小，直直到到与与TL相相等等，即在即在a点稳定运行。点稳定运行。TM讨论：讨论：b点点：当当TL突突然然增增大大到到TL时时，因因速速度度不不能能突突变变，电电机机转转矩矩仍仍为为TM，此此时时，TMTL n减减小小，TM减减小小， n进进一一步步减减小小，直直到到停停转转；反反之之，过过点。点。2.4 机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件结结论论： b b点点不不是是稳稳定定的平衡点的平衡点TMTM2.4 机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件稳定运行的充要条件是稳定运行的充要条件是：1）生生产产机机械械的的机机械械特特性性曲曲线线与与电电动动机机的的机机械械特特性性曲曲线有交点；线有交点； 2）在在平平衡衡点点对对应应的的转转速速之之上上应应保保证证TMTL。第二章小结第二章小结1）掌握掌握依据机电传动系统，写出其运动方程；依据机电传动系统，写出其运动方程；2）对对于于多多轴轴系系统统，要要学学会会根根据据功功率率守守恒恒和和动动能能守恒，将守恒，将负载转矩负载转矩和和转动惯量转动惯量进行等效转换；进行等效转换；3）掌掌握握机机械械特特性性的的概概念念，了了解解常常见见生生产产机机械械的的几种机械特性；几种机械特性；4）掌握机电传动系统稳定运行的条件；）掌握机电传动系统稳定运行的条件；5）学会正确判定稳定平衡点。）学会正确判定稳定平衡点。作业作业23272 211第三章第三章 直流电机的工作原理及特性直流电机的工作原理及特性本本 章章 重重 点：点： 掌握直流电机的工作原理；掌握直流电机的工作原理； 掌握直流电机的机械特性；掌握直流电机的机械特性； 掌握直流电机启动、调速、制动的掌握直流电机启动、调速、制动的 方法。方法。 3.1 直流电机的基本结构和工作原理直流电机的基本结构和工作原理直流电机交流电机3.1 直流电机的基本结构和工作原理直流电机的基本结构和工作原理1. 基本结构基本结构定子定子：主磁极、换向极、主磁极、换向极、机座、轴承、电刷机座、轴承、电刷转子转子：电枢铁心、电枢绕电枢铁心、电枢绕组、轴、换向器组、轴、换向器3.1直流电机的基本结构和工作原理直流电机的基本结构和工作原理2. 工作原理工作原理发发电电机机：导导体体在在磁磁场场内内作作切切割割磁磁力力线线运运动动，导导体体中中便便感感应应出出电电动动势势。（电电磁磁感应）感应）电势方程式：电势方程式：3.1直流电机的基本结构和工作原理直流电机的基本结构和工作原理2. 工作原理工作原理电电动动机机：通通电电导导体体在在磁磁场场中中要要受受到到电电磁磁力力（矩矩）的的作作用用。因因此此只只要要电电枢枢绕绕组组里里有有电电流流（外外电电源源提提供供或或感感应应电电流流），在在磁磁场场中中就就会会受受到到电电磁磁力力的的作用。作用。转矩方程式：转矩方程式：电电机机运行方式运行方式E与与Ia的的方向方向E的作用的作用 T的性的性质质转转矩矩之之间间的关系的关系发电发电机机相同相同电电源源电动势电动势阻阻转转矩矩电动电动机机相反相反反反电动势电动势驱动驱动转转矩矩表表1 电机在不同运行方式下，电机在不同运行方式下，E和和T的作用的作用3.1直流电机的基本结构和工作原理直流电机的基本结构和工作原理3.1直流电机的基本结构和工作原理直流电机的基本结构和工作原理 直流发电机和直流电动机直流发电机和直流电动机电磁转矩的作用不同：电磁转矩的作用不同： 发电机的电磁转发电机的电磁转矩矩是是阻转矩；阻转矩； 电动机的电磁转矩是电动机的电磁转矩是驱动转矩驱动转矩。 直流发电机和直流电动机的直流发电机和直流电动机的电势作用也不同：电势作用也不同： 直流发电机的电势是有益的；直流发电机的电势是有益的； 直直流流电电动动机机的的电电势势是是反反电电势势，他他的的方方向向总总是与电源的电压方向相反。是与电源的电压方向相反。 3.2 直流发电机直流发电机他励：他励：励磁电流由外电源供电，不励磁电流由外电源供电，不受电枢端电压或电流的影响受电枢端电压或电流的影响( (图图a).a).并励：并励：励磁绕组与电枢绕组并联励磁绕组与电枢绕组并联 （图（图b b）串励：串励：励磁绕组与电枢绕组串联励磁绕组与电枢绕组串联 （图（图c c）复励：复励：一部分并联，一部分串联一部分并联，一部分串联 （图（图d d）励磁方式：励磁方式：是指励磁绕组如何供电，是指励磁绕组如何供电，以产生励磁磁场。以产生励磁磁场。自自励励发发电电机机一、他励发电机一、他励发电机1、原理：、原理：空载时，即空载时，即 I Ia a=0=0，有，有 U U = = E E = = K Ke en n他励发电机电枢回路中，电他励发电机电枢回路中，电压与电流的关系如下压与电流的关系如下：一、一、他励发电机他励发电机2、机械特性：、机械特性：外特性曲线：外特性曲线：发发电电机机端端电电压压 U 与与负负载载电电流流I 之之间间关关系系的的曲曲线线称称为为外外特特性曲线性曲线U f ( I )。空空载载特特性性曲曲线线：当当发发电电机机空空载载时时，即即 Ia=0，有有 U = E = Ken，当当转转速速为为常常数数时时，而而f (If)是是一一条条磁磁化化曲曲线线，所所以以E = f ( If ) 与与磁磁化化曲曲线线相似。相似。二、并励发电机二、并励发电机1、原理：励磁绕组与电枢并联、原理：励磁绕组与电枢并联2、思考思考：并励发电机的励磁电流从何而来？：并励发电机的励磁电流从何而来？ 电压是如何建立起来的？电压是如何建立起来的？条件：条件：1 1）磁极有剩磁）磁极有剩磁 ；2 2）起始励磁电流所产生的磁场）起始励磁电流所产生的磁场方向与剩磁磁场方向相同方向与剩磁磁场方向相同 ；3 3）R Rf f 不能过大。不能过大。措施：措施： 1）在直流电源上充磁；）在直流电源上充磁；2）将励磁绕组两端接线对调；）将励磁绕组两端接线对调； 3）将）将Rf 减小减小。二、并励发电机二、并励发电机三、三、 复励发电机复励发电机原理：励磁绕组与电枢有一部分并联，一部分串联。原理：励磁绕组与电枢有一部分并联，一部分串联。 在在并并励励发发电电机机中中，其其端端电电压压随随着着负负载载电电流流的的增增大大而而下下降降。但但在在复复励励发发电电机机，当当负负载载电电流流增增大大时时，串串励励绕绕组组能能自自动动增增加加磁磁通通，以以补补偿偿端端电电压压的的下下降降。所所以以在在复复励励发发电电机机的的正正常常运运行行范范围围内内，其其端端电电压压变变化化不不大大，这这是是它它的的优点。优点。3.3直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性一、他励电动机的机械特性一、他励电动机的机械特性电压平衡方程电压平衡方程：直流电动机机械特性的一般表达式一、他励直流电动机的机械特性一、他励直流电动机的机械特性讨论讨论:1)理想空载转速理想空载转速 n0 ：当当T=0 时时, n0 = U / (K e)； 2)额定转速额定转速 nN :当当T=TN时时, nN = n0- n 3)机械特性硬度：机械特性硬度：令令 Ra /KeKt2, n= T， 小小速速降降就就小小，机机械械特特性性硬硬, 大大速速降降就大，机械特性软。就大，机械特性软。机械特性硬度机械特性硬度： d T/d n=T/n100%1）绝对硬特性）绝对硬特性 ,如交流同如交流同 步电动机的机械特性步电动机的机械特性2）硬特性）硬特性 10，如直流他励电，如直流他励电动机的机械特性动机的机械特性3）软特性）软特性 10，如直流串励电，如直流串励电动机的机械特性动机的机械特性一、他励直流电动机的机械特性一、他励直流电动机的机械特性1 1、固有机械特性：、固有机械特性： 又又称称自自然然机机械械特特性性，是是指指在在额额定定条条件件下下的的机机械械特特性性，对对于于他他励励电电动动机机而而言言，就就是是在在额额定定电电压压UN和和额额定定磁磁通通N下下，电电枢枢电电路路不不外接任何电阻时的外接任何电阻时的机械特性。机械特性。 一般通过两点，一般通过两点，理想空载点理想空载点（0，n0）和额定转速和额定转速点（点（TM,，nN ），），可得电动机的固有机械特性曲线。可得电动机的固有机械特性曲线。一、他励直流电动机的机械特性一、他励直流电动机的机械特性2、人为机械特性：、人为机械特性： 是改变是改变电压电压 U 、磁通、磁通 或电枢电路外加电阻或电枢电路外加电阻Rad时的机械特性。时的机械特性。一、一、他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性2、人为机械特性：、人为机械特性：1 1）串接）串接Rad时的人为特性。时的人为特性。特点：特点：1 1） n n0 0不变，不变， 2 2） 变小，机械特性变变小，机械特性变 软，软，是一组射线。是一组射线。一、一、他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性2 2）变）变U U时的人为机械特性时的人为机械特性特点：特点：1 1）n0 与与U成正比，成正比，n0 变小。变小。 2 2） 不变，不变，机械特性硬度机械特性硬度 不变，不变，是一组平行线。是一组平行线。 3 3）电枢电压只允许在额定）电枢电压只允许在额定 电压下调节。电压下调节。一、他励直流电动机的机械特性一、他励直流电动机的机械特性3 3）变）变时的人为机械特性时的人为机械特性特点：特点：1）n0与与成反比，成反比，下降下降 n0变大；变大；2）下降，下降， 变大，机械特性硬度变变大，机械特性硬度变软；软；3）不能上升，只能不能上升，只能弱磁弱磁调节调节。一、他励直流电动机的机械特性一、他励直流电动机的机械特性说明：说明：（1 1）电枢绕组严重过流；）电枢绕组严重过流；（2 2）飞飞车车：当当o时时，电电动动机机尚尚有有剩剩磁磁，这这时时转转速速虽虽不不趋趋于于，但但会会升升到到机机械械强强度度所所不不允允许许的的数值，通常称为数值，通常称为“飞车飞车”。（3 3）启动转矩太小。）启动转矩太小。ABC一、他励直流电动机的机械特性一、他励直流电动机的机械特性3 3）变）变时的人为机械特性时的人为机械特性因因此此，直直流流他他励励电电动动机机启启动动前前必必须须先先加加励励磁磁电电流流，在在运运转转过过程程中中，决决不不允允许许励励磁磁电电路路断断开开或或励励磁磁电电流流为为零零，为为此此，直直流流他他励励电电动动机机在在使使用用中中，一一般般都都设设有有“失失磁磁”保护。保护。一、他励直流电动机的机械特性一、他励直流电动机的机械特性二、串励电动机的机械特性二、串励电动机的机械特性机械特性曲线可分为两段：机械特性曲线可分为两段：1 1）第一段，轻载时：）第一段，轻载时：未饱和，双曲线形状，理想空载转速无穷大。未饱和，双曲线形状，理想空载转速无穷大。II I特点：特点：启动转矩较大启动转矩较大, ,启动时启动时, , T=KtIa=KtCIa2串励电动机串励电动机绝不允许空载启动绝不允许空载启动, ,以防止飞车。以防止飞车。反转时反转时, ,不能用改变电源极性的方法，可改变电枢不能用改变电源极性的方法，可改变电枢或励磁绕组的极性使其反转。或励磁绕组的极性使其反转。2）第二段重载时：）第二段重载时： 电枢电流较大时，磁路电枢电流较大时，磁路趋于饱和，机械特性曲线趋于饱和，机械特性曲线近似一条直线。近似一条直线。II I二、串励电动机的机械特性二、串励电动机的机械特性三、三、 复励电动机的机械特性复励电动机的机械特性 复励电动机有复励电动机有他励他励和和串励串励两个励磁绕组。两个励磁绕组。机械特性介于机械特性介于他励和串励电动机的机械特性他励和串励电动机的机械特性之间。之间。工业上常用的是工业上常用的是积复励积复励电动机，即他励绕组和串励绕电动机，即他励绕组和串励绕组产生的磁通方向一致。组产生的磁通方向一致。特点：特点：串励绕组所占比重越大，串励绕组所占比重越大，特性越软；特性越软； n n0 0 一定。一定。3.4 直流他励电动机的启动特性直流他励电动机的启动特性 如果将直流他励电动机直接如果将直流他励电动机直接接入电网，启动电流为：接入电网，启动电流为：一、启动的要求：一、启动的要求：启动：转速从启动：转速从0 0达到负载所要求的转速的过程。达到负载所要求的转速的过程。n t启动转矩越大越好，启动转矩越大越好，启动电流越小越好。启动电流越小越好。它是额定电流的它是额定电流的10102020倍。倍。3.4 直流他励电动机的启动特性直流他励电动机的启动特性直流电动机绝不允许直接启动！直流电动机绝不允许直接启动！直接启动的直接启动的不良影响：不良影响：1 1）换向困难，产生危险火花；）换向困难，产生危险火花；2 2）过大的电动应力和启动转矩，易损坏传动部件；）过大的电动应力和启动转矩，易损坏传动部件；3 3）可能使电网上的保护装置动作，造成事故，或使）可能使电网上的保护装置动作，造成事故，或使电网电压下降，影响其他用电器。电网电压下降，影响其他用电器。由由 可知可知降电压降电压串电阻串电阻3.4 直流他励电动机的启动特性直流他励电动机的启动特性二、启动方法二、启动方法1 1、降压启动、降压启动：U=E+IaRa，启动时，启动时， U较小，随着转速的上升较小，随着转速的上升不断提高不断提高U ，直到达到额定转速。，直到达到额定转速。如：直流发电如：直流发电机机电动机组，晶闸管电动机组，晶闸管电动机组。电动机组。2 2、串电阻启动、串电阻启动： 在电枢回路串接外加在电枢回路串接外加电阻启动。电阻启动。串接一段外加电阻启动串接一段外加电阻启动；3.4 直流他励电动机的启动特性直流他励电动机的启动特性二、启动方法二、启动方法2 2、串电阻启动、串电阻启动：在电枢回路串接外加电阻启动。：在电枢回路串接外加电阻启动。串接多段外加电阻启动。串接多段外加电阻启动。3.5 直流他励电动机的调速特性直流他励电动机的调速特性速度调节速度调节：在一定的负载条件下，人为地：在一定的负载条件下，人为地改变电动机改变电动机的机械特性的机械特性，以得到所需要的稳定转速。，以得到所需要的稳定转速。速度变化速度变化：由于：由于负载的变化负载的变化而引起的电动机的速度的而引起的电动机的速度的变化，是在同一条机械特性曲线上变化。变化，是在同一条机械特性曲线上变化。知：可以通过人为地改变知：可以通过人为地改变U U、R R ad ad 和和 三个参数来调节速度。三个参数来调节速度。BCAnTTL3.5 直流他励电动机的调速特性直流他励电动机的调速特性调速指标：技术指标，经济指标调速指标：技术指标，经济指标技术指标技术指标1.1.调调速速范范围围：机机械械设设备备可可能能运运行行的的最最大大转转速速n nmaxmax与与最最小小转速转速n nminmin之比，之比，D= nmax / nmin 。2.2.静静差差率率（相相对对稳稳定定性性）：就就是是指指在在负负载载转转矩矩的的变变化化下下转转速速变变化化的的程程度度， %=（n0 - nN ）/n0 。显显然然机机械械特性越硬，转速变化越小，相对稳定性越好。特性越硬，转速变化越小，相对稳定性越好。3.平平滑滑性性：在在一一定定的的D内内，调调速速的的级级数数越越多多，则则调调速速越越平滑，平滑的程度用平滑系数来衡量平滑，平滑的程度用平滑系数来衡量 = ni / ni-1 （相邻两级转速之比）（相邻两级转速之比） =1时，称为无级调速。时，称为无级调速。3.5 直流他励电动机的调速特性直流他励电动机的调速特性调速指标：技术指标，经济指标调速指标：技术指标，经济指标经济指标经济指标：就是指调速设备的投资及运行费用，其中运行就是指调速设备的投资及运行费用，其中运行费用又取决于调速过程的功率损耗。费用又取决于调速过程的功率损耗。3.5.1 改变改变R Radad时的调速特性时的调速特性2 2、特点：特点：1 1）机械特性软，机械特性软，电阻越大特性越软，电阻越大特性越软，相对稳定性越低；相对稳定性越低； 2 2）在空载或轻载时，调速范围）在空载或轻载时，调速范围D D不大不大；3 3）有级调速有级调速； 4 4）调速电阻消耗大量电能，经济指标）调速电阻消耗大量电能，经济指标较差；较差；调速电阻调速电阻不不能用作启动电阻；能用作启动电阻；5 5）调速设备简单。）调速设备简单。此法只在起重机、卷扬机等低速运转时间短的传动系统中使用。此法只在起重机、卷扬机等低速运转时间短的传动系统中使用。1、调速过程、调速过程3.5.2 改变改变 U U时的调速特性时的调速特性2 2、特点：、特点：1)1)机械特性机械特性硬度不变硬度不变，调速的稳定度较高，调速的稳定度较高，2)2)调速范围较宽调速范围较宽；2) 2) 转速可以平滑转速可以平滑无级调节无级调节，一般只能在，一般只能在额定转速以下调节；额定转速以下调节；3) 3) 调速时，因电枢电流与电压调速时，因电枢电流与电压U U无关，故无关，故转矩转矩T TK Kt tI I a a 不变不变, ,属属恒转矩调速恒转矩调速，适，适合于恒转矩型负载。合于恒转矩型负载。1、调速过程、调速过程4) 4) 可以靠调节电枢电压来启动电机，而不用其他启动设备；可以靠调节电枢电压来启动电机，而不用其他启动设备； 5 5）需要可变电源，设备投资大。）需要可变电源，设备投资大。3.5.3 改变改变时的调速特性时的调速特性2 2、特点、特点：1)1)调速特性较软，调速特性较软，调速范围不大调速范围不大；2) 2) 可以可以平滑无级调速平滑无级调速，但只能弱磁调速；，但只能弱磁调速； 3 3）在励磁电路中进行调节，控制方便，）在励磁电路中进行调节，控制方便，能量损耗少；能量损耗少；4) 4) 恒功率调速恒功率调速，调速时是维持，调速时是维持U U和和I Ia a不不变，即功率变，即功率P P不变；不变；1、调速过程、调速过程说明：说明：基于弱磁调速范围不大，它住往是和调压调速配基于弱磁调速范围不大，它住往是和调压调速配合使用，即在额定转速以下，用降压调速，而在额定转合使用，即在额定转速以下，用降压调速，而在额定转速以上，则用弱磁调速。速以上，则用弱磁调速。3.6 直流他励电动机的制动特性直流他励电动机的制动特性电动状态：电动状态：电动机电磁转矩的方向与转速的方向电动机电磁转矩的方向与转速的方向相同相同。制动状态：制动状态：电动机电磁转矩的方向与转速的方向电动机电磁转矩的方向与转速的方向相反相反。 电动机有两种运转状态：电动机有两种运转状态：1）稳定制动稳定制动，转速不变，转速不变如：恒速下放重物。如：恒速下放重物。2）过渡制动过渡制动，速度变化，速度变化如：电机降速或停车。如：电机降速或停车。n n0 0-n-n0 0Tn3.6 直流他励电动机的制动特性直流他励电动机的制动特性自自然然停停车车：电电动动机机脱脱离离电电网网，靠靠很很小小的的摩摩擦擦阻阻力力消消耗机械能，使转速慢慢下降，直到转速为零而停车。耗机械能，使转速慢慢下降，直到转速为零而停车。制制动动：从从某某一一稳稳定定转转速速开开始始减减速速到到停停止止或或是是限限制制位位能负载下降速度的一种运转状态。能负载下降速度的一种运转状态。机械制动：机械制动： 抱闸抱闸电气制动电气制动：反馈制动反馈制动反接制动反接制动能耗制动能耗制动一、一、 反馈制动反馈制动反反馈馈制制动动： U = E+ IaRa， 当当空空载载时时， U = E=Ke n0 ， 若若在在外外部部条条件件下下，使使电电动动机机的的实实际际转转速速大大于理想空载转速，即于理想空载转速，即 n0 n，U E，则则Ia 0 ，T n0； 2 2、机械特性硬度不变；、机械特性硬度不变； 3 3、回馈电能。、回馈电能。例例2、电动机的电枢电压、电动机的电枢电压大幅度下降大幅度下降例例1 1：电车下坡：电车下坡平路时：电动状态；平路时：电动状态；下坡时：增加了动力矩下坡时：增加了动力矩TP， 反馈制动。反馈制动。一、一、 反馈制动反馈制动T+TP TLTP TL+TT=TL例例3 3、卷扬机构匀速下放重物、卷扬机构匀速下放重物1 1、提升重物，、提升重物，n nA A2 2、制动，停止提、制动，停止提升；升；3 3、电机反转；、电机反转；4 4、回馈制动。、回馈制动。CBA-n0TLn0+ +U U- -M MGn TM-n-TM- -U U+ +说说明明：重重物物下下放放过过程程中中电电动动机机的的转转速速高高于于n n0 0，如如果果重重物物较较重重，不不太安全。太安全。一、一、 反馈制动反馈制动二、反接制动二、反接制动1. 电源反接制动电源反接制动：将变为，使变为制动力矩：将变为，使变为制动力矩2. 倒拉反接制动倒拉反接制动：将：将n变为变为n，使变为制动力矩，使变为制动力矩反接制动：反接制动：反接制动：反接制动：将他励电动机的电枢电压或电枢电势将他励电动机的电枢电压或电枢电势将他励电动机的电枢电压或电枢电势将他励电动机的电枢电压或电枢电势改变方向，使两者由方向相反变为相同，则电动机就改变方向，使两者由方向相反变为相同，则电动机就改变方向，使两者由方向相反变为相同，则电动机就改变方向，使两者由方向相反变为相同，则电动机就运行于反接制动运行于反接制动运行于反接制动运行于反接制动1、电源反接制动、电源反接制动特点特点：1）制动转矩大；）制动转矩大；2）耗能；）耗能；3）常用于迅速减速、）常用于迅速减速、快速停快速停车车和经常正反转的场合。和经常正反转的场合。如如:牛头刨床。牛头刨床。二、反接制动二、反接制动C2、倒拉反接制动（、倒拉反接制动（n即即E方向改变）方向改变）特点特点：可得到不同的下降速度；可得到不同的下降速度； 可以以较小的速度下放重物。可以以较小的速度下放重物。 对对TL估估计计不不准准，本本应应下下放放可可能能上升；上升； 特性软，速度波动大；特性软，速度波动大；耗能。耗能。二、反接制动二、反接制动三、能耗制动三、能耗制动特点：特点：1 1）对于反抗性负载，可以）对于反抗性负载，可以迅速停车，不会反向启动。迅速停车，不会反向启动。 2 2）对于位能性负载，下放速度较）对于位能性负载，下放速度较稳定。稳定。3 3）应用于要求迅速）应用于要求迅速准确停车准确停车和重和重物恒速下放的场合。物恒速下放的场合。4 4）耗能。）耗能。3、能能耗耗制制动动：在在电电动动状状态态下下，将将电电压压U突突然然降降为为零零，将将电电枢枢串串接接一个附加电阻一个附加电阻R ad。例例3 3、卷扬机构匀速下放重物、卷扬机构匀速下放重物1 1、提升重物，、提升重物，n nA A2 2、制动，停止提、制动，停止提升；升；3 3、电机反转；、电机反转；4 4、回馈制动。、回馈制动。CBA-n0TLn0+ +U U- -M MGn TM-n-TM- -U U+ +说说明明：重重物物下下放放过过程程中中电电动动机机的的转转速速高高于于n n0 0，如如果果重重物物较较重重，不不太安全。太安全。一、一、 反馈制动反馈制动三种制动方式特点对比：三种制动方式特点对比：反馈制动反馈制动反馈制动反馈制动: : : :节能；下放速度高于节能；下放速度高于节能；下放速度高于节能；下放速度高于理想空载转速理想空载转速理想空载转速理想空载转速 。电源反接制动：电源反接制动：电源反接制动：电源反接制动：制动转矩大，可制动转矩大，可制动转矩大，可制动转矩大，可快速制动；易反向启动。快速制动；易反向启动。快速制动；易反向启动。快速制动；易反向启动。倒拉反接制动：倒拉反接制动：倒拉反接制动：倒拉反接制动：可以不同的速度可以不同的速度可以不同的速度可以不同的速度下放，对负载估计不足可使位能下放，对负载估计不足可使位能下放，对负载估计不足可使位能下放，对负载估计不足可使位能负载上升，速度稳定性差。负载上升，速度稳定性差。负载上升，速度稳定性差。负载上升，速度稳定性差。能耗制动：能耗制动：能耗制动：能耗制动：速度稳定性好，可准速度稳定性好，可准速度稳定性好，可准速度稳定性好，可准确停车，耗能。确停车，耗能。确停车，耗能。确停车，耗能。3.6 直流他励电动机的制动特性直流他励电动机的制动特性本章小结本章小结1 1、了解电动机的结构组成；、了解电动机的结构组成；2 2、掌握直流电机的基本工作原理及特性，、掌握直流电机的基本工作原理及特性，特别是直流特别是直流电动机的机械特性；电动机的机械特性；3 3、掌握直流电动机启动、调速和制动的各种方法，以、掌握直流电动机启动、调速和制动的各种方法，以及各种方法的优点和应用场所。及各种方法的优点和应用场所。降压调速降压调速串电阻调速串电阻调速弱磁调速弱磁调速降压启动降压启动串电阻启动串电阻启动第四章第四章 机电传动系统过渡过程分析机电传动系统过渡过程分析本章重点：本章重点： 过渡过程的概念过渡过程的概念 研究过渡过程的实际意义研究过渡过程的实际意义 产生过渡过程的原因产生过渡过程的原因 机电时间常数的概念机电时间常数的概念 加快过渡过程的方法加快过渡过程的方法第一节第一节 研究机电传动系统过渡过程的意义研究机电传动系统过渡过程的意义过渡过程：过渡过程： 当系统中电动机的转矩当系统中电动机的转矩TM或负载转矩或负载转矩TL发生变化发生变化时系统就要由一个稳定运转状态变化到另一个稳定时系统就要由一个稳定运转状态变化到另一个稳定运转状态，这个变化过程称为过渡过程。运转状态，这个变化过程称为过渡过程。 目的和意义：目的和意义： 为满足生产机械对过渡过程的各种要求，必须研究为满足生产机械对过渡过程的各种要求，必须研究过渡过程的基本规律，研究系统各参量对时间的变化规过渡过程的基本规律，研究系统各参量对时间的变化规律，如转速、转矩、电流等对时间的变化规律，才能正律，如转速、转矩、电流等对时间的变化规律，才能正确地选择机电传动装置，为机电传动自动控制系统提供确地选择机电传动装置，为机电传动自动控制系统提供控制原则，设计出完善的启动、制动等自动控制线路，控制原则，设计出完善的启动、制动等自动控制线路，以求改善产品质量，提高生产率和减轻劳动强度。以求改善产品质量，提高生产率和减轻劳动强度。第二节第二节 机电传动系统过渡过程的分析机电传动系统过渡过程的分析1) 机械惯性机械惯性：反映在：反映在J或或GD2上，使转速上，使转速n不能不能突变；突变；2) 电磁惯性电磁惯性：反映在电枢回路电感和励磁绕组电感：反映在电枢回路电感和励磁绕组电感 上，电枢回路电流和励磁磁通不能突变。上，电枢回路电流和励磁磁通不能突变。3) 热惯性热惯性：反映在温度上，使温度不能突变。：反映在温度上，使温度不能突变。 机电传动系统产生过渡过程的原因：机电传动系统产生过渡过程的原因： 这三种惯性在系统中虽然是互相影响的，如电机这三种惯性在系统中虽然是互相影响的，如电机运行发热时，电枢电阻和励磁绕组电阻都会变化从运行发热时，电枢电阻和励磁绕组电阻都会变化从而会引起电流和磁通的变化。但是由于热惯性较大，而会引起电流和磁通的变化。但是由于热惯性较大，温度变化较转速、电流等参量变化慢的多，一般不考温度变化较转速、电流等参量变化慢的多，一般不考虑。只考虑机械惯性和电磁惯性。在有些场合，电磁虑。只考虑机械惯性和电磁惯性。在有些场合，电磁惯性也较小，所以过渡过程主要考虑机械惯性。惯性也较小，所以过渡过程主要考虑机械惯性。第二节第二节 机电传动系统过渡过程的分析机电传动系统过渡过程的分析动态特性：动态特性：机电传动系统过渡过程中转矩、转速和电流机电传动系统过渡过程中转矩、转速和电流与时间的关系。与时间的关系。 对于方程对于方程 已知已知 GD2一般不随一般不随n变化。代入运动方程式可得到转速、变化。代入运动方程式可得到转速、转矩、电流与时间的关系。转矩、电流与时间的关系。第二节第二节 机电传动系统过渡过程的分析机电传动系统过渡过程的分析例如：直流电动机拖动恒转矩负载例如：直流电动机拖动恒转矩负载 分别为过渡过程开始时刻分别为过渡过程开始时刻 t=0 时的时的转速、转矩和电流。转速、转矩和电流。机电时间常数机电时间常数如启动过程：如启动过程：t=0时，时， 于是可得：于是可得：第二节第二节 机电传动系统过渡过程的分析机电传动系统过渡过程的分析第三节第三节 加快机电传动系统过渡过程的措施加快机电传动系统过渡过程的措施 由机电方程由机电方程 两边积分，得过渡过程的时间表达式：两边积分，得过渡过程的时间表达式： 由由 n1=0 启动到启动到 n2 的启动时间为：的启动时间为：4.3 加快机电传动系统过渡过程的措施加快机电传动系统过渡过程的措施由由n1降至降至n2=0的制动时间的制动时间为：为：自由停车（自由停车（当当TM0）的时间：）的时间：由方程由方程:第三节第三节 加快机电传动系统过渡过程的措施加快机电传动系统过渡过程的措施第三节第三节 加快机电传动系统过渡过程的措施加快机电传动系统过渡过程的措施缩短过渡过程应采取的措施缩短过渡过程应采取的措施:1.减少系统减少系统GD2或或J2. 例如：龙门刨床的刨台采用两台电动机同轴运行。例如：龙门刨床的刨台采用两台电动机同轴运行。2.增加动态转矩增加动态转矩Td 从从电电机机方方面面考考虑虑：使使用用大大惯惯量量直直流流电电动动机机，Tmax/GD2较大。较大。 从从控控制制系系统统方方面面考考虑虑：在在过过渡渡过过程程中中，尽尽可可能能在在最最大大转转矩矩下下运运行行。Td越越大大，系系统统加加速速度度越越大大，过过渡渡过过程时间就短。程时间就短。充满系数：充满系数：第三节第三节 加快机电传动系统过渡过程的措施加快机电传动系统过渡过程的措施K K越接近越接近1 1越好。越好。如：串多段电阻启动。如：串多段电阻启动。第四章第四章 小小 结结1.过渡过程的概念过渡过程的概念2.研究过渡过程的意义研究过渡过程的意义3.缩短过渡过程的措施缩短过渡过程的措施