電機(jī)及電力拖動課件-電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)

1、第二章第二章直流電動機(jī)的電力拖動直流電動機(jī)的電力拖動主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1、電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式；、電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式； 2、多軸電力拖動系統(tǒng)簡化；、多軸電力拖動系統(tǒng)簡化； 3、負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性、負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性2.1 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué) 凡是由電動機(jī)作為動力，拖動各類生產(chǎn)機(jī)械，完成凡是由電動機(jī)作為動力，拖動各類生產(chǎn)機(jī)械，完成一定的生產(chǎn)工藝要求的系統(tǒng)，都稱為一定的生產(chǎn)工藝要求的系統(tǒng)，都稱為電力拖動系統(tǒng)。電力拖動系統(tǒng)。電力拖動系統(tǒng)一般由電力拖動系統(tǒng)一般由電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)機(jī)械、電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)機(jī)械、電源和控制裝置電源和控制裝置五部分組成。五部分組成。2.1

2、 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)單軸電力拖動系統(tǒng)：單軸電力拖動系統(tǒng)：電動機(jī)轉(zhuǎn)軸與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)直接相電動機(jī)轉(zhuǎn)軸與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)直接相連，工作機(jī)構(gòu)是電動機(jī)的負(fù)載。連，工作機(jī)構(gòu)是電動機(jī)的負(fù)載。其中，其中， Tem為電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩；為電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩； n為電動機(jī)轉(zhuǎn)速；為電動機(jī)轉(zhuǎn)速； T0為電動機(jī)空載轉(zhuǎn)矩；為電動機(jī)空載轉(zhuǎn)矩； TL為工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩；為工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩； Tem=TL+T0+Tj，單軸電力拖動系統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速單軸電力拖動系統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速可用下式表示：可用下式表示：tJTTddLem其中，其中， 為飛輪慣量或飛輪矩；為飛輪慣量或飛輪矩；單軸電力拖

3、動系統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩單軸電力拖動系統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速可用下式表示：與轉(zhuǎn)速可用下式表示：（Tem-TL）稱為動轉(zhuǎn)矩。動轉(zhuǎn)矩等于零，系統(tǒng)）稱為動轉(zhuǎn)矩。動轉(zhuǎn)矩等于零，系統(tǒng)處于恒轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行；動轉(zhuǎn)矩大于零，系統(tǒng)處于恒轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行；動轉(zhuǎn)矩大于零，系統(tǒng)處于加速過渡過程；動轉(zhuǎn)矩小于零，系統(tǒng)處于處于加速過渡過程；動轉(zhuǎn)矩小于零，系統(tǒng)處于減速過渡過程。減速過渡過程。22226044 J=mnG DGDgg 利用公式變換得：利用公式變換得：2GDtnGDTTdd3752Lem2.1 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)u 多軸系統(tǒng)多軸系統(tǒng)單軸系統(tǒng)，單軸系統(tǒng)，即把負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到電動機(jī)即把負(fù)載轉(zhuǎn)矩折

4、算到電動機(jī)軸上，看成等效的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；把系統(tǒng)各軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩折算到電軸上，看成等效的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；把系統(tǒng)各軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩折算到電動機(jī)軸上變成一個總飛輪轉(zhuǎn)矩動機(jī)軸上變成一個總飛輪轉(zhuǎn)矩GD22.1 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué) 折算原則：折算原則：保持系統(tǒng)的功率傳遞關(guān)系及系統(tǒng)的儲存動能不變。保持系統(tǒng)的功率傳遞關(guān)系及系統(tǒng)的儲存動能不變。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算：負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算：從已知實際負(fù)載轉(zhuǎn)矩從已知實際負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tf求出等效的負(fù)載轉(zhuǎn)矩求出等效的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TF飛輪矩的折算：飛輪矩的折算：從已知的各軸上的飛輪矩從已知的各軸上的飛輪矩 ,求出系統(tǒng)的總飛輪矩求出系統(tǒng)的總飛輪矩 GD22.1 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)電

5、力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)單軸系統(tǒng)單軸系統(tǒng)多軸系統(tǒng)多軸系統(tǒng)一、工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算一、工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算1、轉(zhuǎn)矩折算的原則：、轉(zhuǎn)矩折算的原則：系統(tǒng)傳遞的功率不變系統(tǒng)傳遞的功率不變2.2 2.2 多軸電力拖動系統(tǒng)簡化多軸電力拖動系統(tǒng)簡化若考慮到傳動機(jī)構(gòu)的傳動效率，根據(jù)功率不變的原則，可得：若考慮到傳動機(jī)構(gòu)的傳動效率，根據(jù)功率不變的原則，可得：LLLLLTPPTkTTLLkTnnTTTL1LLLLLj 傳動機(jī)構(gòu)的總效率，等于各級傳動效率乘積，即傳動機(jī)構(gòu)的總效率，等于各級傳動效率乘積，即傳動機(jī)構(gòu)總的速比，等于各級速比的乘積，即傳動機(jī)構(gòu)總的速比，等于各級速比的乘積，即321kkk

6、k321一、工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算一、工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算1、轉(zhuǎn)矩折算的原則：、轉(zhuǎn)矩折算的原則：系統(tǒng)傳遞的功率不變系統(tǒng)傳遞的功率不變2.2 2.2 多軸電力拖動系統(tǒng)簡化多軸電力拖動系統(tǒng)簡化若考慮到傳動機(jī)構(gòu)的傳動效率，根據(jù)功率不變的原則，可得：若考慮到傳動機(jī)構(gòu)的傳動效率，根據(jù)功率不變的原則，可得：LLLLLTPPTjTTLLjTnnTTTL1LLLLLj 傳動機(jī)構(gòu)的總效率，等于各級傳動效率乘積，即傳動機(jī)構(gòu)的總效率，等于各級傳動效率乘積，即傳動機(jī)構(gòu)總的速比，等于各級速比的乘積，即傳動機(jī)構(gòu)總的速比，等于各級速比的乘積，即321jjjj3212、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的飛輪矩折算旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的

7、飛輪矩折算飛輪矩折算的原則：飛輪矩折算的原則：系統(tǒng)儲藏的動能不變系統(tǒng)儲藏的動能不變2221122 4602)GDnAJ(g 旋轉(zhuǎn)物體動能公式：旋轉(zhuǎn)物體動能公式： 2222222222221221122 4602 460/ffFfffFfGDnGDnggGDGDGDGDjj jn n 工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸的飛輪矩為工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸的飛輪矩為 ，動能為：，動能為：折合到電動機(jī)軸上以后的飛輪矩為折合到電動機(jī)軸上以后的飛輪矩為 ，折算后動能為，折算后動能為根據(jù)折算前后動能不變的原則：根據(jù)折算前后動能不變的原則：2fGD22212 460ffGDng 2FGD22122 460FGDng 2.2 2.2 多軸電力拖

8、動系統(tǒng)簡化多軸電力拖動系統(tǒng)簡化二、平移運(yùn)動的轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算二、平移運(yùn)動的轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算總質(zhì)量總質(zhì)量mL電動機(jī)電動機(jī)刨刀刨刀TFnVFT JF等效負(fù)載等效負(fù)載電動機(jī)電動機(jī)TF1.1.轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩的折算的折算PF 260FFnTT R切削功率：切削功率：電動機(jī)軸上功率為：電動機(jī)軸上功率為：若不考慮傳動系統(tǒng)的損耗，根若不考慮傳動系統(tǒng)的損耗，根據(jù)功率不變的原則，有：據(jù)功率不變的原則，有：若考慮傳動損耗，則：若考慮傳動損耗，則：295526060.FFnFFFvTTnn 955.FFTn 2.2 2.2 多軸電力拖動系統(tǒng)簡化多軸電力拖動系統(tǒng)簡化2.飛輪矩的折算飛輪矩的折算其它軸上的飛輪矩其它軸上的飛

9、輪矩的折算按旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的方法的折算按旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的方法221122ffGmg 22122 460FGDng 作平移運(yùn)動部分的物體總重為：作平移運(yùn)動部分的物體總重為：其動能為：其動能為：折算到電動機(jī)軸上的動能為：折算到電動機(jī)軸上的動能為：折算前后的動能不變，因此：折算前后的動能不變，因此：ffGm g 22222222112436522 460260FFfffGDGGGnGDggnn 2.2 2.2 多軸電力拖動系統(tǒng)簡化多軸電力拖動系統(tǒng)簡化車床主傳動車床主傳動2.3 負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性一、負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性一、負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性是指生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性是指生產(chǎn)機(jī)械的

10、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系即：的關(guān)系即：n=f(TL)1、 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，其大小與轉(zhuǎn)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，其大小與轉(zhuǎn)速速n無關(guān)。無關(guān)。 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載分恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載分反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和和位能性恒轉(zhuǎn)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載矩負(fù)載。（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性2.3 負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性特點：特點：恒值負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒值負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tf總是與轉(zhuǎn)速總是與轉(zhuǎn)速nf的方向相反，即作用方向總是阻的方向相反，即作用方向總是阻礙運(yùn)動的方向。礙運(yùn)動的方向。 當(dāng)正轉(zhuǎn)時當(dāng)正轉(zhuǎn)時nf為正，為正， Tf與與nf方向相反，方向相反， 應(yīng)為負(fù)，即在第三象限

11、；應(yīng)為負(fù)，即在第三象限； 當(dāng)反轉(zhuǎn)時當(dāng)反轉(zhuǎn)時nf為負(fù)，為負(fù)， Tf與與nf方向相反，方向相反， 應(yīng)為正，即在第一象限；應(yīng)為正，即在第一象限； 皮帶運(yùn)輸機(jī)、軋鋼機(jī)、機(jī)床的刀架平移和行走機(jī)構(gòu)等由摩皮帶運(yùn)輸機(jī)、軋鋼機(jī)、機(jī)床的刀架平移和行走機(jī)構(gòu)等由摩擦力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的機(jī)械都屬于反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。擦力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的機(jī)械都屬于反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 （2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 特點：特點： Tf的方向與的方向與nf的方向無關(guān)。的方向無關(guān)。 Tf具有固定不變的方向。具有固定不變的方向。 例如：起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)，不論例如：起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)，不論 是提升重物還是下放重物，是提升重物還是下放重物， 重力的作用總是方向朝下的。重力的作用總是方向朝下的。 即重力產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向固定不變，即重力產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向固定不變， 故在第一和第四象限。故在第一和第四象限。2.3 負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性2、風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性、風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性特性：特性：轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即轉(zhuǎn)矩的大小