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1、绪论 机电传动与控制,1 机电传动的目的和任务,人体五大要素,机电一体化五大要素,机电传动系统的两大组成部分,绪论 机电传动与控制,1 机电传动的目的和任务,机电传动系统的两大组成部分,绪论 机电传动与控制,机电传动又称电力传动或电力拖动 指以电动机为原动机驱动生产机械的系统 包括电动机和控制电动机的一整套控制系统 实现生产机械的启动、停止及速度调节 实现机械设备、生产线、车间及工厂的自动化,1 机电传动的目的和任务,机电传动系统的两大组成部分,绪论 机电传动与控制,机电传动的发展,2 机电传动及其控制系统的发展概况,电动机的种类,直流电动机,他励直流电动机 串励直流电动机并励直流电动机 复励
2、直流电动机,交流电动机,异步电动机,三相异步电动机单相异步电动机,鼠笼式绕线式,同步电动机,单相同步电动机三相同步电动机,控制电机,伺服电动机 力矩电动机 直线电动机步进电动机 测速发电机 自整角机,绪论 机电传动与控制,2 机电传动及其控制系统的发展概况,典型的电力电子系统框图,绪论 机电传动与控制,3 课程的性质和任务,“机电复合型”人才，应该掌握 机、电、液、计算机等综合控制系统的技术。在综合控制系统中的电控系统，主要包含：弱电控制（如计算机控制技术）强电控制（如伺服驱动控制技术）强电控制的内容，一般安排在几门课程中，如：电气控制技术、可编程序控制器、电机与电力拖动、电力电子技术、伺服驱
3、动技术、自动控制系统。“机电传动控制”课程建立了一个崭新的课程体系，把机电一体化技术的强电控制知识都集中在这一门课程中。,绪论 机电传动与控制,3 课程的性质和任务,电气控制及可编程序控制器,电机与电力拖动基础,自动控制系统,电力电子技术,微机原理及应用,单片机原理及应用,自动控制原理,自动检测技术与仪表,工厂供电,机械设备专业,电气、仪表、计算机专业（自动化控制）,绪论 机电传动与控制,绪论第1章 直流电机第2章 交流电动机第3章 控制电机第4章 机电传动控制系统的基础 第5章 控制电器与继电器-接触器控制系统第6章 可编程序控制器第7章 直流电动机调速系统 第8章 交流电动机调速系统 第9
4、章 步进电动机控制系统,自动化专业课程,3 课程的性质和任务,直流电机的工作原理及特性 小结,在了解直流电动机的基本结构的基础上，着重掌握直流电机的基本工作原理，特别应掌 握转矩方程式、电势方程式和电压平衡方程式；,掌握直流电动机的机械特性，特别是人为机械特性；,掌握直流电动机启动、调速和制动 的各种方法，以及各种方法的优缺点和应用场所；,学会用机械特性的四个象限分析直流 电动机运行状态；学会根据他励直流电动机的铭牌技术 数据，确定电动机启动等运行特性。,直流电机的工作原理及特性 小结,他励电动机的 机械特性,直流电机的工作原理及特性 小结,他励电动机的 机械特性,交流电机的工作原理及特性 小
5、结,交流电动机的工作原理及特性 1.三相异步电动机的 基本结构和工作原理 2.三相异步电动机的 定子电路和转子电路 3.三相异步电动机的转矩与 机械特性 4.三相异步电动机的 启动特性 5.三相异步电动机的 调速方法与特性 6.三相异步电动机的 制动特性 7.单相异步电动机 8.同步电动机,直流电机的工作原理及特性 1.直流电机的 基本结构和工作原理 2.直流发电机 3.直流电动机的 机械特性 4.直流他励电动机的 启动特性 5.直流他励电动机的 调速特性 6.直流他励电动机的 制动特性,应 用,交流电动机的工作原理及特性 小结,三相异步电动机的基本结构和工作原理,电流 相序A-C-B,2.磁
6、生电(右手定则)旋转磁场切割转子导体，转子感应电动势和电流。,1.电生磁(右手定则)定子三相绕组通入三相对 称电流产生圆形旋转磁场。,3.电磁力(左手定则)转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力 作用，形成电磁转矩，驱动 电动机旋转，将电能转化为机械能。,逆时针 方向 旋转,n,交流电动机的工作原理及特性 小结,三相异步电动机的基本结构和工作原理,磁力线切割转子绕组,转子绕组产生感应电势,转子绕组产生感应电流,电流与磁场作用产生电磁力,电磁力产生电磁转矩,转子运转转速nn0,定子绕组通入三相交流电流,旋转磁场同步转速n0,转子电路功率因数,交流电动机的工作原理及特性 小结,三相异步电动
7、机的转矩与机械特性,电磁转矩,机械特性n=f（T）,转矩特性T=f（s）,转差率,交流电动机的工作原理及特性 小结,三相异步电动机的转矩与机械特性,1、固有机械特性 四个重要特殊点：理想空载点A T=0，n=n0（S=0）额定工作点B T=TN，n=nN（S=SN）启动工作点D T=Tst，n=0（S=1）临界工作点C T=Tmax，n=nm（S=Sm）,机械特性 n=f（T）,交流电动机的工作原理及特性 小结,三相异步电动机的转矩与机械特性,2、人为机械特性,电磁转矩关系式,三相异步电动机的人为机械特性 异步电动机定子降压的人为机械特性 异步电动机定子串接电阻(电抗)的人为机械特性 异步电动
8、机定子变频的人为机械特性 绕线式异步电动机转子串接电阻(电抗)的人为机械特性,直流他励电动机的人为机械特性 电枢串电阻的人为机械特性 降低电枢电压的人为机械特性 减弱励磁磁通的人为机械特性,比较,机械特性表达式,交流电动机的工作原理及特性 小结,三相异步电动机的转矩与机械特性,2.人为机械特性,定子降压,定子串电抗,转子串电阻,定子变频,参考：直流他励电动机的人为机械特性,交流电动机的工作原理及特性 小结,三相异步电动机的调速特性 改变磁极对数 p调速（变极调速）改变转差率S调速 改变频率 f 调速（变频调速）三相异步电动机的制动特性 反馈制动 正向反馈制动 反向反馈制动 反接制动 电源反接制
9、动 倒拉反接制动 能耗制动 反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载,三相异步电动机的启动调速制动特性,三相异步电动机的启动特性 1.直接启动 2.非直接启动 鼠笼式电动机降压启动法 线绕式电动机启动法,定子串电阻定子串电抗 自耦变压器Y-软启动器转子串电阻转子串频敏变阻器,改变电压调速转子串电阻调速串级调速 电磁转差离合器,交流电动机的工作原理及特性 小结,三相异步电动机的启动特性,三相异步电动机的启动特性 鼠笼式电动机降压启动法 定子串电阻 定子串电抗 Y-转换 自耦变压器转换 软启动器 线绕式电动机启动法 转子串电阻 转子串频敏变阻器,直流他励电动机的启动特性 降压启动 电枢电路串电阻启动,比
10、较,交流电动机的工作原理及特性 小结,定子串电阻启动 定子串电抗启动,鼠笼式电动机降压启动法,三相异步电动机的启动特性,线绕式电动机启动法,转子串电阻启动,转子串频敏变阻器启动,交流电动机的工作原理及特性 小结,鼠笼式电动机降压启动法,Y-降压启动,自耦变压器 降压启动,延边三角形 降压启动,运行：KM1通KM2通KM3断,启动：KM1通KM2断KM3通,运行：KM1通KM2断KM3断,启动：KM1断KM2通KM3通,运行：KM1通KM2通KM3断,启动：KM1通KM2断KM3通,三相异步电动机的启动特性,交流电动机的工作原理及特性 小结,三相异步电动机的调速方法与特性,三相异步电动机的调速特
11、性 改变磁极对数 p 调速（变极调速）改变转差率 S 调速 改变电压调速 串级调速 转子串电阻调速 电磁转差离合器 改变频率 f 调速（变频调速）,直流他励电动机的调速特性 改变电枢电压调速 改变励磁磁通调速 电枢电路串电阻调速,比较,交流电动机的工作原理及特性 小结,变极调速,高速：KM1断KM2通KM3通,低速：KM1通KM2断KM3断,三相异步电动机的调速方法与特性,改变转差率S调速,可逆运行,单向运行,调压调速,转子串电阻调速,交-交变频器,交-直-交变频器,改变频率f 调速(变频调速),交流电动机的工作原理及特性 小结,三相异步电动机的制动特性,三相异步电动机的制动特性 反馈制动 正
12、向反馈制动 反向反馈制动 反接制动 电源反接制动 倒拉反接制动 能耗制动 反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载,直流他励电动机的制动特性 反馈制动 正向反馈制动 反向反馈制动 反接制动 电源反接制动 倒拉反接制动 能耗制动 反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载,比较,交流电动机的工作原理及特性 小结,三相异步电动机的制动特性,能耗制动,反抗性恒转矩负载位能性恒转矩负载,电源反接制动倒拉反接制动,反接制动,反馈制动,正向反馈制动反向反馈制动,交流电动机的工作原理及特性 小结,三相异步电动机的制动特性,能耗制动,反抗性恒转矩负载,电源反接制动,反接制动,反馈制动,正向反馈制动,位能性恒转矩负载,倒拉反
13、接制动,反向反馈制动,交流电动机的工作原理及特性 小结,正向电动运行,反向电动运行,反向反馈制动运行,反接制动过程,倒拉反接制动运行,能耗制动运行,能耗制动过程,正向反馈制动过程,三相异步电动机的各种运行状态,A B,C D H,J,E F I,K,直流电动机交流电动机调速系统 小结,典型的电力电子系统框图,直流电动机交流电动机调速系统 小结,例：闭环直流调速系统,电力拖动自动控制系统 运动控制系统,直流电动机交流电动机调速系统 小结,例：闭环交流调速系统,转速负反馈降压调速闭环控制系统,直流电动机交流电动机调速系统 小结,PLC,变频器,自耦变压器,远传压力表,水位计,接触器组,水泵,380
14、V工频电源,控制系统举例,直流电动机交流电动机调速系统 小结,笼型异步电动机的定子频率控制方式，有：恒压频比（U/f）控制 转差频率控制 矢量控制 直接转矩控制,直流电动机交流电动机调速系统 小结,恒压频比（U/f）控制,采用恒压频比控制的变频调速系统框图,整流,逆变,转速开环恒压频比控制调速系统,直流电动机交流电动机调速系统 小结,恒压频比（U/f）控制,数字控制通用变频器-异步电动机调速系统原理图,直流电动机交流电动机调速系统 小结,转差频率控制,转差频率控制的转速闭环变压变频调速系统结构原理图,直流电动机交流电动机调速系统 小结,矢量控制,矢量控制系统原理结构图,3/2三相/两相变换 V
15、R同步旋转变换 M轴与轴（A轴）的夹角,直流电动机交流电动机调速系统 小结,矢量控制,带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统ASR转速调节器 AR磁链调节器 ATR转矩调节器 FBS测速反馈环节,直流电动机交流电动机调速系统 小结,矢量控制,磁链开环转差型矢量控制系统ASR转速调节器 ACR电流调节器K/P直角坐标-极坐标变换器,直流电动机交流电动机调速系统 小结,变频器举例,交-直-交变频器的基本构成,直流电动机交流电动机调速系统 小结,变频器举例,通用变频器基本电路,直流电动机交流电动机调速系统 小结,变频器举例,操作面板,松下VFO超小型变频器,直流电动机交流电动机调速系统 小结,变频器
16、举例,松下VFO超小型变频器,常用控制信号接线端子,直流电动机交流电动机调速系统 小结,变频器举例,松下VFO超小型变频器,实验三（HJD-4型机电一体化教学实验系统）PLC控制三相异步电动机变频调速实验,VFO变频器外部操作模式连线图,控制电机 小结,交流伺服电动机的结构 是一种小型或微型 两相异步电动机。交流伺服电动机的原理 与电容分相式 单相异步电动机相同。交流伺服电动机特点 结构简单、运行可靠、维护简便、转动惯量小，广泛用于功率较小的 控制系统中。,伺服电动机,交流伺服电动机的原理图,一、交流伺服电动机,控制电机 小结,伺服电动机,一、交流伺服电动机,幅值控制接线图,相位控制接线图,幅
17、值-相位控制接线图,交流伺服电动机的转速控制方式,f 励磁绕组k 控制绕组,控制电机 小结,伺服电动机,一、交流伺服电动机,幅值控制接线图,交流伺服电动机幅值控制时的机械特性,在一定的负载转矩下，控制电压 Uk 大小变化时，转速 n 与电压Uk 成正比变化，Uk=0V时，能立即停止。,Uk 的极性 改变时，转子的转向 改变。,Uk U1U2U3 U 4,f 励磁绕组k 控制绕组,控制电机 小结,伺服电动机,二、直流伺服电动机,直流伺服电动机电枢控制时的机械特性,励磁电压Uf 不变时，在一定的负载转矩下，电枢电压 Uk 大小变化时，转速 n 与电压Uk 成正比变化，Uk=0V时，能立即停止。,U
18、k 的极性 改变时，电枢的转向 改变。,Uk U1U2U3,直流伺服电动机的原理图,控制电机 小结,步进电动机,一、基本结构,小步距角三相反应式步进电动机,三相反应式步进电动机结构简图,控制电机 小结,步进电动机,二、工作原理,反应式步进电机工作原理图,三相单三拍运行方式,控制电机 小结,步进电动机,二、工作原理,反应式步进电机工作原理图,三相单、双六拍AABB CACBC,控制电机 小结,步进电动机,二、工作原理,步进电机的驱动系统框图,数控机床的位置控制,数控机床伺服系统组成,数控机床的位置控制,半闭环脉冲比较伺服系统结构框图,闭环脉冲比较伺服系统结构框图,驱动装置旋转角度,运动部件实际位置,数控机床的位置控制,半闭环相位比较伺服系统结构框图,半闭环脉冲比较伺服系统结构框图,数控机床的位置控制,半闭环相位比较伺服系统结构框图,闭环相位比较伺服系统结构框图,数控机床的位置控制,半闭环相位比较伺服系统结构框图,半闭环幅值比较伺服系统结构框图,数控机床的位置控制,半闭环幅值比较伺服系统结构框图,闭环幅值比较伺服系统结构框图,数控机床的位置控制,幅值比较,相位比较,脉冲比较,半闭环伺服系统,闭环伺服系统,伺服系统框图,
