机电传动控制_机电传动系统的动力学基础PPt

1、7 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY7 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY学整体， 学的统一规律。T机构，题是我们要d / d = 03 tw- .j- 7 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY在许多情况下，电动机与生产机械之间 机电传动系统中电动机带动负载的力学 讨论的主要问题。3 Tl-拖动力（N）; -阻力（N）;m（dv/dt）惯性力。w 冬费 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY旋转运动：生的转矩；传动系统的负载转矩; 轴传动系统的转动惯量;单轴传动系统的角速度；t 时间。kg)与重

2、量(N)； 直径(m)； 加速度。位为kg m2中常用的参量，在实际的电力拖动 量(即飞轮矩)代替转动惯量。溃量。* 77 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY2J = mp = mD / 4G = mg、r GD2J=石 m与G 一旋转部 P与D 惯性 g = 9. 81m/s 转动惯量 转动惯量J 工程中则采用飞轮惯tz HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY实际计算中常将旋转运动方程式化为另一种 形式，即将角速度3 (rad/s)化.成用每分钟转 数n (r/min)表示的形式：2n兀T=60这样有旋转运动方程式 的实用形式：GD2 dn37

3、5 dtGD2 -称为Tm - Tl = J 警dt22J = mp= mD / 4TGD2J =4 g2n3 =n60tm电动机转矩tl负载转矩 GD2-飞轮矩 n转速t时间生产机械dtd =负值生产机械应用运动方程式，通常以 对象，运动方程式写成动机轴为研究:式中T有大小又有方向（正负）。Tm潮75 dt7Y( +GD d向，则:，Tm取正号，相反相同，tl取负号，相反对公式中TM与TL前带有的正负符号,作如下规 定：设电机某一转动(n)方向1.如果TM方向与电动机n方时取负号；2如果Tl方向与电动时取正号；3.加速转矩(由转矩Tz及(b)例2-1图375 dt几与性质图2.2Tm.1符号

4、的旳启动时TmTl(d)系统的轴常是 勺系统要复杂，上节所介绍的是单轴拖动系统的运动方程式，但实 不止一根，这种系统称为多轴拖动系统，它显然比 计算起来也较为困难。7 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY如要全面研究这个多轴拖动系统的问题，必 须对每根轴列出其相应的运动方 间互相联系的方程式； 来，全 系统太复杂对电力拖动研究对象。V这些方程式联立起 使用这种方法研究,通常把电动机轴作为&冬胞工卄卑转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算 丿T解决途径：把实际的拖动系统等效为单轴 等效原则：等效折算的原则是保持两个系统传送的功 率及储存的动能相同。Jd W GD： , n )Tm

5、生产机械的负载转矩Tl的折用电动机轴上的负载 械轴上的实际转矩tl来反映生产机的功率不变若不考虑中间传动机构的损耗。 有如下关系：Pl = TTl 3 Tl生产机械轴上的 Tl -折算到电动机 3l -生产机械轴 3m -电动机轴有损耗， 。电动机工作 械，功率由电动 由电动机承担，电 械消耗的功率大。TTl =丄HcJ考虑到传动机构在传递功率的过 这个损耗可以用传动效率 在电动状态由电动机带动生 机向生产机械传送， 动机发出的功率比总结：依据系统传递功率不变的原则实际负载功率F1 L多轴旋转拖算后的负载功率L = TL5M丄 L .5M丿(27)j = M 5 (jlj2人)Fv = SmT

6、lT9.55 Fv2冗0 =n60丁9.55 FvTl =Mm电动机拖动生产机械的情况生产=9.55Fv / 叮CnMSr2兀 n60动机驱动）：机械轴上的转动惯量； 的速比； 之间的速比；传动轴、生产机械轴上的角速度。折算到电动旋转运动时，折算到电动机轴上的总转动 JZ = JM + + 玉 电动机轴、中间传 电动机轴与中间 电动机轴与3l电动+晋(214)(2.15)(2.16)J 莎 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY例 1 Z2/Zi=3, Z4/Z3=5,GDI = 29.4 N - m2 GD = 78.4 GDI = 196 N - m2 GDM = 2

7、94折算到电动机轴上的负载转折算到电动机轴上系统的二% = 0.92 GDI = 49 E解(1)TL = 470.4N - m 2互=470.4= 34.1N - mm%cj 0.92 x 3 x 5夕 HEFEI UNTVERSnY OF TECHNOLOGY解(2)飞轮矩的折算GDZ = (GDM + GDI2) + (G土 +(GD4 + gdL)=Jl(3 x 5)2近似计算gdZ=(294 + 2型+哼4 +；+GDl = 1.15 x 294 + 450.8 = 340.1N - m2(3 X 5)2L）数关系之间的函数关系） n=f（TM）:一般顺时针为正）性可以分为以下几种典

8、型的生产机械 机械特性。/* 77 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY机械特性：同一转轴上，转矩与转速之间 生产机械的机械特性：（电动机轴上的负载转电动机的机械特性总tl与转速& tl保持常升机构、提升机的 金属切削机床等。方向的关系，又可分为： 载 负载恒转矩型机械特性恒转矩型机械特性的特点是负载 n无关，即当转速变化时， 值。属于这一类的生产行走机构、皮带运输根据负载转1反抗型恒转2位能蠱转prkOTlT(a)反抗转矩是一种摩擦转矩，7与的方向总是相反的反抗型恒转矩负载：也称摩擦转矩， 是 非弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用所产生的负 载转矩。反抗转矩负载特性的 特

9、点是：恒值转矩乙 总是反对运动方向， 运动方向发生改变时 负载转矩的方向 随着改变。如 的行走机构， 输机、刀 金属的 平移；位能型恒转矩负载：是由物体的重力 压缩、拉伸与扭转等作用所产生的负位能性恒转矩负载特性的 特点是：转矩TL具有固 定的方向，不随转速n的方 向改变而改变。如起重类 型负载中的重物：当起吊 重物时由于重力的 负载转矩永远作用 物下降的方 相反；当重和方（b）位能转矩时候 因重力产生的转矩，卩的方向恒定，与无关TL与n方向相离心式通风机型负载：通风机负载的 大小有关，基本上与转速的平方成正比，即: Tl = C n2, C为常数。帰T匚与转速此类负载有通风机、 油泵等。直线

10、型负载：这一类机械的负载转矩 C为常数。T n，实验中作模拟负载用的他 励直流发电机，当励 磁电流和电枢固定不变 其电磁转矩与转速 成正比。恒功率型负载：负载转矩TL基本上与 即：TL = K/n,或 K = TLnP 为常魏。TLn成反比,Tl = K / n车床在粗加工时，切削 切削力大，开低速； 切削量小，切削力小实际负载特性实际生产机械的负载转矩特性 型特性的综合。1实际通风机负载疋R = Cn2+T（T0轴上的摩擦转矩）具有其他的转矩特性，如 角a变化，还有随时间变化的2机床刀 还有一些 曲柄连杆 等等7 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY实际负载特性实际车

11、床的运动包括: 主运动进给运动率最大的运动是主运动:一般情况下消 钻床： 铣床：HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY实际负载特性:性和电动 系统是否稳判定系统的稳定平衡点当我们了解了生产机械的机 机的机械特性后就能讨论 定运行了。7 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY系统合理运行的条件，:电动机与生产的最基本的要求：系统能稳定运行。（如电压 运行速度 消除后系统 度，这是充分条2bHEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY机电传动系统稳定运行的含义机电传动系统的稳定运行有两层含义:1、系统应能以一定速度匀速运 电动机轴上的拖动

12、转矩TM和折 轴上的负载转矩tl大小相等 相互平衡，这是必要条件。2、系统受某种外部 波动、负载转矩波动 稍有变化时，应 能恢复到原来 件。冬胞工咁九HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY系统稳定运行的必要条件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(如A、B两点，即 拖动系统的平衡点)曲线1为异步电动机的 械特性n = f(TM)，&直线 为恒转矩型生产机使转速上升，当干扰消亠夂瞬 除后应有Tm-Tl；扰使转速下HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY系统稳定运行的充分条件2、当转速大于平衡 点所对应的转

13、速时，必 须有TM 0,才能使系统加速而回到平衡点。HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY生产机械转矩tl变化时 A、B称为拖动系统平衡点 只有A是系统的稳定平衡点 当兀+ ATl = Tl时TmTl则dn/dtTl则dn/加速，回到平- 7 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY电动机转速n变化时 当电动机转速n变化时 当nn时，必有TmTl ; 即若干扰消除后，减速则 dn/dt0, TmTl。 当n 即若干扰消除后， dn/dt0， Tm 回到平衡点。tm 一THEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY总结：Tm与Tl两条特性曲线 有交点，该交点称之为.卅 系统的平衡点.当转速大于平衡点对 应的转速时，有：TM1TL1； 当转速小 应的转速TmiTM2HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY例2判断下图b点是否是系统的