第二章电力拖动系统动力学

第二章电力拖动系统动力学第1页，课件共22页，创作于2023年2月第一节单轴电力拖动系统运动方程式教学要求：1、单轴电力拖动系统运动方程式2、各量的物理意义和正方向的规定3、负载转矩返回总目录本章目录下一节下一章第2页，课件共22页，创作于2023年2月单轴电力拖动系统运动方程式凡是以电动机将电能转换成机械能，拖动生产机械，并完成一定工艺要求的系统，都称为电力拖动系统。所谓单轴电力拖动系统，就是电动机出轴直接拖动生产机械运转的系统。传动机构生产机械控制系统电动机电源第3页，课件共22页，创作于2023年2月采用电力拖动主要原因现代化生产中，多数生产机械都采用电力拖动，主要原因是：1.电能的运输、分配、控制方便经济。2.电动机的种类和规格很多，它们具有各种各样的特性，能很好的满足大多数生产机械的不同要求。3.电力拖动系统的操作和控制简便，可以实现自动控制和远距离操作等等。第4页，课件共22页，创作于2023年2月单轴电力拖动系统运动方程式电动机负载运动方程式：MD–Mfz=JDdΩDdt这里，JD是电动机轴上所有转动体的转动惯量，单位N.m.s2

ΩD

是电动机轴上的角速度，单位rad/s实用公式：

MD–Mfz=GDD2375dndt这里，GDD2是旋转体的飞轮矩，单位N.m2，JD=GDD24g返回第5页，课件共22页，创作于2023年2月说明“375”具有加速度量纲。GD2是一个整体，不是G与D2

的乘积，GD2由产品样本或机械手册上查出。GD2中的D为回转直径，不是实际直径。关于ρ或D的物理概念可参见课本第4页。第6页，课件共22页，创作于2023年2月各量正方向的规定

正方向的规定：转速n对观察者顺时针为正，转矩M与n的正方向相同为正，负载转矩Mfz与n的正方向相反为正。说明：当M=Mfz，dn/dt=0，系统处于静态，n=0或n=常数，即系统静止或以恒定转速运行。当M>Mfz，dn/dt>0，n随着时间t的增加而增加，即系统处于加速。当M<Mfz，dn/dt<0，n随着时间t的增加而减小，即系统处于减速。常数>0，系统处于匀加速运动状态。当M–Mfz=常数常数<0，系统处于匀减速运动状态。

返回第7页，课件共22页，创作于2023年2月各量表示法上述各量可用轴的剖面图或直角坐标系来表示MMfzMfzM第8页，课件共22页，创作于2023年2月负载转矩

负载的机械特性是指生产机械的转矩与转速之间的关系即：n=f(Mfz)恒转矩负载特性恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大小与转速n无关。恒转矩负载分：反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载。第9页，课件共22页，创作于2023年2月1.反抗性恒转矩负载特性特点：恒值负载转矩Mfz总是与转速n的方向相反，即作用方向总是阻碍运动的方向。当正转时n为正，Mfz与n方向相反，应为正，即在第一象限。当反转时n为负，Mfz与n方向相反，应为负，即在第三象限。第10页，课件共22页，创作于2023年2月反抗性恒转矩负载当转速n=0时，外加转矩不足以使系统运动。根据作用力与反作用力原理，这时反抗性负载转矩大小和方向取决于外加转矩的大小和方向。即与外加转矩大小相等，方向相反。负载转矩特性应与横轴重合。例如轧机，机床刀架平移机构等。Mn=

f（Mfz）Mfz-Mfz第11页，课件共22页，创作于2023年2月2.位能性恒转矩负载特性特点：Mfz的方向与n的方向无关。Mfz具有固定不变的方向。例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，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。n=

f（Mfz）MfzM第12页，课件共22页，创作于2023年2月恒功率负载转矩特性特点：当转速n变化时，负载功率基本不变。根据如车床的主轴机构和轧钢机的主传动。适用于金属切削车床。

n=

f（Mfz）Mfz第13页，课件共22页，创作于2023年2月风机泵类负载阻力与转速平方成正比，即有：如水泵，油泵等，如图所示，虚线是在考虑了轴承上的摩擦转矩后得出的实际鼓风机负载转矩。第14页，课件共22页，创作于2023年2月负载转矩总结在电力拖动系统中，负载转矩特性是指Mfz与n的关系，有几种类型。1、恒转矩负载特性（Mfz与n无关，Mfz保持常数）（1）反抗性恒转矩负载（2）位能性恒转矩负载0nMfz0nMfznMfznMfz提升重物放下重物2、恒功率负载特性（Mfz∝1/n）3、风机类负载特性（Mfz=Kn2）0Mfzn0Mfzn返回第15页，课件共22页，创作于2023年2月第二节多轴电力拖动系统运动方程式教学要求：1、生产实践中多为多轴电力拖动系统2、负载转矩的折算3、工作机构直线作用力的折算4、转动惯量即飞轮矩的折算

返回总目录本章目录下一节下一章上一节第16页，课件共22页，创作于2023年2月生产实践中多为多轴电力拖动系统工程上为了节省材料，电动机转速都较高。输出功率一定时，即P=MΩ=常数，当Ω↓→M↑，由于M=CmΦIs，则Is↑和Φ↑，Is↑→导线粗；Φ↑→铁磁材料多。一般设计电动机速度高，通过提高Ω→降低M,节省材料。生产机械要求低速，而电动机设计的转速较高，二者之间必有减速装置，故一般电力系统多为多轴拖动系统。第17页，课件共22页，创作于2023年2月

研究多轴电力拖动系统的方法：采用折算的方法，将多轴折算成单轴，即将转动惯量（或飞轮矩）和负载转矩折算到一根轴上（一般多向电动机轴进行折算），然后再分析其运行情况。MD，n，ΩDMfz，nfz，Ωfz123465nn1n2nfz电动机轴第一根轴第二根轴负载轴电动机折算折算原则：折算前后系统传递功率不变，系统的动能不变。返回第18页，课件共22页，创作于2023年2月负载转矩的折算折算原则：折算前后系统传送的功率不变。当电动机处于电动状态时（传动机构的损耗由电动机承担）：Mdx=Mfzjηc1（这里，ηc为传动机构的效率，j为系统的传速比）j====ΩDΩfzΩDΩ1Ω1Ω2Ω2Ωfznn1n1n2n2nfzZ2Z1Z4Z3Z6Z5=j1j2jfz当电动机处于制动状态时（传动机构的损耗由负载承担）：Mdx=Mfzjηc返回第19页，课件共22页，创作于2023年2月工作机构直线作用力的折算在提升机构中（位能性恒转矩负载），已知直线力Ffz的情况：电动机FfzvfzGfz两种处理方法：1）Mfz=Ffz（卷筒半径与钢绳半径之和），再按负载转矩公式折算。2）将Ffz直接进行折算：折算公式：当电动机工作在电动状态（提升重物）时Mdx=9.55nηcFfzvfz（这里，n为电动机轴上的转速）当电动机工作在制动状态（下放重物）时Mdx=9.55nFfzvfzηc返回第20页，课件共22页，创作于2023年2月转动惯量即飞轮矩的折算MD，n，ΩDMfz，nfz，Ωfz123465nn1n2nfzmfz折算分两部分：1）各级齿轮和卷筒的转动惯量（转动部分）2）做直线运动的重物质量的折算（直线部分）转动惯量的折算原则是折算前后系统储存的动能不变。1）转动部分转动惯量即飞轮矩的折算公式：GDdx2=GDD2+GD12+GD22+GDfz21j121j12j221j12j22jfz22）直线运动部件质量的折算公式：GDdx2’=375Gfz（）2nvfz返回第21页，课件共22页，创作于2023年2月第三节传动机构的损耗和效率教学要求（本节内容一般了解）：1、传动机构效率ηc的定义ηc====2、多级齿轮传动效率的计算：ηc