機電傳動系統的動力學基礎

   時間:2014-03-07 10:40:13
機電傳動系統的動力學基礎簡介
基本要求: ①掌握機電傳動系統的運行方程式, 學會用它來分析與判別機電傳動系統的運行狀態; &……
機電傳動系統的動力學基礎正文

基本要求:

   ①掌握機電傳動系統的運行方程式,
   學會用它來分析與判別機電傳動系統的運行狀態;
   ②了解在多軸拖動系統中,
   為了列出系統的運動方程式,必須將轉矩等進行折算,
   掌握其折算的基本原則和方法;
   ③了解幾種典型生產機械的機械特性 n f (TL);
   ④掌握機電傳動系統穩定運行的條件,
   並學會用它來分析與判別系統的穩定平衡點。
難點:
   根據機電傳動系統中TMTLn的方向,
   確定TMTL是拖動轉矩還是制動轉矩,
   從而判別出系統的運行狀態,是處於加速、減速還是勻速;
   在機械特性上判別系統穩定工作點時,如何找出TMTL
   2.1  機電傳動系統的運動方程式
   機電傳動系統是一個由電動機拖動,並通過傳動
  
機構帶動生產機械運轉的機電運動的動力學整體。
2.1  機電傳動系統的運動方程式
   機電傳動系統的運動方程式
   是描述機電系統機械運動規律的最基本方程式,
   它決定著系統的運行狀態。
   動態轉矩  T TM T;加速度  a
   Td0時,a0 ,表示系統處於穩態,系統為勻速運動。
    Td≠0時,a≠0 ,表示系統處於動態,
   Td0時,拖動轉矩>制動轉矩,a為正,系統加速運動;
   Td0時,拖動轉矩<制動轉矩,a為負,系統減速運動。
2.2  轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算
   機電傳動系統運動方程式中的轉矩、轉動慣量及飛輪轉矩等,均分別為同一軸上的數值。
   若運動系統為多軸系統,則必須將上述各量折算到同一轉軸上才能列出整個系統的運動方程式。
   由於一般均以傳動系統的電動機軸為研究對象,因此,一般都是將它們折算到電動機軸上。
   轉矩折算應依據系統傳遞功率不變的原則。
   轉動慣量和飛輪轉矩折算應依據系統貯存的動能
   不變的原則。 
2.2.1 負載轉矩的折算
依據系統傳遞功率不變的原則 實際負載功率=折算后的負載功率
多軸旋轉拖動系統
多軸直線運動系統(下放重物)
  
     
2.2.2轉動慣量和飛輪轉矩的折算(旋轉型)
依據動能守恆原則,折算到電機軸上的總轉動慣量為
依據動能守恆原則,折算到電機軸上的總飛輪矩為
經驗公式
直線運動系統
折算到電機軸上的總轉動慣量、飛輪矩為
多軸系統的運動方程式
例題1:
 
 
解(1) 
解(2)
近似計算
2.3  生產機械的機械特性
   電動機拖動生產機械運轉,構成一個電力拖動系統,
    其工作狀況不僅取決於電動機的特性,
    同時也取決於作為負載的生產機械的特性。
   負載的機械特性:
生產機械的負載轉矩與轉速之間的關係。
負載的機械特性由負載性質決定,按生產機械在運動中所受阻力的性質不同,分成幾種類型:
   ① 恆轉矩負載   ——恆轉矩型機械特性
   ② 泵與風機類負載 ——通風機型機械特性
   ③ 恆功率負載   ——恆功率型機械特性
   ④ 直線型負載   ——直線型機械特性
負載的轉矩特性即機械特性:
按生產機械在運動中  
所受阻力的性質不同,
分成幾種類型的負載。
1、恆轉矩型機械特性
負載轉矩的大小為常量,與轉速無關。
(1)反抗性恆轉矩負載
轉矩方向總是和轉速方向相反,
永遠是阻轉矩。
 如:機床加工過程中切削力
產生的負載轉矩。
(2)勢能性恆轉矩負載轉矩方向不隨轉速方向改變。
   如:卷揚機起吊重物時重力產生的負載轉矩。  

 

2、通風機型機械特性 如:水泵,離心式鼓風機等。
負載轉矩的大小基本上與轉速的平方成正比。
3、恆功率型機械特性 如:機床加工過程中的進刀。
負載轉矩與轉速乘積為一常數,即負載轉矩與轉速成反比。
4、直線型機械特性   如:他勵直流發電機作實驗模擬負載
負載轉矩的大小與轉速成正比。
2.4  機電傳動系統穩定運行的條件
   在機電傳動系統中,電動機與生產機械連成一體,
    為了使系統運行合理,
    就要使電動機與生產機械兩者的機械特性盡量相配合。
    特性配合好的一個基本要求是系統要能穩定運行
1機電傳動系統穩定運行的含義
    一是系統應能以一定速度勻速運轉,即電動機軸上的拖
   動轉矩TM和折算到電動機軸上的負載轉矩TL大小相等,
   方向相反,相互平衡,這是必要條件
    二是系統受某種外部干擾作用(如電壓波動、負載轉矩波
 動等)而使運行速度稍有變化時,應保證在干擾消除后系
   統能恢復到原來的運行速度,這是充分條件  
2、穩定工作點的判別
① 電動機和生產機械的機械特性曲線
nf (TM) nf (TL)有交點(即拖動系統的平衡點)。
② 給該點施加干擾,使轉速變化,然後取消干擾,
如果轉速能恢復,則該點為穩定點,反之為不穩定點。
   當轉速大於平衡點所對應的轉速時,必須有TMTL
即若干擾使轉速上升,當干擾消除后應有TMTL0
才能使系統減速而回到平衡點。
   當轉速小於平衡點所對應的轉速時,必須有TM TL
即若干擾使轉速下降,當干擾消除后應有TMTL0
才能使系統加速而回到平衡點。
3、判別穩定工作點的實用方法
1電動機的機械特性   nf (TM)
2生產機械的機械特性   nf (TL)
當干擾出現使TL TL
TM暫時不變,有TMTL
使nn TMTM
即使A點→A′點,TLTM
 當干擾消除使TL′→TL
 TM′暫時不變,有TM′< TL
使n ′ →n TM′→TM
 即使A′點→A點,TLTM
4、舉例
1非同步電動機的機械特性
   nf (TM)
2恆轉矩型
   生產機械的
   機械特性
   nf (TL)
A點是穩定平衡點,
B點不是穩定平衡點。

 

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