项目一 任务4 电力拖动系统的运动方程与负载转矩特性

项目一：认识CA6140型普通车床的电机系统14三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的机械特性电力拖动系统运动方程和负载转矩特性3三相异步电动机的电磁转矩特性25电力拖动系统的稳定性判断6电力拖动系统的选择与运行维护凡是由电动机作原动机，拖动各类生产机械，完成一定生产工艺要求的系统，统称为电力拖动系统。电力拖动系统一般由电动机、传动机构、生产机械、电源和控制设备等部分组成。一、电力拖动系统简介电力拖动系统的起源要追溯到19世纪末期，其标志是电动机逐渐取代蒸汽机。一、电力拖动系统简介蒸汽机电动机一、电力拖动系统简介电力拖动的发展简史：集中拖动单独拖动多电动机拖动电力拖动系统直流电动机型号各异生产机械五花八门交流一、电力拖动系统简介负载特性各不相同所有电力拖动系统都服从动力学的普遍规律，可以建立起通用的运动方程。二、单轴与多轴电力拖动系统实际生产中，电动机的转速一般较高，而很多生产机械需要的转速却较低。为了满足生产工艺要求，通常要通过传动装置将电动机与工作机构相连，变速后再拖动生产机械运转。常见的传动装置有齿轮减速箱、蜗轮蜗杆、皮带轮等。齿轮减速箱蜗轮蜗杆皮带轮1.单轴拖动系统二、单轴与多轴电力拖动系统单轴拖动系统是指电动机的输出轴直接拖动生产机械（生产机械与电动机同轴）运转，中间不需要传动装置的电力拖动系统。单轴拖动系统结构示意图根据电动机与生产机械的连接关系不同，电力拖动系统可分为单轴拖动系统和多轴拖动系统。常见的单轴拖动系统有:通风机、水泵等。2.多轴拖动系统二、单轴与多轴电力拖动系统多轴拖动系统是指电动机的输出轴不直接拖动生产机械运转，而是通过传动机构与生产机械相连的电力拖动系统。多轴拖动系统结构示意图常见的多轴拖动系统有：机床主轴、起重机提升机构等。车床的主传动系统示意图2.多轴拖动系统起重机提升机构的传动系统示意图2.多轴拖动系统1.直线运动方程式三、电力拖动系统的运动方程：作用在直线运动物体上的阻力（N）：作用在直线运动物体上的拖动力（N）：直线运动物体的质量（kg）：物体直线运动的线速度（m/s）：物体获得的直线运动加速度（m/s2）2.单轴系统的旋转运动方程电动机生产机械TnTL轴TTLn旋转运动方程：：作用在旋转运动部件上的拖动转矩（N·m）：负载转矩（N·m）：转动系统的转动惯量（kg·m2）：转动系统的机械角速度（rad/s）：转动系统的机械角加速度（rad/s2）●用转速n代替机械角速度

表示系统的速度，

用飞轮矩GD2代替转动惯量J表示系统的机械惯性。单轴电力拖动系统的运动方程：：转动体的质量（kg）：转动体的惯量半径（m）：转动体所受的重力（N）：转动体的惯量直径（m）：转动体的飞轮矩（N/m2）2.单轴系统的旋转运动方程3.多轴电力拖动系统的简化以电动机的轴为研究对象，将其它各轴上的负载转矩和飞轮矩都折算到电动机轴上，综合等效为一个负载。T

GD2等效负载电动机TL电动机工作机构T

T'L

LGDM2GD12GDL2

1负载转矩是静态转矩，可根据静态时功率守恒的原则折算，即折算前后，系统的功率不变。飞轮矩与运动系统的动能有关，可根据动能守恒原则折算。3.多轴电力拖动系统的简化等效、简化多轴系统单轴系统4.电力拖动系统的通用运动方程电力拖动系统的通用运动方程：因为转矩是向量，既有大小又有方向，所以电力拖动系统的实际运动方程为:●多轴系统简化成单轴系统后，就能够使用单轴系统的旋转运动方程了。以电动机电动运行时的旋转方向，作为转速n的正方向。5.运动方程中各参数的方向电磁转矩T与转速n同向时取正号；电磁转矩T与转速n反向时取负号。负载转矩TL与转速n同向时取负号；负载转矩TL与转速n反向时取正号。加速度（∆n/∆t）的大小和正负，由电磁转矩T与负载转矩TL的代数和决定。与转速n同向的转矩为驱动性转矩；与转速n反向的转矩为制动性转矩。电磁转矩T和负载转矩TL都是如此。5.运动方程中各参数的方向转速n：设电动机电动运行时的旋转方向n为正，反之为负。电磁转矩T：与转速n的正方向同向为正，反向为负。负载转矩TL：与转速n的正方向反向为正，同向为负。例：以电动机提升重物（电动）时的转向为正方向T为驱动性转矩TL为制动性转矩T为制动性转矩TL为驱动性转矩T和TL都为驱动性转矩5.运动方程中各参数的方向转速n：设电动机电动运行时的旋转方向n为正，反之为负。电磁转矩T：与转速n的正方向同向为正，反向为负。负载转矩TL：与转速n的正方向反向为正，同向为负。6.电力拖动系统的运动状态电动机静止或匀速运动，系统处于静态或稳态。当T＝TL时，当T＞TL时，当T＜TL时，系统处于加速状态，比如：电动机的起动过程。系统处于减速状态，比如：电动机的制动过程。不论系统处于加速还是减速状态，转速n都要发生变化，因而加速和减速状态又被称为动态或者暂态。四、电力拖动系统的负载转矩特性负载转矩特性（简称负载特性）：电力拖动系统的旋转速度n与负载转矩TL之间的函数关系，即：n=f（TL）。依据运动中呈现的特性不同，负载可分为三大类：1.恒转矩负载2.恒功率负载3.通风机型负载电力拖动系统中，电动机及其轴上拖动的负载是连成一体的。影响电力拖动系统运行状态的两大因素：1）电动机的机械特性

2）电动机轴上拖动的负载及负载转矩特性四、电力拖动系统的负载转矩特性1、恒转矩负载特性负载转矩TL的大小恒定，不随转速n的改变而改变。1）反抗性恒转矩负载特性若电动机的转向n改变，负载转矩TL的方向就随之改变。负载转矩TL的方向与电动机的转向n相反，总是阻碍转子的运转。例如：机床平移机构、传送带、搅拌机、挤压机等摩擦类负载。2）位能性恒转矩负载特性负载转矩TL由重力作用产生，其大小和方向都恒定不变，与电动机的转速n无关。如：吊车、提升机等起重机类负载2）位能性恒转矩负载特性电动机轴TLTn起重机类负载特性提升重物下放重物电动机轴TLTnvv2、恒功率负载特性负载转矩TL的大小与转速n成反比：TLn=常数。负载从电动机吸收的功率：比如：轧钢机、造纸机、塑料薄膜生产线上的卷取机、开卷机、各种机床等。它们在工作中的负载转矩TL大体上都与转速n成反比，都属于恒功率负载。当转速n变化时，负载从电动机转轴上吸取的机械功率PL为恒定值。2、恒功率负载特性注意事项：例如：车床在切削加工时，粗加工切削量大，需要的负载转矩TL大，要采用低速档加工；精加工切削量小，需要的负载转矩TL小，要采用高速档加工。负载的恒功率性质只表现在一定的转速范围内。由于受机械强度的限制，当转速n很低时，负载转矩TL不可能无限地增大，负载的恒功率性质就不复存在，反而转变为恒转矩性质了。3、通风机型负载特性负载转矩TL的大小与转速n的平方成正比：TL=kn2。通风机型负载是按离心原理工作的机械。鼓风机、水泵、油泵等属于通风机型负载。这种负载所需的机械功率PL与转速n的3次方成正比。4、负载转矩特性的特点与注意事项注意事项：结论：实际生产中，单一类型的负载并不多见，通常是几种不同类型负载的相近或综合，既要全面考虑，又要抓住重点。只有位能性恒转矩负载的负载转矩在重物下放时是驱动性转矩，能促进重物的下放；其它几种性质的负载，其负载转矩都是制动性转矩，总是