電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)電氣PPT課件

1、1.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成 電力拖動(dòng)：用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式。1. 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)控制設(shè)備電源2. 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1) 電能易于生產(chǎn)、傳輸、分配。(2) 電動(dòng)機(jī)類型多、規(guī)格全，具有各種特性，能滿 足各種生產(chǎn)機(jī)械的不同要求。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第1頁(yè)/共22頁(yè)(3) 電動(dòng)機(jī)損耗小、效率高、具有較大的短時(shí) 過(guò)載能力。(4) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)容易控制、操作簡(jiǎn)單、 便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。3. 應(yīng)用舉例 精密機(jī)床、重型銑床、 初軋機(jī)、 高速冷軋機(jī)、高速造紙機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成第2頁(yè)/共22頁(yè)傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu)第1章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 更多的圖片 第3頁(yè)/共

2、22頁(yè) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)在我國(guó)經(jīng)歷以下三階段：1. 第一階段：上世紀(jì)30-50年代。生產(chǎn)機(jī)械只限于起動(dòng)、停止、調(diào)速等，采用電磁接觸器和繼電器控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)較簡(jiǎn)單。用于冶金軋鋼設(shè)備、機(jī)床、起重運(yùn)輸機(jī)械等2. 第二階段：上世紀(jì)50-70年代。生產(chǎn)工藝、效率要求提高。起動(dòng)制動(dòng)過(guò)程控制：要求加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)；或者起動(dòng)制動(dòng)平穩(wěn)、準(zhǔn)確定位，如高速電梯、城市地鐵；或者多臺(tái)電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，如造紙機(jī)、塑料擠壓機(jī)；（順序控制）電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第4頁(yè)/共22頁(yè) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)在我國(guó)經(jīng)歷以下三階段：3. 第三階段：上世紀(jì)70年代-至今。生產(chǎn)工藝、效率要求更高。要求制動(dòng)時(shí)間最短、制動(dòng)能量消耗最小等最優(yōu)控制。引入現(xiàn)代控制

3、理論。交流變頻調(diào)速技術(shù)成為最有潛力的發(fā)展方向。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第5頁(yè)/共22頁(yè)1.2 典型生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)形式1. 單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)等所有運(yùn)動(dòng)部件 均以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。2. 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)電動(dòng)機(jī)工作機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)工作機(jī)構(gòu)第6頁(yè)/共22頁(yè)3. 多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加平移運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 4. 多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加升降運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 1.2 典型生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)形式電動(dòng)機(jī) 工作機(jī)構(gòu) 電動(dòng)機(jī) G第7頁(yè)/共22頁(yè)1.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算效等1. 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 等效（折算）原則：機(jī)械功率不變。 第1章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)z1 z4 z2 z3 電動(dòng)機(jī)工作機(jī)構(gòu)nMLn1nmMm電

4、動(dòng)機(jī)等效負(fù)載nMLML =Mm m L= MmjML= Mmm 第8頁(yè)/共22頁(yè) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總轉(zhuǎn)速比 j = j1 j2 jmmj = nnm= 1 j1 = nn1=1 2 j2 = n1n2=2 m jm = n2nm=1.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算 常見(jiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速 比的計(jì)算公式：(1) 齒輪傳動(dòng)n1n2j =z2z1=(2) 皮帶輪傳動(dòng) n1n2j =D2D1=(3) 蝸輪蝸桿傳動(dòng) n1n2j =z2z1=齒輪的齒數(shù) 皮帶輪的直徑 蝸輪的齒數(shù) 蝸桿的頭數(shù) 第9頁(yè)/共22頁(yè)2. 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（飛輪矩） 等效（折算）原則：動(dòng)能不變。設(shè)各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：1.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算nMLn1n

5、mz1 z4 z2 z3 電動(dòng)機(jī)工作機(jī)構(gòu)MmJd2 2 J = JdJ1 Jm 1mJ = JdJ1 Jm n1n2 2 nmn第10頁(yè)/共22頁(yè)1.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算 【例 1】 某車床電力拖動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪組（如圖示），經(jīng)兩級(jí)減速后拖動(dòng)車床的主軸，已知 n = 1 440 r/min ，切削力 F = 2 000 N，工件直徑 d = 150 mm，各齒輪的齒數(shù)為 z1 = 15，z2 = 30，z3 = 30，z4 = 45，各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JR = 0.076 5 kgm2，J1 = 0.051 kgm2，Jm = 0.063 7 kgm2 。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率 t = 0

6、.9。求：(1) 切削功率 Pm 和切削轉(zhuǎn)矩 Tm ； (2) 折算成單軸系統(tǒng)后的等效 TL、JL 和 GD2 。 解：(1) 切削功率 Pm 和切削轉(zhuǎn)矩 Tmn JR n1J1z1 z4 z2 z3 電動(dòng)機(jī)車床nm Jm z2z1j2 = = = 2 3015z4z3jm = = = 1.5 4530j = j1 jm = 21.5 = 3 njnm = = r/min = 480 r/min 1 4403第11頁(yè)/共22頁(yè)1.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算 d nm60Pm = F 3.140.1548060 = 2 000 W = 7.536 kW MN = 260Pmnm = Nm = 150

7、 Nm 60 23.14 7 536 480(2) 折算成單軸系統(tǒng)后的等效 ML、JL 和 GD2 ML = Tmjt = Nm = 55.56 Nm 150 30.9 J = JR J1j12Jm j 2 = 0.076 5 kgm2 = 0.096 3 kgm2 0.051220.063 7 32( ) GD2 = 4gJ = 49.810.096 3 Nm2 = 3.78 Nm2 第12頁(yè)/共22頁(yè) 目的 將平移作用力 Fm 折算為等效轉(zhuǎn)矩 ML 。 將平移運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量 m 折算為等效 J 或 GD2 。 1. 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 等效（折算）原則：機(jī)械功率不變。1.5 平移運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的折算第1章

8、 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)vmFm 作用力 平移速度 432n1工件 (m) 刨刀 齒條 齒輪 第13頁(yè)/共22頁(yè)2. 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（飛輪矩） 等效（折算）原則：動(dòng)能不變。(1) 平移運(yùn)動(dòng)折算成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)1.5 平移運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的折算vmFm 作用力 平移速度 432n1工件 (m) 刨刀 齒條 齒輪 12Jm2 = 12m vm 2 Jm =m vm 22 Gmg vm n2Jm = 6022 2 = 9.55 Gm vm n22 第14頁(yè)/共22頁(yè)(2) 等效單軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪矩1.5 平移運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的折算12J2 = 12JR 2 12J11212J222 12m vm 2 12J2 =

9、JR 2 J112 J222 Jm2 12121212J = JRJ1 J2 Jm 12 2 2J = JRJ1 J2 Jm n1n2 2 n2n 一般公式： J2 ( j1 j2)J = JR Jm J1j12 2Jn( j1 j2 jn )2 第15頁(yè)/共22頁(yè)1.6 升降運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的折算 目的 將 Gm 折算為等效 TL。 將 m 折算為等效 J。 1. 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩（升降力的折算） 第1章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)Gm電動(dòng)機(jī) vmz2 z1z4 z32. 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（升降質(zhì)量的折算）第16頁(yè)/共22頁(yè)1.6 升降運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的折算2. 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（升降質(zhì)量的折算） (1) 升降運(yùn)動(dòng)折算成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)12Jm2 = 12m vm 2 Jm =m vm 22 = 9.55 Gm vm n22 (2) 等效單軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2 ( j1 j2)J = JR Jm J1j12 2Jn( j1 j2 jn )2 第17頁(yè)/共22頁(yè) 負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速 的關(guān)系，即 。簡(jiǎn)稱負(fù)載特性。nLT)T(fnL生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載可分為三大類恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒功率負(fù)載泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載1.7 負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性第18頁(yè)/共22頁(yè)TLn2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TLn一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的特性。分為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種