机电系统的传动力学课件.ppt

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1、第二章 机电系统传动力学,2.1 单轴机电传动系统2.2 多轴机电传动系统2.3 典型负载的机电特性2.4 机电传动系统稳定性运行的条件2.5 机电传动系统的过渡过程,1,2.1 单轴机电传动系统,机电传动系统:一般由电动机、传动机构、工作机构、控制机构和电源组成。最简单的机电传动机构是电动机转轴和工作机构直接相联，这种机构称为单轴机电传动系统。,2.1单轴机电传动系统,2,2.1 单轴机电传动系统,2.2单轴机电传动系统转速方向约定,3,2.1 单轴机电传动系统,2.2单轴机电传动系统转速方向约定,方程式：,4,2.1 单轴机电传动系统,2.2单轴机电传动系统转速方向约定,方程式：,实用方程

2、式：,5,2.2 多轴机电传动系统,2.3 负载作旋转运动的多轴拖动系统旋转运动,6,2.2 多轴机电传动系统,2.4负载作直线运动的多轴拖动系统直线运动,7,2.2 多轴机电传动系统,转矩、转矩惯量和飞轮转矩的折算,将多轴系统各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量折算到电动机的轴上。折算的基本原则：,折算前的多轴系统同折算后的单轴系统，在能量关系或功率关系上保持不变。,8,2.2.1 负载转矩的折算,根据静态时功率守恒原则折算,对多轴拖动系统旋转运动,j:传动机构的速比,如折算到电动机上的负载转矩为TL:,9,2.2.1 负载转矩的折算,根据静态时功率守恒原则折算,对多轴拖动系统直线

3、运动,j:传动机构的速比n:电动机转速,10,2.2.2 转动惯量和飞轮矩的折算,根据能量守恒原则折算,对多轴拖动系统旋转运动,j1:中间机构的速比,jL:生产机构的速比,电动机轴上的总惯性矩,电动机轴上的总飞轮矩,11,2.2.2 转动惯量和飞轮矩的折算,根据能量守恒原则折算,对多轴拖动系统旋转运动,实际使用时，适当加大电动机的转动惯量或飞轮矩来考虑中间轴：,其中：1.11.25,电动机轴上的总惯性矩,电动机轴上的总飞轮矩,12,2.2.2 转动惯量和飞轮矩的折算,根据能量守恒原则折算,对多轴拖动系统直线运动,电动机轴上的总惯性矩,电动机轴上的总飞轮矩,13,2.3 典型负载的机械特性,生产

4、机械的机械特性:同一转轴上负载转矩和转速之间的函数关系。,14,2.3.1 恒转矩型机械特性,特点：负载转矩为常数 如：起重机起升机构、起重机运行机构、皮带运输机等。进一步可分为：反抗转矩（摩擦转矩，与运动方向相反）位能转矩（重力产生转矩，与运动方向无关）,15,2.3.1 恒转矩型机械特性,2.5 反抗转矩型机械特性(阻转矩负载),摩擦转矩,16,2.3.1 恒转矩型机械特性,2.6 位能转矩型机械特性（位转矩型负载）,重力产生转矩,17,2.3.1 恒转矩型机械特性,18,2.3.2 离心式通风机型机械特性,2.7 离心式通风机型机械特性,特点：负载转矩与速度平方成正比 .如：离心式鼓风机

5、、水泵、风扇等。,19,2.3.3 恒功率机械特性,2.8 恒功率型机械特性,特点：负载转矩与速度成反比 . 如：车床的粗加工和精加工、录音机的走带（Fv=恒定）。,20,2.3.3 恒功率机械特性,实际负载的特性要复杂的多，可能是单一的，也可能是多种负载同时存在（如起重机的起升机构）；也可能是无规律的（碎石机等）；,21,2.3.3 恒功率机械特性,22,2.3.3 恒功率机械特性,23,2.4 机电传动系统稳定运行的条件,机电传动系统的稳定运行要求：1、系统能以一定的速度匀速运行。2、系统受到某些外部干扰而运行速度波动时，能保证干扰消除后，系统能恢复到原来的运行速度。,24,2.4 机电传

6、动系统稳定运行的条件,2.9 稳定工作点的判别,根据：速度不能突变的原则,25,2.4 机电传动系统稳定运行的条件,机电传动系统稳定运行的充分必要条件是：,1、电动机的机械特性 n=f(TM)与生产机械的工作特性n=f(TL)相交。,2、当转速大于平衡点的转速时， TM TL.,26,2.4 机电传动系统稳定运行的条件,根据：速度不能突变的原则,27,2.5 机电传动系统的过渡过程,1、 研究机电传动系统过渡过程的实际意义,静态静止或在平衡点匀速运动；动态 启动、停车制动、调速；从一个平衡点向另一个平衡点迁移；原因人为控制：正、反转，调速；电网波动 负载变化,电机运行状态,28,2.5 机电传

7、动系统的过渡过程,1、 研究机电传动系统过渡过程的实际意义,对过渡过程要求不高的机械:如通风机、水泵等过渡过程尽量快的机械：龙门刨床工作台、可逆轧钢机等 对过渡过程有限制的机械：起重机、电梯、电车、造纸机、印刷机等；,电机运行状态,29,2.5 机电传动系统的过渡过程,1、 研究机电传动系统过渡过程的实际意义,目的和意义：为满足实践生产需要，必须研究过渡过程的基本规律，研究各参数（转矩、转速、电流等）对时间的变化规律，才能正确选用电动机，为机电传动自动控制系统提供控制原则，设计出完善的启动、制定等控制线路，以改善产品质量，提高生产率和减轻劳动生产强度。,电机运行状态,30,2.5 机电传动系统

8、的过渡过程,2 、机电传动系统过渡过程的分析,过渡过程产生的原因机械惯性： GD2 通常不变;n不能突变电磁惯性： ,Ia,不能突变(串接电感时);热惯性：温度t不能突变;,31,2 、机电传动系统过渡过程的分析,电动机机械特性：n=f(TM) 生产机械负载转矩特性：TL=f(n),基本运动方程：,32,2 、机电传动系统过渡过程的分析,基本运动方程：,Tst : 为n=0时的转矩,对常用的交流异步电动机和直流他励电动机，TM与n是近视的线性关系,若TL常数,则n可用截距式表示：,n0 : 为理想空载转速,同理：,ns : TL为恒转矩时系统稳定运行的稳态转速,33,2 、机电传动系统过渡过程

9、的分析,将：,整理后得到：,和,代入：,令：,m反映机电传动系统机械惯量的物理量，称为机电传动系统的机电时间常数。,34,2 、机电传动系统过渡过程的分析,将：,整理后得到：,和,代入：,令：,整理后可得：,35,2 、机电传动系统过渡过程的分析,整理后得到：,令：,整理后可得：,这是一个典型的一阶常系数非齐次微分方程，通解为：,C为积分常数，由初始条件决定,36,2 、机电传动系统过渡过程的分析,这是一个典型的一阶常系数非齐次微分方程，通解为：,C为积分常数，由初始条件决定,若：过渡过程开始即t=0时，n=ni 代入上式，可得：,37,2 、机电传动系统过渡过程的分析,将：,求导,结果代入：

10、,得到：,若 t0时，TM Ti 代入上式求出C,则可得：,因I Ti，可得,38,2 、机电传动系统过渡过程的分析,启动时关系曲线,启动过程：ni=0,停止：ns=0,从ni开始自由停车过程,39,3 、机电时间常数m,m是机电传动系统中非常重要的动态参数，直接影响机电传动系统过渡过程的快慢。,在数值上等于转速n以t=0时的加速度直线上升到稳态转速ns时所需要的时间。有多种表示方法（4.1）(4.13) (4.14)(4.15),40,4 、加快机电传动系统过渡过程的方法,1、减少系统的GD2(冶金起重机专用电动机、两台电动机代替一台电动机等)2、增加动态转矩Td电机方面考虑：大惯量直流电动机（宽调速直流力矩电动机），Tmax/GD2 大 控制方面考虑：增大电流，又不能超过最大值。充满系数K:K越接近于1越好。,41,4 、加快机电传动系统过渡过程的方法,充满系数K:,K1时，称为最优过程，过渡时间最短。电枢串电阻启动时，电阻级数越多，平均启动转矩越大，K值越大。,42,第二章 作业,P30： 2.2 2.5 2.7 2.12,43,