程憲平-機(jī)電傳動(dòng)與控制(第三版)4第四章電子教案

目錄(mùlù)·第4章第4章機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)4-1機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方案選擇4-2選擇電動(dòng)機(jī)額定功率的基本依據(jù)4-3電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與冷卻4-4不同工作(gōngzuò)方式下電動(dòng)機(jī)容量的選擇4-5電動(dòng)機(jī)的種類、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速及形式的選擇第一頁，共18頁。第4章機(jī)電傳動(dòng)(chuándòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)①了解機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)(xìtǒng)的組成；②了解生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)(xìtǒng)提出的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)要求；③知道調(diào)速系統(tǒng)(xìtǒng)的調(diào)速性質(zhì)與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性合理匹配的重要性?；疽箝_環(huán)調(diào)速系統(tǒng)與閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別，公式(gōngshì)D=nmax·SL/△nN(1－SL)與Df=(1－K)D中各物理量之間的辯證關(guān)系，擴(kuò)大調(diào)速范圍的有效方法；重點(diǎn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速與恒功率調(diào)速問題，特別是電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性質(zhì)與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性相配合問題；難點(diǎn)4-1機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方案選擇第二頁，共18頁。第4章機(jī)電(jīdiàn)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)一、機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的組成和分類開環(huán)控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的方框圖控制器對(duì)象或過程輸入量輸出量輸入量控制器對(duì)象或過程輸出量測(cè)量元件閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖

第三頁，共18頁。第4章機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的基礎(chǔ)一、機(jī)電(jīdiàn)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和分類閉環(huán)控制系統(tǒng)(xìtǒng)的一般組成變換放大串聯(lián)校正變換放大執(zhí)行元件被控對(duì)象測(cè)量元件反饋校正輸出量輸入量--閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖輸入量控制器對(duì)象或過程輸出量測(cè)量元件第四頁，共18頁。第4章機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的基礎(chǔ)一、機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的組成和分類閉環(huán)控制系統(tǒng)(xìtǒng)的一般組成變換放大串聯(lián)校正變換放大執(zhí)行元件被控對(duì)象測(cè)量元件反饋校正輸出量輸入量--數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)組成第五頁，共18頁。第4章機(jī)電(jīdiàn)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)一.轉(zhuǎn)速控制的要求需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能有一定要求。歸納起來，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個(gè)方面：①調(diào)速在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍(fànwéi)內(nèi)，分擋地（有級(jí)）或平滑地（無級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；②穩(wěn)速以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；③加、減速頻繁起動(dòng)制動(dòng)的設(shè)備要求加減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起動(dòng)制動(dòng)盡量平穩(wěn)。二、機(jī)電(jīdiàn)傳動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇第六頁，共18頁。第4章機(jī)電傳動(dòng)(chuándòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)二.轉(zhuǎn)速(zhuànsù)控制的調(diào)速指標(biāo)其中(qízhōng)nmin和nmax一般都指電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。二、機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。1、調(diào)速范圍生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的

最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin之比叫做調(diào)速范圍。用字母D

表示，即：第七頁，共18頁。二.轉(zhuǎn)速控制的調(diào)速指標(biāo)(zhǐbiāo)2、靜差度第4章機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的基礎(chǔ)當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載(fùzài)由理想空載到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落nN，與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作靜差度S，即：或：靜差度表示電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度。二、機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇nmaxnmin＜第八頁，共18頁。靜差度和機(jī)械特性硬度有區(qū)別。一般調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速(zhuànsù)下的機(jī)械特性是互相平行的。第4章機(jī)電傳動(dòng)(chuándòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)三.靜差度(chàdù)與機(jī)械特性硬度的區(qū)別二、機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇靜差度表示電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度。nmaxnmin＜△nN′對(duì)于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差度越大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性越差。對(duì)于同樣的理想空載轉(zhuǎn)速，特性硬度越小時(shí)，穩(wěn)定性好穩(wěn)定性更好穩(wěn)定性差第九頁，共18頁。例如：在1000r/min時(shí)降落10r/min，只占1%；在100r/min時(shí)也降落10r/min，就占10%；在只有10r/min時(shí)，再降落10r/min，就占100%，這時(shí)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止(tíngzhǐ)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速全部降落完了。第4章機(jī)電(jīdiàn)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)三.靜差度(chàdù)與機(jī)械特性硬度的區(qū)別二、機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇靜差度表示電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度。＜nmaxnmin穩(wěn)定性差穩(wěn)定性好停止第十頁，共18頁。因此，調(diào)速范圍和靜差度這兩項(xiàng)指標(biāo)必須同時(shí)(tóngshí)提才有意義。調(diào)速系統(tǒng)的靜差度指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。第4章機(jī)電傳動(dòng)(chuándòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)三.靜差度與機(jī)械特性硬度(yìngdù)的區(qū)別二、機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇靜差度表示電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度。nmaxnmin＜第十一頁，共18頁。第4章機(jī)電(jīdiàn)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)四.調(diào)速范圍、靜差度和額定(édìng)速降之間的關(guān)系設(shè)電機(jī)額定(édìng)轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降落為nN，將上面的式代入nmin，得

：

而調(diào)速范圍為：

于是，最低轉(zhuǎn)速為：

該系統(tǒng)的靜差度應(yīng)該是最低速時(shí)的靜差度，即：二、機(jī)電(jīdiàn)傳動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇第十二頁，共18頁。第4章機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的基礎(chǔ)右式表示：調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D、靜差度(chàdù)SL和額定速降nN之間所應(yīng)滿足的關(guān)系。四.調(diào)速范圍(fànwéi)、靜差度和額定速降之間的關(guān)系對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，nN

值一定，由上式可見，如果對(duì)靜差度要求越嚴(yán)，即要求S值越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。

結(jié)論一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差度的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。二、機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇第十三頁，共18頁。機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)是由電機(jī)、電器、電子部件等基礎(chǔ)環(huán)節(jié)組合而成，能控制生產(chǎn)機(jī)械實(shí)現(xiàn)調(diào)速的控制系統(tǒng)，亦稱自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。在調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的nmin是在保證生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速變化率S（即靜差度SL）的要求這一前提下所能達(dá)到的最低轉(zhuǎn)速。也就是說，調(diào)速系統(tǒng)的SL要小于或等于生產(chǎn)機(jī)械要求的S生（SL≤S生），才能(cáinéng)談及調(diào)速范圍。第4章機(jī)電傳動(dòng)(chuándòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)二、機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)調(diào)速方案的選擇

五.在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中，擴(kuò)大調(diào)速范圍D的基本方法

根據(jù)

D＝nmax·SL/△nN(1－SL)可知，在nmax與SL一定時(shí)，設(shè)法減少轉(zhuǎn)速降△nN，就可擴(kuò)大調(diào)速范圍D，閉環(huán)控制系統(tǒng)（亦稱反饋控制系統(tǒng)）能起到這個(gè)作用。第十四頁，共18頁。第4章機(jī)電傳動(dòng)(chuándòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)所提出的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)包括靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的。靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)主要有靜差度S，調(diào)速范圍D和調(diào)速的平滑性等；動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)主要有最大超調(diào)量MP，過渡過程時(shí)間T和振蕩(zhèndàng)次數(shù)等。二、機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)調(diào)速方案的選擇

五.在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中，擴(kuò)大調(diào)速范圍D的基本方法

各種生產(chǎn)機(jī)械對(duì)于上述指標(biāo)的要求不盡相同，因此，必須根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的特點(diǎn)和工廠的實(shí)際情況來合理地選擇自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。第十五頁，共18頁。第4章機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的基礎(chǔ)二、機(jī)電傳動(dòng)(chuándòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇值得特別注意的是生產(chǎn)機(jī)械(jīxiè)的調(diào)速一般有恒轉(zhuǎn)矩型和恒功率型兩類負(fù)載特性，而電動(dòng)機(jī)的調(diào)速也有恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)和恒功率性質(zhì)兩類。負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械(jīxiè)應(yīng)盡可能選用恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的調(diào)速方式，負(fù)載為恒功率型的生產(chǎn)機(jī)械(jīxiè)應(yīng)盡可能選用恒功率性質(zhì)的調(diào)速方式。否則，電動(dòng)機(jī)將得不到最充分的利用或?qū)?yán)重過載。

五.在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中，擴(kuò)大調(diào)速范圍D的基本方法第十六頁，共18頁。第4章機(jī)電(jīdiàn)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)①掌握電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與冷卻規(guī)律(guīlǜ)；②掌握電動(dòng)機(jī)容量的選擇，特別注意電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的允許溫度、過載能力和啟動(dòng)能力；③熟悉電動(dòng)機(jī)種類、電壓、轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)型式的選擇方法。掌握長期工作制、短期(duǎnqī)工作制、重復(fù)短期(duǎnqī)工作制三種運(yùn)行方式下電動(dòng)機(jī)容量的選擇。

重復(fù)短期工作制運(yùn)行方式下電動(dòng)機(jī)容量的選擇。基本要求重點(diǎn)難點(diǎn)4-2～4-5電動(dòng)機(jī)的選擇

第十七頁，共18頁。第4章機(jī)電(jīdiàn)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的性質(zhì)不同，電動(dòng)機(jī)有三種運(yùn)行方式：