第7章电力拖动基础

第7章电力拖动基础1电机与拖动第7章电力拖动基础

7.1电力拖动系统的组成与分类

7.3电力拖动系统的负载特性7.2电力拖动系统运动方程式7.4电力拖动系统的稳定运行条件

7.5电力拖动系统调速的基本概念

下一章上一章返回主页27.1电力拖动系统的组成与分类拖动：原动机带动生产机械运动。电力拖动：用电动机作为原动机的拖动方式。一、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1.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。3(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。2.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……4二、典型的电力拖动系统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

工作机构工作机构53.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工作机构

G6※

J——转动惯量（kg·m2）；

——旋转角加速度（rad/s2）；

——惯性转矩（N·m）。※

电动状态时，Te＞0，n＞0，TL＞0。※

制动状态下放重物时，Te＞0，n＜0，TL＞0。7.2电力拖动系统的运动方程式一、单轴电力拖动系统的运动方程Te－TL=Jdd

tdd

tJdd

t电动状态TeTL制动状态下放重物TeTL正方向7飞轮矩(N·m2)因为

J=m2Gg=D2（）2GD24g=旋转部分的质量(kg)回转半径(m)2n60Te－TL=GD2

d4g

d

t回转直径(m)=GD2

dn375d

tGD2

dn375d

tTe－TL=※

对于均匀实心圆柱体，与几何半径R的关系为R2=8当Te＞TL时，→n

dnd

t＞0→加速的暂态过程。

当Te=TL时，dnd

t=0稳定运行。

当Te＜TL时，→n

dnd

t＜0→减速的暂态过程。

n=0n=

常数GD2

dn375d

tTe－TL=动转矩9负载吸收的功率(1)Te＞0，

电动机输出机械功率(2)Te

＜0，电动机输入机械功率

单轴电力拖动系统的功率平衡方程Te

－TL

=Jdd

t（）=dd

tJ

212电磁功率系统动能Pe－PL=Jdd

t即Te

与Ω方向相同。

——电动状态。即Te

与Ω方向相反。

——制动状态。电动状态1TeTL制动状态1TeTL电动状态2TeTL制动状态2TeTL10(3)TL

＞0，负载从电动机吸收机械功率。(4)TL

＜0，负载释放机械功率给电动机（拖动系统）。(5)Pe＞PL，(6)Pe＜PL，

Ω和n不能突变，

即系统不可能具有无穷大的功率。即TL

与Ω方向相反。即TL与Ω方向相同。，加速状态，

，减速状态，否则J→∞

dd

t电动状态1T2TL制动状态1T2TL电动状态2T2TL制动状态2T2TL系统动能增加。系统动能减少。111.多轴旋转运动系统二、多轴电力拖动系统的折算效等工作机构等效负载n1TL

j1nTej2ng

Tg

※

j1、j2——齿轮传动比；※

ng、Tg

——工作机构的转速、阻转矩。

nTe12TL=Tg

cΩg

ΩL=Tg

jc

TLΩc

=

TgΩg

传动机构的效率传动机构的转速比(1)等效负载转矩TL

等效折算原则：机械功率不变。

传动机构的总转速比ΩΩgj==j1·j2==nng

nn1

n1

ng

13常见传动机构的转速比的计算公式：①齿轮传动②皮带轮传动③蜗轮蜗杆传动皮带轮的直径蜗轮的齿数蜗杆的头数n1n2j==z2z1齿轮的齿数n1n2j==D2D1n1n2j==z2z114(2)等效飞轮矩

GD2

等效折算原则：动能不变。

设各部分的转动惯量为：工作机构n1j1nTej2ng

Tg

GD21GD22GD24GD23GD2gGD2d※

——电动机轴的飞轮矩；※

~——各级齿轮的飞轮矩；※

——工作机构的飞轮矩。GD2gGD2dGD21GD24等效负载GD215工作机构n1j1nTej2ng

Tg

GD21GD22GD24GD23GD2gGD2d等效负载GD2※

=0.2~0.3

。GD2=＋＋＋

GD2dGD2＋GD223GD21j2

1GD2＋GD24gj2

2j2

1GD2dGD2=(

1＋

)估算方法：12动能：J2

16

【例7－1】

图示的三轴拖动系统，已知工作机构的转矩Tg=236Nm，转速为ng＝128r/min；速比为j1=2.4，j2=3.2；各级传动效率均为0.9；飞轮矩GDd2＝6.5Nm2，GD12=1.4Nm2，GD22=2.8Nm2，GD32＝1.6Nm2，GD42=3.1Nm2，GDg2＝25Nm2，求折算到电动机轴上的负载转矩和总飞轮矩。

解：总传动效率为总速比为17折算到电动机轴上的负载飞轮矩为总飞轮矩为折算到电动机轴上的负载转矩为18目的将平移作用力

Fg

折算为等效转矩TL

。

将平移运动的质量

m折算为等效的GD2

。(1)

等效负载转矩TL

等效折算原则：机械功率不变。2.平移运动系统的折算vgFg

作用力平移速度刨刀齿条齿轮432n1工件(m)切削功率TLc=Fgvg

19TL=Fgvg

cΩ

=Fgvg

cn602=9.55Fgvg

cn(2)等效飞轮矩

GD2

等效折算原则：动能不变。

平移运动折算到电动机轴上的旋转运动：12JgΩ2

=12m

vg

21212vg

2GD24gLg2n

60=2Gg2GD2=365LgGvgn2

GD2=＋＋传动机构飞轮矩的折算值

GD2dGD2Lg

20

【例7－2】龙门刨床的传动系统如下图示，各级传动齿轮及运动体的数据见表7-1，已知电动机的转速n=558r/min，工件的切削力Fg＝20000N，切削速度vg＝0.167m/s，工作台与导轨的摩擦系数＝0.1，传动机构的效率为c＝0.8，由垂直方向切削力所引起的工作台与导轨间的摩擦损失可略去不计。试求折算到电动机轴上的总飞轮矩和负载转矩。21表7-1例题7-2已知数据表代号名称速比GD2/(Nm2)重量/N转速/(r/min)1齿轮3.133.12齿轮15.23齿轮2.6484齿轮245齿轮3.22146齿轮387齿轮3.29268齿轮42G1工作台30000G2工件7000M电动机24055822旋转部分的飞轮矩为解：传动机构的速比平移运动部分的重量为

Gg

=G1＋G2=(30000＋7000)N=37000N

23折算到电动机轴上的总飞轮矩为

平移运动部分折算到电动机轴上的飞轮矩为

工作台与导轨的摩擦力为

折算到电动机轴上的总负载转矩为243.升降运动系统的折算(1)提升运动的转矩折算

TLc=Ggvg

Ggvgz2

z1z4

z3TL=Ggvg

cΩ

=9.55Ggvg

cn(2)下降运动的转矩折算

TL=Ggvg

cTL=Ggvgc

=9.55cGgvg

n25提升效率c与下降效率c

之间的关系Ggvg

c－Ggvg=Ggvg－Ggvgc

c=2－

1

c※当c=0.5

时：提升时，M的输出转矩一半克服重力T，一半克服损耗T

；下放时，重力T正好等于损耗T

，M输出T为零；※当c＜

0.5

时（轻载或空载）：提升时，M的输出T小半克服重力T，大半克服损耗T；下放时，重力T不足于克服损耗转矩，需要M输出T

帮助下放重物。提升时的损耗下降时的损耗26(3)等效飞轮矩

GD2

等效折算原则：动能不变。

升降运动折算到电动机轴上的旋转运动：12JgΩ2

=12m

vg

21212vg

2GD24gLg2n

60=2Gg2GD2=365LgGvgn2

GD2=＋＋传动机构飞轮矩的折算值

GD2dGD2Lg

27

【例7－3】起重机的传动系统如下图示，已知重物Gg

=1500N，齿轮速比为j=8，提升重物时的效率c＝0.92，提升重物的速度vg=0.8m/s，电动机转速n=150r/min，电动机飞轮矩GDd2＝58Nm2，齿轮飞轮矩GD12=3.4Nm2，GD22=17.8Nm2，卷筒飞轮矩GD32＝41.6Nm2。求折算到电动机轴上的负载转矩和总飞轮矩。

28解：折算到电动机轴上的负载转矩为提升的重物折算到电动机轴上的飞轮矩为29负载飞轮矩为

总飞轮矩为

307.3

电力拖动系统的负载特性

正方向TeTL

负载的转矩特性：

n=f(TL)

转速和转矩的参考方向：OTLn一、恒转矩负载特性1.反抗性恒转矩负载

由摩擦力产生的。当n＞0，TL＞0。当n＜0，TL＜0。如机床平移机构、压延设备等。+TL－TL31OTLnOTLn2.位能性恒转矩负载由重力作用产生的。当

n＞0，TL＞0。当

n＜0，TL＞0。如起重机的提升机构

和矿井卷扬机等。二、恒功率负载特性

TL

n=常数。

如机床的主轴系统等。

TL∝1n32三、通风机负载特性

OTLn

TL∝n2

TL

的方向始终与n的方向相反。

如通风机、水泵、油泵等。实际的通风机负载OTLnT0TL=T0＋kn2

实际的机床平移机构OTLn337.4电力拖动系统的稳定运行条件负载转矩特性和电动机的机械特性要有一定的配合，电力拖动系统才能稳定运行。Te

nOn0TLaTe－TL=Jdd

t稳定运行:

Te－TL=0

n(Ω)=常数过渡过程:Te－TL

＞0

Te－TL

＜0——工作点在交点上。→加速。→减速。——工作点动态变化。34aaTe

nOn0TL稳定运行时，若产生了干扰，原来的平衡状态被破坏，系统进入动态调整过程；当干扰消失后，系统若回到干扰产生前的状态，则该系统为稳定的。干扰使

TL

Te＜TLn

→Te

→a点。→a

点。→n

→Te

干扰过后Te＞TL→Te

=TLTL35a

aTe

nOn0TL稳定运行时，若产生了干扰，原来的平衡状态被破坏，系统进入动态调整过程；当干扰消失后，系统若回到干扰产生前的状态，则该系统为稳定的。干扰使

TL

Te＜TLn

→Te

→a点。→a

点。→n

→Te

干扰过后Te＞TL→Te

=TLTL干扰使TL

n

Te＞TL→Te

→a

点。→Te

=TL干扰过后Te＜TL

→n

→Te

→Te

=TL→a

点。36bTe

nOn0TL干扰使

TL

Te＜TLn

→Te

→n→堵转。→n

干扰过后Te＜TL干扰使TL

n

Te＞TL→Te

→n

干扰过后Te＞TL

→

n

→飞车。37

电力拖动系统稳定运行的充分必要条件

Te

nOn0TLabTe

nOn0TLTe=TLdTe

dn

dTL

dn

＜387.5电力拖动系统调速的基本概念一、调速的基本概念

1.无级调速和有级调速无级调速：电动机的转速可以平滑地调节。有级调速：电动机的转速只有有限的几种。

2.恒