1、2.1 研究機電傳動系統靜態與動態特性的意義研究機電傳動系統靜態與動態特性的意義2.2 機電傳動系統的機電傳動系統的動力學方程式動力學方程式2.3 典型生產機械的負載特性典型生產機械的負載特性2.4 負載轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算方法負載轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算方法2.5 機電傳動系統的過渡過程機電傳動系統的過渡過程2.6 機電傳動系統穩定運行的條件機電傳動系統穩定運行的條件靜態（穩態）和動態（暫態）兩種運行狀態。靜態（穩態）和動態（暫態）兩種運行狀態。 靜態是指系統以恒速運轉的狀態，其動態轉矩為零；動態靜態是指系統以恒速運轉的狀態，其動態轉矩為零；動態是指系統的速度處于變化之中的狀

2、態，存在動態轉矩。是指系統的速度處于變化之中的狀態，存在動態轉矩。機電傳動系統的靜態特性是系統靜態運行時電動機的機電傳動系統的靜態特性是系統靜態運行時電動機的電磁轉矩和生產機械速度之間的關系電磁轉矩和生產機械速度之間的關系 ；機電傳動系統的動態特性是指系統從一種穩定狀機電傳動系統的動態特性是指系統從一種穩定狀態變化到另一種穩定狀態時在過渡過程中的特性。態變化到另一種穩定狀態時在過渡過程中的特性。當機電傳動系統處于啟動、制動、反轉、調速或當機電傳動系統處于啟動、制動、反轉、調速或負載轉矩發生變化等運轉狀態時，電磁轉矩和轉負載轉矩發生變化等運轉狀態時，電磁轉矩和轉速就要隨之變化，即系統處于動態運行

3、。速就要隨之變化，即系統處于動態運行。 2.1 研究機電傳動系統靜態與動態特性的意義研究機電傳動系統靜態與動態特性的意義 1.可以分析如何縮短過渡過程的時間，可以分析如何縮短過渡過程的時間，從而提高生產率；從而提高生產率；2.可以研究如何改善機電傳動系統的運行可以研究如何改善機電傳動系統的運行情況，使設備安全運行情況，使設備安全運行 研究機電傳動系統靜態與動態特性的意義研究機電傳動系統靜態與動態特性的意義 2.2 機電傳動系統的運動方程式機電傳動系統的運動方程式T： 電動機產生的電磁轉矩電動機產生的電磁轉矩TL：生產機械產生的負載轉矩生產機械產生的負載轉矩 J： 轉動慣量轉動慣量: 角速度角速

4、度LdTTJdt 2.2.1 單軸機電傳動系統的運動方程 2.2.2單軸機電傳動系統的實用動力學方程 飛輪轉矩 是一個整體物理量，量綱為 2375LGD dnTTdt2GD2N m 214GDJg260n 224DJmm2.2.3 動態轉矩動態轉矩 系統處于動態時，系統中必然存在一個動態轉矩 系統的轉矩平衡方程：即 2375DGD dnTdtDLTTTLDTTT 2.2.4 動力學方程式中符號的約定動力學方程式中符號的約定設電動機某一轉動方向的轉速設電動機某一轉動方向的轉速n為正，則為正，則在運動方程式中作如下約定：電動機電在運動方程式中作如下約定：電動機電磁轉矩磁轉矩T與轉速與轉速n方向一致

5、為正；負載轉方向一致為正；負載轉矩矩 與轉速方向與轉速方向n相反為正。相反為正。LT 例例2-1 如圖所示起重機在提升重物，試判斷起重機在啟動和制動時電動機轉矩和負載轉矩的符號。設重物提升時電動機旋轉的方向n為正方向。與與n方向一致時取正號，方向一致時取正號，與與n方向相反時取正號。方向相反時取正號。符號約定：設符號約定：設n為正為正 若若TM與與n符號相同（同為符號相同（同為正或同為負），則表示正或同為負），則表示TM的作的作用方向與用方向與n相同，相同， TM為拖動轉為拖動轉矩；如左圖矩；如左圖a中的中的TM 若若TM與與n符號相反，則表符號相反，則表示示T的作用方向與的作用方向與n相反，

6、相反，TM為為制動轉矩；如左圖制動轉矩；如左圖b中的中的TM 若若TL與與n符號相同（同為正符號相同（同為正或同為負），則表示或同為負），則表示TL的作用的作用方向與方向與n相反，相反，TL為制動轉矩；為制動轉矩；如左圖如左圖a,b中的中的TL 若若TL與與n符號相反，則表示符號相反，則表示TL的作用方向與的作用方向與n相同，相同，TL為拖為拖動轉矩。如下放重物時的動轉矩。如下放重物時的TL2.3 典型生產機械的負載特性典型生產機械的負載特性2.3.1 2.3.1 恒轉矩型負載的機械特性恒轉矩型負載的機械特性 1. 1. 反抗轉矩負載反抗轉矩負載反抗轉矩也稱摩擦轉矩，這類負載的轉矩大小不變，但

7、反抗轉矩也稱摩擦轉矩，這類負載的轉矩大小不變，但方向恒與運動方向相反，總是阻礙系統的運動。方向恒與運動方向相反，總是阻礙系統的運動。 一般將電動機軸上的負載轉矩和轉速之間的函數關系稱為一般將電動機軸上的負載轉矩和轉速之間的函數關系稱為生產機械的機械特性（負載特性）。生產機械的機械特性（負載特性）。 2 2位能轉矩負載位能轉矩負載 這類負載的大小不變，作用方向與運動方向無關。這類負載的大小不變，作用方向與運動方向無關。 起重機的提升機構、礦井提升機構起重機的提升機構、礦井提升機構 2.3.2 2.3.2 通風機型負載的機械特性通風機型負載的機械特性 這類負載轉矩的大小與速度的平方成正比，這類負載

8、轉矩的大小與速度的平方成正比，即即 2LTCn圖2-4 離心機型負載的機械特性 2.3.3 恒功率型負載的機械特性恒功率型負載的機械特性 這類負載轉矩的大小與轉速成反比， 即 LKTn 圖2-5恒功率型負載的機械特性 2.4 轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算折算方法折算方法：折算到電動機軸上。：折算到電動機軸上。轉換原則轉換原則：折算前后能量關系或功率關系上保持不變。：折算前后能量關系或功率關系上保持不變。 2.4.1 負載轉矩的折算負載轉矩的折算 由于負載轉矩是靜態轉矩，可以根據功率守恒原則進行折算。LLLLcMcTTTj1、旋轉運動、旋轉運動生產機械的負載功率生

9、產機械的負載功率PL1電動機軸上的負載功率電動機軸上的負載功率PM傳動效率由電機承擔，則傳動效率由電機承擔，則折算到電動機軸上的負載轉折算到電動機軸上的負載轉矩矩TL1111/,LLLMLMLMLMLLPTPTPPTTjj2、直線運動、直線運動生產機械的負載功率生產機械的負載功率PL1電動機軸上的負載功率電動機軸上的負載功率PM若傳動效率由電機承擔，則若傳動效率由電機承擔，則折算到電動機軸上的負載轉矩折算到電動機軸上的負載轉矩TL112/,609.55LMLMMLMMLMPF vPTnPPF vTn2.4.2 轉動慣量和飛輪轉矩的折算轉動慣量和飛輪轉矩的折算1.旋轉運動 折算到電動機軸上的總的

10、轉動慣量為： 1221LZMLJJJJjj22221221LZMLGDGDGDGDjj折算到電動機軸上的總的飛輪轉矩為 在實際工程中為了計算方便，多用適當加大電動機軸在實際工程中為了計算方便，多用適當加大電動機軸上的轉動慣量上的轉動慣量 或飛輪轉矩或飛輪轉矩 的方法來考慮中的方法來考慮中間傳動機構的轉動慣量或飛輪轉矩的影響，于是有：間傳動機構的轉動慣量或飛輪轉矩的影響，于是有： MJ2MGD2LZMLJJJj2222LZMLGDGDGDj221.151.25ZMZMJJGDGD實用公式實用公式: 2.直線運動 折算到電動機軸上的總轉動慣量或總飛輪轉矩分別為： 212221LZMLMJJvJJm

11、jj2222212221365LZMLGDGDGvGDGDjjn214GDJg260n 多軸拖動系統的運動方程式： 2375ZLGD dnTTdt 當機電傳動系統中電動機的電磁轉矩或負當機電傳動系統中電動機的電磁轉矩或負載轉矩發生變化時，系統就要從一個穩定的運載轉矩發生變化時，系統就要從一個穩定的運轉狀態變化到另一個穩定的運轉狀態，這個變轉狀態變化到另一個穩定的運轉狀態，這個變化過程稱為過渡過程。電動機在啟動、制動、化過程稱為過渡過程。電動機在啟動、制動、反轉、調速或負載突變等情況下，都將經歷過反轉、調速或負載突變等情況下，都將經歷過渡過程。渡過程。2.5 2.5 機電傳動系統的過渡過程機電傳

12、動系統的過渡過程2.5.1 2.5.1 機電傳動系統的過渡過程時機電傳動系統的過渡過程時間間1221()375375snzzsnDDGDGDdntnnTT 可知，機電傳動系統的過渡過程時間與可知，機電傳動系統的過渡過程時間與飛輪轉矩和動態轉矩有關。飛輪轉矩和動態轉矩有關。2( )375zDGD dnd tT2375ZLGD dnTTdt 轉速、電樞電流、轉矩都是按指數規轉速、電樞電流、轉矩都是按指數規律變化的。而機電時間常數與轉動慣律變化的。而機電時間常數與轉動慣量、電阻及磁通等物理量有關。量、電阻及磁通等物理量有關。()mtsstsnnnn e22375memNGD RK K對于直流他勵電動

13、機 ()mtLstLTTTT e()mtaLstLIIIIe2.5.2 機電傳動系統中的慣性機電傳動系統中的慣性 機電傳動系統之所以產生過渡過程，機電傳動系統之所以產生過渡過程，是因為存在各種慣性：是因為存在各種慣性： （1）機械慣性：它反映在轉動慣量和飛輪轉）機械慣性：它反映在轉動慣量和飛輪轉矩上，使轉速矩上，使轉速 不能突變。不能突變。 （2）電磁慣性：它反映在電感上，分別使電）電磁慣性：它反映在電感上，分別使電樞電流和勵磁磁通不能突變。樞電流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）熱慣性：它反映在溫度上，使溫度不能突變。突變。 （1）機械慣性：轉動慣量和飛輪轉矩

14、（2）電磁慣性：電感 （3）熱慣性：溫度 機電傳動系統中只需考慮機械慣性，即在過渡過程中只有轉速是不能突變的，而電樞電流和轉矩都可以突變。 在整個機電過渡過程中，這三種慣性在系統中在整個機電過渡過程中，這三種慣性在系統中雖然會互相影響，如，電機發熱時，電阻會變雖然會互相影響，如，電機發熱時，電阻會變化，從而引起電流和磁通的變化。但是由于熱化，從而引起電流和磁通的變化。但是由于熱慣性較大，溫度變化較慢，一般可不予考慮；慣性較大，溫度變化較慢，一般可不予考慮；在有些情況下，電機中不串接電感，電磁慣性在有些情況下，電機中不串接電感，電磁慣性影響也不大。因此，機電傳動系統中只需考慮影響也不大。因此，機

15、電傳動系統中只需考慮機械慣性，即在過渡過程中只有轉速是不能突機械慣性，即在過渡過程中只有轉速是不能突變的，而電樞電流和轉矩都可以突變。變的，而電樞電流和轉矩都可以突變。 1減少飛輪轉矩 2加大動態轉矩2.5.3 2.5.3 加快過渡過程的方法加快過渡過程的方法 2.6 2.6 機電傳動系統穩定運行的條件機電傳動系統穩定運行的條件 系統的穩定運行包含兩重含義：系統的穩定運行包含兩重含義： 一是系統能以一定的速度勻速運轉；一是系統能以一定的速度勻速運轉； 二是系統受到某種外部干擾（如電壓波動、負載二是系統受到某種外部干擾（如電壓波動、負載轉矩波動等）后，速度稍有變化，會離開平衡位轉矩波動等）后，速

16、度稍有變化，會離開平衡位置，但在新的條件下可達到新平衡；或在干擾消置，但在新的條件下可達到新平衡；或在干擾消除后系統能恢復到原來的運行速度。除后系統能恢復到原來的運行速度。 判斷系統穩定運行點的條件是：判斷系統穩定運行點的條件是： A.A.電動機的機械特性曲線與生產機械的機械特性曲線電動機的機械特性曲線與生產機械的機械特性曲線有交點；即電動機軸上的拖動轉矩和折算到電動機軸有交點；即電動機軸上的拖動轉矩和折算到電動機軸上的負載轉矩大小相等，方向相反，相互平衡。上的負載轉矩大小相等，方向相反，相互平衡。 B.B.當轉速大于平衡點對應的轉速時，有：當轉速大于平衡點對應的轉速時，有： 當轉速小于平衡點對應的轉速時，有當轉速小于平衡點對應的轉速時，有 。 只有滿足上述兩個條件的平衡點，才是拖動系統的穩只有滿足上述兩個條件的平衡點，才是拖動系統的穩定平衡點，即只有這樣的特性配合，系統在受到外界定平衡點，即只有這樣的特性配合，