机电传动控制(第五版)课件及其复习说课材料

b．位能性转矩，其特点如下：
☞ 位能性转矩是由物体的重力或弹性体的压缩、拉伸、 扭转等作用所引起的负载转矩；
☞ 位能性转矩的大小恒常不变；
☞ 作用方向不变，与运动方向无关，即在某一方向 阻碍运动而在另一方向促进运动。
离心式通风机型负载特性
☞ 离心式通风型机械特性是按离心力原理工作的，
如离心式鼓风机、水泵等，它们的负载转矩TL的大小 与转速n的平方成正比，即：
第二章 机电传动系统的动力学基础
1 机电传动系统的运动方程式
{TM }Nm{TL}Nm{G32D }7 Nm 2 5d{d n {}tn }/smin
☞ D ─ 单轴传动系统的惯性直径（m）; ☞ G ─ 单轴传动系统的重力（Kg）。 ☞ GD2 ─ 应视为一个整体物理量。 ☞ 运动方程式是研究机电传动系统最基本的方程式，
☞ 它使系统的运动状态发生变化。其转矩平衡方程为：
TM = TL + Td
上式表明，在任何情况下，电机所产生的转矩总是被轴上的负载 转矩（静态转矩）与动态转矩之和所平衡。
☞ 由于传动系统有多种运动状态，相应的运动方程式 中的转速和转矩的方向就不同，因此需要约定方向 的表达规则。
3、TM、TL、n的参考方向 因为电动机和生产机械以共同的转速旋转，所以，
5 机电传动系统稳定运行的条件
☞ 机电传动系统中，电动机与生产机械连成一体， 为了使整个系统运行合理，就要使电动机的机械 特性与生产机械的负载特性尽量相匹配。
☞ 特性配合好坏的基本要求是系统能稳定运行。
1、机电系统稳定运行的含义包括：
1) 系统应能以一定速度匀速运行；
2) 系统受某种外部干扰作用（如电压波动、负载 转矩波动等）而使运行速度发生变化，应保证 系统在干扰消除后能恢复到原来的运行速度。
拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。
4 机电传动系统的负载特性
☞ 前面讨论的机电传动系统运动方程中，负载转矩TL 可能是常数，也可能是转速的函数。
☞ 我们把同一轴上负载转矩与转速之间的函数关系称为 机电传动系统的负载特性。
☞ 就是生产机械的负载特性，有时也称为生产机械的 机械特性。 ——今后均指电机轴上的负载特性。
由它可描述出系统运动的状态及特征。
2、传动系统的状态
根据运动方程式可知：运动系统有两种不同的运动状态：
1)稳态 TM（ TL时:）
Td
Jddt 0即
dω dt
0，ω为常数，传动系统以恒速运动。
TM =TL时传动系统处于恒速运动的这种状态被称为稳态。
2)动态 TM（ TL时）： T M T LT d
TLCn2
其中：C为常数。
特性曲线如图所示。
直线型负载特性
☞ 直线型负载的负载转矩TL的大小与转速n的大小
成正比，即 ：
TLCn
其中：C为常数。
特性曲线如图所示。
恒功率型负载特性
☞ 恒功率型负载的负载转矩TL的大小与转速n的
大小成反比，即
TL
C n
其中：C为常数。例如机床。
特性曲线如图所示。
☞ 实际应用中，负载可能是单一类型的，也可以是几种 类型的复合。
总复习
第一章 概述
• 定义：以电动机为原动机（动力源）驱动生产机 械的系统的总称。
• 目的：将电能转换为机械能，实现生产机械的启 动、停止及速度调节，满足各种生产工艺过程的 要求，保证生产过程的正常进行。
机电传动技术的发展
• 动力源：蒸汽机，内燃机，电动机 • 机电传动方式：
成组拖动：一台电机拖动多台设备，老方式，传 动机构复杂，效率低。 单电机拖动：一台电机拖动一台设备，比成组方 式进步。 多电机拖动：多台电机拖动一台设备，现代的传 动方法。
当干扰使速度上升时，有 TM<TL ； 当干扰使速度下降时，有 TM>TL 。
这是稳定运行的充分条件。
符合稳定运行条件的平衡点称为稳定平衡点。
机电系统稳定运行的充分必要条件也可表述为：
①电动机的机械特性n= f（Tm） 与负载特性n= f（TL）有交点；
② dTM dTL dn dn
分析举例
异步电动机 的机械特性
一般以ω（或n）的转动方向为参考来确定转矩的正负 1。)TM的符号与性质
☞ 当TM的实际作用方向与n的方向相同时（符号同）， 取与n相同的符号，TM为拖动转矩；
☞ 当TM的实际作用方向与n的方向相反时，取与n相反 的符号，TM为制动转矩。
2)TL的符号与性质 ☞ 当TL的实际作用方向与n的方向相同时（符号反）， 取与n相反的符号，TL为拖动转矩； ☞ 当TL的实际作用方向与n的方向相反时，取与n相同的 符号，TL为制动转矩。
TMTL时： Td
Jd0
dt
即
TMTL时： TdJddt 0,即
d
dt
dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
dt
0, 传动系统加速运动。 0,传动系统减速运动。
TM TL时传动系统处于加速或减速运动的这种状态 被称为动态。
☞ 处于动态时，系统中必然存在一个动态转矩：
{Td}Nm{G3D 2}7N5m2
d{n}n/min d{t}s
☞ 不同类型的生产机械在运动中受阻的性质是不同的， 其负载特性曲线的形状也有所不同，大致分为：
☞ 恒转矩型负载特性、离心式通风机型负载特性、 直线型负载特性、恒功率型负载特性。
2.3.1 恒转矩型负载特性
☞ 这一类型负载特性的特点是：负载转矩为常数。 如图所示。
☞ 依据负载转矩与运动方向的关系，恒转矩型负载特性 可分为反抗性转矩和位能性转矩两种。
a．反抗转矩：又称摩擦性转矩，其特点如下：
☞ 由摩擦、非弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用所产生 的负载转矩。
☞ 反抗性转矩的方向恒与运动方向相反，阻碍运动； ☞ 反抗性转矩的大小恒常不变。
☞ 根据转矩正方向的约定可知，反抗性转矩恒与转速n
的方向相反时取正号，即：
n 为正方向时TL 为正，特性在第一象限； n 为负方向时TL 为负，特性在第三象限。
交点a
a、b两点是否为稳 定平衡点？
生产机械的 机械特性
交点b
a点：TM TL0
2、机电系统稳定运行的条件
1) 必要条件
☞ 电动机的输出转矩TM和负载转矩TL大小相等，
方向相反。
☞ 从T—n 坐标上看，就是电动机的机械特性曲线 n =f(TM)和生产机械的机械特性曲线n =f(TL)
必须有交点，交点被称为平衡点。
2) 充分条件 ☞ 系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的 能力，即：