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机电控制技术

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机电控制技术 电气控制技术
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机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 2.1 单轴机电传动系统 机电传动系统一般是由电动机、传动机构、工作机 构、控制设备和电源组成。 电动机转轴与生产机械(工作机构)直接相联的最 简单的机电传动系统称为单轴机电传动系统。 电动机转矩 负载转矩 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 2.1.1 单轴系统的运动方程式 根据牛顿第二定律 转动惯量与飞轮惯量(飞轮转矩) 之间的关系 : 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 2.1.2 系统的运动状态分析 电动机的输出转矩 2.1.3 系统的运动方向 定义:对于电动机的转矩 ,电动机的转矩方向 与转速方向相同时为正,为拖动转矩;相反为负,为 制动转矩。对于负载转矩 ,当负载转矩与转速方向 相反为正,为拖动转矩;反之为负,为制动转矩。 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 由于系统中存在多根轴,不同轴上具有不同的转动惯量和 转矩,因而就不可能用一个方程来描述。 处理方法:物理量的折算。即将多轴系统等效成单轴系统, 将各轴上的相关物理量折算到一根轴上。工程上一般折算到 电机轴上,从而将系统折算成最简单的单轴系统。这些物理 量有负载转矩、转动惯量(质量)、刚度、阻尼等。 2.2 多轴机电传动系统 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 在负载转矩上负载转矩和转速之间的函数关系,称 为负载的机械特性。 2.3 典型负载的机械特性 2.3.1 恒转矩型机械特性 所谓恒转矩负载特性,是指负载转矩与其转速n无 关的机械特性。 特点:负载转矩为常数,是因摩擦、非弹性体的压缩 、拉伸与扭转等作用所产生的负载转矩。 典型生产机械:机床的进给机构、起重机械的提升机 构、皮带运输机等。 分类:反抗性和位能性恒转矩负载。 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 反抗性恒转矩负载的转矩作用方向随转动方向的改变 而改变。其方向恒与运动方向相反,运动方向发生改 变时,负载转矩的方向也会随着改变,因而它总是阻 碍运动的。摩擦性负载就是典型的反抗性恒转矩负载 ,所以反抗性恒转矩负载也称为摩擦转矩负载。 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 位能性恒转矩负载的转矩方向不随转动方向的改变而 改变,它是由物体的重力和弹性体的压缩、拉伸与扭 转等作用所产生的负载转矩。位能转矩的作用方向恒 定,与运动方向无关,它在某方向阻碍运动,而在相 反方向便促进运动。 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 2.3.2 离心机型机械特性 凡是按离心力原理工作的机械,如离心式鼓风机、 水泵等,它们的负载转矩与转速的平方成正比,即 其中C为常数。考虑到轴上的摩擦转矩,实际通风机的 机械特性为: 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 2.3.3 恒功率型机械特性 此类机械的负载转矩与转速成反比,即 或 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 如图所示,图中曲线1为电动 机的机械特性,曲线2为负载机械 特性(恒转矩型)。稳态时系统 应处于匀速运动状态,此时电动 机轴上的拖动转矩 和折算到电 机轴上的负载转矩 大小相等, 方向相反,相互平衡。电动机机 械特性曲线和生产机械特性曲线 交于点a和b,此交点即为拖动系 统的平衡点。其中a点是系统的稳 定工作点,b点不是。 2.4 机电传动系统稳定运行的条件 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 充分必要条件: (1)电动机的机械特性曲线和生产机械的特性曲线 有交点(即拖动系统的平衡点)。 (2)当转速大于平衡点所对应的转速时,应有 。 只有满足上述2个条件的平衡点,才是拖动系统的 平衡点,即只有这样的特性配合,系统在受外界干扰 后,才具有恢复到原平衡状态的能力而进入稳定运行 。 2.4 机电传动系统稳定运行的条件 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 运行中的机电传动系统有两种状态: (1)稳定的状态(静态) 系统处于静态时动态转矩 为零,即系统中拖动转矩(电动机的转矩)与负载转 矩相平衡,系统一恒速运转。 (2)变动的状态(动态) 当系统中拖动转矩或负载 转矩发生变化时,存在动态转矩而处于动态,速度处 于变化之中。 系统由一个稳定运转状态变化到另一个稳定运转状 态他,这个变化过程称为过渡过程。 2.5 机电传动系统的过渡过程 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 研究过渡过程的意义: (1)缩短过渡过程,提高生产率。 (2)满足安全性、舒适性要求。 (3)满足准确性的要求,保证产品质量。 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 产生过渡过程的原因: (1)机械惯性。 (2)电磁惯性。 (3)热惯性。 2.5.1 机电传动系统过渡过程分析 机电控制技术 第2章 机电系统传动力学 (1)减少系统飞轮惯量。 (2)增加动态转矩。 2.5.2 改善机电传动系统过渡过程的方 法
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