第2章電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ)

1、電動機電動機傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)工作機構(gòu)工作機構(gòu)控制設(shè)備控制設(shè)備電源電源(1) 電能易于生產(chǎn)、傳輸、分配。電能易于生產(chǎn)、傳輸、分配。(3) 電動機損耗小、效率高、具有較大的短時過載能力。電動機損耗小、效率高、具有較大的短時過載能力。 精密機床、重型銑床、精密機床、重型銑床、 初軋機、初軋機、 高速冷軋機、高速造紙機、風機、水泵高速冷軋機、高速造紙機、風機、水泵(2) 電動機類型多、規(guī)格全，具有各種特性，能滿足各種生產(chǎn)電動機類型多、規(guī)格全，具有各種特性，能滿足各種生產(chǎn)機械的不同要求。機械的不同要求。(4) 電力拖動系統(tǒng)容易控制、操作簡單、電力拖動系統(tǒng)容易控制、操作簡單、 便于實現(xiàn)自動化。便于實現(xiàn)自動

2、化。電動機、傳動機構(gòu)、工作機構(gòu)等所有運動部件均以同一轉(zhuǎn)電動機、傳動機構(gòu)、工作機構(gòu)等所有運動部件均以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。速旋轉(zhuǎn)。電動機電動機工作機構(gòu)工作機構(gòu)電動機電動機工作機構(gòu)工作機構(gòu)電動機電動機 工作機構(gòu)工作機構(gòu) 電動機電動機 GmaFFLdtdvmFFL式中，式中，F(xiàn)為拖動力，為拖動力，N；FL為阻為阻力，力，N；m為物體的質(zhì)量，為物體的質(zhì)量，kg；a為物體的加速度，為物體的加速度，m/s2；v為速為速度，度，m/s；dtdvm為慣性力。為慣性力。maF rmFvrtrtsvrdtdrdtdvadtd2mrrmrmarFrTJT ?2mrJ 其中其中rmFv?2mrJ 稱為稱為?2mJ 為方便起見

3、，常把為方便起見，常把J寫成寫成式中，式中，是物體對轉(zhuǎn)軸的慣性半徑（回轉(zhuǎn)半徑）。是物體對轉(zhuǎn)軸的慣性半徑（回轉(zhuǎn)半徑）。p旋轉(zhuǎn)物體的形狀不同或旋轉(zhuǎn)軸心的位置不同，則物體對轉(zhuǎn)軸的慣性半旋轉(zhuǎn)物體的形狀不同或旋轉(zhuǎn)軸心的位置不同，則物體對轉(zhuǎn)軸的慣性半徑也不同。徑也不同。p有時采用慣性直徑有時采用慣性直徑D代替物體對轉(zhuǎn)軸的慣性半徑代替物體對轉(zhuǎn)軸的慣性半徑，應有，應有 D/2，故有，故有22412mDDmJ?rmFv22412mDDmJ?mgG gGDDgGJ44122?JgGD42或或式中，式中，GD2是一個物理量，叫做飛輪矩或飛輪慣量，是一個物理量，叫做飛輪矩或飛輪慣量，Nm2；g9.81m/s2.電力拖

4、動系統(tǒng)中常用電力拖動系統(tǒng)中常用GD2表示旋轉(zhuǎn)部件的慣性。表示旋轉(zhuǎn)部件的慣性。電動機及生產(chǎn)機械各旋轉(zhuǎn)部分的飛輪矩可在相應的產(chǎn)品目錄中查到。電動機及生產(chǎn)機械各旋轉(zhuǎn)部分的飛輪矩可在相應的產(chǎn)品目錄中查到。TTL= Jd d tGD24gJ602 ndtdnGDdtdngGDdtdJTTL375602422TTL 正方向正方向 dtdnGDTTL375)(2 當當 T2TL 時，時， n 加速的瞬態(tài)過程。加速的瞬態(tài)過程。 當當 T2 = TL 時，時， 穩(wěn)定運行。穩(wěn)定運行。 當當 T2TL 時，時， n 減速的瞬態(tài)過程。減速的瞬態(tài)過程。 n = 0n = 常數(shù)常數(shù)0dtdn0dtdn0dtdnz1 z4

5、 z5 z2 z3 z6 效效等等TL =Tm t m= Tmj t電動機電動機工作機構(gòu)工作機構(gòu)nTLn1n2nmTm電動機電動機等效負載等效負載nTLTL t = Tmm 傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)的效率的效率傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)速比的轉(zhuǎn)速比 傳動機構(gòu)的總轉(zhuǎn)速比傳動機構(gòu)的總轉(zhuǎn)速比 mj = nnm= 1 j1 = nn1= 1 2 j2 = n1n2= 2 m jm = n2nm= 常見傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)速比的計算常見傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)速比的計算公式：公式：(1) 齒輪傳動齒輪傳動n1n2j =z2z1=(2) 皮帶輪傳動皮帶輪傳動 n1n2j =D2D1=(3) 蝸輪蝸桿傳動蝸輪蝸桿傳動 n1n2j =z2z1

6、=齒輪的齒數(shù)齒輪的齒數(shù) 皮帶輪的直徑皮帶輪的直徑 蝸輪的齒數(shù)蝸輪的齒數(shù) 蝸桿的頭數(shù)蝸桿的頭數(shù) j = j1 j2 jm12J2 = 12JR 2 12J1 1212Jmm2 nTLn1n2z1 z4 z5 z2 z3 z6 電動機電動機工作機構(gòu)工作機構(gòu)nmTmJRJ1J2Jm12J2 22 J = JRJ1 J2 Jm n1nnmn2 2 2 n2nJ = JRJ1 J2 Jm 1m2 2 2 2設(shè)各部分的轉(zhuǎn)動慣量為：設(shè)各部分的轉(zhuǎn)動慣量為：如果在電動機和工作機構(gòu)之間總共還有如果在電動機和工作機構(gòu)之間總共還有 n 根中間軸，根中間軸， 則則:或或: :GD2 = 4gJ J2 j1 j2 J =

7、 JR J1j12 22Jm j1 j2 jm2 2 2 J2 j1 j2 = JR J1j12 22Jm j 2 J = JRJ1 J2 Jn Jm n1nnnn2 2 2 2 n2nnmnJ2 ( j1 j2)J = JR J1j12 2Jn( j1 j2 jn )2 Jm j 2 j = j1 j2 jn jm 目的目的 將平移作用力將平移作用力 Fm 折算為等效轉(zhuǎn)矩折算為等效轉(zhuǎn)矩 TL 。 將平移運動的質(zhì)量將平移運動的質(zhì)量 m 折算為等效折算為等效 J 或或 GD2 。 vmFm 作用力作用力 平移速度平移速度 432n1工件工件 (m) 刨刀刨刀 齒條齒條 齒輪齒輪 電動機輸電動機輸

8、出的機械出的機械功率功率 切削功率切削功率 TL = Fmvm t= Fmvm t n602 TL t = Fmvm 12Jm2 = 12m vm 2 Jm =m vm 22 Gmg vm n2Jm = 602 2 2 = 9.3 Gm vm n22 12J2 = 12JR 2 12J1 1212J2 22 12m vm 2 12J2 = JR 2 J1 12 J2 22 Jm2 12121212J = JRJ1 J2 Jm 12 2 2J = JRJ1 J2 Jm n1n2 2 n2n 一般公式：一般公式： J2 ( j1 j2)J = JR Jm J1j12 2Jn( j1 j2 jn )

9、2 電動機輸出電動機輸出 的機械功率的機械功率PL 工作機構(gòu)的工作機構(gòu)的 機械功率機械功率Pm 目的目的 將將 Gm 折算為等效折算為等效 TL。 將將 m 折算為等效折算為等效 J。 Gm電動機電動機 vmz2 z1z4 z3 提升重物時，提升重物時，Gm 是阻力，電動機工作在電動狀態(tài)，是阻力，電動機工作在電動狀態(tài)，PLPm ；下放；下放重物時，重物時，Gm 是動力，電動機工作在制動狀態(tài)，是動力，電動機工作在制動狀態(tài)，PLPm 。TL = Gmvm t= Gmvm t n602 TL t = Gmvm提升時提升時 t1 ，下放時，下放時 t1。 t = 100% Pm PL12Jm2 = 1

10、2m vm 2 Jm =m vm 22 = 9.3 Gm vm n22 J2 ( j1 j2)J = JR Jm J1j12 2Jn( j1 j2 jn )2 轎箱轎箱電動機電動機 平衡塊平衡塊減速機構(gòu)減速機構(gòu)解：解：（1）空載提升時，空轎箱比平衡塊輕，故有）空載提升時，空轎箱比平衡塊輕，故有260tmmLnvGTt其中其中為下放傳動效率。為下放傳動效率。tt12?mNnvGnvGTtmmtmmL16.83)75. 011 (9808 . 0)200004000(260)11 (2602600同理，可以計算空載下降時的轉(zhuǎn)矩，故有同理，可以計算空載下降時的轉(zhuǎn)矩，故有mNnvGTtmmL3 .16

11、675. 09808 . 0)200004000(2602600空轎箱提升或下降時飛輪力矩的折算值為空轎箱提升或下降時飛輪力矩的折算值為222220284. 59808 . 0)200004000(365365mNnvGGDL解：解：（2）滿載提升時，負載轉(zhuǎn)矩的折算值為）滿載提升時，負載轉(zhuǎn)矩的折算值為mNnvGTtmmL43.18385. 09808 . 0)200004000(260260同理，可以計算滿載下降時的折算轉(zhuǎn)矩，有同理，可以計算滿載下降時的折算轉(zhuǎn)矩，有mNnvGnvGTtmmtmmL4 .128)85. 012(9808 . 0)200004000(260)12(260260轎箱

12、滿載提升或下降時飛輪力矩的折算值為轎箱滿載提升或下降時飛輪力矩的折算值為2222226 .149808 . 0)36000200004000(365365mNnvGGDLL（4）轎箱滿載提升時，初始加速度為）轎箱滿載提升時，初始加速度為0.28m/s2,因為因為dtdnGDTTL3752221226 .109)6 .1495(mNGDGDGDL)/(min3438 . 098028. 0srdtdn解：解：（4）轎箱滿載提升時，電動機發(fā)出的轉(zhuǎn)矩為）轎箱滿載提升時，電動機發(fā)出的轉(zhuǎn)矩為mNdtdnGDTTL68.2833433756 .10943.1833752空轎箱提升時，初始加速度為空轎箱提升

13、時，初始加速度為0.28m/s2,因為因為dtdnGDTTL375222022084.100)84. 595(mNGDGDGDLL空轎箱提升時，電動機發(fā)出的轉(zhuǎn)矩為空轎箱提升時，電動機發(fā)出的轉(zhuǎn)矩為mNdtdnGDTTL075. 934337584.10016.833752 機械慣性機械慣性 只考慮機械慣性時的順態(tài)過程稱為只考慮機械慣性時的順態(tài)過程稱為機械瞬態(tài)過程。機械瞬態(tài)過程。 以他勵直流電動機為例，分析機械瞬態(tài)過程。以他勵直流電動機為例，分析機械瞬態(tài)過程。 由于由于 Lf 的存在，使的存在，使 if 不能躍變。不能躍變。由于由于 La 的存在，使的存在，使 ia 不能躍變。不能躍變。由于由于J

14、（GD2）的存在，使）的存在，使 n 不能躍變。不能躍變。 熱慣性熱慣性 機械慣性與電磁慣性產(chǎn)生機械慣性與電磁慣性產(chǎn)生機電瞬態(tài)過程機電瞬態(tài)過程。 電磁慣性電磁慣性n = n0T GD2375Tm = dnd tTm n = nS 機械瞬態(tài)過程的時間常機械瞬態(tài)過程的時間常數(shù)：數(shù)： =Ra GD2 375CECT2 TTL=dnd t GD2 375= n0 ( TL ) dnd tGD2375n = n0TL dnd tGD2375 轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)值轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)值： nS = n0TL = nLt n = nS( ni nS ) e 初始值初始值t n = nL( ni nL ) e 因為因為 n = n0T所以所以 ni = n0Ti ， nS = n0TS 即即 nL = n0TL 代入代入 n 的解中，可得的解中，可得 t T = TS( TiTS ) e 因為因為 T = CT ia所以所以 Ti = CT Iai， TS = CT IaS 即即 TL = CT IL代入代入 T 的解中，可得的解中，可得 ia = IaS( IiIaS ) e t t T = T