机电传动控制-东南大学
机电传动与控制
目的和任务
目的
电能转化为机械能
组成
电动机+控制系统
发展
成组拖动
单电机拖动
多电机拖动
控制系统发展
继电器+接触器
原理：电磁感应
电机放大器
原理：放大电路
磁放大器
原理：变压器
晶闸管
多个PN结
晶体管
计算机技术
动力学基础
运动方程式
负载的机械特性
恒功率
恒转矩
离心机式
直线型
等效负载转矩+等效转动惯量
原则：功率不变+动能不变
稳定运行的条件
受到外界扰动，扰动消失后，恢复原工作点。
eg:负载增大，导致速度变化，导致驱动转矩增大
直流电机
直流电机原理及其特性
分类
直流发电机
产生感应电动势
直流电动机
产生电磁转矩
与磁通量、转子电流的大小有关
组成
定子
产生主磁场
转子
产生机械转矩
材料
软磁材料
剩磁比较小
发电机励磁方式分类
他励（单独励磁）
空载特性
励磁电流与空载电压的关系
外特性
电压变化率
并励（励磁回路与主回路并联）
需要自励，不需外接电源励磁
工作条件
剩磁
剩磁方向与励磁电流产生磁场方向相同
串励（励磁回路与主回路串联）
回路电流大
复励（两个励磁线圈，又串又并）
并联为主励磁+串联为补偿绕组，电压变化率小
工作条件
剩磁
剩磁方向与励磁电流产生磁场方向相同
他励直流电动机
人为机械特性
串电阻
n0不变，机械特性变软
变电压
n0随电压的变化而变化
改变磁通
n0变化增加，硬度变化软
机械特性曲线
转速与转矩线性递减
参数
堵转转矩
启动电压
与堵转转矩成正比
机械特性硬度
抗干扰的能力
串励直流电动机
机械特性曲线
双曲线
软特性
并励直流电动机
并联单独供电，串联在主电路
直流他励电机的启动特性
启动电流过大
大功率电机启动电流在额定电流的1.5-2
方法：串电阻，逐级短接
直流他励电机的调速特性
速度调节与速度变化
速度调节：人为调节
机械变化：外界负载变化导致的速度变化
速度调节的方法
串调节电阻
特点
机械特性变软
调速范围较小
有级调速
消耗功率大
启动电阻不能调速
改变电压
特点
可以平滑调速
硬度不变
电流不变，转矩不变
可以降压启动
改变磁通
特点
在n0以上无级调速
恒功率调速
机械特性变软
通常与调压配合使用
磁通不能过小，轻载注意飞车
支流他励电动机的制动
反馈制动
转速过高，大于n0,反抗电压大于外加电压，处于1、4相限
减压减速+反馈制动
增磁+反馈制动
下放重物
负载转矩与电磁转矩同向，转速上升，电磁电压上升，电流减小直到转速达到n0。然后开始制动，电流反向，电磁电压大于外界电压。
反接制动
串调节电阻，限流
电磁电压与外接电压同向，电流增加
原理：外接电压为负，n0取反，驱动转矩反向，减速
在转速为0的时候关闭电源
倒拉反接制动
串电阻
不能太小，需要在第四象限
能耗制动
外接电压为0
优点：相比于倒拉制动不会再次反向启动
过渡过程
存在原因
外因：转矩平衡关系被破坏
内因：惯性原件
研究对象
转速、转矩、电流与时间的变化关系
参数：机电时间参数（与转动惯量和机械硬度有关）
规律：与时间之间呈负指数规律
过程分析
启动
停止
调速
缩短过渡过程的方法
减小转动惯量
增加启动转矩
机械特性变硬
增大极对数
减小回路电阻
功率放大器内阻
从控制过程
提高动态转矩（驱动转矩-负载转矩）
增加电流（小于最大电流）
充满系数趋近于1
交流电机
交流电机的结构与工作原理
结构
定子
转子
分类
鼠笼式
绕线式
原理
在旋转磁场中，转子被迫切割磁感线，产生感应电势，产生电流，产生电磁力矩
接线方法
星接：尾端相连
旋转磁场的产生原因
交流电中，三相电呈相差120°正弦规率变化，磁场随电场变化，六分之一周期磁场旋转60°
通过在一相电多组线圈可以增加极对数，做到减速的功能
交流电机的定子与转子电路
定子电路分析
自感电势（近似等于外加电压）
转子电路分析
与定子电路相当于组成变压器，为副边
频率与转差率相关
转子电路阻抗=线圈电阻+旋转线圈的感抗
转差率越小，转速越高，感抗越小
功率因素：电阻/总阻值
能流图
定子电路
铁损
涡流损失
磁滞
铜损
导线电阻
转子电路
铜损
导线电路
机械损失
交流电机的机械特性
T-S曲线
转矩
转差率
机械特性曲线
理想空载曲线
额定工作点
额定转差率
额定转速
启动转矩
启动转矩较小
临界转差率
过载系数
启动系数
人为特性曲线
降电压
最大电磁转矩平方变化
n0，Sm不变
机械特性变软
启动转矩下降
在负载不变的情况下，速度下降，温度升高
定子电路串入电阻、电抗
与降电压相似
改变电源频率
图像近似平行移动
低频启动转矩大
频率高，转速大
转子电路串入电阻
Sm下降
机械特性变软
交流电机的启动
要求
启动转矩大
启动电流小
方法
鼠笼式
直接启动（全压起动）
要求
电动机功率不能过大，防止影响同一变压器下的其他设备
串电阻、电抗启动
缺点
能量损耗大
机械特性变软
星三角启动
星接电流是角接的1/3，启动转矩也是角接的1/3
优点：简单，经济，电流小
缺点：星接不可以用
自耦变压器降压启动
优点：平滑调节
缺点：贵
延边三角形启动
绕线式
逐级切除电阻
优点;起动转矩大，电流小
缺点：能耗大
频敏变阻器
优点：电流小，类似于逐级切除电阻
缺点：对调速没有要求
双鼠笼
感抗小，先起作用
感抗大
深槽电机
交流电机的调速
调压调速
转子串电阻
改变极对数
变频调速
优点：机械特性不变
缺点：需要变频设备
交流电机的制动
反馈制动
特点：速度过大
转子回路串电阻，到第二象限
调频
反接制动
电源反接
直接反接，电流过大，加限流电阻，效果最好，需要断电
倒拉制动
串电阻，电阻较大
电阻计算准确
机械特性改变
能耗大
能耗制动
断开三相电加直流电，切割磁感线，耗能制动
制动平稳，准确停车
需直流设备
单向异步机
磁场
一个方向做正弦规律变化，脉动场
可以分解为两个对称圆形旋转磁场
需要自己启动，轻载
启动转矩为0
在外力矩的作用下，可以稳定运行
启动方法
电容分相式
通过电容使电流相位改变，产生两相交流电，形成圆形旋转磁场，启动后甩开电容电路
电容运转
电容启动
换向方向
电容的位置
头尾互换
罩极式
通过罩极，使磁通量改变一个角度
方向不可改变
同步电动机
结构
隐极式
高速
凸极式
低速
应用于大功率，高电压
直流电+交流电
磁场
三相电产生磁场与直流电产生磁场相互吸引，随三相电磁场转速转动
类比异步机，感抗可调，功率因素可以达到1
启动
启动转矩为0
异步启动
刚开始不同直流电，通过鼠笼条异步启动，转速上升，接入直流电
