机电传动控制思维导图

这是一个关于机电传动控制思维导图，包含直流电机的工作原理及特性、交流电动机的工作原理及特性等。

机电传动控制

• 第一章 概述
  • 机电传动系统的组成
    • 电气控制系统
    • 电力拖动或机电传动
    • 机械运动部件
  • 机电传动
    • 机电传动的定义：机电传动又称电力传动或电力拖动，就是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称
    • 机电传动的目的：将电能转化为机械能，实现生产机械的启动、停止以及速度调节，完成各种生产工艺过程的要求，保证生产过程的正常进行
    • 机电传动的任务
      • 将电能转换为机械能
      • 实现生产机械的启动、停止以及速度的调节
      • 完成各种生产工艺过程的要求
      • 保证生产过程的正常进行
    • 机电传动的发展
      • 成组拖动：一台电动机拖动一根天轴，拖动多台生产机械
      • 单电机拖动：一台电动机拖动一台生产机械
      • 多电机拖动：一台生产机械由不同的电动机来拖动
• 第2章 机电传动系统的动力学基础
  • 机电传动运动方程式
    • 计算公式TM-TL=Td
    • 判断TM、TL、n的方向
      • 规定电动机转速n的方向为+
      • TM与n同转向，为+；反转向为-
      • TL与n同转向，为-；反转向为+
      • TM为+，拖动转矩；TM为-，制动转矩
      • TL为-，拖动转矩；TL为+，制动转矩
    • 三类
      • TM=TL，Td=0，恒速，静态转矩
      • TM>TL，Td=正值，加速，动态转矩
      • TM<TL，Td=负值，减速，动态转矩
  • 机电传动系统稳定运行的条件
    • 两重含义：
      • 系统应该能以一定速度匀速运转
      • 系统受某种外部干扰作用而使速度稍有变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度
    • 系统稳定运行的必要充分条件
      • 电动机的机械特性曲线n=f（TM）和生产（负载）机械的特性曲线n=f（TL）有交点
      • 当转速n > 平衡点时，TM<TL， 当转速n < 平衡点时，TM>TL
      • 分析某点是否为稳定平衡点？
        • n大时，是否TM<TL？
        • n小时，是否TM>TL？
        • 如果都满足，那么该点是稳定平衡点
• 第3章 直流电机的工作原理及特性
  • 电机的分类
    • 直流电机：工作电压或输出的电压为直流
      • 直流电动机：将电能转换为机械能
      • 直流发电机：将机械能转换为电能
    • 交流电机：工作电压为交流
  • 直流电机的组成
    • 定子部分
      • 主要由定子铁心和绕在上面的励磁绕组两部分组成
      • 作用：产生主磁场和在机械上支撑电机
    • 转子部分
      • 主要由电枢铁心和电枢绕组两部分组成
      • 作用：产生感应电势或产生机械转矩以实现能量的转换
    • 换向器
    • 电刷装置
  • 直流电机基本的工作原理
    • 主磁极：励磁绕组上加直流电压，有励磁电流通过，使定子铁心产生固定磁场，即定子的主要作用是产生主磁场
    • 电枢绕组：在固定的磁场中旋转，主要作用是产生感应电动势或产生机械转矩，实现能量的转换
    • 换向器：对于发电机而言，作用是将电枢绕组内感应的交流电势转换成电刷间的直流电势； 对于电动机而言，作用是将外加的直流电流转换为电枢绕组的交变电流，产生恒定的电磁转矩
    • 电动势的方向与电流或外加电压的方向相反称 反电动势 电动势的方向与电流或外加电压的方向相同称 电源电动势
    • 电动势，电磁转矩和电枢电流
  • 直流电动机
    • 直流电动机：他励，并励，串励，复励
    • 机械特性
      • 机械特性硬度：衡量机械特性的平直程度。即转矩变化dT与所引起的转速变化dn的比值。
      • 根据机械特性的硬度，可以将电动机机械特性分为三类？
        • 绝对硬特性
        • 硬特性
        • 软特性
      • 直流电动机的机械特性
        • 固有机械特性：在额定条件下（额定电压和额定磁通）和电枢电路内不外接任何电阻时的n=f（T）
        • 人为机械特性（调速特性）（直流电动机常用调速方法）
          • 改变电枢电路外串电阻Rad （n不变，斜率k变大，机械特性dT/dn变软，Rad越大，特性越软）
          • 改变电枢电压U （U减小，n减小，转速降落不变（一组平行线）特性硬度不变，不同值的人为特性曲线均在固有特性曲线之下）
          • 改变电动机主磁通
          • （随着磁通的降低，理想空载转速n0和转速降都要增大，特性硬度变软。电磁转矩T减小，每条人为特性曲线均与固有特性曲线相交；在额定运转条件下，电动机总是工作在交点的左边区域内）
    • 启动特性
      • 将电动机直接接入电网并施加额定电压时，电动机在未启动之前R很小，启动电流将很大，产生危险的火花。因此在启动时必须设法限制电枢电流规定瞬时电流不得大于额定电流的2倍
      • 如何限制直流电动机的启动电流
        • 降压启动
        • 在电枢回路内串接外加电阻启动
    • 调速特性
      • 调速
        • 转速的变化是人为改变电枢电路的电阻所造成的
      • 直流电动机调速的方法
        • 改变电枢电路外串电阻Rad
          • 机械特性较软，电阻越大则特性越软，稳定程度越低； 在空载或轻载时调速范围不大； 实现无极调速困难； 在调速电阻上消耗大量电能；
          • 仅在起重机，卷扬机等低速运转时间不长的传动系统中采用
        • 改变电枢电压U
          • （1）当电源电压连续变化时，转速可以平滑无级调节，一般只能在额定转速以下调节。
          • （2）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。
          • （3）调速时，因电枢电流与电压U无关，且Φ=ΦN，故电动机转矩T=Kt ΦN IN不变，属恒转调速，适合于对恒转矩型负载进行调速；
          • （4）可以靠调节电枢电压而不用启动设备来启动电动机。
        • 改变电动机主磁通
          • 弱磁调速调速范围不大
          • 往往和调压调速配合使用，以扩大调速范围。即在额定转速以下，用降压调速；在额定转速以上，用弱磁调速
• 第4章 交流电动机的工作原理及特性
  • • 三相异步电动机的结构和工作原理
      • 结构：主要由定子和转子构成，在定子和转子之间有一定的气隙
        • 定子
          • 铁芯，绕组，机座，端盖，轴承等组成
          • 三相绕组：三个部分对称的分布在定子铁心上，AX，BY，CZ，其中A，B，C称为首端，X，Y，Z称为末端。三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流定子铁心中产生旋转磁场。
        • 转子
          • 转子由转轴，铁芯和绕组组成
          • 转子的作用：产生转子电流，产生电磁转矩
          • 转子绕组可分为： 鼠笼式，线绕式
      • 三相异步电动机的旋转磁场
        • 三相电流产生的合成磁场不仅随时间变化，而且是在空间旋转的，故称旋转磁场
        • 定子绕组中，流过电流的正方向规定为自各项绕组的首端到它的末端
        • 要改变旋转磁场的旋转方向（亦即改变电动机的旋转方向）时，只要把定子绕组接到电源的三根导线中的任意两根对调即可。
        • 旋转磁场的极对数与旋转速度
          • 当有p对磁极时，旋转磁场的同步转速n0=60f/p 转差率s=n0-n/n0。
      • 定子绕组的线端连接方式
        • 如果电动机所接入电源的线电压等于电动机的额定相电压，它的绕组应该接成三角形
        • 如果电源的线电压是电动机额定相电压的根3倍，它的绕组应该接成星形
      • 三相异步电动机额定效率的表达式
    • 三相异步电动机的转矩和机械特性
      • 三相异步电动机的转矩表达式
      • 三相异步电动机的机械特性
        • 固有机械特性
          • 固有机械特性曲线的四个特殊点
            • 理想空载工作点（T=0，n=n0，S=0） 此时电动机转速为理想空载转速n0
            • 额定工作点（T=TN，n=nN，S=SN） 此时电动机额定转矩 额定转差率
            • 启动工作点（T=Tst，n=0，S=1） 此时电动机启动转矩
            • 临界工作点（T=Tmax，n=nm，S=Sm） 此时电动机临界转矩 临界转差率
        • 人为机械特性
          • 降低电动机电源电压
            • 理想空载转速n0和临界转差率Sm不变
            • 最大转矩Tmax大大减小
            • 机械特性变软
            • 负载转矩TL不变的前提下，转差率S增大，电流I增加，温度升高，引起电动机发热甚至烧坏
          • 定子电路接入电阻或电抗
          • 改变定子电源频率
            • 理想空载转速n0减小，临界转差率Sm增大
            • 启动转矩Tst增大，最大转矩Tmax不变
          • 转子电路串电阻（绕线式电动机）
            • Tmax不变，Sm改变
            • 机械特性变软
    • 三相异步电动机的启动特性
      • 对电动机启动的主要要求
        • 有足够大的启动转矩
        • 在满足启动转矩的要求的前提下，启动电流越小越好
        • 要求启动平滑，启动时平滑加速，减少对生产机械的冲击
        • 启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便
        • 启动过程中的功率损耗越小越好
      • 鼠笼式异步电动机的启动方法
        • 直接启动（全压启动）：启动电流大，启动转矩小
        • 电阻或电抗器降压启动：1、只适用于空载或轻载启动的场合 2、电阻器上消耗能量大，不适用于经常启动的电动机
        • Y-△降压启动（380v）
        • 自耦变压器降压启动：电压可调，电流较小
        • 延边三角形降压启动：启动电流和启动转矩都较大
      • 线绕式异步电动机的启动方法
        • 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，启动特性较好
        • 逐级切除启动电阻法：电流小，启动转矩大，电阻上损耗大
        • 频敏变阻器启动法
    • 三相异步电动机的调速特性（n=60f*（1-S）/p）
      • 调压调速
      • 转子电路串电阻调速
      • 改变极对数p调速
      • 变频调速
    • 三相异步电动机的制动特性
      • 三相异步电动机转速为n，定子旋转磁场的转速为n1
        • n<n1时，电动运行状态
        • n>n1时，发电运行状态
        • n与n1方向相反时，制动状态
      • 反馈制动
        • 负载转矩为位能性转矩的起重机械在下放重物时的反馈制动运行状态
        • 电动机在变极调速或变频调速过程中，极对数突然增多或供电频率突然降低，使同步转速n0突然降低时的反馈制动运行状态
      • 反接制动
        • 电源反接制动
        • 倒拉反接制动（下放重物）
      • 能耗制动
• 第6章 继电器-接触器控制系统
  • 开关电路逻辑控制
    • 控制对象
      • 电磁阀的开合
      • 电机的启动或停止
    • 控制要求
      • 顺序，互锁功能
      • 按行程控制原则自动循环
      • 保护（过流，过热，安全）
      • 按时间控制原则自动循环
  • 常用控制电器与执行电器
    • 电器分类
      • 刀开关Q
        • 依靠人力或外力断开或接通电源
      • 按钮SB
        • 依靠人力或外力断开或接通电源
      • 接触器KM
        • 交流接触器（线径粗，匝数少，铁芯有短路环）
          • 组成：触头，灭弧装置，铁心（磁路），线圈
        • 直流接触器（线圈匝数多）
        • 接触器的图形符号：圈线，常开触点（有主触头），常闭触点（有主触头），辅助触头
      • 熔断器FU
        • 保护电路、串联电路
      • 继电器
        • 热继电器FR
          • 过载保护
        • 电流继电器KA
        • 电压继电器KV
        • 中间继电器K
  • 继电器-接触器控制的常用基本线路
    • 线路图
      • 接线图
      • 原理图
• 第9章 直流传动控制系统
  • 生产机械对自动调速系统技术指标的要求
    • 静态指标
      • 静差度（速度稳定性指标）S
        • 机械特性越硬，静差度越小，转速的相对稳定性越高
      • 调速范围D
      • 调速的平滑性
        • 用两个相邻调速级的转速差来衡量
        • 有级调速和无级调速 在一定的调速范围内，可以得到的稳定运行转速级数越多，调速的平滑性就越高，若级数趋近于无穷大，则表示转速连续可调，称为无级调速。
      • 电动机的调速特性
    • 动态指标
      • 最大超调量M
      • 过渡过程时间T
      • 振荡次数