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1、第四章 机电传动系统的过渡过程 静态(稳态)：动态转矩为零，系统以恒速运转；动态(暂态)：存在动态转矩，速度处于变化之中。过渡过程：当系统中电动机的转矩TM或负载转矩TL发生变化时，系统就要由一个稳定运转状态变化到另一个稳定运转状态，这个变化过程称为过渡过程。在过渡过程中，电动机的转速、转矩和电流都要按一定的规律变化，它们都是时间的函数。本章就是在机电传动系统运动方程式的基础上研究机电传动系统的过渡过程。机电传动系统可能处于两种运行状态：4.1 研究机电传动系统过渡过程的实际意义研究过渡过程的目的和实际意义：为满足各种要求，必须研究过渡过程的基本规律，研究系统各参量对时间的变化规律，如转速、转
2、矩、电流等对时间的变化规律，才能正确地选择机电传动装置，为机电传动自动控制系统提供控制原则，设计出完善的启动、制动等自动控制线路，以求改善产品质量，提高生产率和减轻劳动强度。除了不经常启动、制动而长期运转的工作机械，如通风机、水泵等外，大多数的生产机械对机电传动系统过渡过程都提出各种各样的要求。如龙门刨床的工作台等，它们在工作中需要经常进行启动、制动、反转和调速，因此，都要求过渡过程尽量快，以缩短生产周期中非生产时间，提高生产率。对升降机、载人电梯、等生产机械，它们对启动、制动过程则要求平滑，加减速度变化不能过大，以保证安全和舒适。而对造纸机、印刷机等生产机械，也必须限制加速度的大小，如果超过
3、允许值，则可能损坏机器部件或可能生产出次品。另外，在过渡过程中能量损耗的大小，系统的准确停车与协调运转等方面，都对机电传动系统的过渡过程提出不同的要求。4.2机电传动系统过渡过程的分析在有些情况下,如直流他励电动机电枢回路不串接电感，电磁惯性影不大，则可只考虑机械惯性。在这种过渡过程中，仅转速n不能突变，而电枢电流Ia和转矩TM是可以突变的。由于热惯性较大，温度变化较转速、电流参量变化要慢得多，一般可不考虑，而只考虑机械惯性和电磁惯性。当对机电传动系统进行控制、系统中电气参数发生突然变化以及传动系统的负载突然变化时，传动系统中的转速、转矩、电流、磁通等的变化都要经过一定的时间，因而形成机电传动
4、系统得电气机械过渡过程。(1)机械惯性：它反映在 J或GD2，使转速n不能突变。(2)电磁惯性：它反映在电枢回路电感和励磁绕组电感上，分别使电枢回路电流Ia和励磁磁通不能突变。(3)热惯性：它反映在温度上，使温度不能突变。电传动系统之所以产生过渡过程，是因为存在以下三种惯性：GD2375dndtTM-TL=根据解析几何直线方程截距式稳态运行时：TM、TL代入(2.4)式：（2.4）Tst:n=0时的转矩，启动转矩n0:理想空载转矩ns:TL为恒转矩时系统稳态转速由 得机电传动系统的机电时间常数反映了机电传动系统的机械惯性也可写成n=0时对上式求解有：求导，可得t=0时的加速度：m在数值上等于转
5、速n以t=0时的加速度直线上升到稳态转速ns时所需时间。机电时间常数 直接影响机电传动系统过渡过程的快慢，大，则过渡过程进行的慢，小，则过渡过程进行的快。4.3机电传动系统的机电时间常数物理意义：机电时间常数 既与机械量GD2有关，又与电气量R、有关。数值上 等于n以t=0时的加速度直线上升到稳态转速ns时所需的时间。4.4加快机电传动系统过渡过程的方法对上式两边积分，Td=TM-TL代入得如果从起始转速n1到终了转速n2的过渡过程中，始终保持动态转矩Td不变，则系统为匀加、减速运动，过渡过程时间：1)启动：n1=02)制动：n2=03)自由停车：TM=0加快机电传动系统过渡过程的方法：1.减
6、小系统GD2；2.增加动态转矩Td减小第七章 机电传动控制系统中电动机的选择7.1电动机容量选择的原则(3)启动能力：由于鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较小，所 以，为使电动机能可靠启动,必须保证TLTst。选择电动机容量的三项基本原则：(1)发热：电动机在运行时，必须保证电动机的实际最高工作温 度max等于或略小于电动机绝缘的允许最高工作温 度a，即max a。(2)过载能力：电动机在运行时，必须具有一定的过载能力。特 别是在短期工作时，电动机在短期内承受高于额 定功率的负载功率时仍可保证maxa，故此 时，决定电动机容量的主要因素不是发热而是电 动机的过载能力。保证电动机长期安全运行的必要
7、条件和按发热条件选择电动机的最基本的依据：温升 是按指数规律上升的，曲线1 7.2电动机的发热与冷却 Th为发热时间常数 Th为散热时间常数.温度降低也是按指数规律变化的，曲线2 M电动机的温度，0周围介质的温度 温升电动机运行时，温度若超过一定数值，首先损坏的是绕组的绝缘，因为电动机中的绝缘材料是耐热最弱的部分，目前，常用的绝缘有E、B、F、H四级，各级绝缘所用材料的允许最高工作温度分别为120C、130、155、180。电动机运行方式按发热情况分三类：7.3不同工作制下电动机容量的选择连续工作制短时工作制重复短时工作制1.带恒定负载时电动机容量的选择对于负载功率PL恒定的生产机械，电动机在
8、连续运行时的负载图及温升曲线如图所示。7.3.1 连续工作制电动机容量的选择选择电动机时，按设计手册中的计算出负载所需功率PL，再选一台额定功率为PNPL。重载启动时，校验启动能力。一般采用“等值法”来计算电动机的功率电动发出的热量是由损耗产生的，损耗有两部分，一是不随负载变化的不变损耗 P(包括铁耗和机械损耗)，一是与负载电流的平方成正比的可变损耗 I2R(铜耗)。损耗相同，等值电流为对于直流电动机：等效转矩法对于电机具有较硬机械特性等效功率按等值法初选电机后，还必须校验其过载能力和启动转矩。2 带变动负载时电动机容量的选择如果实际工作时间tP与ts不同时，就应先将TP下的功率PP(产机械短
9、时工作的实际功率)换算成ts下的功率Ps 有些生产机械工作时间短，停车时间长，属短时工作制的机械。拖动这类机械的电动机之工作特点是：工作时温升达不到稳定值，而停车时足可完全冷却到周围环境温度，如图所示。电动机既可选择专用短时工作制电动机，也可选择连续工作制电动机。我国短时工作制的电动机，规定的标准短时运行时间是 10min、30min、60min及90min四种。电动机铭牌上所标的额定功率PN是和一定的标准持续运行时间ts相对应的。选择短时工作制电动机，使其PNPs再进行过载能力与启动能力的校验.7.3.2 短时工作制电动机容量的选择1.选用短时工作制的电动机故选 PNPP/K普通电动机的额定
10、功率PN是按长期运行设计的，在连续工作时，温升可以达到稳定值。如果把这种电动机用作短时工作，则电动机运行时将达不到允许温升。为了充分利用电动机在发热上的潜在能力，在短时工作状态下，可以使它过载运行，而其过载倍数K=PP/PN与tp/Th有关，如图所示。PP短时实际负载功率；PN连续工作制电动机的额定功率；tP短时实际工作的时间；Th电动机的发热时间常数。一般讲，只要实际工作时间tP(0.30.4)Th，则可直接根据过载能力和启动能力来选择电动机的容量，而不必考虑电动机的发热问题。2.选用连续工作制的普通电动机7.3.3 重复短时工作制电动机容量的选择1.选用重复短时工作制的电动机2.选用连续工
11、作制的普通电动机有些生产机械工作一段时间后停歇一段时间，拖动这类生产机械的电动机之工作特点是:工作时间tp(34)Th，停车(或空载)时间t0(34)Th，工作时间内电动机的温升不可能达到稳定温升，停车时间内温升还没有下降到零时，下一个周期又已开始，如图所示。重复短时工作制下电动机的选择也有两种方法重复性与短时性就是重复短时工作制的两个特点。通常用暂载率(或持续率)来表征重复短时工作制的工作情况。我国生产的专供重复短时工作制的电动机，规定的标准暂载率s为15%，25%，40%和60%。并以25%为额定负载暂载率sN，同时规定一个周期的总时间tp+t0不超过10分钟。电动机一周期内的工作时间越长
12、，即s越大，电动机所允许输出的功率(即额定功率)便越小。1.选用重复短时工作制的电动机首先根据生产机械的负载图算出电动机的实际暂载率，如果算出的值与电动机的额定负载暂载率sN(25%)相等，即可从产品目录中查得额定功率PsN，所选电动机的PsN应等于或略大于生产机械所需功率P。如果算出的值不等于sN，则可按下式计算出Ps选取PsN等于或略大于Ps的电动机即可。重复短时工作制电动机容量选择的步骤是:在重复短时工作制的情况下，如果负载是变动的，则可用“等值法”先算出其等效功率P，再按上述方法选取电动机。选好电动机的容量后，也要进行过载能力的校验。负载暂载率70%时，则可按连续工作制选择电动机。重复
13、周期很短(tP+t02min)，启、制动或正、反转十分频繁的情况下，必需考虑启、制动电流的影响，因而在选择电动机的容量时要适当选大些。所介绍的计算方法仅是近似的，在实际应用时根据具体情况要适当给予考虑和修正。2 选用连续工作制的普通电动机此时s=100%7.4电动机容量选择的统计法和类比法统计法，就是对国内外同类型先进机床的主拖动电动机进行统计和分析，结合我国的生产实际情况，找出电动机容量与机床主要参数之间的关系，并用数学式加以表达，作为设计新机床时选择电动机容量的主要依据。具体介绍如下(公式中P均为主拖动电动机容量,P的单位为kw):车床:P=36.5D1.54，D为工件的最大直径(m)；立
14、式车床:P=20D0.88，D为工件的最大直径(m)；摇臂钻床:P=0.0646D1.19，D为最大的钻孔直径(mm)；卧式握床:P=0.004D1.7，D为膛杆直径(mm)；龙门铣床:P=，B为工作台宽度(mm)。另一实用的方法为类比法，它是对经过长期运行考验的同类型生产机械的电动机容量进一调查研究，并对其主要参数和工作条件进行对比，从而确定新设计生产机械所需电动机的容量。例如：我国C660车床的工件最大直径为1250mm，用上列公式计算出的主拖动电动机的功率为P=36.5(1.251.54)=52kW。实际选用PN=60kW的电动机。实际证明，所选用的电动机是合适的。统计法虽然简单，且确有实用价值，但这种方法不可能考虑到各种机床的实际工作特点与当前先进的技术条件，所以用这种方法初选的电动机，最好再通过试验的方法加以校验。