电力拖动系统的动力学基础电气PPT课件

1、1.1 电力拖动系统的组成 电力拖动：用电动机作为原动机的拖动方式。1. 电力拖动系统的组成电动机传动机构工作机构控制设备电源2. 电力拖动系统的优点(1) 电能易于生产、传输、分配。(2) 电动机类型多、规格全，具有各种特性，能满 足各种生产机械的不同要求。电力拖动系统的动力学基础第1页/共22页(3) 电动机损耗小、效率高、具有较大的短时 过载能力。(4) 电力拖动系统容易控制、操作简单、 便于实现自动化。3. 应用举例 精密机床、重型铣床、 初轧机、 高速冷轧机、高速造纸机、风机、水泵电力拖动系统的组成第2页/共22页传 动 机 构第1章 电力拖动系统的动力学基础 更多的图片 第3页/共

2、22页 电力拖动系统在我国经历以下三阶段：1. 第一阶段：上世纪30-50年代。生产机械只限于起动、停止、调速等，采用电磁接触器和继电器控制系统。控制系统较简单。用于冶金轧钢设备、机床、起重运输机械等2. 第二阶段：上世纪50-70年代。生产工艺、效率要求提高。起动制动过程控制：要求加快动态响应；或者起动制动平稳、准确定位，如高速电梯、城市地铁；或者多台电机协调运转，如造纸机、塑料挤压机；（顺序控制）电力拖动系统的动力学基础第4页/共22页 电力拖动系统在我国经历以下三阶段：3. 第三阶段：上世纪70年代-至今。生产工艺、效率要求更高。要求制动时间最短、制动能量消耗最小等最优控制。引入现代控制

3、理论。交流变频调速技术成为最有潜力的发展方向。电力拖动系统的动力学基础第5页/共22页1.2 典型生产机械的运动形式1. 单轴旋转系统 电动机、传动机构、工作机构等所有运动部件 均以同一转速旋转。2. 多轴旋转系统 电力拖动系统的动力学基础电动机工作机构电动机工作机构第6页/共22页3. 多轴旋转运动加平移运动系统 4. 多轴旋转运动加升降运动系统 1.2 典型生产机械的运动形式电动机 工作机构 电动机 G第7页/共22页1.4 多轴旋转系统的折算效等1. 等效负载转矩 等效（折算）原则：机械功率不变。 第1章 电力拖动系统的动力学基础z1 z4 z2 z3 电动机工作机构nMLn1nmMm电

4、动机等效负载nMLML =Mm m L= MmjML= Mmm 第8页/共22页 传动机构的总转速比 j = j1 j2 jmmj = nnm= 1 j1 = nn1=1 2 j2 = n1n2=2 m jm = n2nm=1.4 多轴旋转系统的折算 常见传动机构的转速 比的计算公式：(1) 齿轮传动n1n2j =z2z1=(2) 皮带轮传动 n1n2j =D2D1=(3) 蜗轮蜗杆传动 n1n2j =z2z1=齿轮的齿数 皮带轮的直径 蜗轮的齿数 蜗杆的头数 第9页/共22页2. 等效转动惯量（飞轮矩） 等效（折算）原则：动能不变。设各部分的转动惯量为：1.4 多轴旋转系统的折算nMLn1n

5、mz1 z4 z2 z3 电动机工作机构MmJd2 2 J = JdJ1 Jm 1mJ = JdJ1 Jm n1n2 2 nmn第10页/共22页1.4 多轴旋转系统的折算 【例 1】 某车床电力拖动系统，传动机构为齿轮组（如图示），经两级减速后拖动车床的主轴，已知 n = 1 440 r/min ，切削力 F = 2 000 N，工件直径 d = 150 mm，各齿轮的齿数为 z1 = 15，z2 = 30，z3 = 30，z4 = 45，各部分的转动惯量 JR = 0.076 5 kgm2，J1 = 0.051 kgm2，Jm = 0.063 7 kgm2 。传动机构的传动效率 t = 0

6、.9。求：(1) 切削功率 Pm 和切削转矩 Tm ； (2) 折算成单轴系统后的等效 TL、JL 和 GD2 。 解：(1) 切削功率 Pm 和切削转矩 Tmn JR n1J1z1 z4 z2 z3 电动机车床nm Jm z2z1j2 = = = 2 3015z4z3jm = = = 1.5 4530j = j1 jm = 21.5 = 3 njnm = = r/min = 480 r/min 1 4403第11页/共22页1.4 多轴旋转系统的折算 d nm60Pm = F 3.140.1548060 = 2 000 W = 7.536 kW MN = 260Pmnm = Nm = 150

7、 Nm 60 23.14 7 536 480(2) 折算成单轴系统后的等效 ML、JL 和 GD2 ML = Tmjt = Nm = 55.56 Nm 150 30.9 J = JR J1j12Jm j 2 = 0.076 5 kgm2 = 0.096 3 kgm2 0.051220.063 7 32( ) GD2 = 4gJ = 49.810.096 3 Nm2 = 3.78 Nm2 第12页/共22页 目的 将平移作用力 Fm 折算为等效转矩 ML 。 将平移运动的质量 m 折算为等效 J 或 GD2 。 1. 等效负载转矩 等效（折算）原则：机械功率不变。1.5 平移运动系统的折算第1章

8、 电力拖动系统的动力学基础vmFm 作用力 平移速度 432n1工件 (m) 刨刀 齿条 齿轮 第13页/共22页2. 等效转动惯量（飞轮矩） 等效（折算）原则：动能不变。(1) 平移运动折算成旋转运动1.5 平移运动系统的折算vmFm 作用力 平移速度 432n1工件 (m) 刨刀 齿条 齿轮 12Jm2 = 12m vm 2 Jm =m vm 22 Gmg vm n2Jm = 6022 2 = 9.55 Gm vm n22 第14页/共22页(2) 等效单轴系统的转动惯量和飞轮矩1.5 平移运动系统的折算12J2 = 12JR 2 12J11212J222 12m vm 2 12J2 =

9、JR 2 J112 J222 Jm2 12121212J = JRJ1 J2 Jm 12 2 2J = JRJ1 J2 Jm n1n2 2 n2n 一般公式： J2 ( j1 j2)J = JR Jm J1j12 2Jn( j1 j2 jn )2 第15页/共22页1.6 升降运动系统的折算 目的 将 Gm 折算为等效 TL。 将 m 折算为等效 J。 1. 等效负载转矩（升降力的折算） 第1章 电力拖动系统的动力学基础Gm电动机 vmz2 z1z4 z32. 等效转动惯量（升降质量的折算）第16页/共22页1.6 升降运动系统的折算2. 等效转动惯量（升降质量的折算） (1) 升降运动折算成旋转运动12Jm2 = 12m vm 2 Jm =m vm 22 = 9.55 Gm vm n22 (2) 等效单轴系统的转动惯量J2 ( j1 j2)J = JR Jm J1j12 2Jn( j1 j2 jn )2 第17页/共22页 负载的转矩特性是指负载转矩 与转速 的关系，即 。简称负载特性。nLT)T(fnL生产机械的负载可分为三大类恒转矩负载恒功率负载泵与风机类负载1.7 负载转矩特性第18页/共22页TLn2.位能性恒转矩负载1.反抗性恒转矩负载TLn一、恒转矩负载特性生产机械的负载转矩与转速无关的特性。分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种