第二章电机与拖动PPT课件

1、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电动机 工作机构 电动机 G第1页/共41页二二. 单轴电力拖动系统转动方程式单轴电力拖动系统转动方程式MUaIT0TTTFL n负载电动机T :电动机电磁转矩(Nm)；TF :负载转矩(Nm)n :电动机转速(r/min)；T0 :电动机空载转矩(Nm)dtdJTTL T-TL：动转矩(Nm)或惯性转矩、加速转矩J：转动惯量(kgm2)：系统转动角速度(rad/s)参考正方向第2页/共41页MUaIT0TTTFL n负载电动机参考正方向转矩与转速的方向问题实际转矩和转速方向：1.T与n同向，代数上同正同负；T与n反向，代数上一正

2、一负。2.TL与n同向，代数上一正一负；TL与n反向，代数上同正同负。实际转矩和转速方向：1. 转矩与n同向，则称为“拖动性”转矩2. 转矩与n反向，则称为“制动性”转矩第3页/共41页又由：602;422ngGDmJ m：系统转动部分的质量，kgG：系统转动部分的重力，N ：系统转动部分的转动惯性半径，mD：系统转动部分的转动惯性直径，mg：重力加速度，m/s2GD2：系统转动部分的飞轮矩，Nm2375 ：有单位的系数，m/minsdtdnGDdtdngGDdtdJTTL 375602422 第4页/共41页由转动方程式可以分析系统运动状态：dtdnGDTTL 3752T-TL=0 ：系统静

3、止或恒速运行，稳态；T-TL0 ：系统加速运行，过渡过程；T-TL0 ：系统减速运行，过渡过程。 电动机起动时，电磁转矩与负载转矩的关系？电动机停车时，电磁转矩与负载转矩的关系？第5页/共41页2.2 多轴电力拖动系统的简化多轴电力拖动系统的简化 问题：问题：全面分析多轴系统，必须列出每根轴的运动全面分析多轴系统，必须列出每根轴的运动方程式及各轴相互联系的方程式，分析复杂。方程式及各轴相互联系的方程式，分析复杂。 方法方法：通常把：通常把负载转矩负载转矩与与系统飞轮矩折算系统飞轮矩折算到电动机到电动机轴上来，变多轴系统为单轴系统。轴上来，变多轴系统为单轴系统。 折算的原则折算的原则是：是：保持

4、系统的功率传递关系及系统的保持系统的功率传递关系及系统的贮存动能不变贮存动能不变。电动机工作机构第6页/共41页工作机构为转动情况时的折算工作机构为转动情况时的折算工作机构电动机0,TTfTnbnfn2aGD2bGD2fGD11,j22,j电动机0,TT等效负载FTn2GD第7页/共41页1. 负载转矩的折算负载转矩的折算保持功率传递关系不变保持功率传递关系不变(1) 忽略传动机构的损耗，由折算前后功率不变，得：jTnnTTTTTfffffFFff j=n/nf=j1j2j3为传动机构总的速比(2) 考虑传动机构的损耗时 jTnnTTTTTfffffFFff 等效的传动机构的转矩损耗为：jTj

5、TTff =123为传动机构总效率第8页/共41页2. 飞轮矩的折算飞轮矩的折算保持系统动能不变保持系统动能不变负载飞轮矩折算(转动部分飞轮矩折算)：2222222602421602421jGDGDngGDngGDfFFff 系统转动部分动能表达式：22260242121 ngGDJ第9页/共41页总的飞轮矩的估算：22)1(DGDGD GDD2为电动机转子的飞轮矩 电动机轴上只有传动机构中第一级小齿轮时，取=0.20.3，如果还有其它部件，则的数值需要加大。保持系统储存的动能不变，则系统总飞轮矩为： 221221222jjGDjGDGDGDfba 第10页/共41页1.电动机经过速比 j=5

6、 的减速器拖动工作机构，工作机构的实际转矩为20Nm，飞轮矩为1Nm2，不计传动机构损耗，这算到电动机轴上的工作机构转矩与飞轮矩分别为多少？2. 恒速运行的电力拖动系统中，已知电动机电磁转矩为80Nm，忽略空载损耗，传动机构效率为0.8，速比为10，未折算前实际的负载转矩应为多少？3.电力拖动系统中已知电动机转速为1000r/min，工作机构转速为100r/min，传动效率为0.9，工作机构未折算的实际转矩为120Nm，电动机电磁转矩为20Nm，忽略空载损耗，系统是加速还是减速运行？第11页/共41页工作机构为平移运动时的折算工作机构为平移运动时的折算vF 作用力 平移速度 432n1工件 (

7、mf) 刨刀 齿条 齿轮 电动机0,TT等效负载FTn2GD第12页/共41页1.负载转矩的折算负载转矩的折算考虑传动机构的损耗：nFvnFvTnFvTnTFvFF55. 955. 955. 9602 2. 负载飞轮矩的折算2222222223656024212160242121nvGGDngGDvgGngGDvmfffFFF 第13页/共41页工作机构做提升和下放重物运动时的折算工作机构做提升和下放重物运动时的折算G电动机 v(a) 把负载看作做平移运动的物体折算其飞轮矩；(b) 若已知卷筒直径，可把负载重力折算为施加在卷筒上的转矩，看作做旋转运动的物体来折算其转矩。(c)特殊问题：提升与下

8、放时的传动效率不同第14页/共41页考虑传动损耗转矩时，提升和下放重物时转矩折算考虑传动损耗转矩时，提升和下放重物时转矩折算关系关系jTjTTjTTTjTTfffFfF (1) 提升重物时的转矩关系T0TT njTfT0TT njTf jTjTjTjTjTTjTTffffffF12(2) 下放重物时的转矩关系T0TT njTfT0TT njTf第15页/共41页(1) 传动机构损耗转矩 T 和电动机转轴空载损耗转矩 T0均为摩擦性质的转矩，与转速 n 反向，为制动转矩；(2) 提升重物时，Tf/j 与转速方向相反，为制动转矩；(3) 下放重物时，Tf/j 与转速方向相同，为拖动转矩；(4) 以

9、同样的速度提升和下降重物时，传动机构的效率之间的关系是:提升重物提升重物下放重物下放重物 12 结论：结论：第16页/共41页例1：某起重机的电力拖动系统如图所示。求：1. 以速度v=0.3m/s提升重物时，负载（重物及钓钩）转矩、卷筒转速、电动机输出转矩及电动机转速；2. 负载及系统的飞轮矩（折算到电动机轴上）3. 以加速度a=0.1m/s2提升重物时，电动机输出的转矩。电动机2aGD2bGD2cGD2dGD11, j22, j33, jNGNG1962490500 vmd6 . 0 22222222321321465;40;49;123;95. 0; 4; 5 . 3; 3mNGDmNGD

10、mNGDmNGDjjjdcba 第17页/共41页解解: mNdGGTf 8 .765126 . 0490501962212210(1) 负载转矩（未折合）：卷筒转速：min/1 .196 . 03 . 012012022260260rdvdvnff 电动机输出转矩折合值：mNjjjTTfF 5 .21295. 045 . 338 .765133321 第18页/共41页电动机转速：min/2 .80245 . 331 .19rjnnf (2) 负载及系统的飞轮矩 222222604. 22 .8023 . 0490501962365365mNnvGGDfF 22222232122212212

11、2267.131604. 245 . 334655 . 3340349123mNGDjjjGDjjGDjGDGDGDFdcba 第19页/共41页(3)以加速度a=0.1m/s2提升重物时，电动机输出的转矩vdjdvjjjnnff 12022260260mNdtdnGDTTF 4 .30638.26737567.1315 .2123752sradjdtdvdjdtdn min/38.2671 . 06 . 045 . 33120120120 第20页/共41页2.3 负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件负载的转矩特性负载的转矩特性电力拖动系统稳定

12、运行的条件电力拖动系统稳定运行的条件第21页/共41页负载的机械特性 电动机负载(生产机械)的转速与负载转矩的关系 n=f(TF)称为负载的机械特性，简称负载特性。第22页/共41页一. 恒转矩负载特性1. 反抗性恒转矩负载：TF大小恒定不变，方向总与转速n方向相反，属于制动转矩，如摩擦性转矩。第23页/共41页2. 位能性恒转矩负载：TF大小、方向恒定不变，与转速无关。当方向与n相同时，为拖动转矩，当方向与n相反时为制动转矩，如起重机的提升机构和矿井卷扬机。T0TT njTfT0TT njTf第24页/共41页二. 风机泵类负载：TF n2，方向总与转速方向相反。如通风机、水泵、油泵等流体机

13、械。OTLn三. 恒功率负载：TF n=常数。如各种机床的主传动等。OTLn第25页/共41页稳定运行工作点：(1)T=TL ；(2)当系统受到干扰时，电动机转速会有变化，但在干扰消失后，仍能恢复到原来的工作点运行。电力拖动系统稳定运行的条件稳定运行条件分析：(1) 若系统遇到瞬时干扰，使转速 n 减小，即nTL，使得 TTL，转速才能恢复；(2) 若系统遇到瞬时干扰，使转速 n 增大，即n0 ，此时，转矩的变化量必须 TTL，使得 TTL ，转速才能恢复。 dndTdndTTTLL电力拖动系统工作点稳定运行的条件：第26页/共41页A点稳定性分析：负载受到干扰TL增大为TL1111ATnTL

14、LTTTTL 干扰消失，恢复到TLATnTLLTTTTL 1LT1LTA1AB1B在A点满足： dndTdndTTTLAALAAA点为稳定运行点第27页/共41页B点稳定性分析：负载受到干扰TL增大为TL1堵堵转转 0,01nTTTLTnTL干扰消失，恢复到TL电电动动机机不不能能起起动动 LTTLT1LTA1AB1B在B点满足： dndTdndTTTLBBLBBB点为不稳定运行点第28页/共41页Tn电动机机械特性泵类负载恒转矩负载恒功率负载LTBCA第29页/共41页【思考题2.4】电梯设计时，其传动机构的效率在上升时为0 磁饱和性磁饱和性常数常数 磁滞性磁滞性磁滞回线，磁滞回线，B(或或

15、)的变化总是滞后于的变化总是滞后于H(或或I)问题1：电机和变压器铁心通常采用何种铁磁材料？属于软磁材料还是硬磁材料？问题2：当恒定磁通通过变压器铁心时，铁心是否会发热？当交变磁通通过变压器铁心时，铁心是否会发热？为什么？第36页/共41页电力拖动系统动力学分析电力拖动系统动力学分析电力拖动系统转动方程：dtdnGDTTL 3752多轴电力拖动系统简化：将负载转矩 和飞轮矩 折合到电动机轴上，转化为单轴电拖系统。折合原则：保持功率传递关系 和系统动能 不变。第37页/共41页工作机构为转动情况时的折算工作机构为转动情况时的折算工作机构电动机0,TTfTnbnfn2aGD2bGD2fGD11,j22,j电动机0,TT等效负载FTn2GD 221221222jjGDjGDGDGDfba jTTfF jTjTTff 第38页/共41页第第2章章 电力拖动系统动力学电力拖动系统动力学 小结小结dtdnGDTTL 37521. 利用转动方程式简单分析系统运行状态2. 负载的机械特性及其分类3. 根据电动机机械特性和负载机械特性判断系统稳定性 dndTd