机电传动控制第三版教材的配套教学用书.docx

1、21 世纪高等学校机械设计制造及其自动化专业参考书机 电 传 动 控 制学习辅导与题解主 编 邓星钟编 者 邓星钟 周祖德 邓 坚华中科技大学出版社内 容 提 要本 书 按 照 机 电 传 动 控 制 教 材 的 章 次 ， 逐 一 简 述 学 习 各 章 应 掌 握 的 基 本 概 念 和 知 识 、 基 本 要 求 、 重 点 和 难 点 。 为 供 授 课 教 师 参 考 ， 还 对 教 学 方 面 提 出 了 一 些 建 议 。 本 书 通 过 诸 多 例 题 介 绍 了 解 题 的 思 路 和 方 法 ， 并 适 当 扩 展 了 教 材 中 部 分 理 论 联 系 实 际 的内容，亦

2、提供了适量的自测练习题及参考答案，最后给出了 4 套模拟试题及参考答 案。本书是机电类 机电传动控制 （第 三版） 教材的配套教学用书， 既可帮助学生加 深 对 教 材 内 容 的 理 解 和 掌 握 ， 又 可 供 从 事 该 课 程 教 学 的 教 师 进 行 教 学 、 开 展 教 学 研 究 时参考，准备报考研究生的读者和从事机电一体化工作的工程技术人员亦可参考。图 书 在 版 编 目 (CIP)数 据机电传动控制学习辅导与题解 / 邓 星 钟 主编 武 汉 ： 华 中 科 技 大 学 出 版 社 ， 2001 年 5 月ISBN 7-5609-2414-X. 机II. 邓 周 邓 I

3、. 机 电 传 动 -控 制 系 统 -题 解 凹. TM921机电传动控制学习辅导与题解 邓星钟 主 编责任编辑：黄以铭 封面设计：潘 群责任校对：王崇军 责任监印：张正林出版发行：华中科技大学出版社武昌喻家山 邮编：430074 电话：(027) 87545012经 销：新华书店湖北发行所录 排：华中科技大学惠友科技文印中心 印 刷：华中科技大学印刷厂开本：7871092 1/16 印张：12.75 字数：243 000版次：2001 年 5 月第 1 版 印次：2002 年 1 月第 2 次印刷 印数：3 001 7 000ISBN 7-5609-2414-X/TM87 定价：16.50

4、 元(本书若有印装质量问题，请向出版社发行部调换)前 言“机 电 传 动 控 制 ”课 程 是 机 械 类 、 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 、 机 械 电 子 工 程 （ 机 电 一 体化） 等专业的一门主干技术基础课。 机电传 动控制 一书出版后 ， 诸多兄弟院校选用了 该 书 作 为 教 材 。 为 了 配 合 教 学 和 帮 助 学 生 提 高 学 习 效 率 、 深 刻 理 解 教 材 中 各 章 节 的 要 点 和 难 点 、 掌 握 解 决 问 题 的 思 路 和 方 法 ， 编 者 根 据 多 年 来 所 积 累 的 教 学 和 实 践 经 验 、 学 生 学 习

5、 中反映出的问题， 编写了 机电传动控制学习辅导与题解 ， 书中不但对各章的要点和难点 进 行 了 归 纳 ， 还 对 大 量 的 有 代 表 性 的 例 题 进 行 了 剖 析 ， 并 编 入 了 自 测 练 习 题 及 其 答 案 。 每 章后专列一节一一教学方面的建议，供授课教师参考。本 书 可 供 机 械 类 、 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 、 机 械 电 子 工 程 等 专 业 的 大 学 本 、 专 科 学 生 和 电 大 、 函 大 、 夜 大 、 高 职 、 网 大 学 生 学 习 参 考 ， 亦 可 作 为 讲 授 “机 电 传 动 控 制 ”课 程 的教师和

6、准备报考研究生的读者作参考用书。1. 对 本 课 程 学 习 的 基 本 要 求本 课 程 的 前 修 课 程 主 要 是 电 路 和 磁 路 、 模 拟 电 子 技 术 、 数 字 电 子 技 术 ， 后 续 课 程 主 要 是数控技术。对本课程学习的基本要求是： 了 解 机 电 传 动 控 制 系 统 的 组 成 ， 掌 握 机 电 传 动 的 基 本 规 律 ： 掌 握 常 用 电 机 、 常 用 电 器 、 晶 用 管 及 其 基 本 电 路 的 基 本 工 作 原 理 、 主 要 特 性 ， 了 解 其应用与选用： 掌握继电 器- 接触器控制、 可编程序控制器的基本工作原理， 学会用

7、它们来实现生产 过程的自动控制： 掌 握 常 用 的 开 环 、 闭 环 驱 动 控 制 系 统 的 基 本 工 作 原 理 和 特 点 ， 了 解 其 性 能 和 应 用 场所： 学 会 分 析 机 电 传 动 控 制 系 统 的 基 本 方 法 。2. 学 好 本 课 程 的 方 法学 习 时 首 先 要 了 解 问 题 是 如 何 提 出 的 ， 特 别 要 注 意 对 基 本 物 理 概 念 、 基 本 工 作 原 理 、基 本 公 式 的 理 解 和 掌 握 ， 学 会 分 析 问 题 的 思 路 和 方 法 ， 注 意 各 部 分 内 容 之 间 的 联 系 ， 了 解 其 应 用

8、 ： 而 后 去 做 教 材 中 有 关 的 习 题 、 思 考 题 以 及 本 书 中 的 自 测 练 习 ， 借 以 检 验 所 学 内 容2 机电传动控制学习辅导与题解的 掌 握 程 度 。 对 于 以 自 学 为 主 的 读 者 ， 必 须 合 理 安 排 时 间 ， 按 计 划 阅 读 教 材 ， 按 时 完 成 指 定的作业，提高学习效率。3. 对 使 用 机 电 传 动 控 制 教 材 教 学 方 案 的 建 议本课程的教学总时数为 90 学时，课堂讲授时数为 74 学时，8 个实验共 16 学时。下面 介 绍 使 用 机 电 传 动 控 制 教 材 的 参 考 教 学 方 案

9、， 内 容 包 含 两 部 分 ： 第 一 部 分 为 各 教 学 环 节学时分配表：第二部分是编制本教学方案的几点说明。(1) 各教学环节学时分配表实 验章节可 内 容 讲 课 学时数 个数 学时数第一章 概述 1第二章 机电传动系统的动力学基础 2第三章 直流电机的工作原理与其特性 共 73.1 直流电机的基本结构和工作原理 1.53.2 直流发电机 0.53.3 直流电动机的机械特性 23.4 直流他励电动机的启动特性 13.5 直流他励电动机的调速特性 13.6 直流他励电动机的制动特性 1第四章 机电传动系统的过渡过程 2第五章 交流电动机的工作原理及其特性 共 105.1 三相异步

10、电动机的结构和工作原理 1.55.2 三相异步电动机的定子电路和转子电路 1.55.3 三相异步电动机的转矩与机械特性 15.4 三相异步电动机的启动特性 25.5 三相异步电动机的调速特性 15.6 三相异步电动机的制动特性 15.7 单相异步电动机 15.8 同步电动机的工作原理、特点及应用 1第六章 控制电机 3第七章 机电传动控制系统中电动机的选择 1第八章 继电器-接触器控制系统 共 8 2 共 48.1 常用控制电器与执行电器 28.28.38.4继电器-接触器控制的常用基本线路 继电器-接触器控制线路举例继电器-接触器控制线路设计简介6前 III续表实 验章节可 内 容 讲 课

11、学时数 个数 学时数第九章 可编程序控制器 共 8 2 共 49.1 可编程序控制器的基本结构、工作原理和主要特点 19.2 可编程序控制器的内部等效继电器电路 19.3 可编程序控制器的编程和指令系统 39.4 可编程序控制器的应用 3第十章 电力电子学一一晶用管及其基本电路 共 10 1 210.1 电力半导体器件 210.2 单相可控整流电路 410.3 三相可控整流电路 110.4 逆变器 210.510.6晶用管的触发电路 晶用管的串并联和保护 1第十一章 直流传动控制系统 共 12 1 211.1 机电传动控制系统的组成和分类 111.2 机电传动控制系统调速方案的选择 211.3

12、 晶用管-电动机直流传动控制系统 711.4 晶体管-电动机直流脉宽调速系统 1.511.5 微型计算机控制的直流传动系统 0.5第十二章 交流传动控制系统 5 1 2第十三章 步进电动机传动控制系统 共 5 1 213.1 步进电动机 113.2 步进电动机的环形分配器 213.3 步进电动机的驱动电路 1.513.4 步进电动机的运行特性及选用中应注意的问题 0.5总 计 74 8 16(2) 编写本教学方案的几点说明 本教学方案仅供教师使用该教材时参考，编写本教学方案时，总的想法是： 坚 持 “教 师 为 主 导 ， 学 生 为 主 体 ”的 思 想 ， 教 师 的 “精 讲 ”与 学

13、生 的 “自 学 ”相 结 合 ， 教 师 主 要 起 “启 发 ”和 “寻 导 ”的 作 用 ， 贯 彻 “少 而 精 ”的 原 则 ， 以 点 带 面 去 激 发 学 生获得更多知识的欲望，调动学生的学习自觉性： 要 尽 力 采 用 现 代 化 、 多 媒 体 教 学 手 段 和 现 场 教 学 ， 理 论 联 系 实 际 ， 以 增 加 课 堂 教 学 信息量和感性认识，培养学生的创新能力：4 机电传动控制学习辅导与题解 结 合 学 生 的 作 业 可 采 用 一 些 课 堂 讨 论 ， 以 调 动 学 生 的 学 习 兴 趣 和 积 极 性 ， 使 课 堂 “活”起来，提供“相互学习”

14、的机会，培养学生探索与追求知识的能力： 本 课 程 的 课 内 外 学 时 比 为 1:1.5。 至 于 各 章 节 内 容 的 取 舍 和 教 学 方 法 ， 将 在 各 章 后 提 出 一 些 不 成 熟 的 建 议 ， 但 这 些 浅 见仅 供 教 师 们 在 所 处 的 具 体 条 件 下 教 学 时 参 考 ， 也 欢 迎 老 师 们 多 给 我 们 反 馈 宝 贵 经 验 ， 共 同 探讨最佳的教学方案。4. 作 业 与 自 测 练 习在 学 憧 书 中 基 本 内 容 的 基 础 上 再 做 一 些 习 题 ， 可 以 起 到 巩 固 概 念 、 熟 练 运 算 、 启 发 思

15、维 的 作 用 ， 完 成 好 作 业 是 巩 固 和 加 深 所 学 知 识 、 培 养 分 析 问 题 和 解 决 问 题 能 力 的 有 效 途 径 。 为 此 ， 各 章 拟 做 适 当 数 量 的 习 题 ， 解 题 时 要 看 憧 题 意 ， 注 意 分 析 ， 对 可 入 座 ， 不 要 乱 套 。 本书介绍的解题方法只供参考 （有的题解也不是唯一的） ， 绝对不要去读答案。 未指定要作 的 习 题 与 思 考 题 ， 也 要 逐 个 思 考 ， 找 出 解 决 问 题 的 理 论 依 据 和 思 路 。 通 过 对 自 测 练 习 的 试 做，可以较全面地检查各章所学内容的掌握

16、程度。5. 实验本课程拟开出的八个实验（每个实验 2 学 时 ） 是 ：(1) 交 流 电 动 机 的 继 电 器 -接 触 器 控 制 （ 一 ）(2) 交 流 电 动 机 的 继 电 器 -接 触 器 控 制 （ 二 ）(3) 可编程序控制器（一）(4) 可编程序控制器（二）(5) 晶用管特性及可控整流电路(6) 直流电动机闭环调速系统(7) 交流电动机变频调速系统(8) 步进电动机调速系统 实 验 是 验 证 和 巩 固 所 学 理 论 、 训 练 实 践 技 能 、 培 养 求 实 和 严 谨 的 科 学 作 风 的 重 要 环 节 ，这 对 于 本 课 程 尤 为 重 要 。 实 验

17、 前 要 细 看 说 明 书 ， 认 真 准 备 ： 实 验 时 要 积 极 思 考 ， 多 动 手 ， 学 会 正 确 使 用 电 气 设 备 和 仪 器 ， 能 正 确 连 线 和 操 作 ： 实 验 后 对 实 验 现 象 和 数 据 要 认 真 分 析 ， 写出有收获和体会的实验报告。本 书 的 第 二 、 三 、 四 、 五 、 六 、 七 、 八 、 九 章 由 邓 坚 编 写 ， 第 十 二 、 十 三 章 由 周 祖 德 编写，邓星钟编写第十、十一、十四章并负责全书定稿。由 于 我 们 缺 乏 编 写 这 类 书 籍 的 经 验 ， 所 以 肯 定 问 题 不 少 ， 恳 请

18、读 者 多 提 意 见 并 批 评 指正。编 者2001 年 2 月目 录第一章 概述（略） (1)第二章 机电传动系统的动力学基础 (2) 2.1 知 识 要 点 (2)2.1.1 基 本 内 容 . (2)2.1.2 基 本 要 求 . (5)2.1.3 重 点 与 难 点 (5)2.2 例 题 解 析 (5)2.3 学 习 自 评 (10)2.3.1 自 测 练 习 . (10)2.3.2 自测练习参考答案 (12)2.4 关 于 教 学 方 面 的 建 议 (12)第三章 直流电机的工作原理及其特性 (13) 3.1 知 识 要 点 (13)3.1.1 基 本 内 容 . (13)3.

19、1.2 基 本 要 求 . (18)3.1.3 重 点 与 难 点 (19)3.2 例 题 解 析 (19)3.3 学 习 自 评 (23)3.3.1 自 测 练 习 . (23)3.3.2 自测练习参考答案 (24)3.4 关 于 教 学 方 面 的 建 议 (25)2 机电传动控制学习辅导与题解第四章 机电传动系统的过渡过程 . (26) 4.1 知 识 要 点 (26)4.1.1 基 本 内 容 . (26)4.1.2 基 本 要 求 . (27)4.1.3 重 点 与 难 点 (27)4.2 例 题 解 析 (27)4.3 学 习 自 评 (33)4.3.1 自 测 练 习 . (33

20、)4.3.2 自测练习参考答案 (34)4.4 关 于 教 学 方 面 的 建 议 (34) 第五章 交流电动机的工作原理及其特性 . (35) 5.1 知 识 要 点 (35)5.1.1 基 本 内 容 . (35)5.1.2 基 本 要 求 . (38)5.1.3 重 点 与 难 点 (38)5.2 例 题 解 析 (39)5.3 学 习 自 评 (57)5.3.1 自 测 练 习 . (57)5.3.2 自测练习参考答案 (59)5.4 关 于 教 学 方 面 的 建 议 (60)第六章 控制电机. (61)6.1 知 识 要 点 (61)6.1.1 基 本 内 容 . (61)6.1.

21、2 基 本 要 求 . (63)6.1.3 重 点 与 难 点 (63)6.2 例 题 解 析 (64)6.3 学 习 自 评 (67)6.3.1 自 测 练 习 . (67)6.3.2 自测练习参考答案 (67)6.4 关 于 教 学 方 面 的 建 议 (68)第七章 机电传动控制系统中电动机的选择 . (69)7.1 知 识 要 点 (69)目 录 37.1.1 基 本 内 容 . (69)7.1.2 基 本 要 求 . (70)7.1.3 重 点 与 难 点 (70)7.2 例 题 解 析 (70)7.3 学 习 自 评 (73)7.3.1 自 测 练 习 . (73)7.3.2 自测

22、练习参考答案 (74)7.4 关 于 教 学 方 面 的 建 议 (74)第八章 继电器-接触器控制系统 (75)8.1 知 识 要 点 (75)8.1.1 基 本 内 容 . (75)8.1.2 基 本 要 求 . (76)8.1.3 重 点 与 难 点 (77)8.2 例 题 解 析 (77)8.3 学 习 自 评 (88)8.3.1 自 测 练 习 . (88)8.3.2 自测练习参考答案 (90)8.4 关 于 教 学 方 面 的 建 议 (90)第九章 可编程序控制器 . (91)9.1 知 识 要 点 (91)9.1.1 基 本 内 容 . (91)9.1.2 基 本 要 求 .

23、(93)9.1.3 重 点 与 难 点 (93)9.2 例 题 解 析 (93)9.3 学 习 自 评 (109)9.3.1 自 测 练 习 . (109)9.3.2 自 测 练 习 参 考 答 案 (略 ) (112)9.4 关 于 教 学 方 面 的 建 议 (112) 第十章 电力电子学 晶闸管及其基本电路 (113) 10.1知 识 要 点 (113)10.1.1 基本内容 (113)10.1.2 基本要求 (117)4 机电传动控制学习辅导与题解10.1.3 重 点 与 难 点 (117)10.2 例 题 解 析 (118)10.3 学 习 自 评 (126)10.3.1 自测练习

24、(126)10.3.2 自 测 练 习 参 考 答 案 (128)10.4 关 于 教 学 方 面 的 建 议 (129)第十一章 直流传动控制系统 (130)11.1 知 识 要 点 (130)11.1.1 基本内容 (130)11.1.2 基本要求 (133)11.1.3 重 点 与 难 点 (133)11.2 例 题 解 析 (134)11.3 学 习 自 评 (140)11.3.1 自测练习 (140)11.3.2 自 测 练 习 参 考 答 案 (142)11.4 关于教学方面的建议. (143)第十二章 交流传动控制系统 (144)12.1 知 识 要 点 (144)12.1.1

25、基本内容 (144)12.1.2 基本要求 (145)12.1.3 重 点 与 难 点 (146)12.2 例 题 解 析 (146)12.3 学 习 自 评 (148)12.3.1 自测练习 (148)12.3.2 自测练习参考答案（略） (148)12.4 关 于 教 学 方 面 的 建 议 (148)第十三章 步进电动机传动控制系统 (149) 13.1 知 识 要 点 (149)13.1.1 基本内容 (149)13.1.2 基本要求 (151)13.1.3 重 点 与 难 点 (151)13.2 例 题 解 析 (151)目 录 513.3 学 习 自 评 (153)13.3.1 自

26、测练习 (153)13.3.2 自 测 练 习 参 考 答 案 (153)13.4 关 于 教 学 方 面 的 建 议 (154)第十四章 模拟试题及参考答案 . (155)模拟试题 . (155)模拟试题参考答案 . (159)模拟试题I . (164)模拟试题I参考答案 . (167)模拟试题I . (173)模拟试题I参考答案 . (177)模拟试题N . (181)模拟试题N参考答案 . (185)6 机电传动控制学习辅导与题解第一章概 述（略）第二章机电传动系统的动力学基础2.1 知 识 要 点2.1.1 基本内容1. 机电传动系统的运动方程式机 电 传 动 系 统 是 一 个 由

27、电 动 机 拖 动 ， 并 通 过 传 动 机 构 带 动 生 产 机 械 运 转 的 机 电 运 动 的 动 力 学 整 体 如 图 2.1(a)所 示 ： 尽 管 电 动 机 种 类 繁 多 、 特 性 各 异 ， 生 产 机 械 的 负 载 性 质 也 可 以 各 种 各 样 ， 但 从 动 力 学 的 角 度 来 分 析 时 ， 则 都 应 服 从 动 力 学 的 统 一 规 律 ， 即 在 同 一 传 动 轴上电动机转矩 TM、 负 载 转 矩 TL、 转 轴 角 速 度 三 者 之 间 符 合 下 面 的 关 系 ：或用转速 n 代 替 角 速 度 ， 则 为TM TLT TJ d

28、dtGD 2 dn(2.1)M L 375 dt (2.2)式 (2.1)和 式 (2.2)称 为 机 电 传 动 系 统 的 运 动 方 程 式 。TL(n)+电动机MTM (n)生 产 机 械L+TMM+TL(a) (b)图 2.1 单轴拖动系统第二章 机电传动系统的动力学基础 3(a) 传动系统图 (b) 转矩、转速的正方向机 电 传 动 系 统 的 运 动 方 程 式 是 描 述 机 电 系 统 机 械 运 动 规 律 的 最 基 本 方 程 式 ， 它 决 定 着dn系统的运行状态，当动态转矩 Td TM TL 0 时，加速度 a dtdn 0 ，表示没有动态转矩，系 统 恒 (匀

29、)速 运 转 ， 即 系 统 处 于 稳 态 ： 当 Td 0 时 ， a dt 0 ， 表 示 系 统 处 于 动 态 ， Td 0时， a dn / dt 为正，传动系统为加速运动： Td 0 时， a dn / dt 为负，系统为减速运动。 因式(2.1) 和 式(2.2) 中的 TM、 TL 既有大小还有方向 （正负） ， 故 确定传动系统的运行状态不仅 取决于 TM 和 TL 的大小，还要取决于 TM 和 TL 的 正 负 （ 方 向 ） 。 因 此 ， 列 机 电 传 动 系 统 的 运 动 方 程 式 和 电 路 平 衡 方 程 时 ， 必 须 规 定 各 电 量 的 正 方 向

30、 ， 也 必 须 规 定 各 机 械 量 的 正 方 向 。 对机电传动系统中各机械量的正方向约定见图 2.1(b)如 下 ： 在 确 定 了 转 速 n 的正方向后， 电动机转矩 TM 取与 n 相 同 的 方 向 为 正 向 ， 负 载 转 矩 TL 取与 n 相 反 的 方 向 为 正 向 ， 因 此 ， 若 TM 与 n 符 号相同， 则表示 TM 与 n 的 方向一致： 若 TL 与 n 符 号相同， 则表示 TL 与 n 方 向 相反。也可以由 TM、 TL 的方向来确定 TM、 TL 的正负。根 据 上 述 约 定 ， 可 以 从 转 矩 与 转 速 的 符 号 上 判 定 TM

31、 和 TL 的 性 质 ： 若 TM 与 n 符 号 相 同（同为正或同为负） ，则 表示 TM 的作用方向与 n 相同，T M 为拖动转矩：若 TM 与 n 符 号相 反 ， 则 表 示 TM 的作用方向与 n 相 反 ， TM 为 制 动 转 矩 。 而 若 TL 与 n 符 号 相 同 ， 则 表 示 TL 的作用方向与 n 相 反 ， TL 为制动转矩：若 TL 与 n 符号相反，则表示 TL 的作用方向与 n 相同， TL 为拖动转矩。2. 多轴系统中转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算原则机 电 传 动 系 统 运 动 方 程 式 中 的 转 矩 、 转 动 惯 量 及 飞 轮 转 矩

32、等 ， 均 分 别 为 同 一 轴 上 的 数 值 。 若 运 动 系 统 为 多 轴 系 统 ， 则 必 须 将 上 述 各 量 折 算 到 同 一 转 轴 上 才 能 列 出 整 个 系 统 的 运 动 方 程 式 。 由 于 一 般 均 以 传 动 系 统 的 电 动 机 轴 为 研 究 对 象 ， 因 此 ， 一 般 都 是 将 它 们 折 算 到 电动机轴上。转 矩 折 算 应 依 据 系 统 传 递 功 率 不 变 的 原 则 ， 转 动 惯 量 和 飞 轮 转 矩 折 算 应 依 据 系 统 贮 存 的动能不变的原则。3. 生产机械负载的类型根 据 生 产 机 械 在 运 动 中

33、 所 受 阻 力 的 性 质 不 同 ， 可 以 将 它 们 分 成 恒 转 矩 型 、 通 风 机 型 、 直 线 型 和 恒 功 率 型 等 几 种 类 型 的 负 载 （ 其 机 械 特 性 见 教 材 图 2.4图 2.7） 。 恒 转 矩 型 负 载 又 有 两 种 不 同 性 质 的 负 载 转 矩 ， 即 反 抗 转 矩 和 位 能 转 矩 。 反 抗 转 矩 是 由 摩 擦 力 、 机 床 切 削 力 等 产 生 的 负 载 转 矩 ， 其 作 用 方 向 恒 与 运 动 方 向 相 反 ， 总 是 阻 碍 系 统 运 动 ： 位 能 转 矩 是 由 物 体 的 重 力 或 弹

34、 性 体 的 弹 性 力 产 生 的 负 载 转 矩 ， 其 作 用 方 向 固 定 不 变 ， 与 运 动 的 方 向 无 关 。4 机电传动控制学习辅导与题解4. 机电传动系统稳定运行的条件在 机 电 传 动 系 统 中 ， 电 动 机 与 生 产 机 械 连 成 一 体 ， 为 了 使 系 统 运 行 合 理 ， 就 要 使 电 动 机 的 机 械 特 性 与 生 产 机 械 的 机 械 特 性 尽 量 相 配 合 。 特 性 配 合 好 的 一 个 基 本 要 求 是 系 统 要 能 稳定运行。机 电 传 动 系 统 的 稳 定 运 行 有 两 层 含 义 ： 一 是 系 统 应 能

35、以 一 定 速 度 匀 速 运 转 ， 即 电 动 机 轴 上 的 拖 动 转 矩 TM 和 折 算 到 电 动 机 轴 上 的 负 载 转 矩 TL 大 小 相 等 ， 方 向 相 反 ， 相 互 平 衡 ， 这 是 必 要 条 件 。 二 是 系 统 受 某 种 外 部 干 扰 作 用 （ 如 电 压 波 动 、 负 载 转 矩 波 动 等 ） 而 使 运 行 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 ， 这 是 充 分 条 件 。从机械特性 如图 2.2 所 示 ， 曲 线 1 为 异 步 电 动 机 的 机

36、械 特 性 n = f (TM)， 直 线 2 为恒转 矩型生产机械的机械特性 n = f (TL) 上 看 ， 机 电 传 动 系 统 稳 定 运 行 的 必 要 充 分 条 件 是 ： 电 动 机 和 生 产 机 械 的 机 械 特 性 曲 线 n = f (TM)和 n = f (TL)有 交 点 （ 如 A、 B 两 点 ， 即 拖动系统的平衡点） 。 当转速 大 于平衡点所对应的转 速 （即 n n） 时 ， 必须有 TM TL ， 即 若 干 扰 使 转 速上升，当干扰消除后应有 TM TL 0 ，才能使系统减速而回到平衡点：而当转速小于平衡点所对应的转速（ nTLnTMTM=TL

37、nTM TLTMTL(a) (b) (c)图 2.3 例 2-1 图6 机电传动控制学习辅导与题解12 3 4Z(1) 根据图示 TM、 TL、 n 的 方 向 ， 列 出 各 机 电 传 动 系 统 的 运 动 方 程 式 ：(2) 说明各图中 TM、 TL 是拖动转矩，还是制动转矩：(3) 根据各图中所示 T M、 TL、 n 的方向，说明各系统的运行状态是加速、减速还是匀速。解 (1) 因 按 正 方 向 的 约 定 ： TM 与 n 同 向 ， TM 为 正 ： TM 与 n 反 向 ， TM 为 负 。 TL 与 n反 向 ， TL 为正：T L 与 n 同 向 ， TL 为负。2故

38、 图 (a)为 TM TL GD3752dn ：dt图 (b)为图 (c)为 TM T TL TGD375GD 2dn ：dtdn 。M L 375 dt(2) 因 T 与 n 同向时，T 为拖动转矩： T 与 n 反 向 时 ， T 为制动转矩。 故 图 (a)中 TM 为 拖 动 转 矩 ， TL 为制动转矩：图 (b)中 TM、 TL 均为制动转矩：图 (c)中 TL 为拖动转矩，T M 为制动转矩。(3) 因动态转矩 Td TM TL 0 时为加速， Td 0 时 为 减 速 ， Td = 0 时 为 匀 速 。 故 图 (a)为 加 速 运 行 状 态 ：图 (b)为 减 速 运 行

39、 状 态 ： 图 (c)为 减 速 运 行 状 态 。例 2-2 图 2.4 所 示 机 电 动 传 系 统 ， 减 速 机 构 为 两 级 减 速 箱 ， 己 知 齿 轮 齿 数 之 比 Z2/Z1 = 3， Z4/Z3 = 5， 减 速 机 构 的 效 率 c= 0.92， 各 齿 轮 的 飞 轮 惯 量 分 别 为 GD 2 29.4N m 2 ，GD 2 78.4N m 22 2， GD 2 49N m 2 ，2GD 2 196N m 22， 电 动 机 的 飞 轮 惯 量 2GDM 294N m ， 负 载 的 飞 轮 惯 量 GDL 450.8N m ， 负 载 转 矩 TL470

40、.4N m ， 试 求 ：(1) 折算到电动机轴上的负载转矩 TL：(2) 折算到电动机轴上系统的飞轮惯量 GD 2 。TM 1M M4 T L LL2 3图 2.4 例 2-2 图第二章 机电传动系统的动力学基础 7j jL1 2 3n LM c解 (1) T TLL Z1 Z 3TL 1 (470.4 1 1 1 ) Nm = 34.1NmcM Z 2 Z 4 c 3 5 0.92(2) GD 2 (GD 2 GD 2 ) (GD 2 GD 2 ) 1 (GD 2 GD 2 ) 1Z M 12 3 214 L 2L 1(294 29.4) (78.4 49) (196 450.8) 1 N

41、 m 2340N m 2如用近似计算，则2 2 GD 2 32450.8 (3 5) 2 2 2GDZ GDM j 2 1.15 294 (3 5) 2 N m 340.1N mL 例 2-3 有 一 机 电 传 动 系 统 如 图 2.5 所 示 ， 己 知 每 根 轴 的 飞 轮 惯 量 和 转 速 分 别 为GD 2 = 87.4Nm2， n1 = 2500r/min; GD 22 = 245Nm2， n2 = 1000r/min; GD 22 = 735Nm2，n3 = 500r/min。 负载转矩 TL= 98Nm ， 电动机拖动转矩 TM = 29.4Nm ， 电动机拖动生产机 械

42、 运 动 时 的 传 动 效 率 c = 0.9。 试 求 ： (1) 生产机械轴的加速度是多少？(2) 为使生产机械具有 3(r/min)s1 的 加速度， 要加装飞轮惯量 GD2 = 612.5Nm2 的飞 轮，问此飞轮应装在哪根轴上？L3M 1 2图 2.5 例 2-3 图解 (1) 把 电 动 机 的 转 矩 TM 和所有的飞轮惯量 GD2 都折算到生产机械轴上去。 电动机转矩折算到生产机械轴上的等效转矩为TM TM jc T n1329.4 2500 0.9N m500= 132.3Nm折算到生产机械轴上的总飞轮惯量为2 2 2 2 n1 2 n2 2GDZ1 GD1 GD2 GD3

43、n3 n3 2 2 78.4 2500 245 1000 735N m 2 500 500 8 机电传动控制学习辅导与题解GDGD 1 2 3GDdtZ2 78.4 25 245 4 735N m 21960 980 735 N m 23675N m 2故生产机械轴的加速度为dnL TM TL(r / min) s 1 132.3 98 (r / min) s 12Z1375367537534.3 (r / min) s 1 3.5(r / min) s 19.8(2) 应将飞轮装在生产机械轴上，此时的2n 2n 2 GD 2 1 GD 2 2 GD 2 GD 2n3 n3 dnL TM(19

44、60 980 735 612.5)N m 24287.5N m 2TL(r / min) s 1 132.3 98 (r / min) s 1故 dt 2Z23754287.537534.3 (r / min) s 1 3(r / min) s 111.43即满足了加速度的要求。例 2-4 有一机电传动系统如图 2.6 所 示 ， 己 知 ： 重物 G = 10000N：上升速度 v = 0.6m/s： 卷筒直径 D = 0.9m： 每对齿轮转速比 j1 = j2 = 6： 每对齿轮效率 1 = 2 = 0.94：Dj2j1 FMvG图 2.6 例 2-4 图第二章 机电传动系统的动力学基础 92 2 2卷筒效率 3 = 0.95： 滑轮效率 4 = 0.96： 试求：(1) 电动机轴上的转速：(2) 负载重物折算到电动机轴上的转矩。解 (1) 电 动 机 轴 上 的 转 速 。 因卷筒转速n 60 2v r / min 60 2 0.6 r / min 25.5r / minL D故电动机轴上的转速3.14 0.9nM nL j