机电传动系统的静态与动态特性

1.可以分析如何缩短过渡过程的时间， 从而提高生产率；
2.可以研究如何改善机电传动系统的运行 情况，使设备 安全运行
2.2 机电传动系统的运动方程 式
• 2.2.1 单轴机电传动系统的运动方程
T
TL
J
d
dt
TM：电动机产生的电磁转矩 TL：生产机械产生的负载转矩 J： 转动惯量 ω : 角速度
转矩波动等）后，速度稍有变化，会离开平衡位 置，但在新的条件下可达到新平衡；或在干扰消 除后系统能恢复到原来的运行速度。
• 判断系统稳定运行点的条件是：
• A.电动机的机械特性曲线与生产机械的机械特性曲线 有交点；即电动机轴上的拖动转矩和折算到电动机轴 上的负载转矩大小相等，方向相反，相互平衡。
在实际工程计算中，常用速度 代替角速度 ，用飞轮转矩 代替转动惯量 。GD2：飞轮惯量（飞轮转矩）
单轴传动系统的运动方程：
TM
TL
J
d
dt
单轴传动系统的实用运动方程：
TM
TL
GD 2 375
dn dt
转矩平衡方程：
而机电时间常数与转动惯量、电阻及磁通等物
理量有关。
2.5.2 机电传动系统的过渡过程时间
t
ns n1
GDz2 375
dn TD
GDz2 375TD
(ns
n1)
2.5.3 加快过渡过程的方法
• 1．减少飞轮转矩
• 2．加大动态转矩
2.6 机电传动系统稳定运行的条件
• 系统的稳定运行包含两重含义： • 一是系统能以一定的速度匀速运转； • 二是系统受到某种外部干扰（如电压波动、负载
即
TL Cn2
图2-4 离心机型负载的机械特性
2.3.3 恒功率型负载的机械特性
• 这类负载转矩的大小与转速成反比，
•即
TL K n
图2-5恒功率型负载的机械特性
2.4 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算方
法
• 折算的基本原则是折算前后能量关系或 功率关系上保持不变。
• 2.4.1 负载转矩的折算 • 由于负载转矩是静态转矩，可以根据功
• B.当转速大于平衡点对应的转速时，有：TM TL
• 当转速小于平衡点对应的转速时，有 TM T。L • 只有满足上述两个条件的平衡点，才是拖动系统的稳
定平衡点，即只有这样的特性配合，系统在受T到M 外TL界 干扰后，才具有恢复到原来平衡状态的能力而进行稳 定的运行。在一般负载情况下，只要电动机的机械特 性是下降的，整个系统就能够稳定运行。
设电动机某一转动方向的转速n为正，则 在运动方程式中作如下约定：电动机电 磁转矩T与转速n方向一致为正；负载转 矩 TL 与转速方向n相反为正。
• 例2-1 如图所示起重机在提升重物，试判 断起重机在启动和制动时电动机转矩和负
载转矩的符号。设重物提升时电动机旋转 的方向n为正方向。
2.3 典型生产机械的负载特性
GDL2 jL2
• 2.直线运动 • 折算到电动机轴上的总转动惯量或总飞
轮转矩分别为：
JZ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
JM
J1 j12
JL jL2
m
v2
M2
GDZ2
GDM2
GD12 j12
GDL2 jL2
365
Gv2 n2
• 多轴拖动系统的运动方程式：
T
TL
GDZ2 375
dn dt
2.5 机电传动系统的过渡过程
• 2.5.1 机电传动系统中的惯性 机电传动系统之所以产生过渡过程，因为各种惯性：
• 2.2.2单轴机电传动系统的实用运动方程
T
TL
GD2 375
dn dt
飞轮转矩
N m2
G是D2一个整体物理量，量纲为
2.2.3 动态转矩
• 系统处于动态时，系统中必然存在一个 动态转矩
TD
GD2 375
dn dt
• 系统的转矩平衡方程：
即
TD T TL
T TL TD
• 2.2.4 运动方程式中符号的约定
第2章
机电传动系统的静态与动态特性
本章重点： 1.几种典型生产机械的负载特性 2.加快过渡过程的方法以及机电传动系统稳定 运行的条件
2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义 2.2 机电传动系统的运动方程式 2.3 典型生产机械的负载特性 2.4 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算方法 2.5 机电传动系统的过渡过程 2.6 机电传动系统稳定运行的条件
2.3.1 恒转矩型负载的机械特性 • 1. 反抗转矩负载 反抗转矩也称摩擦转矩，这类负载的转矩大小不变，但
方向恒与运动方向相反，总是阻碍系统的运动。
• 2．位能转矩负载 • 这类负载的大小不变，作用方向与运动方向无关。 • 起重机的提升机构、矿井提升机构
2.3.2 通风机型负载的机械特性
这类负载转矩的大小与速度的平方成正比，
率守恒原则进行折算。
• 1．旋转运动
TL
TL L c M
TL
c j
• 2．直线运动 电动机拖动生产机械移动
TL
9.55 F v
c n
• 生产机械拖动电动机移动，如下放重物
TL
9.55
F
v c
n
2.4.2 转动惯量和飞轮转矩的折算 1.旋转运动
折算到电动机轴上的总的转动惯量为：
JZ
• （1）机械惯性：转动惯量和飞轮转矩 • （2）电磁惯性：电感 • （3）热惯性：温度
机电传动系统中只需考虑机械惯性，即在过渡过程中只有 转速是不能突变的，而电枢电流和转矩都可以突变。
t
n ns (nst ns )e m
m
GD2 R 375Ke Km2N
• 转速、电枢电流、转矩都是按指数规律变化的。
JM
J1 j12
JL jL2
折算到电动机轴上的总的 飞轮转矩为
GDZ2
GDM2
GD12 j12
GDL2 jL2
• 在实际工程中为了计算方便，多用适当加大电动机轴 上的转动惯量 JM或飞轮转矩 G的DM2方法来考虑中间传 动机构的转动惯量或飞轮转矩的影响，于是有：
JZ
JM
JL jL2
GDZ2
GDM2
2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义
静态（稳态）和动态（暂态）两种运行状态。 静态是指系统以恒速运转的状态，其动态转矩为
零；动态是指系统的速度处于变化之中的状态，存在 动态转矩。
机电传动系统的静态特性是电动机的电磁 转矩和生产机械速度之间的关系 ；
机电传动系统的动态特性是指系统从一种稳定状 态变化到另一种稳定状态时在过渡过程中的特性。 当机电传动系统处于启动、制动、反转、调速或 负载转矩发生变化等运转状态时，电磁转矩和转 速就要随之变化，即系统处于动态运行。