2016动力学基础资料.pptx

第六章 直流电动机的电力拖动1沈阳理工大学沈阳理工大学运运动动控控制制基基础础第六章 直流电动机的电力拖动2系统系统-运动运动-控制控制-基础基础学时：学时：48（3-14周）周）理论学习：理论学习：40实验：实验：8（10周、周、14周）周）第六章 直流电动机的电力拖动3动力学基础动力学基础第六章 直流电动机的电力拖动6.1 电力拖动系统的运动方程式6.2 多轴电力拖动系统单轴电力拖动系统 6.3 生产机械的负载转矩特性6.4 电力拖动系统稳定运行的条件6.5 直流电动机的起动6.6 直流电动机的制动6.7 直流电动机的调速动力学基础动力学基础第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系电力拖动系统的组成电力拖动系统的组成拖动：原动机带动生产机械运动拖动：原动机带动生产机械运动电力拖动：电动机作为原动机拖动负载电力拖动：电动机作为原动机拖动负载电力拖动系统电力拖动系统:电动机电动机传动机构传动机构工作机构工作机构控制设备控制设备电源电源能量转换传递能量机械负载第六章 直流电动机的电力拖动电力拖动系统：由电动机作为动力，拖动各类机械机构，完成一定生产工艺要求的系统。由电源、控制装置、电动机、传动机构及生产机械设备组成的综合机电装置。电力拖动系统组成：第六章 直流电动机的电力拖动运动控制系统示意图功率执行装置功率执行装置控制器控制器信号处理信号处理传感器传感器电机及拖动对象电机及拖动对象控制、信号处理、软控制、信号处理、软件工程、数字控制技件工程、数字控制技术等。术等。知识单元：知识单元：传感器、检测与诊传感器、检测与诊断、抗干扰技术、断、抗干扰技术、测量信号处理等。测量信号处理等。电力电子技术、电力电子技术、数字控制技术数字控制技术电机学、运动控制基础电机学、运动控制基础控制、稳定性、控制、稳定性、建模、辨识、建模、辨识、最优等。最优等。自动控制原理自动控制原理第六章 直流电动机的电力拖动运动控制系统系统：以电动机及其拖动的机械设备电动机及其拖动的机械设备为被控对象被控对象，以控制器控制器为核心，以电力电力电子功率变换装置电子功率变换装置为执行机构，在控控制理论制理论等指导下可实现电气传动电气传动的自动控制系统。第六章 直流电动机的电力拖动电机拖动负载形式旋转运动单轴拖动系统运动形式多轴拖动旋转+直线运动第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系典型生产机械的运动形式典型生产机械的运动形式一、单轴旋转系统一、单轴旋转系统 电动机、传动机构、工作机构等所有运动部件电动机、传动机构、工作机构等所有运动部件 均以同一转速旋转。均以同一转速旋转。二、多轴旋转系统二、多轴旋转系统 电动机电动机工作机构工作机构电动机电动机工作机构工作机构第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系三、多轴旋转运动加平移运动系统三、多轴旋转运动加平移运动系统 四、多轴旋转运动加升降运动系统四、多轴旋转运动加升降运动系统 电动机电动机 工作机构工作机构 电动机电动机 G第六章 直流电动机的电力拖动第六章 直流电动机的电力拖动第六章 直流电动机的电力拖动分析运动规律，即动态特性静态特性动态特性：*静态特性：研究在同一时间同一时间里，T、TL、n三者之间的关系。研究T、TL、nf(t)的运动规律。第六章 直流电动机的电力拖动6.1电力拖动系统的运动方程式TL=T0+Tg负载转矩负载转矩电磁转矩MTTLTgT0n生产机械单轴电力拖动系统空载转矩生产机械转矩第六章 直流电动机的电力拖动旋转系统的运动方程式第六章 直流电动机的电力拖动飞轮矩飞轮矩物体物体绕固绕固定轴定轴旋转旋转时转时转动惯动惯性的性的度量度量而而第六章 直流电动机的电力拖动由由有有第六章 直流电动机的电力拖动运动方程的实用表达形式：具有加速度量纲的系数第六章 直流电动机的电力拖动系统旋转运动的三种状态：1)当 或 时,系统处于静止静止或恒转速恒转速运行状态，即处于静（稳）态静（稳）态。2)当 或 时,系统处于加速加速运行状态；当 或 时,系统处于减速减速运行状态，即处于动态动态。速度不变状态速度不变状态第六章 直流电动机的电力拖动以电动机转速为参考方向以电动机转速为参考方向，然后规定：运动方程式中转矩正、负号的规定：（1）电磁转矩 与转速 的正方向相同时为正，相反时为负。（2）负载转矩 与转速 的正方向相反时为正，相同时为负。（3）动态转矩 的大小和正负号由由 和和 的代数的代数和和决定。第六章 直流电动机的电力拖动第六章 直流电动机的电力拖动带符号的运动方程表达形式：第六章 直流电动机的电力拖动 将多轴系统单轴系统，称等效单轴系统。折算将各轴的物理量折算到新的等效单轴上，其值称为原轴物理量的折算值。6.2 多轴系统中工作机构各物理量的折算第六章 直流电动机的电力拖动多轴拖动系统第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系R 系列斜齿轮减速电机系列斜齿轮减速电机 更多的图片更多的图片 第六章 直流电动机的电力拖动负载负载=传动机构传动机构+工作机构工作机构等效的单轴电力拖动系统第六章 直流电动机的电力拖动折算折算1.工作机构工作机构转矩转矩折算折算1）旋转运动的工作机构转矩折算2）直线运动的工作机构转矩折算2.飞轮矩飞轮矩折算折算1）传动机构飞轮矩折算2）工作机构（旋转、直线）飞轮矩折算第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系 多轴旋转系统的折算多轴旋转系统的折算z1 z4 z5 z2 z3 z6 效效等等一、等效负载转矩一、等效负载转矩 等效（折算）原则：机械功率不变。等效（折算）原则：机械功率不变。TL=Tm cm L=Tmj c电动机电动机工作机构工作机构nTLn1n2nmTm电动机电动机等效负载等效负载nTLTL c=Tmm 传动机构传动机构的效率的效率传动机构传动机构的转速比的转速比第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系 传动机构的总转速比传动机构的总转速比 j=j1 j2 jmmj=nnm=1 j1=nn1=1 2 j2=n1n2=2 m jm=n2nm=常见传动机构的转速常见传动机构的转速 比的计算公式：比的计算公式：(1)齿轮传动齿轮传动n1n2j=z2z1=(2)皮带轮传动皮带轮传动 n1n2j=D2D1=(3)蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动 n1n2j=z2z1=齿轮的齿数齿轮的齿数 皮带轮的直径皮带轮的直径 蜗轮的齿数蜗轮的齿数 蜗杆的头数蜗杆的头数 第六章 直流电动机的电力拖动第六章 直流电动机的电力拖动平移平移提升提升旋转旋转工作机构力矩折算工作机构力矩折算第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系二、等效转动惯量（飞轮矩）二、等效转动惯量（飞轮矩）等效（折算）原则：动能不变。等效（折算）原则：动能不变。设各部分的转动惯量为：设各部分的转动惯量为：12J2=12JR 2 12J1 1212Jmm2 nTLn1n2z1 z4 z5 z2 z3 z6 电动机电动机工作机构工作机构nmTmJRJ1J2Jm12J2 22 J=JRJ1 J2 Jm n1nnmn2 2 2 n2nJ=JRJ1 J2 Jm 1m2 2 2 2第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系如果在电动机和工作机构之间总共还有如果在电动机和工作机构之间总共还有 n 根中间轴，根中间轴，则则:j=j1 j2 jn jm或或:GD2=4gJ J2 j1 j2 J=JR J1j12 22Jm j1 j2 jm2 2 2 J2 j1 j2 =JR J1j12 22Jm j 2 J=JRJ1 J2 Jn Jm n1nnnn2 2 2 2 n2nnmnJ2(j1 j2)J=JR J1j12 2Jn(j1 j2 jn)2 Jm j 2 第六章 直流电动机的电力拖动第六章 直流电动机的电力拖动第六章 直流电动机的电力拖动飞轮矩折算(多轴旋转系统）估算式估算式第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系 目的目的 将平移作用力将平移作用力 Fm 折算为等效转矩折算为等效转矩 TL。将平移运动的质量将平移运动的质量 m 折算为等效折算为等效 J 或或 GD2。一、等效负载转矩一、等效负载转矩 等效（折算）原则：机械功率不变。等效（折算）原则：机械功率不变。TL t=Fmvm平移运动系统的折算平移运动系统的折算vmFm 作用力作用力 平移速度平移速度 432n1工件工件(m)刨刀刨刀 齿条齿条 齿轮齿轮 电动机输出电动机输出 的机械功率的机械功率 切削功率切削功率 TL=Fmvm t=Fmvm t n602 第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系二、等效转动惯量（飞轮矩）二、等效转动惯量（飞轮矩）等效（折算）原则：动能不变。等效（折算）原则：动能不变。1.平移运动折算成旋转运动平移运动折算成旋转运动vmFm 作用力作用力 平移速度平移速度 432n1工件工件(m)刨刀刨刀 齿条齿条 齿轮齿轮 12Jm2 =12m vm 2 Jm=m vm 22 Gmg vm n2Jm=602 2 2 =9.3 Gm vm n22 第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系2.等效单轴系统的转动惯量和飞轮矩等效单轴系统的转动惯量和飞轮矩11.5 平移运动系统的折算平移运动系统的折算12J2=12JR 2 12J1 1212J2 22 12m vm 2 12J2=JR 2 J1 12 J2 22 Jm2 12121212J=JRJ1 J2 Jm 12 2 2J=JRJ1 J2 Jm n1n2 2 n2n 一般公式：一般公式：J2(j1 j2)J=JR Jm J1j12 2Jn(j1 j2 jn)2 第六章 直流电动机的电力拖动飞轮矩折算（多轴旋转加平移）多轴旋转部分平移部分平移部分电机第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系 电动机输出电动机输出 的机械功率的机械功率PL 工作机构的工作机构的 机械功率机械功率Pm 升降运动系统的折算升降运动系统的折算 目的目的 将将 Gm 折算为等效折算为等效 TL。将将 m 折算为等效折算为等效 J。一、等效负载转矩（升降力的折算）一、等效负载转矩（升降力的折算）TL t=GmvmGm电动机电动机 vmz2 z1z4 z3 提升重物时，提升重物时，Gm 是阻力，电动机工作在电动是阻力，电动机工作在电动 状态，状态，PLPm；下放重物时，；下放重物时，Gm 是动力，是动力，电动机工作在制动状态，电动机工作在制动状态，PLPm。TL=Gmvm t=Gmvm t n602 第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系 传动效率：传动效率：11.6 升降运动系统的折算升降运动系统的折算 t=100%Pm PL则提升时则提升时 t1，下放时，下放时 t1。二、等效转动惯量（升降质量的折算）二、等效转动惯量（升降质量的折算）1.升降运动折算成旋转运动升降运动折算成旋转运动12Jm2 =12m vm 2 Jm=m vm 22 =9.3 Gm vm n22 2.等效单轴系统的转动惯量等效单轴系统的转动惯量J2(j1 j2)J=JR Jm J1j12 2Jn(j1 j2 jn)2 第六章 直流电动机的电力拖动飞轮矩折算（多轴旋转加垂直）多轴旋转部分多轴旋转部分重物部分重物部分电机电机第六章 直流电动机的电力拖动恒转矩负载特性 反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载变转矩负载特性 恒功率负载转矩特性 风机、泵类负载转矩特性6.3 负载的转矩特性负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。第六章 直流电动机的电力拖动恒转矩负载特性 指生产机械的负载转矩 与电动机转速 变化无关的特性。1.反抗性恒转矩负载T TL Ln2.位能性恒转矩负载T TL Ln第六章 直流电动机的电力拖动假设假设顺为正顺为正第六章 直流电动机的电力拖动第六章 直流电动机的电力拖动恒功率负载特性T TL LnTL n=常数常数第六章 直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系风机、泵类负载风机、泵类负载 OTLn TLn2 TL 的方向始终与的方向始终与 n 的方向相反。的方向相反。如通风机、水泵、油泵等。如通风机、水泵、油泵等。