四-機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程課件

第四章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程

靜態(tài)(穩(wěn)態(tài))：動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩為零，系統(tǒng)以恒速運(yùn)轉(zhuǎn)；動(dòng)態(tài)(暫態(tài))：存在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，速度處于變化之中。過(guò)渡過(guò)程：當(dāng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩TM或負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)就要由一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變化到另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這個(gè)變化過(guò)程稱為過(guò)渡過(guò)程。

在過(guò)渡過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和電流都要按一定的規(guī)律變化，它們都是時(shí)間的函數(shù)。本章就是在機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式的基礎(chǔ)上研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)可能處于兩種運(yùn)行狀態(tài)：第四章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程靜態(tài)(穩(wěn)態(tài))：動(dòng)14.1研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的實(shí)際意義研究過(guò)渡過(guò)程的目的和實(shí)際意義：為滿足各種要求，必須研究過(guò)渡過(guò)程的基本規(guī)律，研究系統(tǒng)各參量對(duì)時(shí)間的變化規(guī)律，如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流等對(duì)時(shí)間的變化規(guī)律，才能正確地選擇機(jī)電傳動(dòng)裝置，為機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)提供控制原則，設(shè)計(jì)出完善的啟動(dòng)、制動(dòng)等自動(dòng)控制線路，以求改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

除了不經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)而長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的工作機(jī)械，如通風(fēng)機(jī)、水泵等外，大多數(shù)的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程都提出各種各樣的要求。如龍門(mén)刨床的工作臺(tái)等，它們?cè)诠ぷ髦行枰?jīng)常進(jìn)行啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速，因此，都要求過(guò)渡過(guò)程盡量快，以縮短生產(chǎn)周期中非生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)率。對(duì)升降機(jī)、載人電梯、等生產(chǎn)機(jī)械，它們對(duì)啟動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程則要求平滑，加減速度變化不能過(guò)大，以保證安全和舒適。而對(duì)造紙機(jī)、印刷機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械，也必須限制加速度的大小，如果超過(guò)允許值，則可能損壞機(jī)器部件或可能生產(chǎn)出次品。另外，在過(guò)渡過(guò)程中能量損耗的大小，系統(tǒng)的準(zhǔn)確停車(chē)與協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)等方面，都對(duì)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程提出不同的要求。4.1研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的實(shí)際意義研究過(guò)渡過(guò)程的目的2

4.2機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的分析在有些情況下,如直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞回路不串接電感，電磁慣性影不大，則可只考慮機(jī)械慣性。在這種過(guò)渡過(guò)程中，僅轉(zhuǎn)速n不能突變，而電樞電流Ia和轉(zhuǎn)矩TM是可以突變的。由于熱慣性較大，溫度變化較轉(zhuǎn)速、電流參量變化要慢得多，一般可不考慮，而只考慮機(jī)械慣性和電磁慣性。當(dāng)對(duì)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制、系統(tǒng)中電氣參數(shù)發(fā)生突然變化以及傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載突然變化時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流、磁通等的變化都要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，因而形成機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)得電氣機(jī)械過(guò)渡過(guò)程。(1)機(jī)械慣性：它反映在J或GD2，使轉(zhuǎn)速n不能突變。(2)電磁慣性：它反映在電樞回路電感和勵(lì)磁繞組電感上，分別使電樞回路電流Ia和勵(lì)磁磁通Φ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(dòng)系統(tǒng)之所以產(chǎn)生過(guò)渡過(guò)程，是因?yàn)榇嬖谝韵氯N慣性：4.2機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的分析在有些情況下,如直流他勵(lì)電3GD2375dndtTM-TL=根據(jù)解析幾何直線方程截距式穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)：TM、TL代入(2.4)式：（2.4）Tst:n=0時(shí)的轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩n0:理想空載轉(zhuǎn)矩ns:TL為恒轉(zhuǎn)矩時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速由得GD2375dndtTM-TL=根據(jù)解析幾何直線方程截距式4機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)反映了機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械慣性也可寫(xiě)成n=0時(shí)對(duì)上式求解有：求導(dǎo)，可得t=0時(shí)的加速度：

τm在數(shù)值上等于轉(zhuǎn)速n以t=0時(shí)的加速度直線上升到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速ns時(shí)所需時(shí)間。機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)也可寫(xiě)成n=0時(shí)對(duì)上式求解有：求導(dǎo)5機(jī)電時(shí)間常數(shù)直接影響機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的快慢，大，則過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行的慢，小，則過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行的快。4.3機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)物理意義：機(jī)電時(shí)間常數(shù)既與機(jī)械量GD2有關(guān)，又與電氣量R、Φ有關(guān)。數(shù)值上等于n以t=0時(shí)的加速度直線上升到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速ns時(shí)所需的時(shí)間。機(jī)電時(shí)間常數(shù)直接影響機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的64.4加快機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的方法對(duì)上式兩邊積分，Td=TM-TL代入得如果從起始轉(zhuǎn)速n1到終了轉(zhuǎn)速n2的過(guò)渡過(guò)程中，始終保持動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩Td不變，則系統(tǒng)為勻加、減速運(yùn)動(dòng)，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間：1)啟動(dòng)：n1=02)制動(dòng)：n2=03)自由停車(chē)：TM=04.4加快機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的方法對(duì)上式兩邊積分，Td=T7加快機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的方法：1.減小系統(tǒng)GD2；2.增加動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩Td減小加快機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的方法：1.減小系統(tǒng)GD2；2.8第七章機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇7.1電動(dòng)機(jī)容量選擇的原則(3)啟動(dòng)能力：由于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般較小，所以，為使電動(dòng)機(jī)能可靠啟動(dòng),必須保證TL<Tst。選擇電動(dòng)機(jī)容量的三項(xiàng)基本原則：(1)發(fā)熱：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須保證電動(dòng)機(jī)的實(shí)際最高工作溫度θmax等于或略小于電動(dòng)機(jī)絕緣的允許最高工作溫度θa，即θmax

<θa

。(2)過(guò)載能力：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須具有一定的過(guò)載能力。特別是在短期工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)在短期內(nèi)承受高于額定功率的負(fù)載功率時(shí)仍可保證θmax<θa，故此時(shí)，決定電動(dòng)機(jī)容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力。第七章機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇7.1電動(dòng)機(jī)容量選擇的9保證電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期安全運(yùn)行的必要條件和按發(fā)熱條件選擇電動(dòng)機(jī)的最基本的依據(jù)：

溫升是按指數(shù)規(guī)律上升的，曲線1

7.2電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與冷卻

Th為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)

Th'為散熱時(shí)間常數(shù).溫度降低也是按指數(shù)規(guī)律變化的，曲線2

θM電動(dòng)機(jī)的溫度，

θ0周?chē)橘|(zhì)的溫度

溫升電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，溫度若超過(guò)一定數(shù)值，首先損壞的是繞組的絕緣，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)中的絕緣材料是耐熱最弱的部分，目前，常用的絕緣有E、B、F、H四級(jí)，各級(jí)絕緣所用材料的允許最高工作溫度分別為120C、130℃、155℃、180℃。保證電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期安全運(yùn)行的必要條件和按發(fā)熱條件選擇電動(dòng)機(jī)的最基10電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式按發(fā)熱情況分三類(lèi)：7.3不同工作制下電動(dòng)機(jī)容量的選擇連續(xù)工作制短時(shí)工作制重復(fù)短時(shí)工作制1.帶恒定負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇對(duì)于負(fù)載功率PL恒定的生產(chǎn)機(jī)械，電動(dòng)機(jī)在連續(xù)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載圖及溫升曲線如圖所示。7.3.1連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，按設(shè)計(jì)手冊(cè)中的計(jì)算出負(fù)載所需功率PL，再選一臺(tái)額定功率為PN>PL。重載啟動(dòng)時(shí)，校驗(yàn)啟動(dòng)能力。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式按發(fā)熱情況分三類(lèi)：7.3不同工作制下電動(dòng)機(jī)容量11一般采用“等值法”來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率電動(dòng)發(fā)出的熱量是由損耗產(chǎn)生的，損耗有兩部分，一是不隨負(fù)載變化的不變損耗ΔP(包括鐵耗和機(jī)械損耗)，一是與負(fù)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(duì)于直流電動(dòng)機(jī)：等效轉(zhuǎn)矩法對(duì)于電機(jī)具有較硬機(jī)械特性等效功率按等值法初選電機(jī)后，還必須校驗(yàn)其過(guò)載能力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2帶變動(dòng)負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇一般采用“等值法”來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率電動(dòng)發(fā)出的熱量是由損耗12如果實(shí)際工作時(shí)間tP與ts不同時(shí)，就應(yīng)先將TP下的功率PP(產(chǎn)機(jī)械短時(shí)工作的實(shí)際功率)換算成ts下的功率Ps有些生產(chǎn)機(jī)械工作時(shí)間短，停車(chē)時(shí)間長(zhǎng)，屬短時(shí)工作制的機(jī)械。拖動(dòng)這類(lèi)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)之工作特點(diǎn)是：工作時(shí)溫升達(dá)不到穩(wěn)定值，而停車(chē)時(shí)足可完全冷卻到周?chē)h(huán)境溫度，如圖所示。電動(dòng)機(jī)既可選擇專(zhuān)用短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)，也可選擇連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)。我國(guó)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)短時(shí)運(yùn)行時(shí)間是10min、30min、60min及90min四種。電動(dòng)機(jī)銘牌上所標(biāo)的額定功率PN是和一定的標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間ts相對(duì)應(yīng)的。選擇短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)，使其PN>Ps再進(jìn)行過(guò)載能力與啟動(dòng)能力的校驗(yàn).7.3.2短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇1.選用短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)如果實(shí)際工作時(shí)間tP與ts不同時(shí)，就應(yīng)先將TP下的功率PP13故選PN≥PP/K普通電動(dòng)機(jī)的額定功率PN是按長(zhǎng)期運(yùn)行設(shè)計(jì)的，在連續(xù)工作時(shí)，溫升可以達(dá)到穩(wěn)定值。如果把這種電動(dòng)機(jī)用作短時(shí)工作，則電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)將達(dá)不到允許溫升。為了充分利用電動(dòng)機(jī)在發(fā)熱上的潛在能力，在短時(shí)工作狀態(tài)下，可以使它過(guò)載運(yùn)行，而其過(guò)載倍數(shù)K=PP/PN與tp/Th有關(guān)，如圖所示。PP——短時(shí)實(shí)際負(fù)載功率；PN——連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)的額定功率；tP——短時(shí)實(shí)際工作的時(shí)間；Th——電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。一般講，只要實(shí)際工作時(shí)間tP<(0.3～0.4)Th，則可直接根據(jù)過(guò)載能力和啟動(dòng)能力來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的容量，而不必考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱問(wèn)題。2.選用連續(xù)工作制的普通電動(dòng)機(jī)故選PN≥PP/K普通電動(dòng)機(jī)的額定功率PN是按147.3.3重復(fù)短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇1.選用重復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)2.選用連續(xù)工作制的普通電動(dòng)機(jī)有些生產(chǎn)機(jī)械工作一段時(shí)間后停歇一段時(shí)間，拖動(dòng)這類(lèi)生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)之工作特點(diǎn)是:工作時(shí)間tp<(3～4)Th，停車(chē)(或空載)時(shí)間t0<(3～4)Th'，工作時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)的溫升不可能達(dá)到穩(wěn)定溫升，停車(chē)時(shí)間內(nèi)溫升還沒(méi)有下降到零時(shí)，下一個(gè)周期又已開(kāi)始，如圖所示。重復(fù)短時(shí)工作制下電動(dòng)機(jī)的選擇也有兩種方法重復(fù)性與短時(shí)性就是重復(fù)短時(shí)工作制的兩個(gè)特點(diǎn)。通常用暫載率(或持續(xù)率)ε來(lái)表征重復(fù)短時(shí)工作制的工作情況。7.3.3重復(fù)短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇1.選用重復(fù)短時(shí)工15

我國(guó)生產(chǎn)的專(zhuān)供重復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)暫載率εs為15%，25%，40%和60%。并以25%為額定負(fù)載暫載率εsN，同時(shí)規(guī)定一個(gè)周期的總時(shí)間tp+t0不超過(guò)10分鐘。電動(dòng)機(jī)一周期內(nèi)的工作時(shí)間越長(zhǎng)，即εs越大，電動(dòng)機(jī)所允許輸出的功率(即額定功率)便越小。

1.選用重復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)我國(guó)生產(chǎn)的專(zhuān)供重復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)16首先根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖算出電動(dòng)機(jī)的實(shí)際暫載率ε，如果算出的ε值與電動(dòng)機(jī)的額定負(fù)載暫載率εsN(25%)相等，即可從產(chǎn)品目錄中查得額定功率PsN，所選電動(dòng)機(jī)的PsN應(yīng)等于或略大于生產(chǎn)機(jī)械所需功率P。如果算出的ε值不等于εsN，則可按下式計(jì)算出Ps選取PsN等于或略大于Ps的電動(dòng)機(jī)即可。重復(fù)短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)容量選擇的步驟是:首先根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖算出電動(dòng)機(jī)的實(shí)際暫載率ε，如果算出的17在重復(fù)短時(shí)工作制的情況下，如果負(fù)載是變動(dòng)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(dòng)機(jī)。選好電動(dòng)機(jī)的容量后，也要進(jìn)行過(guò)載能力的校驗(yàn)。負(fù)載暫載率ε<10%時(shí)，可按短時(shí)工作制選擇電動(dòng)機(jī)；當(dāng)ε>70%時(shí)，則可按連續(xù)工作制選擇電動(dòng)機(jī)。重復(fù)周期很短(tP+t0<2min)，啟、制動(dòng)或正、反轉(zhuǎn)十分頻繁的情況下，必需考慮啟、制動(dòng)電流的影響，因而在選擇電動(dòng)機(jī)的容量時(shí)要適當(dāng)選大些。所介紹的計(jì)算方法僅是近似的，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)根據(jù)具體情況要適當(dāng)給予考慮和修正。2選用連續(xù)工作制的普通電動(dòng)機(jī)此時(shí)εs=100%在重復(fù)短時(shí)工作制的情況下，如果負(fù)載是變動(dòng)的，則可用“等值法187.4電動(dòng)機(jī)容量選擇的統(tǒng)計(jì)法和類(lèi)比法統(tǒng)計(jì)法，就是對(duì)國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型先進(jìn)機(jī)床的主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，結(jié)合我國(guó)的生產(chǎn)實(shí)際情況，找出電動(dòng)機(jī)容量與機(jī)床主要參數(shù)之間的關(guān)系，并用數(shù)學(xué)式加以表達(dá)，作為設(shè)計(jì)新機(jī)床時(shí)選擇電動(dòng)機(jī)容量的主要依據(jù)。具體介紹如下(公式中P均為主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量,P的單位為kw):車(chē)床:P=36.5D1.54，D為工件的最大直徑(m)；立式車(chē)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(mén)銑床:P=，B為工作臺(tái)寬度(mm)。

7.4電動(dòng)機(jī)容量選擇的統(tǒng)計(jì)法和類(lèi)比法統(tǒng)計(jì)法，就是對(duì)國(guó)內(nèi)外同類(lèi)19另一實(shí)用的方法為類(lèi)比法，它是對(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行考驗(yàn)的同類(lèi)型生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)容量進(jìn)一調(diào)查研究，并對(duì)其主要參數(shù)和工作條件進(jìn)行對(duì)比，從而確定新設(shè)計(jì)生產(chǎn)機(jī)械所需電動(dòng)機(jī)的容量。例如：我國(guó)C660車(chē)床的工件最大直徑為1250mm，用上列公式計(jì)算出的主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率為P=36.5×(1.251.54)=52kW。實(shí)際選用PN=60kW的電動(dòng)機(jī)。實(shí)際證明，所選用的電動(dòng)機(jī)是合適的。

統(tǒng)計(jì)法雖然簡(jiǎn)單，且確有實(shí)用價(jià)值，但這種方法不可能考慮到各種機(jī)床的實(shí)際工作特點(diǎn)與當(dāng)前先進(jìn)的技術(shù)條件，所以用這種方法初選的電動(dòng)機(jī)，最好再通過(guò)試驗(yàn)的方法加以校驗(yàn)。另一實(shí)用的方法為類(lèi)比法，它是對(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行考驗(yàn)的同類(lèi)型生產(chǎn)機(jī)20第四章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程

靜態(tài)(穩(wěn)態(tài))：動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩為零，系統(tǒng)以恒速運(yùn)轉(zhuǎn)；動(dòng)態(tài)(暫態(tài))：存在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，速度處于變化之中。過(guò)渡過(guò)程：當(dāng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩TM或負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)就要由一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變化到另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這個(gè)變化過(guò)程稱為過(guò)渡過(guò)程。

在過(guò)渡過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和電流都要按一定的規(guī)律變化，它們都是時(shí)間的函數(shù)。本章就是在機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式的基礎(chǔ)上研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)可能處于兩種運(yùn)行狀態(tài)：第四章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程靜態(tài)(穩(wěn)態(tài))：動(dòng)214.1研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的實(shí)際意義研究過(guò)渡過(guò)程的目的和實(shí)際意義：為滿足各種要求，必須研究過(guò)渡過(guò)程的基本規(guī)律，研究系統(tǒng)各參量對(duì)時(shí)間的變化規(guī)律，如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流等對(duì)時(shí)間的變化規(guī)律，才能正確地選擇機(jī)電傳動(dòng)裝置，為機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)提供控制原則，設(shè)計(jì)出完善的啟動(dòng)、制動(dòng)等自動(dòng)控制線路，以求改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

除了不經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)而長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的工作機(jī)械，如通風(fēng)機(jī)、水泵等外，大多數(shù)的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程都提出各種各樣的要求。如龍門(mén)刨床的工作臺(tái)等，它們?cè)诠ぷ髦行枰?jīng)常進(jìn)行啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速，因此，都要求過(guò)渡過(guò)程盡量快，以縮短生產(chǎn)周期中非生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)率。對(duì)升降機(jī)、載人電梯、等生產(chǎn)機(jī)械，它們對(duì)啟動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程則要求平滑，加減速度變化不能過(guò)大，以保證安全和舒適。而對(duì)造紙機(jī)、印刷機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械，也必須限制加速度的大小，如果超過(guò)允許值，則可能損壞機(jī)器部件或可能生產(chǎn)出次品。另外，在過(guò)渡過(guò)程中能量損耗的大小，系統(tǒng)的準(zhǔn)確停車(chē)與協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)等方面，都對(duì)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程提出不同的要求。4.1研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的實(shí)際意義研究過(guò)渡過(guò)程的目的22

4.2機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的分析在有些情況下,如直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞回路不串接電感，電磁慣性影不大，則可只考慮機(jī)械慣性。在這種過(guò)渡過(guò)程中，僅轉(zhuǎn)速n不能突變，而電樞電流Ia和轉(zhuǎn)矩TM是可以突變的。由于熱慣性較大，溫度變化較轉(zhuǎn)速、電流參量變化要慢得多，一般可不考慮，而只考慮機(jī)械慣性和電磁慣性。當(dāng)對(duì)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制、系統(tǒng)中電氣參數(shù)發(fā)生突然變化以及傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載突然變化時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流、磁通等的變化都要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，因而形成機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)得電氣機(jī)械過(guò)渡過(guò)程。(1)機(jī)械慣性：它反映在J或GD2，使轉(zhuǎn)速n不能突變。(2)電磁慣性：它反映在電樞回路電感和勵(lì)磁繞組電感上，分別使電樞回路電流Ia和勵(lì)磁磁通Φ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(dòng)系統(tǒng)之所以產(chǎn)生過(guò)渡過(guò)程，是因?yàn)榇嬖谝韵氯N慣性：4.2機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的分析在有些情況下,如直流他勵(lì)電23GD2375dndtTM-TL=根據(jù)解析幾何直線方程截距式穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)：TM、TL代入(2.4)式：（2.4）Tst:n=0時(shí)的轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩n0:理想空載轉(zhuǎn)矩ns:TL為恒轉(zhuǎn)矩時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速由得GD2375dndtTM-TL=根據(jù)解析幾何直線方程截距式24機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)反映了機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械慣性也可寫(xiě)成n=0時(shí)對(duì)上式求解有：求導(dǎo)，可得t=0時(shí)的加速度：

τm在數(shù)值上等于轉(zhuǎn)速n以t=0時(shí)的加速度直線上升到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速ns時(shí)所需時(shí)間。機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)也可寫(xiě)成n=0時(shí)對(duì)上式求解有：求導(dǎo)25機(jī)電時(shí)間常數(shù)直接影響機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的快慢，大，則過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行的慢，小，則過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行的快。4.3機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)物理意義：機(jī)電時(shí)間常數(shù)既與機(jī)械量GD2有關(guān)，又與電氣量R、Φ有關(guān)。數(shù)值上等于n以t=0時(shí)的加速度直線上升到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速ns時(shí)所需的時(shí)間。機(jī)電時(shí)間常數(shù)直接影響機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的264.4加快機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的方法對(duì)上式兩邊積分，Td=TM-TL代入得如果從起始轉(zhuǎn)速n1到終了轉(zhuǎn)速n2的過(guò)渡過(guò)程中，始終保持動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩Td不變，則系統(tǒng)為勻加、減速運(yùn)動(dòng)，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間：1)啟動(dòng)：n1=02)制動(dòng)：n2=03)自由停車(chē)：TM=04.4加快機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的方法對(duì)上式兩邊積分，Td=T27加快機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的方法：1.減小系統(tǒng)GD2；2.增加動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩Td減小加快機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的方法：1.減小系統(tǒng)GD2；2.28第七章機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇7.1電動(dòng)機(jī)容量選擇的原則(3)啟動(dòng)能力：由于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般較小，所以，為使電動(dòng)機(jī)能可靠啟動(dòng),必須保證TL<Tst。選擇電動(dòng)機(jī)容量的三項(xiàng)基本原則：(1)發(fā)熱：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須保證電動(dòng)機(jī)的實(shí)際最高工作溫度θmax等于或略小于電動(dòng)機(jī)絕緣的允許最高工作溫度θa，即θmax

<θa

。(2)過(guò)載能力：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須具有一定的過(guò)載能力。特別是在短期工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)在短期內(nèi)承受高于額定功率的負(fù)載功率時(shí)仍可保證θmax<θa，故此時(shí)，決定電動(dòng)機(jī)容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力。第七章機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇7.1電動(dòng)機(jī)容量選擇的29保證電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期安全運(yùn)行的必要條件和按發(fā)熱條件選擇電動(dòng)機(jī)的最基本的依據(jù)：

溫升是按指數(shù)規(guī)律上升的，曲線1

7.2電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與冷卻

Th為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)

Th'為散熱時(shí)間常數(shù).溫度降低也是按指數(shù)規(guī)律變化的，曲線2

θM電動(dòng)機(jī)的溫度，

θ0周?chē)橘|(zhì)的溫度

溫升電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，溫度若超過(guò)一定數(shù)值，首先損壞的是繞組的絕緣，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)中的絕緣材料是耐熱最弱的部分，目前，常用的絕緣有E、B、F、H四級(jí)，各級(jí)絕緣所用材料的允許最高工作溫度分別為120C、130℃、155℃、180℃。保證電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期安全運(yùn)行的必要條件和按發(fā)熱條件選擇電動(dòng)機(jī)的最基30電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式按發(fā)熱情況分三類(lèi)：7.3不同工作制下電動(dòng)機(jī)容量的選擇連續(xù)工作制短時(shí)工作制重復(fù)短時(shí)工作制1.帶恒定負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇對(duì)于負(fù)載功率PL恒定的生產(chǎn)機(jī)械，電動(dòng)機(jī)在連續(xù)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載圖及溫升曲線如圖所示。7.3.1連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，按設(shè)計(jì)手冊(cè)中的計(jì)算出負(fù)載所需功率PL，再選一臺(tái)額定功率為PN>PL。重載啟動(dòng)時(shí)，校驗(yàn)啟動(dòng)能力。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式按發(fā)熱情況分三類(lèi)：7.3不同工作制下電動(dòng)機(jī)容量31一般采用“等值法”來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率電動(dòng)發(fā)出的熱量是由損耗產(chǎn)生的，損耗有兩部分，一是不隨負(fù)載變化的不變損耗ΔP(包括鐵耗和機(jī)械損耗)，一是與負(fù)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(duì)于直流電動(dòng)機(jī)：等效轉(zhuǎn)矩法對(duì)于電機(jī)具有較硬機(jī)械特性等效功率按等值法初選電機(jī)后，還必須校驗(yàn)其過(guò)載能力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2帶變動(dòng)負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇一般采用“等值法”來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率電動(dòng)發(fā)出的熱量是由損耗32如果實(shí)際工作時(shí)間tP與ts不同時(shí)，就應(yīng)先將TP下的功率PP(產(chǎn)機(jī)械短時(shí)工作的實(shí)際功率)換算成ts下的功率Ps有些生產(chǎn)機(jī)械工作時(shí)間短，停車(chē)時(shí)間長(zhǎng)，屬短時(shí)工作制的機(jī)械。拖動(dòng)這類(lèi)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)之工作特點(diǎn)是：工作時(shí)溫升達(dá)不到穩(wěn)定值，而停車(chē)時(shí)足可完全冷卻到周?chē)h(huán)境溫度，如圖所示。電動(dòng)機(jī)既可選擇專(zhuān)用短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)，也可選擇連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)。我國(guó)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)短時(shí)運(yùn)行時(shí)間是10min、30min、60min及90min四種。電動(dòng)機(jī)銘牌上所標(biāo)的額定功率PN是和一定的標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間ts相對(duì)應(yīng)的。選擇短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)，使其PN>Ps再進(jìn)行過(guò)載能力與啟動(dòng)能力的校驗(yàn).7.3.2短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇1.選用短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)如果實(shí)際工作時(shí)間tP與ts不同時(shí)，就應(yīng)先將TP下的功率PP33故選PN≥PP/K普通電動(dòng)機(jī)的額定功率PN是按長(zhǎng)期運(yùn)行設(shè)計(jì)的，在連續(xù)工作時(shí)，溫升可以達(dá)到穩(wěn)定值。如果把這種電動(dòng)機(jī)用作短時(shí)工作，則電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)將達(dá)不到允許溫升。為了充分利用電動(dòng)機(jī)在發(fā)熱上的潛在能力，在短時(shí)工作狀態(tài)下，可以使它過(guò)載運(yùn)行，而其過(guò)載倍數(shù)K=PP/PN與tp/Th有關(guān)，如圖所示。PP——短時(shí)實(shí)際負(fù)載功率；PN——連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)的額定功率；tP——短時(shí)實(shí)際工作的時(shí)間；Th——電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。一般講，只要實(shí)際工作時(shí)間tP<(0.3～0.4)Th，則可直接根據(jù)過(guò)載能力和啟動(dòng)能力來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的容量，而不必考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱問(wèn)題。2.選用連續(xù)工作制的普通電動(dòng)機(jī)故選PN≥PP/K普通電動(dòng)機(jī)的額定功率PN是按347.3.3重復(fù)短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇1.選用重復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)2.選用連續(xù)工作制的普通電動(dòng)機(jī)有些生產(chǎn)機(jī)械工作一段時(shí)間后停歇一段時(shí)間，拖動(dòng)這類(lèi)生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)之工作特點(diǎn)是:工作時(shí)間tp<(3～4)Th，停車(chē)(或空載)時(shí)間t0<(3～4)Th'，工作時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)的溫升不可能達(dá)到穩(wěn)定溫升，停車(chē)時(shí)間內(nèi)溫升還沒(méi)有下降到零時(shí)，下一個(gè)周期又已開(kāi)始，如圖所示。重復(fù)短時(shí)工作制下電動(dòng)機(jī)的選擇也有兩種方法重復(fù)性與短時(shí)性就是重復(fù)短時(shí)工作制的兩個(gè)特點(diǎn)。通常用暫載率(或持續(xù)率)ε來(lái)表征重復(fù)短時(shí)工作制的工作情況。7.3.3重復(fù)短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇1.選用重復(fù)短時(shí)工35

我國(guó)生產(chǎn)的專(zhuān)供重復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)暫載率εs為15%，25%，40%和60%。并以25%為額定負(fù)載暫載率εsN，同時(shí)規(guī)定一個(gè)周期的總時(shí)間tp+t0不超過(guò)10分鐘。電動(dòng)機(jī)一周期內(nèi)的工作時(shí)間越長(zhǎng)，即εs越大，電動(dòng)機(jī)所允許輸出的功率(即額定功率)便越小。

1.選用重復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)我國(guó)生產(chǎn)的專(zhuān)供重復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)36首先根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖算出電動(dòng)機(jī)的實(shí)際暫載率ε，如果算出的ε值與電動(dòng)機(jī)的