一、机电传动的特点一、机电传动的特点二、机电传动系统发展概况二、机电传动系统发展概况三、本课程的内容及安排三、本课程的内容及安排11、什么是机电传动？、什么是机电传动？传动，运动的传递（能量）运动的传递（能量）机械传动液压与气动机电传动22、机电传动：、机电传动：以电动机为原动机驱动生产机械的传动系统以电动机为原动机驱动生产机械的传动系统电能转变成机械能的传动系统电能转变成机械能的传动系统..也称为电力传动或也称为电力传动或电力拖动电力拖动33、机电传动控制：、机电传动控制：机电传动系统不仅完成能量转换的工作还机电传动系统不仅完成能量转换的工作还要对传动过程进行控制。要对传动过程进行控制。更高的自动化程度和更高的精度。更高的自动化程度和更高的精度。44、机电传动控制的任务：、机电传动控制的任务：将电能转换为机械能将电能转换为机械能实现生产机械的启动实现生产机械的启动、、停止以及速度的调节停止以及速度的调节完成各种生产工艺过程的要求完成各种生产工艺过程的要求保证生产过程的正常进行保证生产过程的正常进行。。随着生产工艺的发展，对机电传动控制系统的要随着生产工艺的发展，对机电传动控制系统的要求愈来愈高。求愈来愈高。电梯和提升机电梯和提升机，要求启动和制动平稳，并能准确，要求启动和制动平稳，并能准确地停止在给定的位置上；地停止在给定的位置上；重型镗床重型镗床为保证加工精度和粗糙度，要求在极慢为保证加工精度和粗糙度，要求在极慢的稳速下进给，即要求系统有很宽的调速范围；的稳速下进给，即要求系统有很宽的调速范围；为了提高效率，由数台或十几台设备组成的为了提高效率，由数台或十几台设备组成的生产生产自动线自动线，要求统一控制或管理。，要求统一控制或管理。都要靠电动机及其控制系统来实现。都要靠电动机及其控制系统来实现。机电传动控制的任务机电传动控制的任务55、机电传动系统构成：、机电传动系统构成：电动机。产生原动力电动机。产生原动力生产机械。拖动对象生产机械。拖动对象传动机构。传递机械能传动机构。传递机械能电气控制设备。控制电动机运转电气控制设备。控制电动机运转电源。对电动机和电气控制设备供电电源。对电动机和电气控制设备供电它们之间的关系可表示为它们之间的关系可表示为自控设电动机传动机构生产机械电源55、机电传动系统构成、机电传动系统构成66、电力拖动的特点、电力拖动的特点效率高。与蒸气、水力等相比效率高。与蒸气、水力等相比电动机的种类、型号多，具有各种各样的运电动机的种类、型号多，具有各种各样的运行特性行特性电机拖动具有良好的调速性能。起动、制动电机拖动具有良好的调速性能。起动、制动、反向和调速等控制简便，快速性好、反向和调速等控制简便，快速性好电机拖动装置参数的检测、信号的变换与传电机拖动装置参数的检测、信号的变换与传递都比较方便，易于组成完善的反馈系统，递都比较方便，易于组成完善的反馈系统，实现最优控制。实现最优控制。电动机电动机电动机作为动力设备，已广泛应用于机械行业的电动机作为动力设备，已广泛应用于机械行业的工作母机，冶金行业的高炉、转炉、平炉和轧钢工作母机，冶金行业的高炉、转炉、平炉和轧钢机，交通运输行业中的电车、电力机车，各类企机，交通运输行业中的电车、电力机车，各类企业中的鼓风、起吊、运输传送，农业中的电力排业中的鼓风、起吊、运输传送，农业中的电力排灌、以及医疗器械、家用电器等各行各业，大至灌、以及医疗器械、家用电器等各行各业，大至冶金企业使用的高达上万千瓦的电动机，小至小冶金企业使用的高达上万千瓦的电动机，小至小功率电动机、乃至几瓦的微电动机。功率电动机、乃至几瓦的微电动机。在各类动力机械中，电动机的容量已超过总容量在各类动力机械中，电动机的容量已超过总容量的的60%60%。。根据应用场合的要求和电源的不同，电动根据应用场合的要求和电源的不同，电动机有直流电动机、交流同步电动机、交流机有直流电动机、交流同步电动机、交流感应电动机，以及满足不同需求的特种电感应电动机，以及满足不同需求的特种电动机。动机。2020世纪世纪7070年代以后，由于大功率电力年代以后，由于大功率电力电子器件、微电子器件、变频技术以及计电子器件、微电子器件、变频技术以及计算机技术取得的一系列进展，还研制出多算机技术取得的一系列进展，还研制出多种调速性能优良、效率较高、能满足不同种调速性能优良、效率较高、能满足不同要求的交流电动机调速系统，和由变频器要求的交流电动机调速系统，和由变频器供电的一体化电机。供电的一体化电机。电动机就信号转换功能的控制电机而言，大体上就信号转换功能的控制电机而言，大体上有测速电机、伺服电机、旋转变压器和自有测速电机、伺服电机、旋转变压器和自整角机等几种，这些电机主要用于自动控整角机等几种，这些电机主要用于自动控制系统中作为检测、执行、随动和解算元制系统中作为检测、执行、随动和解算元件，例如机床加工的自动控制，舰船方向件JDB电子，例如机床加工的自动控制，舰船方向舵的自动控制，大炮和雷达的自动定位，舵的自动控制，大炮和雷达的自动定位，飞机的飞行控制，计算机、自动记录仪表飞机的飞行控制，计算机、自动记录仪表运行的控制等。这类电机通常为微型电机运行的控制等。这类电机通常为微型电机，对精度和快速响应的要求较高。，对精度和快速响应的要求较高。电动机电机的分析电机的分析步骤步骤(1)电机内部物理情况的分析运动方程是磁动势方程(磁链方程)、电压方程和转矩方程的总称。导出运动方程就是把电机内所发生的电磁过程、机电过程和动力学过程，利用电磁学和动力学的基本定律，用数学方程的形式将其表达出来，这是第二步。这一步也称为“建立数学模型”。首先是弄清电机的基本结构和主要部件的功能，再根据电机的磁路和电路，分析空载和负载时电机内部的磁场，初步弄清这种电机的工作原理，这是第一步。这一步实质上就是“建立物理模型”。(2)导出电机的运动方程电动机(3)求解运动方程根据运动方程和求解问题的性质(是稳态还是瞬态，是对称还是不对称运行等等)，选择运动方程的解法，求出解析解或数值解。(4)结果分析通过对解答的分析，确定所需的运行性能(特性)和主要运行数据，如过载能力、稳定性、效率、电压变化率、速度变化率等，以满足解决某一问题的需要。电动机11、传动方式经历了三个阶段：、传动方式经历了三个阶段：成组拖动成组拖动单机拖动单机拖动多电机拖动多电机拖动传动方式传动方式成组拖动：一台电动机带动一根天轴，再由天轴成组拖动：一台电动机带动一根天轴，再由天轴通过带轮和传动带分别拖动各生产机械。特点：通过带轮和传动带分别拖动各生产机械。特点：效率低，故障影响广。效率低，故障影响广。单机拖动：一台电动机拖动一个机械。特点：如单机拖动：一台电动机拖动一个机械。特点：如果动力部件较多时，机械传动机构复杂。果动力部件较多时，机械传动机构复杂。 多电机拖动：一台生产机械的每一运动部件专门多电机拖动：一台生产机械的每一运动部件专门 由一台电动机拖动。特点：简化生产机械的传动 由一台电动机拖动。特点：简化生产机械的传动 机构，控制灵活，容易实现自动化。 机构，控制灵活，容易实现自动化。 传动方式经历了三个阶段传动方式经历了三个阶段 22、控制方式的发展、控制方式的发展 因素 因素::控制器件的发展，功率器件、放大器 控制器件的发展，功率器件、放大器 控制方式由控制方式由手动控制 手动控制逐步向 逐步向自动控制方向 自动控制方向 发展。 发展。 继电--接触器式控制接触器式控制 应用最早的控制系统。由各种有触点的接触器应用最早的控制系统。由各种有触点的接触器 、继电器、按钮、行程开关等组成的控制电路， 、继电器、按钮、行程开关等组成的控制电路， 来实现对电力拖动系统的起动、制动、反转和调 来实现对电力拖动系统的起动、制动、反转和调 速的控制；实现对电力拖动系统的保护和生产过 速的控制；实现对电力拖动系统的保护和生产过 程的自动化。 程的自动化。 这种控制具有使用的单一性，而且控制的输入这种控制具有使用的单一性，而且控制的输入 、输出信号只有通和断两种状态，不能连续反映 、输出信号只有通和断两种状态，不能连续反映 信号的变化，故称为断续控制。 信号的变化，故称为断续控制。 22、控制方式的发展 、控制方式的发展 连续控制系统连续控制系统：例晶闸管控制系统获得越来越广泛的 ：例晶闸管控制系统获得越来越广泛的 应用。 应用。 可编程序控制器可编程序控制器：用软件手段来实现各种控制功能以 ：用软件手段来实现各种控制功能以 微处理器为核心的工业控制器。 微处理器为核心的工业控制器。20 20世纪 世纪70 70年代。 年代。 随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机控制技随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机控制技 术的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动 术的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动 正向着 正向着计算机控制 计算机控制的生产过程自动化的方向迈进。 的生产过程自动化的方向迈进。 对电力拖动提出更高要求：高速、高精度、高效率、对电力拖动提出更高要求：高速、高精度、高效率、 快速起动、制动和反转、调速范围广等。 快速起动、制动和反转、调速范围广等。 22、控制方式的发展 、控制方式的发展 自动化 电气 非电气 过程自动化 单机自动化 开环自动控制 闭环自动控制 现代电气自动控制系统的基本构成 指令系统 计算机 控制器 单片机、数字模拟器 件、控制电器 功率放大 变流装置 电动机执行 机械 反馈检测器件 反馈控制理论 微机原理 电路、 电子学 功率电子技术 检测技术 电力拖动基础 电力拖动自动控制系统 C语言 计算机控制技术 单片机原理 与控制技术 22、控制方式的发展 、控制方式的发展 尽管机电控制系统已向无触点、连续控制尽管机电控制系统已向无触点、连续控制 、弱电化、计算机机控制方向发展，但由 、弱电化、计算机机控制方向发展，但由 于继电--接触器控制系统具有结构简单、可接触器控制系统具有结构简单、可 靠性高、维护方便、价格低廉等优点，目 靠性高、维护方便、价格低廉等优点，目 前仍然广泛应用。 前仍然广泛应用。 22、控制方式的发展 、控制方式的发展 内容主要包括：内容主要包括： 机电传动系统的动力学基础 机电传动系统的动力学基础 直流电动机 直流电动机 交流电动机 交流电动机 步进电机 步进电机 机电传动中电动机的选择 机电传动中电动机的选择 直流自动调速系统等 直流自动调速系统等 考查方式考查方式 本章内容：本章内容： 一一机电传动系统的动力学方程 机电传动系统的动力学方程 二二负载转矩和惯量的折算 负载转矩和惯量的折算 三三负载的机械特性 负载的机械特性 四四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 一一 机电传动系统的动力学方程 机电传动系统的动力学方程 电动机 单轴拖动系统一一 机电传动系统的动力学方程 机电传动系统的动力学方程 )机电传动系统的运动方程机电传动系统的运动方程 由牛顿第二定律由牛顿第二定律 dtdn GD ----负载转矩GD ---飞轮矩n-----转速