机电传动与运动控制 教学课件 ppt 作者 范国伟 第1章 机电传动系统的动力学基础
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1、第1章 机电传动系统的 动力学基础,范国伟 安徽工业大学,机电传动系统,机电传动系统是由电动机拖动，并通过传动机构带动生产机械运行的一个动力学整体。虽然电动机有不同的种类和特性，生产机械的负载性质也各种各样，但从动力学的角度分析，它们都服从动力学的统一规律。本章主要介绍机电传动系统的运动方程式、机电传动系统处于稳定运行及过渡过程的条件，介绍生产机械的转矩及系统惯量(飞轮矩)的折算方法，以及各种类型生产机械的机械特性 。,1.1机电传动系统的运动方程式,(1)系数375是个有量纲的系数，单位为m/mins。 (2)GD2是代表物体旋转惯量的一个整体物理量，在实际应用中，不论计算还是书写，GD2都应写在起。 (3)国家标准规定采用国际单位制(SI)，只使用转动惯量J。对于工程上沿用的GD2。,单轴系统,在生产实际中最简单的机电传动系统就是电动机直接与生产机械的工作机构(负载)相连接的单轴系统，如下图所示。,1.2 多轴系统负载转矩和转动惯量的折算,实际的机电传动系统，将电动机的运动形式转变成符合生产所需的运动形式，这种拖动系统称为多轴机电传动系统。,多轴机电传动系统的简化,多轴机电传动系统
2、的分析比单轴拖动系统复杂。但就电机拖动而言，一般不需要研究每根轴上的情况，而是把传动机构和负载等效成为电动机轴上的单一负载，从而把实际的多轴系统折算成为一个等效的单轴系统 。,1.2.1 旋转运动负载转矩和转动惯量的折算,1. 转矩的折算 根据折算前后功率不变的原则折算 2. 转动惯量的折算 根据折算前后系统贮存动能不变的原则折算,1.2.2 平移运动负载转矩和转动惯量的折算,1、 平移运动负载转矩的折算 根据折算前后电动机拖动功率不变的原则 2、平移运动负载转动惯量的折算 根据折算前后动能不变的原则,13 生产机械的负载转矩特性,直流电动机带动生产机械运行，各种生产机械都是电机的负载，机电传动系统的运行状态取决于电动机及其负载的双方。因此，我们既要知道电动机的电磁转矩T与转速n的关系，即电动机的机械特性nf（T），也要知道生产机械负载转矩TL与转速n的关系，即生产机械负载转矩特性nf（TL）。典型的负载特性可归纳为三大类：即恒转矩负载、恒功率负载和风机类负载。,1.3.1恒转矩负载特性,1、反抗性恒转矩负载 反抗性恒转矩负载是由摩擦产生的，又称摩擦转矩或反作用转矩，无论朝哪个方向运动
3、，负载转矩TL总是反抗运动的。此类负载转矩的方向总是 与运动方向相反。当运动方向 改变时，负载转矩方向也随之 改变。,1.3.1恒转矩负载特性,2、位能性恒转矩负载 位能性恒转矩负载是由物体的重力产生的，负载转矩的大小和方向固定不变，与转速的大小和方向无关，如起重机提升与下放重物这类负载，不论其运动方向如何，重力作用总是向下的。 特点是： a、由于是重力产生的，因此位能性 恒转矩负载的大小是恒定不变的； b、作用方向也保持不变,当n0时TL0， 为阻碍运动的制动转矩，当n0 为帮助运动的拖动转矩； c、机械特性是穿过、象限的直线。,1.3.2 恒功率负载特性,恒功率负载特性，其特点是负载功率PL为一定值，负载转矩TL与转速nL成反比。 其转速与转矩的关系式为： 而功率 近似为常数。,1.3.3 风机类负载特性,此类负载转矩与转速的平方成正比，通风机型负载特性是一条抛物线 其负载转矩与转速的 二次方成正比关系， 其转速与转矩的关系式：,1.4 机电传动系统稳定运行条件,机电传动系统要能稳定运行，必须使电动机的机械特性与负载的机械特性配合得当，否则系统在运行时会出现不稳定现象。 必要条件：电动机机械特性与负载的转矩特性必须有交点，即存在TMTL； 充分条件：在交点TMTL处，满足 或者说，在交点的转速以上存在TTL，而在在交点的转速以下存在TMTL（这是一种简单的判断方法）。,
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