机电系统的传动力学ppt课件.ppt

东南大学机械工程学院 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 东南大学机械工程学院 2 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 东南大学机械工程学院 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 东南大学机械工程学院 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 东南大学机械工程学院 5 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 实用方程式 东南大学机械工程学院 6 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 东南大学机械工程学院 7 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 东南大学机械工程学院 8 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 东南大学机械工程学院 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 东南大学机械工程学院 10 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运动 j 传动机构的速比n 电动机转速 东南大学机械工程学院 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 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 东南大学机械工程学院 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 1 1 25 电动机轴上的总惯性矩 电动机轴上的总飞轮矩 东南大学机械工程学院 13 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 东南大学机械工程学院 14 2 3典型负载的机械特性 生产机械的机械特性 同一转轴上负载转矩和转速之间的函数关系 东南大学机械工程学院 15 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 东南大学机械工程学院 16 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 东南大学机械工程学院 17 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 东南大学机械工程学院 18 2 3 1恒转矩型机械特性 东南大学机械工程学院 19 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 水泵 风扇等 东南大学机械工程学院 20 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 东南大学机械工程学院 21 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 东南大学机械工程学院 22 2 3 3恒功率机械特性 东南大学机械工程学院 23 2 3 3恒功率机械特性 东南大学机械工程学院 24 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 东南大学机械工程学院 25 2 4机电传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 东南大学机械工程学院 26 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 TMTL 东南大学机械工程学院 27 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 东南大学机械工程学院 28 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 东南大学机械工程学院 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 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 东南大学机械工程学院 30 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 东南大学机械工程学院 31 2 5机电传动系统的过渡过程 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 东南大学机械工程学院 32 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 东南大学机械工程学院 33 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 东南大学机械工程学院 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 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 东南大学机械工程学院 35 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 东南大学机械工程学院 36 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 东南大学机械工程学院 37 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 东南大学机械工程学院 38 2 机电传动系统过渡过程的分析 将 求导 结果代入 得到 若t 0时 TM Ti代入上式求出C 则可得 因I Ti 可得 东南大学机械工程学院 39 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 东南大学机械工程学院 40 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 东南大学机械工程学院 41 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