第二章電機與拖動ppt課件

1、第二章第二章 電力拖動系統(tǒng)動力學電力拖動系統(tǒng)動力學2.1 電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動方程式電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動方程式2.2 多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化2.3 負載的轉(zhuǎn)矩特性與電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的負載的轉(zhuǎn)矩特性與電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的條件條件2.1電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動方程式電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動方程式一一. 典型消費機械的運動方式典型消費機械的運動方式1. 單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)2. 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)電動機電動機任務(wù)機構(gòu)任務(wù)機構(gòu)電動機電動機任務(wù)機構(gòu)任務(wù)機構(gòu)3. 多軸旋轉(zhuǎn)運動加平移運動系統(tǒng)多軸旋轉(zhuǎn)運動加平移運動系統(tǒng)4. 多軸旋轉(zhuǎn)運動加升降運動系統(tǒng)多軸旋轉(zhuǎn)運動加升降運動系統(tǒng)電動機電動機 任務(wù)機

2、構(gòu)任務(wù)機構(gòu) 電動機電動機 G G二二. 單軸電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動方程式單軸電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動方程式MUaIT0TTTFL n負負載載電動機電動機T :電動機電磁轉(zhuǎn)矩電動機電磁轉(zhuǎn)矩(Nm)；TF :負載轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩(Nm)n :電動機轉(zhuǎn)速電動機轉(zhuǎn)速(r/min)；T0 :電動機空載轉(zhuǎn)矩電動機空載轉(zhuǎn)矩(Nm)dtdJTTL T-TL：動轉(zhuǎn)矩：動轉(zhuǎn)矩(Nm)或慣性或慣性轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩J：轉(zhuǎn)動慣量：轉(zhuǎn)動慣量(kgm2)：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動角速度：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動角速度(rad/s)參考正方向參考正方向MUaIT0TTTFL n負負載載電動機電動機參考正方向參考正方向轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向問題轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向問題實踐轉(zhuǎn)

3、矩和轉(zhuǎn)速方向：實踐轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方向：1.T與與n同向，代數(shù)上同正同負；同向，代數(shù)上同正同負；T與與n反向，代數(shù)上一正一負。反向，代數(shù)上一正一負。2.TL與與n同向，代數(shù)上一正一負；同向，代數(shù)上一正一負；TL與與n反向，代數(shù)上同正同負。反向，代數(shù)上同正同負。實踐轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方向：實踐轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方向：1. 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩與n同向，那么稱為同向，那么稱為“拖動性轉(zhuǎn)拖動性轉(zhuǎn)矩矩2. 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩與n反向，那么稱為反向，那么稱為“制動性轉(zhuǎn)制動性轉(zhuǎn)矩矩又由：又由：602;422ngGDmJ m：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量，：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量，kgG：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的重力，：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的重力，N ：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣性半

4、徑，：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣性半徑，mD：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣性直徑，：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣性直徑，mg：重力加速度，：重力加速度，m/s2GD2：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的飛輪矩，：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的飛輪矩，Nm2375 ：有單位的系數(shù)，：有單位的系數(shù)，m/minsdtdnGDdtdngGDdtdJTTL 375602422 由轉(zhuǎn)動方程式可以分析系統(tǒng)運動形狀：由轉(zhuǎn)動方程式可以分析系統(tǒng)運動形狀：dtdnGDTTL 3752T-TL=0 ：系統(tǒng)靜止或恒速運轉(zhuǎn)，穩(wěn)態(tài)；：系統(tǒng)靜止或恒速運轉(zhuǎn)，穩(wěn)態(tài)；T-TL0 ：系統(tǒng)加速運轉(zhuǎn)，過渡過程；：系統(tǒng)加速運轉(zhuǎn)，過渡過程；T-TL0 ：系統(tǒng)減速運轉(zhuǎn)，過渡過程。：系統(tǒng)減速運轉(zhuǎn)，過渡

5、過程。 電動機起動時，電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系？電動電動機起動時，電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系？電動機停車時，電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系？機停車時，電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系？2.2 多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化n問題：全面分析多軸系統(tǒng)，必需列出每根軸的運動問題：全面分析多軸系統(tǒng)，必需列出每根軸的運動方程式及各軸相互聯(lián)絡(luò)的方程式，分析復雜。方程式及各軸相互聯(lián)絡(luò)的方程式，分析復雜。n方法：通常把負載轉(zhuǎn)矩與系統(tǒng)飛輪矩折算到電動機方法：通常把負載轉(zhuǎn)矩與系統(tǒng)飛輪矩折算到電動機軸上來，變多軸系統(tǒng)為單軸系統(tǒng)。軸上來，變多軸系統(tǒng)為單軸系統(tǒng)。n折算的原那么是：堅持系統(tǒng)的功率傳送關(guān)系及系統(tǒng)折算的原那么是

6、：堅持系統(tǒng)的功率傳送關(guān)系及系統(tǒng)的儲存動能不變。的儲存動能不變。電動機電動機任務(wù)機構(gòu)任務(wù)機構(gòu)2.2.1 任務(wù)機構(gòu)為轉(zhuǎn)動情況時的折算任務(wù)機構(gòu)為轉(zhuǎn)動情況時的折算任務(wù)機構(gòu)任務(wù)機構(gòu)電動機電動機0,TTfTnbnfn2aGD2bGD2fGD11,j22,j電動機電動機0,TT等效負載等效負載FTn2GD1. 負載轉(zhuǎn)矩的折算負載轉(zhuǎn)矩的折算堅持功率傳送關(guān)系不變堅持功率傳送關(guān)系不變(1) 忽略傳動機構(gòu)的損耗，由折算前后功率不變，得：忽略傳動機構(gòu)的損耗，由折算前后功率不變，得：jTnnTTTTTfffffFFff j=n/nf=j1j2j3為傳動機構(gòu)總的速比為傳動機構(gòu)總的速比(2) 思索傳動機構(gòu)的損耗時思索傳動機

7、構(gòu)的損耗時 jTnnTTTTTfffffFFff 等效的傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩損耗為：等效的傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩損耗為：jTjTTff =123為傳動機構(gòu)總效率為傳動機構(gòu)總效率2. 飛輪矩的折算飛輪矩的折算堅持系統(tǒng)動能不變堅持系統(tǒng)動能不變負載飛輪矩折算負載飛輪矩折算(轉(zhuǎn)動部分飛輪矩折算轉(zhuǎn)動部分飛輪矩折算)：2222222602421602421jGDGDngGDngGDfFFff 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分動能表達式：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分動能表達式：22260242121 ngGDJ總的飛輪矩的估算：總的飛輪矩的估算：22)1(DGDGD GDD2為電動機轉(zhuǎn)子的飛輪矩為電動機轉(zhuǎn)子的飛輪矩 電動機軸上只需傳動機構(gòu)中第一級小齒輪時，

8、取電動機軸上只需傳動機構(gòu)中第一級小齒輪時，取=0.20.3，假設(shè)還有其它部件，那么，假設(shè)還有其它部件，那么的數(shù)值需求加大。的數(shù)值需求加大。堅持系統(tǒng)儲存的動能不變，那么系統(tǒng)總飛輪矩為：堅持系統(tǒng)儲存的動能不變，那么系統(tǒng)總飛輪矩為： 221221222jjGDjGDGDGDfba 1.電動機經(jīng)過速比電動機經(jīng)過速比 j=5 的減速器拖開任務(wù)機構(gòu)，任務(wù)機構(gòu)的的減速器拖開任務(wù)機構(gòu)，任務(wù)機構(gòu)的實踐轉(zhuǎn)矩為實踐轉(zhuǎn)矩為20Nm，飛輪矩為，飛輪矩為1Nm2，不計傳動機構(gòu)損耗，不計傳動機構(gòu)損耗，這算到電動機軸上的任務(wù)機構(gòu)轉(zhuǎn)矩與飛輪矩分別為多少？這算到電動機軸上的任務(wù)機構(gòu)轉(zhuǎn)矩與飛輪矩分別為多少？2. 恒速運轉(zhuǎn)的電力拖動

9、系統(tǒng)中，知電動機電磁轉(zhuǎn)矩為恒速運轉(zhuǎn)的電力拖動系統(tǒng)中，知電動機電磁轉(zhuǎn)矩為80Nm，忽略空載損耗，傳動機構(gòu)效率為忽略空載損耗，傳動機構(gòu)效率為0.8，速比為，速比為10，未折算前，未折算前實踐的負載轉(zhuǎn)矩應為多少？實踐的負載轉(zhuǎn)矩應為多少？3.電力拖動系統(tǒng)中知電動機轉(zhuǎn)速為電力拖動系統(tǒng)中知電動機轉(zhuǎn)速為1000r/min，任務(wù)機構(gòu)轉(zhuǎn)，任務(wù)機構(gòu)轉(zhuǎn)速為速為100r/min，傳動效率為，傳動效率為0.9，任務(wù)機構(gòu)未折算的實踐轉(zhuǎn)，任務(wù)機構(gòu)未折算的實踐轉(zhuǎn)矩為矩為120Nm，電動機電磁轉(zhuǎn)矩為，電動機電磁轉(zhuǎn)矩為20Nm，忽略空載損耗，系，忽略空載損耗，系統(tǒng)是加速還是減速運轉(zhuǎn)？統(tǒng)是加速還是減速運轉(zhuǎn)？2.2.2 任務(wù)機構(gòu)為平

10、移運動時的折算任務(wù)機構(gòu)為平移運動時的折算v vF F 作用力作用力 平移速度平移速度 4 43 32 2n n1 1工件工件 (mf) (mf) 刨刀刨刀 齒條齒條 齒輪齒輪 電動機電動機0,TT等效負載等效負載FTn2GD1.負載轉(zhuǎn)矩的折算負載轉(zhuǎn)矩的折算思索傳動機構(gòu)的損耗：思索傳動機構(gòu)的損耗：nFvnFvTnFvTnTFvFF55. 955. 955. 9602 2. 負載飛輪矩的折算負載飛輪矩的折算2222222223656024212160242121nvGGDngGDvgGngGDvmfffFFF 2.2.3 任務(wù)機構(gòu)做提升和下放重物運動時的折算任務(wù)機構(gòu)做提升和下放重物運動時的折算G電

11、動機電動機 v(a) 把負載看作做平移運動的物體折算其飛輪矩；把負載看作做平移運動的物體折算其飛輪矩；(b) 假設(shè)知卷筒直徑，可把負載重力折算為施加在卷筒上假設(shè)知卷筒直徑，可把負載重力折算為施加在卷筒上的轉(zhuǎn)矩，看作做旋轉(zhuǎn)運動的物體來折算其轉(zhuǎn)矩。的轉(zhuǎn)矩，看作做旋轉(zhuǎn)運動的物體來折算其轉(zhuǎn)矩。(c)特殊問題：提升與下放時的傳動效率不同特殊問題：提升與下放時的傳動效率不同思索傳動損耗轉(zhuǎn)矩時，提升和下放重物時轉(zhuǎn)矩折算關(guān)系思索傳動損耗轉(zhuǎn)矩時，提升和下放重物時轉(zhuǎn)矩折算關(guān)系jTjTTjTTTjTTfffFfF (1) 提升重物時的轉(zhuǎn)矩關(guān)系提升重物時的轉(zhuǎn)矩關(guān)系T0TT njTfT0TT njTf jTjTjTjT

12、jTTjTTffffffF12(2) 下放重物時的轉(zhuǎn)矩關(guān)系下放重物時的轉(zhuǎn)矩關(guān)系T0TT njTfT0TT njTf傳動機構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩傳動機構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩 T 和電動機轉(zhuǎn)軸空載損耗轉(zhuǎn)矩和電動機轉(zhuǎn)軸空載損耗轉(zhuǎn)矩 T0均為摩擦性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速均為摩擦性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速 n 反向，為制動轉(zhuǎn)矩；反向，為制動轉(zhuǎn)矩；提升重物時，提升重物時，Tf/j 與轉(zhuǎn)速方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩；與轉(zhuǎn)速方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩；下放重物時，下放重物時，Tf/j 與轉(zhuǎn)速方向一樣，為拖動轉(zhuǎn)矩；與轉(zhuǎn)速方向一樣，為拖動轉(zhuǎn)矩；以同樣的速度提升和下降重物時，傳動機構(gòu)的效率之以同樣的速度提升和下降重物時，傳動機構(gòu)的效率之間的關(guān)系是間的關(guān)系是:提升重

13、物提升重物下放重物下放重物 12 結(jié)論：結(jié)論：例例1：某起重機的電力拖動系統(tǒng)如下圖。求：某起重機的電力拖動系統(tǒng)如下圖。求：1. 以速度以速度v=0.3m/s提升重物時，負載重物及釣鉤轉(zhuǎn)矩、提升重物時，負載重物及釣鉤轉(zhuǎn)矩、卷筒轉(zhuǎn)速、電動機輸出轉(zhuǎn)矩及電動機轉(zhuǎn)速；卷筒轉(zhuǎn)速、電動機輸出轉(zhuǎn)矩及電動機轉(zhuǎn)速；2. 負載及系統(tǒng)的飛輪矩折算到電動機軸上負載及系統(tǒng)的飛輪矩折算到電動機軸上3. 以加速度以加速度a=0.1m/s2提升重物時，電動機輸出的轉(zhuǎn)矩。提升重物時，電動機輸出的轉(zhuǎn)矩。電動機電動機2aGD2bGD2cGD2dGD11, j22, j33, jNGNG1962490500 vmd6 . 0 2222

14、2222321321465;40;49;123;95. 0; 4; 5 . 3; 3mNGDmNGDmNGDmNGDjjjdcba 解解: mNdGGTf 8 .765126 . 0490501962212210(1) 負載轉(zhuǎn)矩未折合：負載轉(zhuǎn)矩未折合：卷筒轉(zhuǎn)速：卷筒轉(zhuǎn)速：min/1 .196 . 03 . 012012022260260rdvdvnff 電動機輸出轉(zhuǎn)矩折合值：電動機輸出轉(zhuǎn)矩折合值：mNjjjTTfF 5 .21295. 045 . 338 .765133321 電動機轉(zhuǎn)速：電動機轉(zhuǎn)速：min/2 .80245 . 331 .19rjnnf (2) 負載及系統(tǒng)的飛輪矩負載及系統(tǒng)的

15、飛輪矩 222222604. 22 .8023 . 0490501962365365mNnvGGDfF 222222321222122122267.131604. 245 . 334655 . 3340349123mNGDjjjGDjjGDjGDGDGDFdcba (3)以加速度以加速度a=0.1m/s2提升重物時，電動機輸出的轉(zhuǎn)矩提升重物時，電動機輸出的轉(zhuǎn)矩vdjdvjjjnnff 12022260260mNdtdnGDTTF 4 .30638.26737567.1315 .2123752sradjdtdvdjdtdn min/38.2671 . 06 . 045 . 33120120120

16、 2.3 負載的轉(zhuǎn)矩特性與電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的條件負載的轉(zhuǎn)矩特性與電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的條件2.3.1 負載的轉(zhuǎn)矩特性負載的轉(zhuǎn)矩特性2.3.2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的條件2.3.1 負載的機械特性負載的機械特性 電動機負載電動機負載(消費機械消費機械)的轉(zhuǎn)速與負載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的轉(zhuǎn)速與負載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 n=f(TF)稱為負載的機械特性，簡稱負載特性。稱為負載的機械特性，簡稱負載特性。一一. 恒轉(zhuǎn)矩負載特性恒轉(zhuǎn)矩負載特性1. 對抗性恒轉(zhuǎn)矩負載：對抗性恒轉(zhuǎn)矩負載：TF大小恒定不變，方向總與轉(zhuǎn)大小恒定不變，方向總與轉(zhuǎn)速速n方向相反，屬于制動轉(zhuǎn)矩，如摩擦性轉(zhuǎn)矩。方向相反，屬于制動

17、轉(zhuǎn)矩，如摩擦性轉(zhuǎn)矩。2. 位能性恒轉(zhuǎn)矩負載：位能性恒轉(zhuǎn)矩負載：TF大小、方向恒定不變，與轉(zhuǎn)速無大小、方向恒定不變，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。當方向與關(guān)。當方向與n一樣時，為拖動轉(zhuǎn)矩，當方向與一樣時，為拖動轉(zhuǎn)矩，當方向與n相反時為相反時為制動轉(zhuǎn)矩，如起重機的提升機構(gòu)和礦井卷揚機。制動轉(zhuǎn)矩，如起重機的提升機構(gòu)和礦井卷揚機。T0TT njTfT0TT njTf二二. 風機泵類負載：風機泵類負載：TF n2，方向總與轉(zhuǎn)速方向相反。如通，方向總與轉(zhuǎn)速方向相反。如通風機、水泵、油泵等流體機械。風機、水泵、油泵等流體機械。OTLn三三. 恒功率負載：恒功率負載：TF n=常數(shù)。如各種機床的主傳動等。常數(shù)。如各種機床的主傳

18、動等。OTLn穩(wěn)定運轉(zhuǎn)任務(wù)點：穩(wěn)定運轉(zhuǎn)任務(wù)點：(1)T=TL ；(2)當系統(tǒng)遭到干擾時，電動機當系統(tǒng)遭到干擾時，電動機轉(zhuǎn)速會有變化，但在干擾消逝后，仍能恢復到原來的任務(wù)點轉(zhuǎn)速會有變化，但在干擾消逝后，仍能恢復到原來的任務(wù)點運轉(zhuǎn)。運轉(zhuǎn)。2.3.1 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的條件穩(wěn)定運轉(zhuǎn)條件分析：穩(wěn)定運轉(zhuǎn)條件分析：(1) 假設(shè)系統(tǒng)遇到瞬時干擾，使轉(zhuǎn)速假設(shè)系統(tǒng)遇到瞬時干擾，使轉(zhuǎn)速 n 減小，即減小，即nTL，使得，使得 TTL，轉(zhuǎn)速才干恢復；，轉(zhuǎn)速才干恢復；(2) 假設(shè)系統(tǒng)遇到瞬時干擾，使轉(zhuǎn)速假設(shè)系統(tǒng)遇到瞬時干擾，使轉(zhuǎn)速 n 增大，即增大，即n0 ，此時，此時，轉(zhuǎn)矩的變化量必需

19、轉(zhuǎn)矩的變化量必需 TTL，使得，使得 TTL ，轉(zhuǎn)速才干恢復。，轉(zhuǎn)速才干恢復。 dndTdndTTTLL電力拖動系統(tǒng)任務(wù)點穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的條件：電力拖動系統(tǒng)任務(wù)點穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的條件：A點穩(wěn)定性分析：點穩(wěn)定性分析：負載遭到干擾負載遭到干擾TL增大為增大為TL1111ATnTLLTTTTL 干擾消逝，恢復到干擾消逝，恢復到TLATnTLLTTTTL 1LT1LTA1AB1B在在A點滿足：點滿足： dndTdndTTTLAALAAA點為穩(wěn)定運轉(zhuǎn)點點為穩(wěn)定運轉(zhuǎn)點B點穩(wěn)定性分析：點穩(wěn)定性分析：負載遭到干擾負載遭到干擾TL增大為增大為TL1堵堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 0,01nTTTLTnTL干擾消逝，恢復到干擾消逝，恢復到TL電電

20、動動機機不不能能起起動動 LTTLT1LTA1AB1B在在B點滿足：點滿足： dndTdndTTTLBBLBBB點為不穩(wěn)定運轉(zhuǎn)點點為不穩(wěn)定運轉(zhuǎn)點Tn電動電動機機機械機械特性特性泵類泵類負載負載恒轉(zhuǎn)矩負載恒轉(zhuǎn)矩負載恒功率恒功率負載負載LTBCA【思索題【思索題2.4】電梯設(shè)計時，其傳動機構(gòu)的效率在上升時為】電梯設(shè)計時，其傳動機構(gòu)的效率在上升時為0n磁飽和性磁飽和性常數(shù)常數(shù)n磁滯性磁滯性磁滯回線，磁滯回線，B(或或)的變化總是滯后于的變化總是滯后于H(或或I)問題問題1：電機和變壓器鐵心通常采用何種鐵磁資料？屬：電機和變壓器鐵心通常采用何種鐵磁資料？屬于軟磁資料還是硬磁資料？于軟磁資料還是硬磁資料？問題問題2：當恒定磁統(tǒng)統(tǒng)過變壓器鐵心時，鐵心能否會發(fā)：當恒定磁統(tǒng)統(tǒng)過變壓器鐵心時，鐵心能否會發(fā)熱？當交變磁統(tǒng)統(tǒng)過變壓器鐵心時，鐵心能否會發(fā)熱？熱？當交變磁統(tǒng)統(tǒng)過變壓器鐵心時，鐵心能否會發(fā)熱？為什么？為什么？電力拖動系統(tǒng)動力學分析電力拖動系統(tǒng)動力學分析電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動