湖南大学机电传动考试总结_机电考试重点总结

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第一章 绪论

1、机电传动：以电动机为原动机驱动生产机械运行的系统之总称。

2、机电传动控制的目的从广义上讲，机电传动控制的目的就是要使生产设备、生产线、车间乃至整个工厂都实现自动化。

从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数量的增加（效率）、质量的提高（精度）、生产成本的降低、工人劳动条件的改善以及能量的合理利用等。

第二章 机电传动系统的运动学基础

2.1 单轴拖动系统的运动方程式

一、单轴拖动系统的组成电动机M通过连接件直接与生产机械相连，由电动机M产生输出转矩TM，用来克服负载转矩TL，带动生产机械以角速度ω（或速度n）进行运动。

二、TM、TL、n的参考方向

当TM的实际作用方向与n的方向相同时，取与n相同的符号；

当TM的实际作用方向与n的方向相同（符号相同）时，TM为拖动转距，否则为制动转距。

当TL的实际作用方向与n的方向相反时，取与n相同的符号；

当TL的实际作用方向与n的方向相同（符号相反）时，TL为拖动转距，否则为制动转距。

三、运动方程式 d2dnTMTLJJ„„运动方程式

dt60dt

2．2 多轴拖动系统的简化

折算的原则是：静态时，折算前后系统总的传输功率不变。2．3 生产机械的机械特性 2.4 机电系统稳定运行的条件 1.必要条件

电动机的输出转矩TM和负载转矩TL大小相等，方向相反。2.充分条件

系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：当干扰使速度上升时，有 TMTL。这是稳定运行的充分条件。

第三章 直流电机的工作原理及特性

一、直流电机的基本结构

根据电机的工作原理，直流电机的组成可分为定子、转子和换向器三大部分。

二、势和电磁转矩 1.电动势

e

2．电磁转矩TM

TMKm Ia3、直流电机作发电机运行和作电动机运行时的作用比较： EK n

四、直流电动机的分类

他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开；

并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上； 串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上； 复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。

3．2 直流电动机的机械特性

一、电枢绕组中电压的平衡关系

UEIaRa

二、电磁转矩

TKTΦIa

由转矩公式可知：

(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。(2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者

改变磁通的方向。

三、转矩平衡关系

TTLT0

四、机械特性

1、他励电动机的机械特性

RaUnIaKKee

„„转速特性

RaUnT2KeKeKm

2、串励电动机的机械特性

„„机械特性

串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。

nKTUKKTEΦ

3、复励特性：

复励电动机的机械特性是他励和串励的综合。

五、直流电动机的额定值

1.额定功率PN :电机轴上输出的机械功率（kw）。

2.额定电压UN ：额定工作情况下的电枢上加的直流电压。（例：110V，220V，440V）3.额定电流IN ： 额定电压下，轴上输出额定功率时的电流（安A）（并励应包括励磁电流和电枢电流）三者关系：PN=UN IN（：效率）

4.额定励磁电流IfN ：额定工作情况下（UN、IN）励磁电流。

5.额定转速nN ：在PN，UN，IN 时的转速。直流电机的转速等级一般在 500r/min 以上。特殊的直流电机转速可以做到很低（如：每分钟几a转）或很高（每分钟3000转以上）。3．3 直流他励电动机的启动特性

一、启动特性

（1）起动时必须先保证有磁场(先加励磁电流);（2）保证必须的起动转矩，起动时磁通为最大(满励磁);（3）起动开始时应限流。

二、限流措施：

限流：IstIamiIN

三、方法

RaKEKΦ限制直流电动机的启动电流，一般有降压启动和电枢回路串电阻启动两种方式。

1.降压启动：

在启动瞬间，降低供电电源电压，随着转速的升高，反电势增大，再逐步提高供电电压，最后达到额定电压时，电动机达到所要求的转速。

2.电枢回路串电阻启动

启动时，电枢回路串接启动电阻Rst,此时启动电流Ist=UN/(Ra+Rst)将受外加启动电阻的限制。随着转速的升高，反电势增大，再逐步切除外加电阻直到全部切除，电动机达到所要求的转速。

3．4 直流他励电动机的调速特性

电动机的调速是在一定的负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速，如图所示。

二、调速方法

0、直流电动机调速的主要优点是：（1）调速均匀平滑，可以无级调速。

（2）调速范围大，调速比可达200（他励式）以上（调速比等于最大转速和最小转速之比）。

1、改变电枢电压调速

从特性可看出，在一定的负载转矩TL下，电枢外加不同电压可以得到不同的转速。如在电压分别为 UN、U1、U2、U3的情况下，可以分别得到稳定工作点a、b、c和d，对应的转速为na、nb、nc、nd。即改变电枢电压可以达到调速的目的。

改变电枢电压调速的特点: 1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超过UN，而 n U，所以调速只能向下调。2）可得到平滑、无级调速。

3）调速特性与固有特性互相平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大； 4）调速时，因电枢电流与电压U无关，且= N，转矩T=Kt N Ia不变。

2、改变转子电阻调速

（1）改变电枢电路外串电阻

3、改变磁通（调磁）(1)原理

由该式可知，n 和  有关，在 U 一定的情况下，改变  可改变 n。在励磁回路中串上电阻Rf，改变Rf大小调节励磁电流，从而改变 的大小。3．5 直流他励电动机的制动特性 一．制动与启动

启动：加电压使电动机速度从静止加速到某一稳定转速的一种运动状态；

制动：使电动机速度是从某一稳定转速开始减速到停止或是限制位能负载下降速度的一种运转状态。

二、他励直流电动机制动的分类：

依据制动状态的外部条件和能量传递情况：

三、.他励直流电动机的能耗制动1、2.能耗制动的特点小结（1）制动减速平稳可靠；（2）控制电路简单；

（3）便于实现准确停车，因转速为零时制动转矩也为零；（4）制动过程与电源隔离，当电源断电时，可通过保护电路换接到制动状态进行安全停车；（5）制动转矩随转矩下降而减小，制动效果比反接制动差，为克服此缺点，可采用分级能耗制动。

三、他励直流电动机的反接制动。

四.他励直流电动机再生（反馈）制动。

第五章 交流电动机

0、驱动电动机的分类

一、感应电机基本原理小结

• 定子磁场以速度n0旋转

• 转子导体与定子磁场相对转速Δn • 转子导体感生电动势

• 转子导体形成回路，产生感应电流 • 转子导体受电磁力，形成电磁转矩 • 推动转子以转速n顺n0方向旋转二、三相异步电动机工作原理分析：

1、定子加电源 定子电流 旋转磁通势 气隙磁场 转子感应电动势 转子电流 和气隙磁场相互作用电磁转矩电动机转动起来。

三、旋转磁场的转速大小

四、旋转磁场的旋转方向: 旋转方向：取决于三相电流的相序

5.2.3 三相异步电动机的额定值

1、三相异步机铭牌与技术数据

2).转速: 电机轴上的转速（n)。3)三相异步电动机的额定数据

• 额定功率：额定运行状态下的轴上输出功率，单位：kW。• 额定转速：额定运行状态下电动机的转速，单位：r/min。

• 额定电压：额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位：V。• 额定电流：额定运行状态下电动机定子绕组的线电流，单位：A。• 额定频率：电动机电源电压标准频率。4)联接方式 ： Y/ 接法 5-3 三相电动机的机械特性

一、转矩公式的推导

1、电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转距之总和。

2、3、三个重要转矩

（1）额定转矩 ：，体现了电动机带载起动的能力。若电机能起动，否则将起动不了。

如果 电机将会因带不动负载而停转。

二、电动机的自适应负载能力

电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。

三、机械特性和电路参数的关系

1、与电压的关系(定子接电阻)

2、与转子电阻的关系

3、与电源频率的关系

5．4 三相异步电动机的启动特性

采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要要求如下。

（1）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动，以提高生产效率。即要求电动机的启动转矩大于负载转矩，否则电动机不能启动。

（2）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。因为过大启动电流的冲击，对于电网和电动机本身都是不利的。

（3）要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小对生产机械的冲击。（4）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。（5）启动过程中的功率损耗越小越好。5 三相异步电动机的启动方法： 5.4.1 鼠笼式电机的启动

1.直接启动

2.降低电源电压启动（1)电阻或电抗器降压启动(2）Y－  起动；

5.4.2 绕线式电机的启动 1.逐级切除转子串电阻启动；

2.频敏变阻启动方式：（属转子串电阻起动）5.4.3 特殊鼠笼式电机的启动 1.双鼠笼电机的启动

2.深槽和（属转子串电阻启动）3.高转差率鼠笼电机的启动 5.4.1 鼠笼式电机的启动 一．直接启动（全压启动）

将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动。• 特点：电动机定子绕组的工作电压和启动电压相等。

• 直接启动的条件：主要取决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值。

二、降压启动（1）．电阻或电抗器降压启动（2）．自耦变压器降压启动（3）Y－  起动： 5.4.2 绕线式电机的启动

鼠笼式异步电动机的启动转矩小，启动电流大，不能满足某些生产机械需要高启动转矩低启动电流的要求。

线绕式异步电动机由于能在转子电路中串电阻，因此具有较大的启动转矩和较小的启动电流，即具有较好的启动特性。

在转子电路中串电阻的启动方法常用的有两种：逐级切除启动电阻法和频敏变阻器启动法。（1）．逐级切除启动电阻法（2）．频敏变阻器启动法

5．5 三相异步电动机的调速特性

调速方法：

5.5.1 笼型电机降压调速：

特点：

1）最大转矩下降的比较多，带负载能力下降； 2）方法简单；

3）不属于恒转矩性质调速； 4）低速下效率低；

5）低速下功率因数也比较低；

6）可实现无级调速，但调速范围不大；

应用范围：风机、水泵、长期高速，短时低速机械负载。5.5.2绕线式电机转子串电阻调速：

R2的 改变 ：鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。

5.5.3交流异步机变极调速：(s不变)

小结：变极调速：只能在固有特性下进行（1）同步点

改变；

（2）电机参数不变，特性曲线形状不变；

（3）极限点 不变，带负载能

力强；

（4）转差率 s不变，曲线发生平移。

5.5.4改变电源频率(变频调速)f无级调速 5.6、三相异步电动机的制动 5.6.1反馈制动

结论：反馈制动过程中

1)电动机处于异步发电状态,电磁力矩限制速度。2)电动机即从轴上输入机械功率发电，电能返回电源 5.6.2反接制动

1、电源反接制动

2、倒拉反接制动

5.6.3能耗制动 n0=0(1)原因：在定子绕组中通入直流，建立一恒态定磁场(2)过程:直流电机能耗制动状态 5.7单相异步电动机

一、单相异步电动机的工作原理

结构：定子放单相绕组（其中通220V单相交流电）

转子一般用鼠笼式。

二、单相异步电动机的起动

启动时开关K闭合，使两绕组电流相位差约为90°，从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断，而电机仍按原方向继续转动。

三、单相电机的调速

5-8同步电动机

1、结构特点：定子---铁芯、三相对称绕组

一、同步电动机的工作原理：

定子三相对称绕组通三相对称电流—产生旋转磁场转子绕组通直流电流---产生固定磁场(大小、极性)固定, 极对数与定子极对数相等）---两个磁场相互作用---转子被定子拖着以“同步”速度n0旋转。

二、同步电动机的特点小结

1.由于同步电动机的是双重励磁和异步启动，故它的结构复杂；

2.由于需要直流电源、启动以及控制设备，故它的一次性投入要比异步电动机高得多； 3.同步电动机具有运行速度恒定、功率因数可调、运行效率高等特点。

4、由于采用变频器直接启动,n0小,很容易同步.同步机有扩大使用范围的趋势.第八章 继电器--接触器控制系统

§8.1 低压电器简介

§8.2 常用基本控制线路 1.异步机的直接起动

2.电动机的保护

3.电机的正反转控制 方法一：用复合按钮。

方法二：加中间继电器（KA）。

4、多地点控制

8.2.3 机械常用控制方法 1.行程控制 2.时间控制 8.2.4注意

继电器、接触器控制电路读图和设计中应注意的问题：

1、首先了解工艺过程及控制要求；

2、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的控制关系；

3、主电路、控制电路分开阅读或设计；

4、控制电路中，根据控制要求按自上而下、自左而右的顺序进行读图或设计；

5、同一个电器的所有线圈、触头不论在什么位置都叫相同的名字；

6、原理图上所有电器，必须按国家统一符号标注，且均按未通电状态表示；

7、继电器、接触器的线圈只能并联，不能串联；

8、控制顺序只能由控制电路实现，不能由主电路实现。

第九章可编程序控制器（PLC）

§9.1 概述

9.1.1PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。§9.2 可编程控制器的基本结构及元件介绍 9.2.1可编程控制器的基本结构 各模块作用

1． 中央处理单元（CPU）

1）接受从编程器输入的用户程序，并存入程序存储器中；

2）用扫描方式采集现场输入状态和数据，并存入输入状态寄存器中；

3）执行用户程序，产生相应的控制信号去控制输出电路，实现程序规定的各种操作； 4）通过故障诊断程序，诊断PLC的各种运行错误。2．存储器

① 系统程序存储器：用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。

② 用户程序存储区：存放用户程序

③ 变量（数据）存储区：存放内部变量或数据。

3.I/O单元

输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。

4.编程工具

编程器是PLC的主要外设。用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视。

① 便携式：本身不带CPU，只能联机编程。体积小、重量轻、便于生产现场调试。② CRT智能式：带有显示屏的图形编程器，有CPU，可联机编程也可脱机编程。

③ 通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家提供的编程软件和通讯线。有效利用资源。5．电源

PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。6．扩展口

若主机单元的I／O点数不能满足需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I／O扩展单元与主机相连，以增加I／O点数。PLC的最大扩展能力主要受CPU寻址能力和主机驱动能力的限制。

9.2.2 PLC工作原理——循环扫描工作方式 9.2.3 PLC分类、主要技术指标 按I/O点数分：

小型PLC：入出总点数256 中型PLC：入出总点数256~2048 大型PLC：入出总点数>2048 按结构类型分： 整体式

模块式（积木式）

按功能分：

低档机 中档机 高档机

9.2.4 PLC的内部等效继电器

PLC内部有很多存储器，一个存储器由8位触发器组成，一个触发器等效为一个继电器，而这种等效继电器的通断是由软件控制的，故也叫软继电器。

9.3 PLC编程语言 9.3.1 梯形图语言

梯形图是在原继电器—接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它是目前用得最多的PLC编程语言。

第14章 机电传动控制系统中电动机的选择

14.1 电动机容量选择的原则(l)发热：

实际最高工作温度 θmax≤θa 电动机绝缘的允许最高工作温度。(2)过载能力：

短期工作时，承受高于额定功率的负载功率时仍可保证 θmax≤θa 此时，决定电动机容量的主要因素不是发热而是电动机的过载能力。

(3)启动能力：

由于鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较小，所以，为使电动机能可靠启动，必须保证

14．2电动机的发热与冷却

按发热的况分为三类，即连续工作制、短时工作制和重复短时(断续)工作制，并分别按上述原则规定出电动机的额定功率和额定电流。14.3 不同工作制下电动机容量的选择 14.3.1 连续工作制电动机容量的选择 1.带恒定负载时电动机容量的选择

2.带变动负载时电动机容量的选择

14.3.2 短时工作制电动机容量的选择 1．选用短时工作制的电动机

2．选用连续工作制的普通电动机(转速在额定范围）

14.4 变频器选择

1、类型选择

恒转距负载：机床进给、搅拌机、传送带、挤压机等，选择带矢量控制的变频器（启动与低速转距大）

2、容量选择 变频器标出的是输出给电机的容量