机电传动系统的动力学基础

基本要求：

    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 (T_L)；    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。难点：    根据机电传动系统中T_M、T_L、n的方向，   确定T_M、T_L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T_M、T_L。    2.1  机电传动系统的运动方程式    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。2.1  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。     动态转矩  T_dp T_M － T_L；加速度  a ＝    当T_d＝0时，a＝0 ，表示系统处于稳态，系统为匀速运动。     当T_d≠0时，a≠0 ，表示系统处于动态，        T_d＞0时，拖动转矩＞制动转矩，a为正，系b加速运动；        T_d＜0时，拖动转矩＜制动转矩，a为负，系统减速运动。2.2  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。      由于一般均以传动韧车牡缍机轴为研究对象，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认低持存的动能   不变的原则。 2.2.1 负载转矩的折算依据系统传递功率不变的原则 实际负载功率=折算后的负载功率多轴旋转拖动系统多轴直线运动系统（下放重物）                2.2.2转动惯量和飞轮转矩的折算（旋转型）依据动能守恒原则，折算到电机轴上的总转动惯量为；依据动能守恒原则，折算到电机轴上的总飞轮矩为经验公式直线运动系统折算到电机轴上的总转动惯量、飞轮矩为多轴系统的运动方程式例题1：  解（1）  解（2）近似计算2.3  生产机械5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

 

负载的转矩特性即机械特性：

 

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。1、恒转矩型机械特性负载转矩的大小为常量，与转速无关。(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。  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b负载转矩的大小与转速成正比。2.4  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     一是系统应能以一定速度匀速运转，即电动机轴上的拖   动转矩T_M和折算到电动机轴上的负载转矩T_L大小相等，   方向相反，相互平衡，这是必要条件。     二是系统受某种外部干扰n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。  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 (T_M) 和 n＝f (T_L)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T_M＜T_L。即若干扰使转速上升，当干扰消除后应有T_M－T_L＜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T_M ＞T_L。即若干扰使转速下降，当1扰消除后应有T_M－T_L＞0，才能使系统加速而回到平衡点。3、判别稳定工作点的实用方法“1”电动机的机械特性           n＝f (T_M)“2”生产机械的机械特性        n＝f (T_L)当干扰出现使T_L →T_L′，T_M暂时不变，有T_M＞T_L′，使n →n ′，T_M →T_M′，即使A点→A′点，T_L′＝T_M′； 当干扰消除使T_L′→T_L， T_M′暂时不变，有T_M′＜ T_L ，使n ′ →n ，T_M′→T_Mi 即使A′点→A点，T_L＝T_M；4、举例1”异步电动机的机械特性         n＝f (T_M)“2”恒转矩型        生产机械的        机械特性        n＝f (T_L)A点是稳定平衡点，B点不是稳定平衡点。