电机及电力拖动课件-电力拖动系统的动力学

1、第二章第二章直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动主要内容：主要内容： 1、电力拖动系统的运动方程式；、电力拖动系统的运动方程式； 2、多轴电力拖动系统简化；、多轴电力拖动系统简化； 3、负载的转矩特性、负载的转矩特性2.1 电力拖动系统的动力学电力拖动系统的动力学 凡是由电动机作为动力，拖动各类生产机械，完成凡是由电动机作为动力，拖动各类生产机械，完成一定的生产工艺要求的系统，都称为一定的生产工艺要求的系统，都称为电力拖动系统。电力拖动系统。电力拖动系统一般由电力拖动系统一般由电动机、传动机构、生产机械、电动机、传动机构、生产机械、电源和控制装置电源和控制装置五部分组成。五部分组成。2.1

2、 电力拖动系统的动力学电力拖动系统的动力学单轴电力拖动系统：单轴电力拖动系统：电动机转轴与生产机械的工作机构直接相电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连，工作机构是电动机的负载。连，工作机构是电动机的负载。其中，其中， Tem为电动机电磁转矩；为电动机电磁转矩； n为电动机转速；为电动机转速； T0为电动机空载转矩；为电动机空载转矩； TL为工作机构的转矩；为工作机构的转矩； Tem=TL+T0+Tj，单轴电力拖动系统的电磁转矩、负载转矩与转速单轴电力拖动系统的电磁转矩、负载转矩与转速可用下式表示：可用下式表示：tJTTddLem其中，其中， 为飞轮惯量或飞轮矩；为飞轮惯量或飞轮矩；单轴电力拖

3、动系统的电磁转矩、负载转矩单轴电力拖动系统的电磁转矩、负载转矩与转速可用下式表示：与转速可用下式表示：（Tem-TL）称为动转矩。动转矩等于零，系统）称为动转矩。动转矩等于零，系统处于恒转速稳定运行；动转矩大于零，系统处于恒转速稳定运行；动转矩大于零，系统处于加速过渡过程；动转矩小于零，系统处于处于加速过渡过程；动转矩小于零，系统处于减速过渡过程。减速过渡过程。22226044 J=mnG DGDgg 利用公式变换得：利用公式变换得：2GDtnGDTTdd3752Lem2.1 电力拖动系统的动力学电力拖动系统的动力学u 多轴系统多轴系统单轴系统，单轴系统，即把负载转矩折算到电动机即把负载转矩折

4、算到电动机轴上，看成等效的负载转矩；把系统各轴上的飞轮转矩折算到电轴上，看成等效的负载转矩；把系统各轴上的飞轮转矩折算到电动机轴上变成一个总飞轮转矩动机轴上变成一个总飞轮转矩GD22.1 电力拖动系统的动力学电力拖动系统的动力学 折算原则：折算原则：保持系统的功率传递关系及系统的储存动能不变。保持系统的功率传递关系及系统的储存动能不变。负载转矩的折算：负载转矩的折算：从已知实际负载转矩从已知实际负载转矩Tf求出等效的负载转矩求出等效的负载转矩TF飞轮矩的折算：飞轮矩的折算：从已知的各轴上的飞轮矩从已知的各轴上的飞轮矩 ,求出系统的总飞轮矩求出系统的总飞轮矩 GD22.1 电力拖动系统的动力学电

5、力拖动系统的动力学单轴系统单轴系统多轴系统多轴系统一、工作机构旋转时，转矩与飞轮矩的折算一、工作机构旋转时，转矩与飞轮矩的折算1、转矩折算的原则：、转矩折算的原则：系统传递的功率不变系统传递的功率不变2.2 2.2 多轴电力拖动系统简化多轴电力拖动系统简化若考虑到传动机构的传动效率，根据功率不变的原则，可得：若考虑到传动机构的传动效率，根据功率不变的原则，可得：LLLLLTPPTkTTLLkTnnTTTL1LLLLLj 传动机构的总效率，等于各级传动效率乘积，即传动机构的总效率，等于各级传动效率乘积，即传动机构总的速比，等于各级速比的乘积，即传动机构总的速比，等于各级速比的乘积，即321kkk

6、k321一、工作机构旋转时，转矩与飞轮矩的折算一、工作机构旋转时，转矩与飞轮矩的折算1、转矩折算的原则：、转矩折算的原则：系统传递的功率不变系统传递的功率不变2.2 2.2 多轴电力拖动系统简化多轴电力拖动系统简化若考虑到传动机构的传动效率，根据功率不变的原则，可得：若考虑到传动机构的传动效率，根据功率不变的原则，可得：LLLLLTPPTjTTLLjTnnTTTL1LLLLLj 传动机构的总效率，等于各级传动效率乘积，即传动机构的总效率，等于各级传动效率乘积，即传动机构总的速比，等于各级速比的乘积，即传动机构总的速比，等于各级速比的乘积，即321jjjj3212、旋转运动的飞轮矩折算旋转运动的

7、飞轮矩折算飞轮矩折算的原则：飞轮矩折算的原则：系统储藏的动能不变系统储藏的动能不变2221122 4602)GDnAJ(g 旋转物体动能公式：旋转物体动能公式： 2222222222221221122 4602 460/ffFfffFfGDnGDnggGDGDGDGDjj jn n 工作机构转轴的飞轮矩为工作机构转轴的飞轮矩为 ，动能为：，动能为：折合到电动机轴上以后的飞轮矩为折合到电动机轴上以后的飞轮矩为 ，折算后动能为，折算后动能为根据折算前后动能不变的原则：根据折算前后动能不变的原则：2fGD22212 460ffGDng 2FGD22122 460FGDng 2.2 2.2 多轴电力拖

8、动系统简化多轴电力拖动系统简化二、平移运动的转矩与飞轮矩的折算二、平移运动的转矩与飞轮矩的折算总质量总质量mL电动机电动机刨刀刨刀TFnVFT JF等效负载等效负载电动机电动机TF1.1.转矩转矩的折算的折算PF 260FFnTT R切削功率：切削功率：电动机轴上功率为：电动机轴上功率为：若不考虑传动系统的损耗，根若不考虑传动系统的损耗，根据功率不变的原则，有：据功率不变的原则，有：若考虑传动损耗，则：若考虑传动损耗，则：295526060.FFnFFFvTTnn 955.FFTn 2.2 2.2 多轴电力拖动系统简化多轴电力拖动系统简化2.飞轮矩的折算飞轮矩的折算其它轴上的飞轮矩其它轴上的飞

9、轮矩的折算按旋转运动的方法的折算按旋转运动的方法221122ffGmg 22122 460FGDng 作平移运动部分的物体总重为：作平移运动部分的物体总重为：其动能为：其动能为：折算到电动机轴上的动能为：折算到电动机轴上的动能为：折算前后的动能不变，因此：折算前后的动能不变，因此：ffGm g 22222222112436522 460260FFfffGDGGGnGDggnn 2.2 2.2 多轴电力拖动系统简化多轴电力拖动系统简化车床主传动车床主传动2.3 负载的转矩特性负载的转矩特性一、负载的转矩特性一、负载的转矩特性 负载的转矩特性是指生产机械的转矩与转速之间负载的转矩特性是指生产机械的

10、转矩与转速之间的关系即：的关系即：n=f(TL)1、 恒转矩负载特性恒转矩负载特性 恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大小与转恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大小与转速速n无关。无关。 恒转矩负载分恒转矩负载分反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载和和位能性恒转位能性恒转矩负载矩负载。（1）反抗性恒转矩负载特性）反抗性恒转矩负载特性2.3 负载的转矩特性负载的转矩特性特点：特点：恒值负载转矩恒值负载转矩Tf总是与转速总是与转速nf的方向相反，即作用方向总是阻的方向相反，即作用方向总是阻碍运动的方向。碍运动的方向。 当正转时当正转时nf为正，为正， Tf与与nf方向相反，方向相反， 应为负，即在第三象限

11、；应为负，即在第三象限； 当反转时当反转时nf为负，为负， Tf与与nf方向相反，方向相反， 应为正，即在第一象限；应为正，即在第一象限； 皮带运输机、轧钢机、机床的刀架平移和行走机构等由摩皮带运输机、轧钢机、机床的刀架平移和行走机构等由摩擦力产生转矩的机械都属于反抗性恒转矩负载。擦力产生转矩的机械都属于反抗性恒转矩负载。 （2）位能性恒转矩负载特性）位能性恒转矩负载特性 特点：特点： Tf的方向与的方向与nf的方向无关。的方向无关。 Tf具有固定不变的方向。具有固定不变的方向。 例如：起重机的提升机构，不论例如：起重机的提升机构，不论 是提升重物还是下放重物，是提升重物还是下放重物， 重力的作用总是方向朝下的。重力的作用总是方向朝下的。 即重力产生的负载转矩方向固定不变，即重力产生的负载转矩方向固定不变， 故在第一和第四象限。故在第一和第四象限。2.3 负载的转矩特性负载的转矩特性风机、泵类负载的转矩特性风机、泵类负载的转矩特性2、风机、泵类负载的转矩特性、风机、泵类负载的转矩特性特性：特性：转矩的大小与转速的平方成正比，即转矩的大小