【机电传动控制-辅导】(邓星钟)第2章要点

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1、第二章机电传动系统的动力学基础2.1知识要点2.1.1基本内容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[如图2.1(a)所示]尽管电动机种类繁多、特性各异，生产机械的负载性质也可以各种各样，但从动力学的角度来分析时，则都应服从动力学的统一规律，即在同一传动轴上电动机转矩TM、负载转矩TL、转轴角速度ω三者之间符合下面的关系：TM－TL＝J(2.1)或用转速n代替角速度ω，则为TM－TL＝(2.2)式(2.1)和式(2.2)称为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

2、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，当动态转矩Td＝TM－TL＝0时，加速度a＝＝0，表示没有动态转矩，系统恒(匀)速运转，即系统处于稳态；当Td≠0时，a＝≠0，表示系统处于动态，Td＞0时，a＝为正，传动系统为加速运动；Td＜0时，a＝为负，系统为减速运动。因式(2.1)和式(2.2)中的TM、TL既有大小还有方向(正负)，故确定传动系统的运行状态不仅取决于TM和TL的大小，还要取决于TM和TL的正负(方向)。因此，列机电传动系统的运动方程式和电路平衡方程时，必须规定各电量的正方向，也必须规定各机械量的正方向。对机电传动系统中各机械

3、量的正方向约定[见图2.1(b)]如下：在确定了转速n的正方向后，电动机转矩TM取与n相同的方向为正向，负载转矩TL取与n相反的方向为正向，因此，若TM与n符号相同，则表示TM与n的方向一致；若TL与n符号相同，则表示TL与n方向相反。也可以由TM、TL的方向来确定TM、TL的正负。根据上述约定，可以从转矩与转速的符号上判定TM和TL的性质：若TM与n符号相同(同为正或同为负)，则表示TM的作用方向与n相同，TM为拖动转矩；若TM与n符号相反，则表示TM的作用方向与n相反，TM为制动转矩。而若TL与n符号相同，则表示TL的作用方向与n相反，TL为制动转矩；

4、若TL与n符号相反，则表示TL的作用方向与n相同，TL为拖动转矩。2．多轴系统中转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算原则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。由于一般均以传动系统的电动机轴为研究对象，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据系统贮存的动能不变的原则。3．生产机械负载的类型2根据生产机械在运动中所受阻力的性质不同，可以将它们分成恒转矩型、通风机型、直线型和恒功率型

5、等几种类型的负载(其机械特性见教材图2.4～图2.7)。恒转矩型负载又有两种不同性质的负载转矩，即反抗转矩和位能转矩。反抗转矩是由摩擦力、机床切削力等产生的负载转矩，其作用方向恒与运动方向相反，总是阻碍系统运动；位能转矩是由物体的重力或弹性体的弹性力产生的负载转矩，其作用方向固定不变，与运动的方向无关。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，就要使电动机的机械特性与生产机械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。机电传动系统的稳定运行有两层含义：一是系统应能以一定速度匀速运转，

6、即电动机轴上的拖动转矩TM和折算到电动机轴上的负载转矩TL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作用(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。从机械特性[如图2.2所示，曲线1为异步电动机的机械特性n＝f(TM)，直线2为恒转矩型生产机械的机械特性n＝f(TL)]上看，机电传动系统稳定运行的必要充分条件是：①电动机和生产机械的机械特性曲线n＝f(TM)和n＝f(TL)有交点(如A、B两点，即拖动系统的平衡点)。②当转速大于平衡点所对应的转速(即n＞n)时，必

7、须有TM＜TL，即若干扰使转速上升，当干扰消除后应有TM－TL＜0，才能使系统减速而回到平衡点；而当转速小于平衡点所对应的转速(n＜n)时，必须有TM＞TL，即若干扰使转速下降，当干扰消除后应有TM－TL＞0，才能使系统加速而回到平衡点。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，系统在受到外界干扰后，才具有恢复到原平衡状态的能力而进入稳定运行。显然，图2.2中只有A点才是稳定平衡点，而B点却不是稳定平衡点。可见，不是随意选一台电动机就可以带动生产机械稳定运行的。2.1.2基本要求①掌握机电传动系统的运行方程式，并学会用它

8、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