机电传动控制课件__第2章.

第2章机电传动系统的静态与动态特性本章重点：1.几种典型生产机械的负载特性2.加快过渡过程的方法以及机电传动系统稳定运行的条件2.1研究机电传动系统静态与动态特性的意义2.2机电传动系统的运动方程式（揭示运动规律）2.3典型生产机械的负载特性（了解掌握典型）2.4负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算方法2.5机电传动系统的过渡过程2.6机电传动系统稳定运行的条件（懂得判断）机电传动系统有静态（稳态）和动态（暂态）两种运行状态。静态是指系统以恒速运转的状态，其动态转矩为零；动态是指系统的速度处于变化之中的状态，存在动态转矩。机电传动系统的静态特性是电动机的电磁转矩和生产机械速度之间的关系；机电传动系统的动态特性是指[系统从一种稳定状态变化到另一种稳定状态时在过渡过程中的特性]当机电传动系统处于启动、制动、反转、调速或负载转矩发生变化等运转状态时，电磁转矩和转速就要随之变化，即系统处于动态运行。2.1研究机电传动系统静态与动态特性的意义1.可以分析如何缩短过渡过程的时间，从而提高生产率；2.可以研究如何改善机电传动系统的运行情况，使设备安全运行2.1研究机电传动系统静态与动态特性的意义2.2机电传动系统的运动方程式TM：电动机产生的电磁转矩TL：生产机械产生的负载转矩J：转动惯量ω:角速度LdTTJdt•2.2.1单轴机电传动系统的运动方程•2.2.2单轴机电传动系统的实用运动方程飞轮转矩是一个整体物理量，量纲为2375LGDdnTTdt2GD2Nm2.2.3动态转矩•系统处于动态时，系统中必然存在一个动态转矩•系统的转矩平衡方程：即2375DGDdnTdtDLTTTLDTTT•根据转矩平衡方程，请判断系统在什么情况下处于加速运动？什么情况下处于匀速运动？什么情况下处于减速运动？•TM-TL›0加速运动•TM-TL=0匀速运动•TM-TL‹0减速运动•2.2.4运动方程式中符号的约定设电动机某一转动方向的转速n为正，则在运动方程式中作如下约定：电动机电磁转矩T与转速n方向一致为正（同向为正）；负载转矩与转速方向n相反为正（反向为正）。LT•T：拖动转矩T与n符号相同•制动转矩T与n符号相反•TL：制动转矩TL与n符号相同•拖动转矩TL与n符号相反•例2-1如图所示起重机在提升重物，试判断起重机在启动和制动时电动机转矩和负载转矩的符号。设重物提升时电动机旋转的方向n为正方向。2.3典型生产机械的负载特性2.3.1恒转矩型负载的机械特性•1.反抗转矩负载反抗转矩也称摩擦转矩，这类负载的转矩大小不变，但方向恒与运动方向相反，总是阻碍系统的运动。•提升机行走机构•皮带运输机•轧钢机•金属切削机床的平移机构•2．位能转矩负载•这类负载的大小不变，作用方向与运动方向无关。•起重机的提升机构•矿井提升机构2.3.2通风机型负载的机械特性这类负载转矩的大小与速度的平方成正比，即2LTCn图2-4离心机型负载的机械特性离心式鼓风机离心式水泵离心式水泵2.3.3恒功率型负载的机械特性•这类负载转矩的大小与转速成反比，•即LKTn图2-5恒功率型负载的机械特性机床的主轴机构轧钢机的主传动机构2.4负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算方法•折算的基本原则是折算前后能量关系或功率关系上保持不变。•2.4.1负载转矩的折算•由于负载转矩是静态转矩，可以根据功率守恒原则进行折算。•1．旋转运动LLLLcMcTTTj•2．直线运动电动机拖动生产机械移动，提升重物9.55LcFvTn•生产机械拖动电动机移动，如下放重物9.55cLFvTn2.4.2转动惯量和飞轮转矩的折算1.旋转运动折算到电动机轴上的总的转动惯量为：1221LZMLJJJJjj22221221LZMLGDGDGDGDjj折算到电动机轴上的总的飞轮转矩为•在实际工程中为了计算方便，多用适当加大电动机轴上的转动惯量或飞轮转矩的方法来考虑中间传动机构的转动惯量或飞轮转矩的影响，于是有：MJ2MGD2LZMLJJJj2222LZMLGDGDGDj•2.直线运动•折算到电动机轴上的总转动惯量或总飞轮转矩分别为：212221LZMLMJJvJJmjj2222212221365LZMLGDGDGvGDGDjjn•多轴拖动系统的运动方程式：2375ZLGDdnTTdt•当机电传动系统中电动机电磁转矩或负载转矩发生变化时，系统将经历过渡过程，包括电动机启动、制动、反转、调速或负载突变等情况。2.5机电传动系统的过渡过程•2.5.1机电传动系统中的惯性（产生过渡过程的原因）（1）机械惯性：转动惯量和飞轮转矩，n不能突变（2）电磁惯性：电感，电流和励磁磁通不能突变（3）热惯性：温度，温度不能突变机电传动系统中只需考虑机械惯性，即在过渡过程中只有转速是不能突变的，而电枢电流和转矩都可以突变。2.5.2机电传动系统的过渡过程时间1221()375375snzzsnDDGDGDdntnnTT•从运动方程式推导而来•1．过渡时间与飞轮转矩成正比——减少飞轮转矩•2．过渡时间与动态转矩成反比——加大动态转矩2.5.3加快过渡过程的方法（由过度时间的方程中看）2.6机电传动系统稳定运行的条件•系统的稳定运行包含两重含义：•一是系统能以一定的速度匀速运转；•二是系统受到某种外部干扰（如电压波动、负载转矩波动等）后，速度稍有变化，会离开平衡位置，但在新的条件下可达到新平衡；或在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。•判断系统稳定运行点的条件是：•A.电动机的机械特性曲线与生产机械的机械特性曲线有交点；即电动机轴上的拖动转矩和折算到电动机轴上的负载转矩大小相等，方向相反，相互平衡。•B.当转速大于平衡点对应的转速时，有：•当转速小于平衡点对应的转速时，有：MLTTMLTT•只有满足上述两个条件的平衡点，才是拖动系统的稳定平衡点，即只有这样的特性配合，系统在受到外界干扰后，才具有恢复到原来平衡状态的能力而进行稳定的运行。在一般负载情况下，只要电动机的机械特性是下降的，整个系统就能够稳定运行。2.6机电传动系统稳定运行的条件一、稳定运行的含义：1、匀速运行2、受干扰速度变化，干扰消失后速度恢复二、稳定运行的必要充分条件：1、电动机的机械特性曲线与生产机械的机械特性曲线有交点；2、当转速大于平衡点对应的转速时，有TMTL;当转速小于平衡点对应的转速时，有TMTL