1、第四章第四章 機電傳動系統的過渡過程機電傳動系統的過渡過程 靜態(穩態)：動態轉矩為零，系統以恒速運轉； 動態(暫態)：存在動態轉矩，速度處于變化之中。過渡過程：過渡過程：當系統中電動機的轉矩當系統中電動機的轉矩TM或負載轉矩或負載轉矩TL發發生變化時，系統就要由生變化時，系統就要由一個穩定運轉狀態一個穩定運轉狀態變化到變化到另一另一個穩定運轉狀態個穩定運轉狀態，這個變化過程稱為過渡過程。，這個變化過程稱為過渡過程。 在過渡過程中，電動機的轉速、轉矩和電流都要按一定的規律變化，它們都是時間的函數。 本章就是在機電傳動系統運動方程式的基礎上研究機電傳動系統的過渡過程。機電傳動系統可能處于兩種運行

2、狀態：4.1 研究機電傳動系統過渡過程的實際意義研究機電傳動系統過渡過程的實際意義研究過渡過程的目的和實際意義研究過渡過程的目的和實際意義：為滿足各種要求，必須研究過渡過程的基本規律，研究系統各參量對時間的變化規律，如轉速、轉矩、電流等對時間的變化規律，才能正確地選擇機電傳動裝置，為機電傳動自動控制系統提供控制原則，設計出完善的啟動、制動等自動控制線路，以求改善產品質量，提高生產率和減輕勞動強度。 除了不經常啟動、制動而長期運轉的工作機械，如通風機、水泵等外，大多數的生產機械對機電傳動系統過渡過程都提出各種各樣的要求。如龍門刨床的工作臺等，它們在工作中需要經常進行啟動、制動、反轉和調速，因此，

3、都要求過渡過程盡量快，以縮短生產周期中非生產時間，提高生產率。對升降機、載人電梯、等生產機械，它們對啟動、制動過程則要求平滑，加減速度變化不能過大，以保證安全和舒適。而對造紙機、印刷機等生產機械，也必須限制加速度的大小，如果超過允許值，則可能損壞機器部件或可能生產出次品。另外，在過渡過程中能量損耗的大小，系統的準確停車與協調運轉等方面，都對機電傳動系統的過渡過程提出不同的要求。 4.2機電傳動系統過渡過程的分析機電傳動系統過渡過程的分析在有些情況下,如直流他勵電動機電樞回路不串接電感，電磁慣性影不大，則可只考慮機械慣性。在這種過渡過程中，僅轉速n不能突變，而電樞電流Ia和轉矩TM是可以突變的。

4、由于熱慣性較大，溫度變化較轉速、電流參量變化要慢得多，一般可不考慮，而只考慮機械慣性和電磁慣性。當對機電傳動系統進行控制、系統中電氣參數發生突然變化以及傳動系統的負載突然變化時，傳動系統中的轉速、轉矩、電流、磁通等的變化都要經過一定的時間，因而形成機電傳動系統得電氣機械過渡過程。(1) 機械慣性：它反映在 J或GD2，使轉速n不能突變。 (2) 電磁慣性：它反映在電樞回路電感和勵磁繞組電感上， 分別使電樞回路電流Ia和勵磁磁通不能突變。(3) 熱慣性：它反映在溫度上，使溫度不能突變。 電傳動系統之所以產生過渡過程，是因為存在以下三種慣性：MTfnMTfn 10nnTTstMGD2375dndt

5、TM-TL =根據解析幾何直線方程截距式01nnTTstM01nnTTTsstMLdtdnTnGDnnsts02375stmTnGD02375mdtndn nnns穩態運行時：TM、TL代入(2.4)式：（2.4）Tst: n=0時的轉矩，啟動轉矩n0: 理想空載轉矩ns: TL為恒轉矩時系統穩態轉速由得stmTnGD02375機電傳動系統的機電時間常數反映了機電傳動系統的機械慣性m也可寫成smnndtdnmtsenn1n=0時對上式求解有：求導，可得t=0時的加速度：mstndtdn 0 m m在數值上等于轉速在數值上等于轉速n n以以t=0t=0時的加速度直線上升到穩時的加速度直線上升到穩

6、態轉速態轉速n ns s時所需時間。時所需時間。 機電時間常數 直接影響機電傳動系統過渡過程的快慢， 大，則過渡過程進行的慢， 小，則過渡過程進行的快。 4.3機電傳動系統的機電時間常數機電傳動系統的機電時間常數m22375temKKRGDm物理意義：機電時間常數 既與機械量GD2有關，又與電氣量R、有關。 m 數值上 等于n以t=0時的加速度直線上升到穩態轉速ns時所需的時間。m4.4加快機電傳動系統過渡過程的方法加快機電傳動系統過渡過程的方法122375nnTGDtddtdnGDTTLM3752LMTTdnGDdt3752對上式兩邊積分，Td=TM-TL代入得如果從起始轉速n1到終了轉速n

7、2的過渡過程中，始終保持動態轉矩Td不變，則系統為勻加、減速運動，過渡過程時間：1)啟動：啟動：n1=02)制動：制動：n2=03)自由停車：自由停車：TM=0dstTnGDt22375dbTnGDt12375LrTnGDt12375dTdnGDt3752加快機電傳動系統過渡過程的方法：1. 減小系統GD2；2. 增加動態轉矩Td122375nnTGDtddTGD2減小第七章 機電傳動控制系統中電動機的選擇7.1電動機容量選擇的原則(3)啟動能力：由于鼠籠式異步電動機的啟動轉矩一般較小，所 以，為使電動機能可靠啟動,必須保證TLTst。選擇電動機容量的三項基本原則：(1)發熱：電動機在運行時，

8、必須保證電動機的實際最高工作溫 度max等于或略小于電動機絕緣的允許最高工作溫 度a，即max a 。(2)過載能力：電動機在運行時，必須具有一定的過載能力。特 別是在短期工作時，電動機在短期內承受高于額 定功率的負載功率時仍可保證maxPL。重載啟動時，校驗啟動能力。niinndttItItII12222121一般采用 “等值法”來計算電動機的功率電動發出的熱量是由損耗產生的，損耗有兩部分，一是不隨負載變化的不變損耗P(包括鐵耗和機械損耗)，一是與負載電流的平方成正比的可變損耗 I2R(銅耗)。損耗相同，等值電流為對于直流電動機：等效轉矩法對于電機具有較硬機械特性等效功率niinndttPt

9、PtPP12222121niinndttTtTtTT12222121按等值法初選電機后，還必須校驗其過載能力和啟動轉矩。2 帶變動負載時電動機容量的選擇如果實際工作時間tP與ts不同時，就應先將TP下的功率PP (產機械短時工作的實際功率)換算成ts下的功率PssPPsttPP 有些生產機械工作時間短，停車時間長， 屬短時工作制的機械。拖動這類機械的電動機之工作特點是：工作時溫升達不到穩定值 ，而停車時足可完全冷卻到周圍環境溫度，如圖所示。電動機既可選擇專用短時工作制電動機，也可選擇連續工作制電動機。 我國短時工作制的電動機，規定的標準短時運行時間是 10min、30min、60min及90m

10、in四種。電動機銘牌上所標的額定功率PN是和一定的標準持續運行時間ts相對應的。選擇短時工作制電動機，使其PNPs再進行過載能力與啟動能力的校驗.s7.3.2 短時工作制電動機容量的選擇1.選用短時工作制的電動機故選 PNPP/K普通電動機的額定功率PN是按長期運行設計的，在連續工作時，溫升可以達到穩定值 。如果把這種電動機用作短時工作，則電動機運行時將達不到允許溫升。為了充分利用電動機在發熱上的潛在能力，在短時工作狀態下，可以使它過載運行，而其過載倍數K=PP/PN與tp/Th有關，如圖所示。PP短時實際負載功率； PN連續工作制電動機的額定功率； tP短時實際工作的時間； Th電動機的發熱

11、時間常數。 一般講，只要實際工作時間tP(0.30.4)Th，則可直接根據過載能力和啟動能力來選擇電動機的容量，而不必考慮電動機的發熱問題。2.選用連續工作制的普通電動機s7.3.3 重復短時工作制電動機容量的選擇1.選用重復短時工作制的電動機2.選用連續工作制的普通電動機有些生產機械工作一段時間后停歇一段時間，拖動這類生產機械的電動機之工作特點是:工作時間tp(34)Th，停車(或空載)時間t0(34)Th，工作時間內電動機的溫升不可能達到穩定溫升，停車時間內溫升還沒有下降到零時，下一個周期又已開始，如圖所示。%100ttt%1000PP停車時間工作時間工作時間重復短時工作制下電動機的選擇也

12、有兩種方法重復性與短時性就是重復短時工作制的兩個特點。通常用暫載率(或持續率)來表征重復短時工作制的工作情況。 我國生產的專供重復短時工作制的電動機，規定的標準暫載率s為15%，25%，40%和60%。并以25%為額定負載暫載率sN，同時規定一個周期的總時間tp+t0不超過10分鐘。電動機一周期內的工作時間越長，即s越大，電動機所允許輸出的功率(即額定功率)便越小。 1.選用重復短時工作制的電動機首先根據生產機械的負載圖算出電動機的實際暫載率，如果算出的值與電動機的額定負載暫載率sN(25%)相等，即可從產品目錄中查得額定功率PsN，所選電動機的PsN應等于或略大于生產機械所需功率P。如果算出

13、的值不等于sN，則可按下式計算出Ps選取PsN等于或略大于Ps的電動機即可。25.0PPPsNs重復短時工作制電動機容量選擇的步驟是:ssPP在重復短時工作制的情況下，如果負載是變動的，則可用 “等值法”先算出其等效功率P，再按上述方法選取電動機。選好電動機的容量后，也要進行過載能力的校驗。負載暫載率70%時，則可按連續工作制選擇電動機。重復周期很短(tP+t02min)，啟、制動或正、反轉十分頻繁的情況下，必需考慮啟、制動電流的影響，因而在選擇電動機的容量時要適當選大些。 所介紹的計算方法僅是近似的，在實際應用時根據具體情況要適當給予考慮和修正。2 選用連續工作制的普通電動機此時s=100%

14、7.4電動機容量選擇的統計法和類比法統計法，就是對國內外同類型先進機床的主拖動電動機進行統計和分析，結合我國的生產實際情況，找出電動機容量與機床主要參數之間的關系，并用數學式加以表達，作為設計新機床時選擇電動機容量的主要依據。具體介紹如下(公式中P均為主拖動電動機容量,P的單位為kw): 車床:P=36.5D1.54，D為工件的最大直徑(m)； 立式車床:P=20D0.88，D為工件的最大直徑(m)； 搖臂鉆床:P=0.0646D1.19，D為最大的鉆孔直徑(mm)； 臥式握床:P=0.004D1.7，D為膛桿直徑(mm)； 龍門銑床:P= ，B為工作臺寬度(mm)。 16615.1B另一實用的方法為類比法，它是對經過長期運行考驗的同類型生產機械的電動機容量進一