机电传动系统的静态与动态特性.ppt
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2.3 典型生产机械的负载特性2.4 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩 的折算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,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义,定义静态特性：电动机的电磁转矩和生产机械速度之间的关系。动态特性：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。研究意义分析如何缩短过渡过程，提高生产效率；改善机电传动系统的运行情况，使设备安全运行。,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.2 机电传动系统的运动方程式,单轴机电拖动系统的组成,单轴机电传动系统的运动方程式,TM电动机产生的转矩，NmTL负载转矩，NmJ转动惯量，kgm2 v角速度，rad/st时间，s,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.2 机电传动系统的运动方程式,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.2 机电传动系统的运动方程式,i：组成刚体的第i个小质点的质量。i：第i个小质点到转动轴的距离。,这个与物体转动难易有关的量，和在平移运动中的质量相似，我们称为转动惯量或称惯性矩，其大小和物体的形状、质量及转动轴有关。分散质点组成的物体，其转动惯量为：,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.2 机电传动系统的运动方程式,D惯性直径，mGD2飞轮转矩，Nm2 r惯性半径，mn转速，r/min,运动方程式的实用形式,推导：,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.2 机电传动系统的运动方程式,转矩平衡方程式,结论：电动机所产生的转矩在任何情况下，总是由轴上的负载转矩TL（即静态转矩）和动态转矩Td之和所平衡。,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.2 机电传动系统的运动方程式,传动系统的状态转矩的正方向转矩的性质,启动时,制动时,拖动转矩TM与n同向,制动转矩TM与n反向,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.2 机电传动系统的运动方程式,制动转矩TL与n反向,制动转矩TL与n反向,例2-1 TM与TL符号和性质的判定。,例2-2,各图中，TM、TL、n均为实际方向，试回答：1.列出系统的运动方程式；2.说明系统运行的状态（加速还是减速）。,解：,拖动转矩,制动转矩,拖动转矩,制动转矩,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.2 机电传动系统的运动方程式,加速,减速,减速,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.2 机电传动系统的运动方程式,作业,题2.3,生产机械的机械特性定义 电动机轴上的负载转矩和转速之间的关系，即n=f(TL)。,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.3 机电传动系统的负载特性,类型：（a）反抗转矩（b）位能转矩,原因：摩擦、非弹性体的 重力、弹性体的 压缩、拉伸与扭转 压缩、拉伸与扭转方向：T与n的方向恒为相反 T的方向恒定与n无关,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.3 机电传动系统的负载特性,2.3.1 恒转矩型机械特性,2.3.2 离心式通风机型机械特性2.3.3 直线型机械特性2.3.4 恒功率型机械特性,离心式通风机型,恒功率型,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.3 机电传动系统的负载特性,直线型,实际通风机,摩擦转矩,离心式鼓风机、水泵,端面切削,模拟负载用他励直流发电机,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,多轴机电拖动系统的组成,生产机械（低速）,电动机（高速）,减速机构,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,多轴机电拖动系统的组成,(a)旋转运动,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,多轴机电拖动系统的组成,(b)直线运动,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,需将转矩、转动惯量或质量都折算到某一根轴上，一般选电动机轴,根据单轴机电拖动系统的运动方程式,a.旋转运动,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,2.4.1 负载转矩的折算,结论,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,b.直线运动,2.4.1 负载转矩的折算,结论,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,电动机拖动生产机械,生产机械拖动电动机,b.直线运动,2.4.1 负载转矩的折算,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,a.旋转运动,2.4.2 转动惯量和飞轮转矩的折算,电机轴、中间轴、负载轴上的转动惯量电动机轴与中间传动轴之间的速比电机轴与负载轴之间的速度比电机轴、中间轴、负载轴上的角速度,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,a.旋转运动,2.4.2 转动惯量和飞轮转矩的折算,电机轴、中间轴、生产机械轴上的飞轮转矩,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,b.直线运动,2.4.2 转动惯量和飞轮转矩的折算,多轴拖动系统的运动方程式,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,例2-3,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,解：（1）负载转矩的折算,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,解：（2）飞轮转矩的折算,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,解：（2）飞轮转矩的折算,依据经验公式近似计算,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,作业,题2.4,机电传动系统的两种运行状态,静态（稳态）动态转矩为零动态（暂态）启动、制动、反向、调速,机电传动系统的过渡过程定义,系统由一个稳态变化到另一个稳态的变化过程,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,为满足生产机械对机电传动系统过渡过程的各种要求，必须研究转速、转矩、电流对时间的变化规律，才能正确地选择机电传动装置，设计控制电路，以求改善产品质量，提高生产率和减轻劳动强度。,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,过渡过程的分析机电传动系统的过渡过程形成的原因,外因,内因,机械惯性：,电磁惯性：,热惯性：,反映在J或GD2上，使n不能突变,反映在电感上，使Ia和F不能突变,反映在温度上，使温度不能突变,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,机电传动系统运动方程式,代入式(2.4)得,取机电时间常数：,利用相似三角形原理有,可得,直流他励电动机，TL=常数,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,一阶线性常系数非齐次微分方程 全解,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,以上三式分别是当TL=常数，n=f(TM)是线性关系时过渡过程的动态特性，仅考虑机械惯性的过渡过程 n、TM、Ia 都是按指数规律变化的,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,应用举例：启动时,当t=0时，n=0，TM=Tst，加速度最大。当TM=TL时，达到稳态转速ns。实际上当t=(35)tm，就可以认为TM=TL，n=ns。,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,应用举例：停车时,电动机从 ni开始自由停车过程中，转速也是按指数规律变化的。,如图所示：tm在数值上等于转速n以t=0时的加速度直线上升到ns所需的时间；tm是n从0加速到0.632 ns所经历的时间；tm越小，过渡过程越快。,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程 机电时间常数,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,机电时间常数的几种表达式,几何表达式：,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,机电时间常数的几种表达式,物理表达式：,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,加快机电传动系统过渡过程的方法过渡过程时间,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,加快机电传动系统过渡过程的方法 减少系统GD2,1.采用两台电动机同轴运动例如：龙门刨床的刨台一台46kW、580r/min，GD2=216Nm2两台23kW、600r/min，GD2=92Nm2*2,2.采用小惯量直流电机（电枢细长，Tst/GD2大）,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程,加快机电传动系统过渡过程的方法增加动态转矩Td,1.采用直流力矩电动机（Tmax/GD2大）2.控制使启动过程中平均启动电流越大，则启动越快,充满系数K越接近1时越优,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.6 机电传动系统稳定运行的条件,电动机的机械特性：,TM=f(n)曲线，即驱动转矩和转速的函数关系,生产机械的机械特性：,TL=f(n)曲线，即负载转矩和转速的函数关系,当电动机作为生产机械的原动机时，两个函数中的n为同一个参数。,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.6 机电传动系统稳定运行的条件,系统应能以一定速度匀速运行,系统受某种外部干扰（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,由运动方程式,可知：,要使速度匀速不变，则 TM=TL,机电系统稳定运行的含义：,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.6 机电传动系统稳定运行的条件,a点是稳定平衡点b点不是,系统稳定运行的必要充分条件,例2-4 判断下图b点是否是系统的稳定平衡点？,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.6 机电传动系统稳定运行的条件,解：系统中有交叉点 当n时（n1），TMTL 故b点是平衡稳定点,n1,n2,n,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.6 机电传动系统稳定运行的条件,判断系统稳定运行点的条件,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，TMTL。,基本要求1.掌握机电传动系统的运动方程式，并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；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。,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 小 结,重点与难点重点1.运用运动方程式来判别机电传动系统的运行状态；2.运用稳定运行的条件来判别机电传动系统的稳定运行点。难点1.根据机电传动系统中 的方向确定 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；2.在机械特性上判别系统稳定工作点时，如何找出。,第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 小 结,
