第二章电机与拖动学习教案

1、会计学1第二章电机第二章电机(dinj)与拖动与拖动第一页，共41页。3. 多轴旋转运动(yndng)加平移运动(yndng)系统4. 多轴旋转(xunzhun)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页第二页，共41页。MUaIT0TTTFL n负载电动机T :电动机电磁(dinc)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(xtng)转动角速度(rad/s)参考正方向第2页/共41页第三页，共41页。MUaIT0TTTFL

2、n负载电动机参考(cnko)正方向转矩与转速的方向(fngxing)问题实际转矩和转速(zhun s)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页第四页，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(zhngl)，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(zhngl)加速度，m/s2GD2：系统转动部分的飞轮

3、矩，Nm2375 ：有单位(dnwi)的系数，m/minsdtdnGDdtdngGDdtdJTTL 375602422 第4页/共41页第五页，共41页。由转动(zhun dng)方程式可以分析系统运动状态：dtdnGDTTL 3752T-TL=0 ：系统静止(jngzh)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(dinc)转矩与负载转矩的关系？电动机停车时，电磁(dinc)转矩与负载转矩的关系？第5页/共41页第六页，共41页。电动机工作机构第6页/共41页第七页，共41页。工作机构电动机0,TTfTnbnfn2aGD

4、2bGD2fGD11,j22,j电动机0,TT等效负载FTn2GD第7页/共41页第八页，共41页。(1) 忽略传动(chundng)机构的损耗，由折算前后功率不变，得：jTnnTTTTTfffffFFff j=n/nf=j1j2j3为传动(chundng)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：jTjTTff =123为传动机构总效率第8页/共41页第九页，共41页。负载(fzi)飞轮矩折算(转动部分飞轮矩折算)：2222222602421602421jGDGDngGDngGDfFFff 系统转动部分(b fen)动能表达式

5、：22260242121 ngGDJ第9页/共41页第十页，共41页。总的飞轮(filn)矩的估算：22)1(DGDGD GDD2为电动机转子(zhun z)的飞轮矩 电动机轴上只有(zhyu)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页第十一页，共41页。1.电动机经过速比 j=5 的减速器拖动工作机构(jgu)，工作机构(jgu)的实际转矩为20Nm，飞轮矩为1Nm2，不计传动机构(jgu)损耗，这算到电动机轴上的工作机构(jgu)转矩与飞轮矩分

6、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(jgu)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(jgu)转速为100r/min，传动效率为0.9，工作机构(jgu)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页第十二页，共41页。vF 作用力 平移速度 432n1工件 (mf) 刨刀 齿条 齿轮 电动机0,TT等效负载FTn2GD第12页/共41页第十三页，共41页。考虑(kol)传动机构的损耗：nF

7、vnFvTnFvTnTFvFF55. 955. 955. 9602 2. 负载(fzi)飞轮矩的折算2222222223656024212160242121nvGGDngGDvgGngGDvmfffFFF 第13页/共41页第十四页，共41页。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(xunzhun)运动的物体来折算其转矩。(c)特殊问题：提升与下放时的传动效率不同第14页/共41页第十五页，共41页。jTjTTjTTTjTTfffFfF (1) 提升(tshng)重物时的转矩关系T0TT njTfT0

8、TT njTf jTjTjTjTjTTjTTffffffF12(2) 下放(xifng)重物时的转矩关系T0TT njTfT0TT njTf第15页/共41页第十六页，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(xngzh)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 第16页/共41页第十七页，共41页。例1：某起重机的电力拖动系统如图所示。求：1.

9、 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(filn)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; 3mNGDmNGDmNGDmNGDjjjdcba 第17页/共41页第十八页，共41页。 mNdGGTf 8 .765126 . 0490501962212210(1) 负载(f

10、zi)转矩（未折合）：卷筒转速(zhun s)：min/1 .196 . 03 . 012012022260260rdvdvnff 电动机输出(shch)转矩折合值：mNjjjTTfF 5 .21295. 045 . 338 .765133321 第18页/共41页第十九页，共41页。电动机转速(zhun s)：min/2 .80245 . 331 .19rjnnf (2) 负载(fzi)及系统的飞轮矩 222222604. 22 .8023 . 0490501962365365mNnvGGDfF 222222321222122122267.131604. 245 . 334655 . 334

11、0349123mNGDjjjGDjjGDjGDGDGDFdcba 第19页/共41页第二十页，共41页。(3)以加速度a=0.1m/s2提升(tshng)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页第二十一页，共41页。第21页/共41页第二十二页，共41页。负载(fzi)的机械特性 电动机负载(生产机械)的转速(zhun s)与负载转矩的关系 n=f(TF)

12、称为负载的机械特性，简称负载特性。第22页/共41页第二十三页，共41页。一. 恒转矩负载(fzi)特性1. 反抗性恒转矩负载(fzi)：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页第二十四页，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(jgu)和矿井卷扬机。T0TT njTfT0TT njTf第24页/共41页第二十五页，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(yubng)等流体机械。OTLn三. 恒

13、功率负载：TF n=常数。如各种机床(jchung)的主传动等。OTLn第25页/共41页第二十六页，共41页。稳定运行工作点：(1)T=TL ；(2)当系统(xtng)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(xtng)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(sh de) 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(sh de) 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

14、/共41页第二十七页，共41页。A点稳定性分析(fnx)：负载受到干扰(gnro)TL增大为TL1111ATnTLLTTTTL 干扰(gnro)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页第二十八页，共41页。B点稳定性分析(fnx)：负载(fzi)受到干扰TL增大为TL1堵堵转转 0,01nTTTLTnTL干扰消失(xiosh)，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页第二十九页，共4

15、1页。Tn电动机机械(jxi)特性泵类负载(fzi)恒转矩负载(fzi)恒功率负载LTBCA第29页/共41页第三十页，共41页。【思考题2.4】电梯设计时，其传动机构的效率(xio l)在上升时为0.5。请计算 =0.4 的电梯下降时，其效率(xio l)是多大？若上升时，负载转矩的折算值 TF=15Nm，则下降时负载转矩的折算值为多少？T为多大？第30页/共41页第三十一页，共41页。 jTTjTTffF jTTjTTffF解2.4：根据提升和下放(xifng)重物时的转矩关系特点提升(tshng)重物时：下放(xifng)重物时：提升重物提升重物下放重物下放重物 12 效率关系：5 .

16、04 . 01212 下放重物的效率：mNTjTFf 64 . 015 重物折合转矩：第31页/共41页第三十二页，共41页。T0TT njTf下放(xifng)重物折合转矩： mNjTTfF 35 . 06 传动机构(jgu)损耗转矩：mNjTTTjTTfFFf 9稳定恒速下放重物(zhn w)时的转矩关系：第32页/共41页第三十三页，共41页。【思考题2.2】电动机拖动金属切削机床切削金属时，传动(chundng)机构的损耗由电动机还是由负载负担？【思考题2.3】起重机提升重物与下放重物时，传动(chundng)机构损耗由电动机还是重物负担？第33页/共41页第三十四页，共41页。Tn电

17、动机机械(jxi)特性泵类负载(fzi)恒转矩负载(fzi)恒功率负载LTBCAC A C 第34页/共41页第三十五页，共41页。p 铁磁材料的特性p 磁导率、磁滞曲线、磁滞损耗、涡流损耗、铁损耗p 基本电磁(dinc)定律p 安培环路定律、电磁(dinc)力定律、电磁(dinc)感应定律p 磁路基本定律p 磁路欧姆定律、磁路基氏第一定律、磁路基氏第二定律第35页/共41页第三十六页，共41页。问题1：电机和变压器铁心通常采用(ciyng)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页第三十七页，共41页。电力拖动系统(xtng)转动方程：dtdnGDTTL 3752多轴电力拖动系统简化(jinhu)：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页第三十八页，共41页。工作机构