机床电气控制 教学课件 作者 王炳实 王兰军 第二章.ppt

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1、机床电气控制王炳实王兰军主编第二章电动机的无级调速第一节　速度控制的基本概念和指标第二节　直流电动机的速度控制第三节　交流电动机的调速系统第四节　调速装置的选择与使用第一节　速度控制的基本概念和指标一、速度控制的基本概念二、调速系统的静态技术指标三、负载的类型与调速方式的匹配一、速度控制的基本概念1.速度控制2.调速的必要性3.机床的调速方法1.速度控制图2-1　电动机的调速及速度变化电动机的速度控制，又称电动机的调速。是在机械传动系统中人为地或自动地改变电动机的转速，以满足工作机械对不同转速的要求。所谓调速，是在机械传动系统中人为地或自动地改变

2、电动机的转速，以满足工作机械对不同转速的要求。调速和由于负载变动引起的转速变化是不同的概念，例如在图2-1中所示的，人为的使电压由UN降至U1时，在保持负载转矩为Tc不变的条件下，稳态时的转速由na降至nb，称为调速。若U=UN不变，负载转矩由Tc增加至T′c，则稳态时的转速将自动地由na降至nc，这称为由负载变动而引起的速度变化(或转速波动)。2.调速的必要性图2-2　直流电动机的机械特性图2-2为直流电动机的机械特性调速是机床对其电力拖动系统提出的重要要求。机床不仅要求调速，在许多情况下还要求速度稳定(稳速)。它是向下倾斜的，可见即使固定在某

3、一转速下工作，如工作在A点，但在加工时，由于电源电压的波动，工件毛坯余量不同，材质不均匀，摩擦力变化等原因，必然引起负载转矩Tc的变化。3.机床的调速方法(1)机械有级调速　在卧式车床、钻床、铣床、小型镗床等机床主传动中，常常采用不调速的笼型异步电动机拖动。(2)电气和机械配合的有级调速　机床的传动系统采用多速异步电动机，再与齿轮变速箱传动比相配合而获得不同的转速。(3)电气无级调速　就是机床执行机构所需的不同转速是通过直接改变电动机的转速而实现的，这种机床的齿轮变速箱改为减速器，从而使机床的传动系统变得很简单，这一点对重型机床来说是非常重要的，

4、同时电气无级调速系统调速范围宽、控制灵活，可以实现远距离操作。二、调速系统的静态技术指标静态技术指标主要有调速范围D，静差率S，调速的平滑性和经济性以及系统与负载配合的能力等，它们反映了调速系统的稳定性能。1.调速范围D2.静差率S3.调速的平滑性4.调速的经济性图2-3　不同转速对S的影响1.调速范围D在额定负载转矩TN下，电动机的最高转速nmax与最低转速nmin之比称为调速范围D，即如图2-3所示，通常将nmax视为电动机的额定转速nN。一般希望调速系统D大一些好。2.静差率S静差率S是指电动机由理想空载增加到额定负载时，对应的转速降ΔnN

5、与其理想空载转速n0之比，采用百分数表示，即静差率主要表示负载变化时，调速系统转速变化的程度。在同一负载下，高速运行和低速运行时，转速降Δn是相同的(图2-3)但在高速和低速运行时，对应的理想空载转速n01和n02却不同，n01>n02，显然高速时S较小，低速时S较大，当低速时S能满足要求的话，则高速时就更能满足要求了，所以用调速范围D内最低速时的静差率代表系统能达到的静差率。通过利用已有的数学式，可以找到D、S和ΔnN三者之间的关系为由式(2-3)可见，ΔnN一定时，要求S越小，则调速范围D也越小；若要满足D和S的要求，则要设法使ΔnN减小。2

6、.静差率S表2-1　几种生产机械的S与D范围表2-1给出了几种生产机械的S、D值要求。3.调速的平滑性调速的平滑性用两个相邻转速之比Φ表示即从某一转速ni与能调节到的最邻近的转速ni-1之比来评价。显然Φ值愈小，说明愈平滑，无级调速时Φ≈1。4.调速的经济性用调速的设备费用，能量消耗，维护及运转的费用来评价其经济性。三、负载的类型与调速方式的匹配(1)负载的类型　需要调速的工作机械是很多的，对调速有各种不同的要求，工作机械产生的转速与转矩的关系称为负载特性。负载特性分为不同的类型，通常的类型有恒转矩负载和恒功率负载。(2)调速方式的匹配　对于恒转

7、矩负载，应采用恒转矩的调速方式。对于直流电动机，当励磁Φ=ΦN一定时，采用调节电枢电压或电枢电阻的方法，即为恒转矩的调速方式。同样，恒功率负载采用恒功率的调速方式，也称之为实现了匹配。第二节　直流电动机的速度控制一、直流电动机的调速方法二、他励直流电动机的开环速度控制三、直流电动机的闭环速度控制系统四、应用举例一、直流电动机的调速方法1.直流电动机的调速公式2.改变电枢电压的速度控制方式(调压调速)3.改变励磁磁通的调速方式(弱磁调速)1.直流电动机的调速公式图2-4　他励直流电动机原理图从电工学知，如图2-4所示他励电动机电路图，稳态时，可写出

8、下列方程式1.直流电动机的调速公式式中，Ce为电动机电动势常数；Cm为电动机转矩常数；ϕ为磁通；Pd为电动机的输出功率(kW)；Ra、R