动力学基础.

机电传动控制1目录·第1章第1章直流电机1-1直流电机的基本结构与工作原理1-2直流发电机1-3直流电动机的机械特性1-4机电传动系统运动的理论基础1-5生产机械的机械特性1-6直流他励电动机的启动与调速1-7直流他励电动机的制动机电传动控制2目录·第1章第1章直流电机1-4机电传动系统运动的理论基础1-5生产机械的机械特性1-1直流电机的基本结构与工作原理1-2直流发电机1-3直流电动机的机械特性1-6直流他励电动机的启动与调速1-7直流他励电动机的制动第一部分第二部分机电传动控制3目录·第1章第1章直流电机1-4机电传动系统运动的理论基础1-5生产机械的机械特性第一部分一、机电传动系统的运动方程式二、转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算三、生产机械的机械特性四、机电传动系统稳定运行的条件机电传动控制4第1章直流电机·第一部分①掌握机电传动系统的运行方程式，学会用它来分析与判别机电传动系统的运行状态；②了解在多轴拖动系统中，为了列出系统的运动方程式，必须将转矩等进行折算，掌握其折算的基本原则和方法；③了解几种典型生产机械的机械特性n＝f(TL)；④掌握机电传动系统稳定运行的条件，并学会用它来分析与判别系统的稳定平衡点。基本要求机电传动控制5第1章直流电机·第一部分运用运动方程式分别判别机电传动系统的运行状态；运用稳定运行的条件来判别机电传动系统的稳定运行点。根据机电传动系统中TM、TL、n的方向，确定TM、TL是拖动转矩还是制动转矩，从而判别出系统的运行状态，是处于加速、减速还是匀速；在机械特性上判别系统稳定工作点时，如何找出TM、TL。重点难点机电传动控制6第1章直流电机·第一部分一.机电传动系统的运动方程式单轴拖动系统（a）传动系统图（b）转矩、转速的正方向机电传动系统是一个由电动机拖动，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。电动机转矩TM、负载转矩TL、转轴角速度ω(转速n)机电传动控制7第1章直流电机·第一部分一.机电传动系统的运动方程式机电传动系统的运动方程式TM－TL＝Jdtd用转速n代替角速度ω，则为：TM－TL＝dtdnGD3752运动方程的实用形式（转动惯量J）（飞轮惯量GD2）机电传动控制8第1章直流电机·第一部分一.机电传动系统的运动方程式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，它决定着系统的运行状态。当Td＝0时，a＝0，表示系统处于稳态，Td＝0时，拖动转矩＝制动转矩，a为0，系统匀速运动。当Td≠0时，a≠0，表示系统处于动态，Td＞0时，拖动转矩＞制动转矩，a为正，系统加速运动；Td＜0时，拖动转矩＜制动转矩，a为负，系统减速运动。动态转矩Td＝TM－TL；加速度a＝dtdnTM－TL＝dtdnGD3752机电传动控制9第1章直流电机·第一部分一.机电传动系统的运动方程式正方向约定：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。若TM或TL与n方向相同，则TM或TL为拖动转矩；若TM或TL与n方向相反，则TM或TL为制动转矩。若TM与n符号相同，则TM为拖动转矩；若TM与n符号相反，则TM为制动转矩。若TL与n符号相同，则TL为制动转矩；若TL与n符号相反，则TL为拖动转矩。根据上述约定，判定TM和TL的性质无方向约定：按照矢量分析判定TM和TL的性质机电传动控制10第1章直流电机·第一部分一.机电传动系统的运动方程式综合上述内容，主要有如下三部分：①判定TM和TL的方向，列写机电传动系统的运动方程式TM取与n相同的方向为正向；TL取与n相反的方向为正向。②判定TM和TL的性质若TM或TL与n方向相同，则TM或TL为拖动转矩；若TM或TL与n方向相反，则TM或TL为制动转矩。③判定机电传动系统的运行状态拖动转矩＝制动转矩，系统匀速运动；拖动转矩＞制动转矩，系统加速运动；拖动转矩＜制动转矩，系统减速运动。TM－TL＝dtdnGD3752机电传动控制11第1章直流电机·第一部分一.机电传动系统的运动方程式机电传动控制12第1章直流电机·第一部分一.机电传动系统的运动方程式TM－TL＝dtdnGD3752机电传动控制13二.转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算机电传动系统运动方程式中的转矩、转动惯量及飞轮转矩等，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。机电传动控制14三.生产机械的机械特性电动机拖动生产机械运转，构成一个电力拖动系统，其工作状况不仅取决于电动机的特性，同时也取决于作为负载的生产机械的特性。负载的机械特性：生产机械的负载转矩与转速之间的关系负载的机械特性由负载性质决定，按生产机械在运动中所受阻力的性质不同，分成几种类型：①恒转矩负载——恒转矩型机械特性②泵与风机类负载——通风机型机械特性③恒功率负载——恒功率型机械特性④直线型负载——直线型机械特性机电传动控制15第1章直流电机·第一部分三.生产机械的机械特性按生产机械在运动中所受阻力的性质不同，分成几种类型的负载。通风机型机械特性直线型机械特性恒功率型机械特性恒转矩型机械特性(a)反抗转矩(b)位能转矩负载的转矩特性即机械特性：机电传动控制16第1章直流电机·第一部分三.生产机械的机械特性恒转矩型机械特性(a)反抗转矩(b)位能转矩(1)反抗性恒转矩负载转矩方向总是和转速方向相反，永远是阻转矩。如：机床加工过程中切削力产生的负载转矩。(2)势能性恒转矩负载转矩方向不随转速方向改变。如：卷扬机起吊重物时重力产生的负载转矩。1、恒转矩型机械特性负载转矩的大小为常量，与转速无关。机电传动控制17三.生产机械的机械特性2、通风机型机械特性如：水泵，离心式鼓风机等。负载转矩的大小基本上与转速的平方成正比。3、恒功率型机械特性如：机床加工过程中的进刀。负载转矩与转速乘积为一常数，即负载转矩与转速成反比。4、直线型机械特性如：他励直流发电机作实验模拟负载负载转矩的大小与转速成正比。通风机型机械特性直线型机械特性恒功率型机械特性机电传动控制18四.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，就要使电动机与生产机械两者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。1、机电传动系统稳定运行的含义①系统应能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。②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。机电传动控制19第1章直流电机·第一部分四.机电传动系统稳定运行的条件2、稳定工作点的判别①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(即拖动系统的平衡点)。②给该点施加干扰，使转速变化，然后取消干扰，如果转速能恢复，则该点为稳定点，反之为不稳定点。稳定的直观解释机电传动控制20四.机电传动系统稳定运行的条件2、稳定工作点的判别①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(即拖动系统的平衡点)。②给该点施加干扰，使转速变化，然后取消干扰，如果转速能恢复，则该点为稳定点，反之为不稳定点。当转速大于平衡点所对应的转速时，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。•当转速小于平衡点所对应的转速时，必须有TM＞TL。即若干扰使转速下降，当干扰消除后应有TM－TL＞0，才能使系统加速而回到平衡点。机电传动控制21第1章直流电机·第一部分四.机电传动系统稳定运行的条件3、判别稳定工作点的实用方法在交点的转速以上存在TM＜TL（转速以下存在TM＞TL）则该点为稳定点，反之为不稳定点。当干扰出现使TL→TL′TM暂时不变，有TM＞TL′使n→n′，TM→TM′，即使A点→A′点，TL′＝TM′；当干扰消除使TL′→TL，TM′暂时不变，有TM′＜TL，使n′→n，TM′→TM，即使A′点→A点，TL＝TM；0nnn′A′ATL′TM′TLTMT12“1”电动机的机械特性n＝f(TM)“2”生产机械的机械特性n＝f(TL)A点是稳定平衡点机电传动控制22第1章直流电机·第一部分四.机电传动系统稳定运行的条件3、判别稳定工作点的实用方法在交点的转速以上存在TM＜TL（转速以下存在TM＞TL）则该点为稳定点，反之为不稳定点。“1”异步电动机n＝f(TM)“2”恒转矩型负载n＝f(TL)负载转矩TL电动机转矩TMA点是稳定平衡点B点不是稳定平衡点机电传动控制23第1章直流电机·第一部分四.机电传动系统稳定运行的条件3、判别稳定工作点的实用方法在交点的转速以上存在TM＜TL（转速以下存在TM＞TL）则该点为稳定点，反之为不稳定点。1—异步电动机的特性2—恒转矩型负载特性3—恒功率型负载特性4,5—通风机型负载特性