第八章电力拖动系统的动力学基础

电机学及拖动根底重庆大学自动化学院第八章电力拖动系统的动力学根底2第一节电力拖动系统的运动方程式第二节任务机构转矩、力、飞轮惯量和质量折算第三节思索传动机构损耗时的折算方法第四节消费机械的负载转矩特性

主要内容3第一节电力拖动系统的运动方程式拖动——运用各种原动机使消费机械产生运动，以完成一定的消费义务。电力拖动——以电动机为原动机，按照消费义务的要求来拖动消费机械。电力拖动安装的组成——电动机、任务机构、控制设备及电源等注：在许多情况下，电动机与任务机构之间并不同轴，而是经过传动机构，把电动机的运动经过中间变速或变换运动方式后再传给消费机械的任务机构4一、运动方程式对于直线运动：对于旋转运动：F——拖动力〔N〕Fz——阻力〔N〕m(dv/dt)——惯性力〔N〕T——拖动转矩〔N·m〕Tz——阻转矩或负载转矩〔N·m〕J(dΩ/dt)——惯性转矩或加速转矩(N·m)J——转动惯量〔kg·m2〕第一节电力拖动系统的运动方程式5m——旋转部分质量〔kg〕G——旋转部分分量〔N〕ρ与D——惯性半径与直径〔m〕g——重力加速度，g=9.81m/s2GD2——飞轮惯量，GD2=4gJ转动惯量J、飞轮惯量GD2T=Tz，dn/dt=0：静止或等速旋转，处于稳定运转形状；T＞Tz，dn/dt＞0：加速形状，处于过渡过程中；T＜Tz，dn/dt＜0：减速形状，处于过渡过程中。电动机的三种运动形状：第一节电力拖动系统的运动方程式6电动机轴上的拖动转矩T和阻转矩Tz与电动机类型、运转形状、消费机械负载类型有关，运动方程式的普通方式为：转矩正负号规定： 以某个转动方向为正方向，那么拖动转矩T正向取正、反向取负，阻转矩Tz反向取正、正向取负；加速转矩的大小及正负，由拖动转矩T及阻转矩Tz的代数和来决议。二、运动方程式中转矩的正负符号分析第一节电力拖动系统的运动方程式7第二节任务机构转矩、力、飞轮惯量和质量的折算为什么要折算：实践拖动系统的轴通常是多轴，为了分析的方便，需求将实践的拖动系统等效为单轴系统折算的原那么：坚持折算前后两个系统的传送功率及储存动能一样需求折算的参量： 旋转运动：任务机构转矩Tz′、除电动机轴外的各轴转动惯量Ji； 直线运动：直线作用力Fz、直线运动质量mz。电动机轴8 折算的原那么——系统的传送功率不变〔暂不思索功率损失〕j——电动机轴与任务机构轴间的转速比Tz——折算到电动机轴上的阻转矩Tz′——任务机构转矩对于电动机和任务机构之间存在多级变速的情况，总的速比为各级速比的乘积——j=j1*j2*…一、任务机构转矩Tz'的折算第二节任务机构转矩、力、飞轮惯量和质量的折算9二、任务机构直线作用力Fz的折算折算的原那么——系统的传送功率不变〔暂不思索功率损失〕第二节任务机构转矩、力、飞轮惯量和质量的折算10三、各轴转动惯量Ji〔飞轮惯量GD2i〕的折算转动惯量对运动过程的影响直接反映在所储存的动能上；为了反映各轴转动惯量对运动过程的影响，将传动机构各轴及任务机构的转动惯量折算到电动机轴上折算的原那么——系统储存的动能不变第二节任务机构转矩、力、飞轮惯量和质量的折算11四、直线运动物体质量mz的折算为反映直线运动质量对系统运动的影响，将直线运动质量折算为电动机轴上的转动惯量折算的原那么——系统储存的动能不变第二节任务机构转矩、力、飞轮惯量和质量的折算12各齿轮齿数及飞轮惯量见表齿轮8的节距t8=25.13mm求刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮惯量。[例8-1]刨床传动系统如下图。假设电动机M的转速为n=420r/min，其转子〔或电枢〕的飞轮惯量工件重任务台重13齿轮号12345678齿数Z2055306430783066飞轮惯量4.1220.19.8128.4018.6041.2024.5063.75解1〕旋转部分14齿轮8转速2〕直线运动部分任务台速度3〕刨床拖动系统在电机轴上总的飞轮惯量15一、思索传动机构损耗的简化方法对任务机构转矩、直线作用力进展折算时，思索传动损耗的原那么：在折算中引入传动效率ηc，用传动效率表示传动损耗；引入效率后，在传送功率时，需求思索功率的传送方向电动机任务在电动形状电动机任务在发电制动形状第三节思索传动机构损耗时的折算16第三节思索传动机构损耗时的折算1〕电动机任务在电动形状功率传送方向：电动机→任务机构电动机发出的功率>任务机构耗费的功率，传动损耗由电动机承当1.任务机构转矩的简化折算172〕电动机任务在发电制动形状功率传送方向：任务机构→电动机任务机构发出的功率>电动机吸收的功率，传动损耗由任务机构承当3〕运用多级传动时：第三节思索传动机构损耗时的折算181〕电动机任务在电动形状〔提升重物〕功率传送方向：电动机→任务机构电动机发出的功率>任务机构耗费的功率，传动损耗由电动机承当2.任务机构直线作用力Fz的简化折算第三节思索传动机构损耗时的折算192〕电动机任务在发电制动形状〔下放重物〕功率传送方向：任务机构→电动机任务机构发出的功率>电动机吸收的功率，传动损耗由任务机构承当在提升与下放时传动损耗相等的条件下，下放传动效率ηc′与提升传动效率ηc之间的关系当ηc<0.5时〔对应于轻载或空钩〕，电动机依然任务在电动形状〔反向电动〕，损耗功率由任务机构和电动机共同承当第三节思索传动机构损耗时的折算20第四节消费机械的负载转矩特性负载转矩特性：消费机械的阻转矩Tz与转速n之间的关系Tz=f(n)或n=f(Tz)机械特性：电动机的电磁转矩T与转速n之间的关系T=f(n)或n=f(T) ——绘制在同一图上，是分析电力拖动系统最重要的工具。对抗性恒转矩负载特性恒转矩负载特性类型通风机负载特性位能性恒转矩负载特性恒功率负载特性21特点：负载转矩Tz与转速n大小无关对抗性恒转矩负载特性——负载转矩Tz总与运动方向相反，位于一、三象限。通常由具有对抗性阻力的部件呵斥，如金属压延机构、机床平移机构等位能性恒转矩负载特性——负载转矩Tz具有固定的方向，位于一、四象限。通常由某些具有位能的部件呵斥，如起重机中的重物一、恒转矩负载特性nTznTz第四节消费机械的负载转矩特性22特点：负载转矩Tz根本上与转速n的二次方成正比如离心式通风机、水泵、油泵等二、通风机负载特性第四节消费机械的负载转矩特性23特点：负载转矩Tz根本上与转速n成反比，而功率根本不变 如切削车床等三、恒功率负载特性第四节消费机械的负载转矩特性24实践通风机负载特性注：实践消费机械的负载转矩特性能够是以上几种典型特性的综合。例如，实践通风机除了主要是通风机负载特性外，由于其轴承上还有一定的摩擦转矩，因此实践通风机负载特性应为：机床平