電機及電力拖動課件-電力拖動系統(tǒng)的動力學

1、第二章第二章直流電動機的電力拖動直流電動機的電力拖動主要內容：主要內容： 1、電力拖動系統(tǒng)的運動方程式；、電力拖動系統(tǒng)的運動方程式； 2、多軸電力拖動系統(tǒng)簡化；、多軸電力拖動系統(tǒng)簡化； 3、負載的轉矩特性、負載的轉矩特性2.1 電力拖動系統(tǒng)的動力學電力拖動系統(tǒng)的動力學 凡是由電動機作為動力，拖動各類生產機械，完成凡是由電動機作為動力，拖動各類生產機械，完成一定的生產工藝要求的系統(tǒng)，都稱為一定的生產工藝要求的系統(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、傳動機構、生產機械、電動機、傳動機構、生產機械、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)的動力學電力拖動系統(tǒng)的動力學單軸電力拖動系統(tǒng)：單軸電力拖動系統(tǒng)：電動機轉軸與生產機械的工作機構直接相電動機轉軸與生產機械的工作機構直接相連，工作機構是電動機的負載。連，工作機構是電動機的負載。其中，其中， Tem為電動機電磁轉矩；為電動機電磁轉矩； n為電動機轉速；為電動機轉速； T0為電動機空載轉矩；為電動機空載轉矩； TL為工作機構的轉矩；為工作機構的轉矩； Tem=TL+T0+Tj，單軸電力拖動系統(tǒng)的電磁轉矩、負載轉矩與轉速單軸電力拖動系統(tǒng)的電磁轉矩、負載轉矩與轉速可用下式表示：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)的電磁轉矩、負載轉矩單軸電力拖動系統(tǒng)的電磁轉矩、負載轉矩與轉速可用下式表示：與轉速可用下式表示：（Tem-TL）稱為動轉矩。動轉矩等于零，系統(tǒng)）稱為動轉矩。動轉矩等于零，系統(tǒng)處于恒轉速穩(wěn)定運行；動轉矩大于零，系統(tǒng)處于恒轉速穩(wěn)定運行；動轉矩大于零，系統(tǒng)處于加速過渡過程；動轉矩小于零，系統(tǒng)處于處于加速過渡過程；動轉矩小于零，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)的動力學電力拖動系統(tǒng)的動力學u 多軸系統(tǒng)多軸系統(tǒng)單軸系統(tǒng)，單軸系統(tǒng)，即把負載轉矩折算到電動機即把負載轉矩折

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

5、力拖動系統(tǒng)的動力學單軸系統(tǒng)單軸系統(tǒng)多軸系統(tǒng)多軸系統(tǒng)一、工作機構旋轉時，轉矩與飛輪矩的折算一、工作機構旋轉時，轉矩與飛輪矩的折算1、轉矩折算的原則：、轉矩折算的原則：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構的傳動效率，根據功率不變的原則，可得：若考慮到傳動機構的傳動效率，根據功率不變的原則，可得：LLLLLTPPTkTTLLkTnnTTTL1LLLLLj 傳動機構的總效率，等于各級傳動效率乘積，即傳動機構的總效率，等于各級傳動效率乘積，即傳動機構總的速比，等于各級速比的乘積，即傳動機構總的速比，等于各級速比的乘積，即321kkk

6、k321一、工作機構旋轉時，轉矩與飛輪矩的折算一、工作機構旋轉時，轉矩與飛輪矩的折算1、轉矩折算的原則：、轉矩折算的原則：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構的傳動效率，根據功率不變的原則，可得：若考慮到傳動機構的傳動效率，根據功率不變的原則，可得：LLLLLTPPTjTTLLjTnnTTTL1LLLLLj 傳動機構的總效率，等于各級傳動效率乘積，即傳動機構的總效率，等于各級傳動效率乘積，即傳動機構總的速比，等于各級速比的乘積，即傳動機構總的速比，等于各級速比的乘積，即321jjjj3212、旋轉運動的飛輪矩折算旋轉運動的

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 旋轉物體動能公式：旋轉物體動能公式： 2222222222221221122 4602 460/ffFfffFfGDnGDnggGDGDGDGDjj jn n 工作機構轉軸的飛輪矩為工作機構轉軸的飛輪矩為 ，動能為：，動能為：折合到電動機軸上以后的飛輪矩為折合到電動機軸上以后的飛輪矩為 ，折算后動能為，折算后動能為根據折算前后動能不變的原則：根據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、平移運動的轉矩與飛輪矩的折算二、平移運動的轉矩與飛輪矩的折算總質量總質量mL電動機電動機刨刀刨刀TFnVFT JF等效負載等效負載電動機電動機TF1.1.轉矩轉矩的折算的折算PF 260FFnTT R切削功率：切削功率：電動機軸上功率為：電動機軸上功率為：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，根據功率不變的原則，有：據功率不變的原則，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、輪矩的折算按旋轉運動的方法的折算按旋轉運動的方法221122ffGmg 22122 460FGDng 作平移運動部分的物體總重為：作平移運動部分的物體總重為：其動能為：其動能為：折算到電動機軸上的動能為：折算到電動機軸上的動能為：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 負載的轉矩特性負載的轉矩特性一、負載的轉矩特性一、負載的轉矩特性 負載的轉矩特性是指生產機械的轉矩與轉速之間負載的轉矩特性是指生產機械的

10、轉矩與轉速之間的關系即：的關系即：n=f(TL)1、 恒轉矩負載特性恒轉矩負載特性 恒轉矩負載是指負載轉矩為常數，其大小與轉恒轉矩負載是指負載轉矩為常數，其大小與轉速速n無關。無關。 恒轉矩負載分恒轉矩負載分反抗性恒轉矩負載反抗性恒轉矩負載和和位能性恒轉位能性恒轉矩負載矩負載。（1）反抗性恒轉矩負載特性）反抗性恒轉矩負載特性2.3 負載的轉矩特性負載的轉矩特性特點：特點：恒值負載轉矩恒值負載轉矩Tf總是與轉速總是與轉速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動的方向。礙運動的方向。 當正轉時當正轉時nf為正，為正， Tf與與nf方向相反，方向相反， 應為負，即在第三象限

11、；應為負，即在第三象限； 當反轉時當反轉時nf為負，為負， Tf與與nf方向相反，方向相反， 應為正，即在第一象限；應為正，即在第一象限； 皮帶運輸機、軋鋼機、機床的刀架平移和行走機構等由摩皮帶運輸機、軋鋼機、機床的刀架平移和行走機構等由摩擦力產生轉矩的機械都屬于反抗性恒轉矩負載。擦力產生轉矩的機械都屬于反抗性恒轉矩負載。 （2）位能性恒轉矩負載特性）位能性恒轉矩負載特性 特點：特點： Tf的方向與的方向與nf的方向無關。的方向無關。 Tf具有固定不變的方向。具有固定不變的方向。 例如：起重機的提升機構，不論例如：起重機的提升機構，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。 即重力產生的負載轉矩方向固定不變，即重力產生的負載轉矩方向固定不變， 故在第一和第四象限。故在第一和第四象限。2.3 負載的轉矩特性負載的轉矩特性風機、泵類負載的轉矩特性風機、泵類負載的轉矩特性2、風機、泵類負載的轉矩特性、風機、泵類負載的轉矩特性特性：特性：轉矩的大小與轉速的平方成正比，即轉矩的大小