激光設(shè)備控制技術(shù)教材——第一章第五節(jié)講解

1、第五節(jié)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)凡是由電動機(jī)拖動生產(chǎn)機(jī)械，并完成一定工藝要求的系統(tǒng)，都稱為電力拖動系統(tǒng)。 生產(chǎn)機(jī)械稱為電動機(jī)的負(fù)載。電力拖動系統(tǒng)一般由電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備以及電源五部分組成，如圖1-21所示。其實(shí)例是四柱成型機(jī)電氣自動控制系統(tǒng)，傳動機(jī)構(gòu)是聯(lián)軸器，生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)是成型機(jī)，控制設(shè)備和電源組合在電氣控制柜內(nèi)。1#現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中， 多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械都采用電力拖動，其主要原因是：電能的傳輸和分配非常方便，電機(jī)的效率高，電動機(jī)的多種特性能很好地滿足大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的不同要求，電力拖動系統(tǒng)的操作和控制都比較簡便，可以實(shí)現(xiàn)自動控制和遠(yuǎn)距離操作等。本節(jié)簡要介紹電力拖動系統(tǒng)

2、的運(yùn)動方程式，并對于各種負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性加以展開。一、 電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式在圖4.1所示的四柱成型機(jī)電氣自動控制系統(tǒng)中，電動機(jī)直接與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)相連接，電動機(jī)與負(fù)載用同一個(gè)軸，以同一轉(zhuǎn)速運(yùn)行。電力拖動系統(tǒng)中主要的機(jī)械物理量有電 動機(jī)的轉(zhuǎn)速n,電磁轉(zhuǎn)矩T,負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tl。由于電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，一般情況下Tl>>To，故可忽略T。（To為電動機(jī)空載轉(zhuǎn)矩）。各物理量的正方向按電動機(jī)慣例確定，如圖1-22所示，電磁轉(zhuǎn)矩T的方向與轉(zhuǎn)速n方向一致時(shí)取正號；負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tl方向與轉(zhuǎn)速n方向相反時(shí)也取正號。根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡的關(guān)系，可以寫出如下形式的電力拖動系統(tǒng)運(yùn)動方程式。式中GD2375GD2 d

3、n375 dt是反映電力拖動系統(tǒng)機(jī)械慣性的一個(gè)常數(shù)。上式表明,（1-16）T=Tl時(shí)，系統(tǒng)處于恒#定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)；T>Tl時(shí)，系統(tǒng)處于加速運(yùn)動的過渡過程中；T <Tl時(shí)，系統(tǒng)處于減速運(yùn)動的過渡過程中。23圖1-22并勵直流電動機(jī)的工作原理圖二、負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機(jī)械工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速 n與負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tl之間的關(guān)系，即n=f（ Tl）稱為負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特 性。生產(chǎn)機(jī)械的種類很多，它們的負(fù)載特性各不相同，但根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性按 照性能特點(diǎn)，可以歸納為以下三類。1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tl的大小不隨轉(zhuǎn)速變化，Tl=常數(shù)，這種特性稱為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 特性。它有反抗性和位能性

4、兩種：（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點(diǎn)是，工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩的絕對值是恒定不變的，轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)總是阻止運(yùn)動的制動性轉(zhuǎn)矩。即：n>0時(shí)，Tl>0（常數(shù)）；n<0時(shí)，Tl<0 （也是常數(shù)），Tl的絕對值不變。其負(fù)載特性如圖1-23所示，位于第I、第川象限。由于摩擦力的方向總是與運(yùn)動方向相 反，摩擦力的大小只與正壓力和摩擦系數(shù)有關(guān)，而與運(yùn)動速度無關(guān)。 屬于這類特性的生產(chǎn)機(jī)械有軋鋼機(jī)和機(jī)床的平移機(jī)構(gòu)等。（2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點(diǎn)是，工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩的絕對值是恒定的，而且方向不變（與運(yùn)動方向無關(guān)），總是沿重力作用方向。當(dāng)n>0時(shí)，Tl>0，是阻礙運(yùn)動

5、的制動轉(zhuǎn)矩；當(dāng) n<0時(shí)，Tl>0 ,是幫助運(yùn)動的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，其負(fù)載特性如圖1-24所示，位于第I、第W象限。起重機(jī)提升和下放重物就屬于這個(gè)類型。77777777771圖1-23阻力性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性2.恒功率負(fù)載特性某些車床，在粗加工時(shí)，切削量大，切削阻力大，這時(shí)工作在低速狀態(tài)； 而在精加工時(shí)， 切削量小，切削阻力小，往往工作在高速狀態(tài)。因此，在不同轉(zhuǎn)速下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn) 速成反比，而機(jī)械功率Pl*n Tl =常數(shù)，稱為恒功率負(fù)載，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性如圖1-25所示。 軋鋼機(jī)軋制鋼板時(shí)，工件尺寸較小則需要高速度低轉(zhuǎn)矩，工件尺寸較大則需要低速度高轉(zhuǎn)矩，這種工藝要求也是恒功率負(fù)載。4#水泵、油泵、鼓風(fēng)機(jī)、電風(fēng)扇和螺旋槳等，其轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即Tl%n2,此類稱之為通風(fēng)機(jī)型負(fù)載，其負(fù)載特性如圖1-26所示。上述恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載以及通風(fēng)機(jī)型負(fù)載，都是從各種實(shí)際負(fù)載中概括出來的典 型的負(fù)載形式，實(shí)際上的負(fù)載可能是以某種典型負(fù)載形式為主，或某幾種典型負(fù)載形式的結(jié)合。例如，水泵主要是通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性，但是軸承摩