第八章电力拖动系统的动力学基础.ppt

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1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式电机学及拖动基础重庆大学自动化学院2021/9/211第八章第八章 电力拖动系统电力拖动系统的动力学基础的动力学基础2021/9/212第一节第一节 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式 第二节第二节 工作机构转矩、力、飞轮惯量和质量折算工作机构转矩、力、飞轮惯量和质量折算第三节第三节 考虑传动机构损耗时的折算方法考虑传动机构损耗时的折算方法第四节第四节 生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性 主要内容主要内容2021/9/213第一节第一节 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式 拖动拖动应用各种原动机使生产机械产生

2、运动，以完成应用各种原动机使生产机械产生运动，以完成一定的生产任务。一定的生产任务。电力拖动电力拖动以电动机为原动机，按照以电动机为原动机，按照生产任务生产任务的要求来的要求来拖动生产机械。拖动生产机械。电力拖动装置的组成电力拖动装置的组成电动机、工作机构、控制设备电动机、工作机构、控制设备及电源等及电源等 注：注：在许多情况下，电动机与工作机构之间并不同轴，而在许多情况下，电动机与工作机构之间并不同轴，而是通过是通过传动机构传动机构，把电动机的运动经过中间，把电动机的运动经过中间变速变速或或变换运变换运动方式动方式后再传给生产机械的工作机构后再传给生产机械的工作机构 2021/9/214一、

3、运动方程式一、运动方程式n 对于直线运动：对于直线运动：n 对于旋转运动：对于旋转运动：F拖动力（拖动力（N）Fz阻力（阻力（N）m(dv/dt)惯性力（惯性力（N）T拖动转矩（拖动转矩（Nm）Tz阻转矩或负载转矩（阻转矩或负载转矩（Nm）J(d/dt)惯性转矩或加速转矩惯性转矩或加速转矩(Nm)J转动惯量（转动惯量（kgm2）第一节第一节 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式 2021/9/215 m旋转部分质量旋转部分质量（kg）G旋转部分重量（旋转部分重量（N）与与D惯性半径与直径（惯性半径与直径（m）g重力加速度，重力加速度，g=9.81m/s2 GD2飞轮惯量，飞轮惯量，

4、GD2=4gJn 转动惯量转动惯量J、飞轮惯量、飞轮惯量GD2 T=Tz，dn/dt=0：静止或等速旋转，处于静止或等速旋转，处于稳定运转稳定运转状态；状态；TTz，dn/dt0 0：加速状态，处于加速状态，处于过渡过程过渡过程中；中；TTz，dn/dt0 0：减速状态，处于减速状态，处于过渡过程过渡过程中。中。电动机的三种运动状态：电动机的三种运动状态：第一节第一节 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式 2021/9/216电动机轴上的拖动转矩电动机轴上的拖动转矩T和阻转矩和阻转矩Tz与与电动机类型电动机类型、运行状运行状态态、生产机械负载类型生产机械负载类型有关，运动方程式的一

5、般形式为：有关，运动方程式的一般形式为：转矩正负号规定转矩正负号规定：以某个转动方向为正方向，则拖动转矩以某个转动方向为正方向，则拖动转矩T正向取正、反向取正向取正、反向取负负，阻转矩，阻转矩Tz反向取正、正向取负反向取正、正向取负；加速转矩的大小及正；加速转矩的大小及正负，由拖动转矩负，由拖动转矩T及阻转矩及阻转矩Tz的代数和来决定。的代数和来决定。二、运动方程式中转矩的正负符号分析二、运动方程式中转矩的正负符号分析第一节第一节 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式 2021/9/217第二节第二节 工作机构转矩、力、工作机构转矩、力、飞轮惯量和质量的折算飞轮惯量和质量的折算为什

6、么要折算为什么要折算：实际拖动系统的轴通常是多轴，为了分析的方便，实际拖动系统的轴通常是多轴，为了分析的方便，需要将实际的拖动系统等效为单轴系统需要将实际的拖动系统等效为单轴系统折算的原则折算的原则：保持保持折算前后两个系统的折算前后两个系统的传送功率传送功率及及储存动能储存动能相同相同需要折算的参量需要折算的参量：旋转运动：旋转运动：工作机构转矩工作机构转矩Tz、除电动机轴外的各轴转动惯量除电动机轴外的各轴转动惯量Ji；直线运动：直线运动：直线作用力直线作用力Fz、直线运动质量直线运动质量mz。电动机轴电动机轴2021/9/218折算的原则折算的原则系统的传送功率不变系统的传送功率不变（暂不

7、考虑功率损失）（暂不考虑功率损失）j 电动机轴与工作机构轴间的转速比电动机轴与工作机构轴间的转速比Tz 折算到电动机轴上的阻转矩折算到电动机轴上的阻转矩Tz 工作机构转矩工作机构转矩对于电动机和工作机构之间存在多级变速的情况，总的速比对于电动机和工作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为各级速比的乘积j=j1*j2*一、工作机构转矩一、工作机构转矩Tz的折算的折算 第二节第二节 工作机构转矩、力、工作机构转矩、力、飞轮惯量和质量的折算飞轮惯量和质量的折算2021/9/219二、工作机构直线作用力二、工作机构直线作用力Fz的折算的折算 折算的原则折算的原则系统的传送功率不变系统的

8、传送功率不变（暂不考虑功率损失）（暂不考虑功率损失）第二节第二节 工作机构转矩、力、工作机构转矩、力、飞轮惯量和质量的折算飞轮惯量和质量的折算2021/9/2110三、各轴转动惯量三、各轴转动惯量Ji（飞轮惯量（飞轮惯量GD2i）的折算）的折算 n转动惯量对运动过程的影响直接反映在转动惯量对运动过程的影响直接反映在所储存的动能上所储存的动能上；为了反；为了反映各轴转动惯量对运动过程的影响，将传动机构各轴及工作机构映各轴转动惯量对运动过程的影响，将传动机构各轴及工作机构的转动惯量折算到的转动惯量折算到电动机轴电动机轴上上n折算的原则折算的原则系统储存的动能不变系统储存的动能不变第二节第二节 工作

9、机构转矩、力、工作机构转矩、力、飞轮惯量和质量的折算飞轮惯量和质量的折算2021/9/2111四、直线运动物体质量四、直线运动物体质量mz的折算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为电动机轴电动机轴上的转动惯量上的转动惯量折算的原则折算的原则系统储存的动能不变系统储存的动能不变第二节第二节 工作机构转矩、力、工作机构转矩、力、飞轮惯量和质量的折算飞轮惯量和质量的折算2021/9/2112各齿轮齿数及飞轮惯量见表各齿轮齿数及飞轮惯量见表齿轮齿轮8的节距的节距t8=25.13mm 求刨床拖动系统在电动机轴求刨床拖动系统

10、在电动机轴上总的飞轮惯量。上总的飞轮惯量。例例8-18-1 刨床传动系统如图所示。若电动机刨床传动系统如图所示。若电动机M 的转速为的转速为n=420r/min，其转子（或电枢）的飞轮惯量其转子（或电枢）的飞轮惯量工件重工件重工作台重工作台重2021/9/2113齿轮齿轮号号1 12 23 34 45 56 67 78 8齿齿数数Z Z20205555303064643030787830306666飞轮惯量飞轮惯量4.124.1220.120.19.819.8128.4028.4018.6018.6041.2041.2024.5024.5063.7563.75 解解1）旋转部分）旋转部分202

11、1/9/2114齿轮齿轮8转速转速2）直线运动部分）直线运动部分工作台速度工作台速度3）刨床拖动系统在电机轴上总的飞轮惯量）刨床拖动系统在电机轴上总的飞轮惯量2021/9/2115一、考虑传动机构损耗的简化方法一、考虑传动机构损耗的简化方法对对工作机构转矩工作机构转矩、直线作用力直线作用力进行折算时，考虑传动损耗的原则：进行折算时，考虑传动损耗的原则：在折算中引入传动效率在折算中引入传动效率c c，用传动效率表示传动损耗用传动效率表示传动损耗；引入效率后，在传送功率时，需要考虑引入效率后，在传送功率时，需要考虑功率的传送方向功率的传送方向 电动机工作在电动机工作在电动状态电动状态 电动机工作在

12、电动机工作在发电制动状态发电制动状态第三节第三节 考虑传动机构损耗时的折算考虑传动机构损耗时的折算2021/9/2116第三节第三节 考虑传动机构损耗时的折算考虑传动机构损耗时的折算1 1）电动机工作在）电动机工作在电动状态电动状态功率传送方向：电动机功率传送方向：电动机工作机构工作机构电动机发出的功率电动机发出的功率 工作机构消耗工作机构消耗的功率，的功率，传动损耗由电动机承担传动损耗由电动机承担1.工作机构转矩工作机构转矩 的简化折算的简化折算2021/9/21172 2）电动机工作在）电动机工作在发电制动状态发电制动状态功率传送方向：工作机构功率传送方向：工作机构电动机电动机工作机构发出

13、的功率工作机构发出的功率 电动机吸收的功率，电动机吸收的功率，传动损耗由工作机构传动损耗由工作机构承担承担3 3）使用）使用多级传动多级传动时：时：第三节第三节 考虑传动机构损耗时的折算考虑传动机构损耗时的折算2021/9/21181 1）电动机工作在）电动机工作在电动状态（提升重物）电动状态（提升重物）功率传送方向：电动机功率传送方向：电动机工作机构工作机构电动机发出的功率电动机发出的功率 工作机构消耗的功率，工作机构消耗的功率，传动损耗由电动机承传动损耗由电动机承担担2.工作机构直线作用力工作机构直线作用力Fz的简化折算的简化折算第三节第三节 考虑传动机构损耗时的折算考虑传动机构损耗时的折

14、算2021/9/21192 2）电动机工作在）电动机工作在发电制动状态（下放重物）发电制动状态（下放重物）功率传送方向：工作机构功率传送方向：工作机构电动机电动机工作机构发出的功率工作机构发出的功率 电动机吸收的功率，电动机吸收的功率，传动损耗由工作机构传动损耗由工作机构承担承担在提升与下放时传动损耗相等的条件下，下放传动效率在提升与下放时传动损耗相等的条件下，下放传动效率c c与与提升传动效率提升传动效率c c之间的关系之间的关系当当c c0.50.5时（对应于轻载或空钩），电动机仍然工作在电动状时（对应于轻载或空钩），电动机仍然工作在电动状态（反向电动），损耗功率由工作机构和电动机共同承担

15、态（反向电动），损耗功率由工作机构和电动机共同承担第三节第三节 考虑传动机构损耗时的折算考虑传动机构损耗时的折算2021/9/2120第四节第四节 生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性负载转矩特性负载转矩特性：生产机械的生产机械的阻转矩阻转矩Tz 与转速与转速n 之间的关系之间的关系Tz=f(n)或或n=f(Tz)机械特性机械特性：电动机的电动机的电磁转矩电磁转矩T与转速与转速n之间的关系之间的关系T=f(n)或或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。绘制在同一图上，是分析电力拖动系统最重要的工具。反抗性恒转矩负载特性反抗性恒转矩负载特性 恒转矩负载特性恒转矩负载

16、特性类型类型 通风机负载特性通风机负载特性 位能性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性 恒功率负载特性恒功率负载特性2021/9/2121特点：负载转矩特点：负载转矩Tz与转速与转速n大小无关大小无关反抗性恒转矩负载特性反抗性恒转矩负载特性负载负载转矩转矩Tz总与运动方向相反，位于总与运动方向相反，位于一、三象限。通常由具有反抗性阻力的部件造成，如金属压延机一、三象限。通常由具有反抗性阻力的部件造成，如金属压延机构、机床平移机构等构、机床平移机构等位能性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性负载负载转矩转矩Tz具有固定的方向，位于一、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造成，如起

17、重机中的重物四象限。通常由某些具有位能的部件造成，如起重机中的重物一、恒转矩负载特性一、恒转矩负载特性 nTznTz第四节第四节 生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性2021/9/2122特点：负载转矩特点：负载转矩Tz 基本上与转速基本上与转速n的的二次方成正比二次方成正比 如离心式通风机、水泵、油泵等如离心式通风机、水泵、油泵等二、通风机负载特性二、通风机负载特性 第四节第四节 生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性2021/9/2123特点：负载转矩特点：负载转矩Tz 基本上与转速基本上与转速n成反比，而功率基本不变成反比，而功率基本不变如切削车床等如切削车床等三、恒功率负

18、载特性三、恒功率负载特性 第四节第四节 生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性2021/9/2124实际通风机实际通风机负载特性负载特性注：注：实际生产机械的负载转矩特性可能是以上几种典型特性的综合。实际生产机械的负载转矩特性可能是以上几种典型特性的综合。例如，实际通风机除了主要是通风机负载特性外，由于其轴承上还例如，实际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，因而实际通风机负载特性应为：有一定的摩擦转矩，因而实际通风机负载特性应为：机床平移机构实机床平移机构实际的负载特性际的负载特性第四节第四节 生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性2021/9/2125本章要求本章要求了解了解电力拖动系统的组成电力拖动系统的组成掌握掌握电力拖动系统的运动方程式，电力拖动系统的运动方程式，熟练分析熟练分析电动机的运电动机的运动状态，动状态，熟练分析熟练分析各转矩的正负号各转矩的正负号了解了解工作机构转矩、直线作用力、飞轮惯量和质量的折工作机构转矩、直线作用力、飞轮惯量和质量的折算方法，算方法，了解了解考虑传动损耗时的简化折算方法考虑传动损耗时的简化折算方法熟练掌握熟练掌握生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性2021/9/2126第八章第八章 结结 束束2021/9/2127