電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

了解拖動(dòng)、電力拖動(dòng)、負(fù)載機(jī)械特性、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、飛輪矩、拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩、阻轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)矩正方向規(guī)定的基本概念。熟悉生產(chǎn)機(jī)械典型的運(yùn)動(dòng)形式。掌握單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式，電力拖動(dòng)系統(tǒng)中研究的主要物理量，并會(huì)利用其判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)。了解將多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩及飛輪矩等效成單軸系統(tǒng)的方法。了解典型的負(fù)載機(jī)械特性。會(huì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行判據(jù)本章要求：一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本概念

電力拖動(dòng)是用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以完成一定的生產(chǎn)任務(wù)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成2.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)方程式電源控制設(shè)備電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)和工作機(jī)構(gòu)1、離心式風(fēng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=kn2單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)2、車床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與n無關(guān)多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)3、平移傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與n無關(guān)多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)4、提升傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與n無關(guān)多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)典型生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式和轉(zhuǎn)矩風(fēng)

機(jī)起重機(jī)

生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)矩分為：摩擦阻力產(chǎn)生的和重力作用產(chǎn)生的。

摩擦阻力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為反抗性轉(zhuǎn)矩，其作用方向與n相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

重力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為位能性轉(zhuǎn)矩，其作用方向與n無關(guān)，提升時(shí)為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；下放時(shí)為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。皮帶運(yùn)輸機(jī)電力機(jī)車二.單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)機(jī)械TnTLT0

研究運(yùn)動(dòng)方程,以電動(dòng)機(jī)的軸為研究對(duì)象，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的軸受力如圖示。軸TTLn

電力拖動(dòng)系統(tǒng)正方向的規(guī)定：先規(guī)定轉(zhuǎn)速n的正方向，然后規(guī)定電磁轉(zhuǎn)矩的正方向與n的正方向相同，規(guī)定負(fù)載轉(zhuǎn)矩的正方向與n的正方向相反。軸TTLn

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的軸受力如圖示，由動(dòng)力學(xué)定律可知,其必須遵守下列轉(zhuǎn)動(dòng)方程式:T-TL=Jd

dtT：電磁轉(zhuǎn)矩；

TL：負(fù)載轉(zhuǎn)矩,N.mJ：電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.m2

：電動(dòng)機(jī)角速度,rad/s

在工程計(jì)算中,常用n代替

表示系統(tǒng)速度,用飛輪矩GD2代替J表示系統(tǒng)機(jī)械慣性。T-TL=Jd

dt

=2

n/60J=m

2=(G/g)

(D2)/4=GD2/4gM：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量，KgG：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量，N

：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，mD：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)直徑，mg：重力加速度=9.8m/s2T-TL=GD24gdndt2

60=GD2375dndtT-TL=GD2375dndtGD2：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的總飛輪慣量（飛輪矩）系數(shù)375具有m/min.s量綱電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：當(dāng)T=TL，dndt=0

穩(wěn)態(tài)，勻速當(dāng)T>TL，dndt>0暫態(tài)，加速當(dāng)T<TL，dndt<0暫態(tài)，減速轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是物體繞定軸旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的度量J=m

2GD2=4gJ=4gm

2=4G

2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及飛輪慣量（飛輪矩）功率平衡方程

得出功率平衡方程T-TL=Jd

dtT

-TL

=J

d

dt=(1/2J

2)ddt電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生(T

>0)或吸收的機(jī)械功率（

T

<0)生產(chǎn)機(jī)械吸收(TL

>0)或釋放的機(jī)械功率(TL

<0)拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)能的變化

多軸系統(tǒng)需等效為單軸系統(tǒng)。等效指系統(tǒng)傳遞的功率不變。2.2.1多軸系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩及飛輪矩的折算TnGD2等效負(fù)載電動(dòng)機(jī)TF2.2多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的簡化折算原則：折算前后系統(tǒng)功率傳遞關(guān)系及貯存的動(dòng)能不變電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)機(jī)械Tnj1j2TfnfGDD2GDa2GDb2GDf2η1η21.負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算T

GD2等效負(fù)載電動(dòng)機(jī)TF折算前負(fù)載功率P2=Tf

f等效負(fù)載功率P2′=TF

Tf

f=TF

等效轉(zhuǎn)矩TF為TF=

Tf

f/

TF=Tfnf/n=Tf/j

總轉(zhuǎn)速比j=n/nf=各級(jí)轉(zhuǎn)速比的乘積=j1

j2...考慮傳動(dòng)損耗TF=Tm/(j

)

傳動(dòng)效率

=各級(jí)傳動(dòng)效率乘積=

1

2...傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗：電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)機(jī)械Tnj1j2TfnfGDD2GDa2GDb2GDf2η1η22.飛輪矩(轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)的折算T

J等效負(fù)載電動(dòng)機(jī)TF折算原則：折算前后系統(tǒng)動(dòng)能不變電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)機(jī)械T

j1j2Tf

fJaJbJf

b1/2J

2=1/2Jf

f2+1/2Jb

b2+1/2Ja

2除以

21/2J=j2Jfjb2JbJa++乘以4gT

Jeq等效負(fù)載電動(dòng)機(jī)TFT0

多軸系統(tǒng)等效為單軸系統(tǒng)后的運(yùn)動(dòng)方程為：其中：

TL=T0+TFT-TL=GD2375dndtGD2=j2GDf2j12GDb2GDa2++

(1+)GDD2其中：修正系數(shù)

=0.2~0.32.2.2平移運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的折算（自學(xué)）1、阻力F的折算（轉(zhuǎn)矩）T

JF等效負(fù)載電動(dòng)機(jī)TFT0折算前負(fù)載功率P2=FV折算后負(fù)載功率P2′=TF

TF

=FVTF

=FV/

=2

n/60TF

=9.55FVn考慮傳動(dòng)損耗TF=9.55FVn

質(zhì)量m電動(dòng)機(jī)刨刀TnVFjη折算前運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)能為：折算后運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)能為：2、平移部件飛輪矩的折算折算原則：系統(tǒng)動(dòng)能不變2.2.3工作機(jī)構(gòu)做提升和下放重物運(yùn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算（自學(xué)）轉(zhuǎn)矩?fù)p耗：1.轉(zhuǎn)矩的折算（1）提升重物時(shí)轉(zhuǎn)矩?fù)p耗（不變）：（2）下放重物時(shí)轉(zhuǎn)矩的折算：2.飛輪矩的折算和平移運(yùn)動(dòng)時(shí)相同2.3.1、負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性指：n=f(TL)關(guān)系1、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載機(jī)械特性（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性

負(fù)載轉(zhuǎn)矩由摩擦力產(chǎn)生，其特點(diǎn)：大小恒定（與nf無關(guān)）；作用方向與運(yùn)動(dòng)方向相反。nf

T0Tf-TfTf電動(dòng)機(jī)軸Tn2.3負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性與電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件折算？（2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩由重力產(chǎn)生其特點(diǎn)：絕對(duì)值大小恒定；作用方向與nf無關(guān)，不變。nfTf0TfTf電動(dòng)機(jī)軸Tnf提升時(shí)：

nf>0,Tf>0阻轉(zhuǎn)矩下放時(shí)：

nf<0,Tf>0拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩折算？2、風(fēng)機(jī)負(fù)載機(jī)械特性

負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系TL=kn2。nfTf0風(fēng)機(jī)3、恒功率負(fù)載機(jī)械特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系TL=k/nnTL0負(fù)載功率它與n無關(guān)，稱恒功率負(fù)載。2.3.2.電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件

將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性畫在同一個(gè)坐標(biāo)上進(jìn)行分析1)系統(tǒng)運(yùn)行的工作點(diǎn)：A點(diǎn)T=TL2)穩(wěn)定工作點(diǎn)

:

在工作點(diǎn)附近發(fā)生擾動(dòng),當(dāng)擾動(dòng)消失后系統(tǒng)仍然能回到剛才的工作點(diǎn)。

A點(diǎn):電動(dòng)機(jī)電壓U↓→1到1’→n來不及變化,電動(dòng)機(jī)到B點(diǎn)→T<TL→n↓→C點(diǎn)T=TLC點(diǎn):擾動(dòng)恢復(fù)后,電動(dòng)機(jī)電壓U↑→1到1’→n來不及變化,電動(dòng)機(jī)到D點(diǎn)→T>TL→n↑→A點(diǎn)T=TL

A、C點(diǎn)都是穩(wěn)定工作點(diǎn)11’D3）不穩(wěn)定工作點(diǎn)在工作點(diǎn)附近發(fā)生擾動(dòng),當(dāng)擾動(dòng)消失后系統(tǒng)不能回到剛才的工作點(diǎn):A點(diǎn):電動(dòng)機(jī)電壓U↓→1到1’→n來不及變化,電動(dòng)機(jī)到B點(diǎn)→T>TL→n↑→