第7章電力拖動基礎(chǔ)

第7章電力拖動基礎(chǔ)1電機與拖動第7章電力拖動基礎(chǔ)

7.1電力拖動系統(tǒng)的組成與分類

7.3電力拖動系統(tǒng)的負載特性7.2電力拖動系統(tǒng)運動方程式7.4電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行條件

7.5電力拖動系統(tǒng)調(diào)速的基本概念

下一章上一章返回主頁27.1電力拖動系統(tǒng)的組成與分類拖動：原動機帶動生產(chǎn)機械運動。電力拖動：用電動機作為原動機的拖動方式。一、電力拖動系統(tǒng)的組成電動機傳動機構(gòu)工作機構(gòu)控制設(shè)備電源1.電力拖動系統(tǒng)的優(yōu)點(1)電能易于生產(chǎn)、傳輸、分配。(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)機械的不同要求。3(3)電動機損耗小、效率高、具有較大的短時過載能力。(4)電力拖動系統(tǒng)容易控制、操作簡單、便于實現(xiàn)自動化。2.應(yīng)用舉例精密機床、重型銑床、

初軋機、高速冷軋機、高速造紙機、風(fēng)機、水泵……4二、典型的電力拖動系統(tǒng)1.單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

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)。2.多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

工作機構(gòu)工作機構(gòu)53.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)工作機構(gòu)

G6※

J——轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）；

——旋轉(zhuǎn)角加速度（rad/s2）；

——慣性轉(zhuǎn)矩（N·m）?！?/p>

電動狀態(tài)時，Te＞0，n＞0，TL＞0。※

制動狀態(tài)下放重物時，Te＞0，n＜0，TL＞0。7.2電力拖動系統(tǒng)的運動方程式一、單軸電力拖動系統(tǒng)的運動方程Te－TL=Jdd

tdd

tJdd

t電動狀態(tài)TeTL制動狀態(tài)下放重物TeTL正方向7飛輪矩(N·m2)因為

J=m2Gg=D2（）2GD24g=旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量(kg)回轉(zhuǎn)半徑(m)2n60Te－TL=GD2

d4g

d

t回轉(zhuǎn)直徑(m)=GD2

dn375d

tGD2

dn375d

tTe－TL=※

對于均勻?qū)嵭膱A柱體，與幾何半徑R的關(guān)系為R2=8當Te＞TL時，→n

dnd

t＞0→加速的暫態(tài)過程。

當Te=TL時，dnd

t=0穩(wěn)定運行。

當Te＜TL時，→n

dnd

t＜0→減速的暫態(tài)過程。

n=0n=

常數(shù)GD2

dn375d

tTe－TL=動轉(zhuǎn)矩9負載吸收的功率(1)Te＞0，

電動機輸出機械功率(2)Te

＜0，電動機輸入機械功率

單軸電力拖動系統(tǒng)的功率平衡方程Te

－TL

=Jdd

t（）=dd

tJ

212電磁功率系統(tǒng)動能Pe－PL=Jdd

t即Te

與Ω方向相同。

——電動狀態(tài)。即Te

與Ω方向相反。

——制動狀態(tài)。電動狀態(tài)1TeTL制動狀態(tài)1TeTL電動狀態(tài)2TeTL制動狀態(tài)2TeTL10(3)TL

＞0，負載從電動機吸收機械功率。(4)TL

＜0，負載釋放機械功率給電動機（拖動系統(tǒng)）。(5)Pe＞PL，(6)Pe＜PL，

Ω和n不能突變，

即系統(tǒng)不可能具有無窮大的功率。即TL

與Ω方向相反。即TL與Ω方向相同。，加速狀態(tài)，

，減速狀態(tài)，否則J→∞

dd

t電動狀態(tài)1T2TL制動狀態(tài)1T2TL電動狀態(tài)2T2TL制動狀態(tài)2T2TL系統(tǒng)動能增加。系統(tǒng)動能減少。111.多軸旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)二、多軸電力拖動系統(tǒng)的折算效等工作機構(gòu)等效負載n1TL

j1nTej2ng

Tg

※

j1、j2——齒輪傳動比；※

ng、Tg

——工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)速、阻轉(zhuǎn)矩。

nTe12TL=Tg

cΩg

ΩL=Tg

jc

TLΩc

=

TgΩg

傳動機構(gòu)的效率傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)速比(1)等效負載轉(zhuǎn)矩TL

等效折算原則：機械功率不變。

傳動機構(gòu)的總轉(zhuǎn)速比ΩΩgj==j1·j2==nng

nn1

n1

ng

13常見傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)速比的計算公式：①齒輪傳動②皮帶輪傳動③蝸輪蝸桿傳動皮帶輪的直徑蝸輪的齒數(shù)蝸桿的頭數(shù)n1n2j==z2z1齒輪的齒數(shù)n1n2j==D2D1n1n2j==z2z114(2)等效飛輪矩

GD2

等效折算原則：動能不變。

設(shè)各部分的轉(zhuǎn)動慣量為：工作機構(gòu)n1j1nTej2ng

Tg

GD21GD22GD24GD23GD2gGD2d※

——電動機軸的飛輪矩；※

~——各級齒輪的飛輪矩；※

——工作機構(gòu)的飛輪矩。GD2gGD2dGD21GD24等效負載GD215工作機構(gòu)n1j1nTej2ng

Tg

GD21GD22GD24GD23GD2gGD2d等效負載GD2※

=0.2~0.3

。GD2=＋＋＋

GD2dGD2＋GD223GD21j2

1GD2＋GD24gj2

2j2

1GD2dGD2=(

1＋

)估算方法：12動能：J2

16

【例7－1】

圖示的三軸拖動系統(tǒng)，已知工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩Tg=236Nm，轉(zhuǎn)速為ng＝128r/min；速比為j1=2.4，j2=3.2；各級傳動效率均為0.9；飛輪矩GDd2＝6.5Nm2，GD12=1.4Nm2，GD22=2.8Nm2，GD32＝1.6Nm2，GD42=3.1Nm2，GDg2＝25Nm2，求折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩和總飛輪矩。

解：總傳動效率為總速比為17折算到電動機軸上的負載飛輪矩為總飛輪矩為折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩為18目的將平移作用力

Fg

折算為等效轉(zhuǎn)矩TL

。

將平移運動的質(zhì)量

m折算為等效的GD2

。(1)

等效負載轉(zhuǎn)矩TL

等效折算原則：機械功率不變。2.平移運動系統(tǒng)的折算vgFg

作用力平移速度刨刀齒條齒輪432n1工件(m)切削功率TLc=Fgvg

19TL=Fgvg

cΩ

=Fgvg

cn602=9.55Fgvg

cn(2)等效飛輪矩

GD2

等效折算原則：動能不變。

平移運動折算到電動機軸上的旋轉(zhuǎn)運動：12JgΩ2

=12m

vg

21212vg

2GD24gLg2n

60=2Gg2GD2=365LgGvgn2

GD2=＋＋傳動機構(gòu)飛輪矩的折算值

GD2dGD2Lg

20

【例7－2】龍門刨床的傳動系統(tǒng)如下圖示，各級傳動齒輪及運動體的數(shù)據(jù)見表7-1，已知電動機的轉(zhuǎn)速n=558r/min，工件的切削力Fg＝20000N，切削速度vg＝0.167m/s，工作臺與導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)＝0.1，傳動機構(gòu)的效率為c＝0.8，由垂直方向切削力所引起的工作臺與導(dǎo)軌間的摩擦損失可略去不計。試求折算到電動機軸上的總飛輪矩和負載轉(zhuǎn)矩。21表7-1例題7-2已知數(shù)據(jù)表代號名稱速比GD2/(Nm2)重量/N轉(zhuǎn)速/(r/min)1齒輪3.133.12齒輪15.23齒輪2.6484齒輪245齒輪3.22146齒輪387齒輪3.29268齒輪42G1工作臺30000G2工件7000M電動機24055822旋轉(zhuǎn)部分的飛輪矩為解：傳動機構(gòu)的速比平移運動部分的重量為

Gg

=G1＋G2=(30000＋7000)N=37000N

23折算到電動機軸上的總飛輪矩為

平移運動部分折算到電動機軸上的飛輪矩為

工作臺與導(dǎo)軌的摩擦力為

折算到電動機軸上的總負載轉(zhuǎn)矩為243.升降運動系統(tǒng)的折算(1)提升運動的轉(zhuǎn)矩折算

TLc=Ggvg

Ggvgz2

z1z4

z3TL=Ggvg

cΩ

=9.55Ggvg

cn(2)下降運動的轉(zhuǎn)矩折算

TL=Ggvg

cTL=Ggvgc

=9.55cGgvg

n25提升效率c與下降效率c

之間的關(guān)系Ggvg

c－Ggvg=Ggvg－Ggvgc

c=2－

1

c※當c=0.5

時：提升時，M的輸出轉(zhuǎn)矩一半克服重力T，一半克服損耗T

；下放時，重力T正好等于損耗T

，M輸出T為零；※當c＜

0.5

時（輕載或空載）：提升時，M的輸出T小半克服重力T，大半克服損耗T；下放時，重力T不足于克服損耗轉(zhuǎn)矩，需要M輸出T

幫助下放重物。提升時的損耗下降時的損耗26(3)等效飛輪矩

GD2

等效折算原則：動能不變。

升降運動折算到電動機軸上的旋轉(zhuǎn)運動：12JgΩ2

=12m

vg

21212vg

2GD24gLg2n

60=2Gg2GD2=365LgGvgn2

GD2=＋＋傳動機構(gòu)飛輪矩的折算值

GD2dGD2Lg

27

【例7－3】起重機的傳動系統(tǒng)如下圖示，已知重物Gg

=1500N，齒輪速比為j=8，提升重物時的效率c＝0.92，提升重物的速度vg=0.8m/s，電動機轉(zhuǎn)速n=150r/min，電動機飛輪矩GDd2＝58Nm2，齒輪飛輪矩GD12=3.4Nm2，GD22=17.8Nm2，卷筒飛輪矩GD32＝41.6Nm2。求折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩和總飛輪矩。

28解：折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩為提升的重物折算到電動機軸上的飛輪矩為29負載飛輪矩為

總飛輪矩為

307.3

電力拖動系統(tǒng)的負載特性

正方向TeTL

負載的轉(zhuǎn)矩特性：

n=f(TL)

轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的參考方向：OTLn一、恒轉(zhuǎn)矩負載特性1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載

由摩擦力產(chǎn)生的。當n＞0，TL＞0。當n＜0，TL＜0。如機床平移機構(gòu)、壓延設(shè)備等。+TL－TL31OTLnOTLn2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負載由重力作用產(chǎn)生的。當

n＞0，TL＞0。當

n＜0，TL＞0。如起重機的提升機構(gòu)

和礦井卷揚機等。二、恒功率負載特性

TL

n=常數(shù)。

如機床的主軸系統(tǒng)等。

TL∝1n32三、通風(fēng)機負載特性

OTLn

TL∝n2

TL

的方向始終與n的方向相反。

如通風(fēng)機、水泵、油泵等。實際的通風(fēng)機負載OTLnT0TL=T0＋kn2

實際的機床平移機構(gòu)OTLn337.4電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行條件負載轉(zhuǎn)矩特性和電動機的機械特性要有一定的配合，電力拖動系統(tǒng)才能穩(wěn)定運行。Te

nOn0TLaTe－TL=Jdd

t穩(wěn)定運行:

Te－TL=0

n(Ω)=常數(shù)過渡過程:Te－TL

＞0

Te－TL

＜0——工作點在交點上。→加速?！鷾p速?！ぷ鼽c動態(tài)變化。34aaTe

nOn0TL穩(wěn)定運行時，若產(chǎn)生了干擾，原來的平衡狀態(tài)被破壞，系統(tǒng)進入動態(tài)調(diào)整過程；當干擾消失后，系統(tǒng)若回到干擾產(chǎn)生前的狀態(tài)，則該系統(tǒng)為穩(wěn)定的。干擾使

TL

Te＜TLn

→Te

→a點?！鷄

點。→n

→Te

干擾過后Te＞TL→Te

=TLTL35a

aTe

nOn0TL穩(wěn)定運行時，若產(chǎn)生了干擾，原來的平衡狀態(tài)被破壞，系統(tǒng)進入動態(tài)調(diào)整過程；當干擾消失后，系統(tǒng)若回到干擾產(chǎn)生前的狀態(tài)，則該系統(tǒng)為穩(wěn)定的。干擾使

TL

Te＜TLn

→Te

→a點?！鷄

點?！鷑

→Te

干擾過后Te＞TL→Te

=TLTL干擾使TL

n

Te＞TL→Te

→a

點?！鶷e

=TL干擾過后Te＜TL

→n

→Te

→Te

=TL→a

點。36bTe

nOn0TL干擾使

TL

Te＜TLn

→Te

→n→堵轉(zhuǎn)。→n

干擾過后Te＜TL干擾使TL

n

Te＞TL→Te

→n

干擾過后Te＞TL

→

n

→飛車。37

電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件

Te

nOn0TLabTe

nOn0TLTe=TLdTe

dn

dTL

dn

＜387.5電力拖動系統(tǒng)調(diào)速的基本概念一、調(diào)速的基本概念

1.無級調(diào)速和有級調(diào)速無級調(diào)速：電動機的轉(zhuǎn)速可以平滑地調(diào)節(jié)。有級調(diào)速：電動機的轉(zhuǎn)速只有有限的幾種。

2.恒