第2章(拖动动力学).ppt

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1、第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础第第 二二 章章电电电电 力力力力 拖拖拖拖 动动动动 系系系系 统统统统 的的的的 动动动动 力力力力 学学学学 基基基基 础础础础第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础电电 力力 拖拖 动动 系系 统统 的的 动动 力力 学学 基基 础础生产机械的运动形式生产机械的运动形式运运 动动 方方 程程飞飞 轮轮 矩矩 的的 折折 算算负载的机械特性负载的机械特性第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础本章要求：本章要求：掌握拖动、电力拖动、负载机械特性、电力拖动系掌握拖动、电力拖动、负载机械特性、电力拖动系统的转动惯量、飞轮

2、力矩、拖动转矩、阻转矩以及转矩统的转动惯量、飞轮力矩、拖动转矩、阻转矩以及转矩正方向规定的正方向规定的基本概念基本概念。熟悉生产机械典型的熟悉生产机械典型的运动形式运动形式。掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。熟练掌握单轴电力拖动系统的熟练掌握单轴电力拖动系统的运动方程式运动方程式，并会利，并会利用其用其判断判断系统的系统的工作状态工作状态。会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩等效等效成单轴成单轴系统。系统。掌握典型的掌握典型的负载机械特性负载机械特性。第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础第一节第一节 电力拖动系

3、统的概述电力拖动系统的概述一、电力拖动系统的基本概念一、电力拖动系统的基本概念 电力拖动是用电力拖动是用电动机电动机带动生产机械运动，以带动生产机械运动，以完成一定的生产任务。完成一定的生产任务。1、电力拖动系统的组成、电力拖动系统的组成电源电源控制设备控制设备电动机电动机传动和工作机构传动和工作机构上上 下下第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础电动机损耗小、效率高、具有较大的短时过载能电动机损耗小、效率高、具有较大的短时过载能力。力。电动机类型多、规格全，具有各种特性，能满足电动机类型多、规格全，具有各种特性，能满足各种生产机械的不同要求。各种生产机械的不同要求。2.电力拖动系

4、统的优点电力拖动系统的优点电能易于生产、传输、分配。电能易于生产、传输、分配。电力拖动系统容易控制、操作简单、电力拖动系统容易控制、操作简单、便于实现自便于实现自动化动化。上上 下下第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础1.1.单轴旋转系统单轴旋转系统 电动机、传动机构、工作机构等所有运动部件电动机、传动机构、工作机构等所有运动部件 均以同一转速旋转。均以同一转速旋转。2.2.多轴旋转系统多轴旋转系统 电动机电动机工作机构工作机构电动机电动机工作机构工作机构二、典型生产机械运动形式二、典型生产机械运动形式上上 下下第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础3.3.多轴旋转运

5、动加平移运动系统多轴旋转运动加平移运动系统 4.4.多轴旋转运动加升降运动系统多轴旋转运动加升降运动系统 电动机电动机 工作机构工作机构 电动机电动机 G上上 下下第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础皮带运输机皮带运输机电力机车电力机车上上 下下第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础第二节第二节 电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程一、单轴电力拖动系统的运动方程一、单轴电力拖动系统的运动方程电动机电动机生产机械生产机械TemnTmT0 研究运动方程研究运动方程,以电动机的轴为研究对象，以电动机的轴为研究对象，电动机运行时的电动机运行时的轴受力轴受力如图示。如图

6、示。轴TemTLn 电力拖动系统电力拖动系统正方向正方向的规定：的规定：先规定转速先规定转速n的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正的正方向相同，规定负载转矩的正方向与方向相同，规定负载转矩的正方向与n的正方向的正方向相反。相反。上上 下下第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础轴TemTLn 电动机运行时的轴受力如图示，电动机运行时的轴受力如图示，由力学定律可知由力学定律可知,其必须遵守下列动其必须遵守下列动力学方程式力学方程式:Tem-TL=Jd dtTem：电磁转矩；电磁转矩；TL：负载转矩负载转矩,N.mJ：电动机轴上的总转动惯量，电动

7、机轴上的总转动惯量，kg.m2 ：电动机角速度电动机角速度,rad/s 在工程计算中在工程计算中,常用常用n代替代替 表示系统速度表示系统速度,用飞轮用飞轮力矩力矩GD2代替代替J表示系统机械惯性。表示系统机械惯性。上上 下下第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础m：系统转动部分的质量，系统转动部分的质量，KgG：系统转动部分的重量，系统转动部分的重量，N ：系统转动部分的转动半径，：系统转动部分的转动半径，mD：系统转动部分的转动直径，系统转动部分的转动直径，mg：重力加速度重力加速度=9.8m/s2Tem-TL=Jd dt上上 下下TemTLn MD第第2章电力拖动的动力学基础

8、章电力拖动的动力学基础GD2：系统转动部分的总飞轮惯量（飞轮矩）系统转动部分的总飞轮惯量（飞轮矩）系数系数375具有具有m/min.s量纲量纲电力拖动系统的运动状态：电力拖动系统的运动状态：上上 下下TemTLn M第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础二、转动惯量及飞轮惯量（飞轮矩）二、转动惯量及飞轮惯量（飞轮矩）转动惯量是物体绕定轴旋转时转动惯性的度量转动惯量是物体绕定轴旋转时转动惯性的度量即：即：J=m 2GD2=4gJ=4gm 2=4G 2上上 下下注意：注意：转动惯量与方向无关转动惯量与方向无关；即所有绕定轴旋转的物体都即所有绕定轴旋转的物体都有转动惯量。有转动惯量。J=

9、(m1+m2)(D/2)2m1m2nD第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础第三节第三节 多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算 多轴系统需等效为单轴系统。多轴系统需等效为单轴系统。等效等效是指系统传递是指系统传递的功率不变。的功率不变。一一.多轴系统负载转矩及飞轮矩的折算多轴系统负载转矩及飞轮矩的折算电动机电动机生产机械生产机械Tem j1j2Tm mGDR2GD12GD22GDm2Tem GDeq2等效负载等效负载电动机电动机Tmeq上上 下下第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础1.负载转矩的折算负载转矩的折算电动机电动机生产机械生产

10、机械Tem j1j2Tm mGDR2GD12GD22GDm2Tem GDeq2等效负载等效负载电动机电动机Tmeq折算前负载功率折算前负载功率P2=Tm m等效负载功率等效负载功率P2=Tmeq Tm m=Tmeq 等效转矩等效转矩Tmeq为：为：总转速比总转速比j=n/nm=各级转速比的乘积各级转速比的乘积=j1 j2.考虑传动损耗考虑传动损耗：Tmeq=Tm/(j C)传动效率传动效率 C=各级传动效率乘积各级传动效率乘积=1 2.上上 下下第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础2.飞轮矩飞轮矩(转动惯量转动惯量)的折算的折算T Jeq等效负载等效负载电动机电动机Tmeq折算原

11、则：折算前后系统动能不变折算原则：折算前后系统动能不变电动机电动机生产机械生产机械T j1j2Tm mJRJ1Jm 1上上 下下乘以乘以4g第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础T Jeq等效负载等效负载电动机电动机TmeqT0 多轴系统等效为单轴系多轴系统等效为单轴系统后的运动方程为：统后的运动方程为：其中：其中：TL=T0+Tmeq上上 下下GDeq2=j2GDm2j12GD12GDR2+电动机电动机生产机械生产机械T j1j2Tm mJRJ1Jm 1第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础二、平移运动系统的折算二、平移运动系统的折算1、阻力、阻力Fm的折算的折算Te

12、m Jeq等效负载等效负载电动机电动机TmeqT0折算前负载功率折算前负载功率P2=Fmvm折算后负载功率折算后负载功率P2=Tmeq Tmeq =FmvmTmeq=Fmvm/=2 n/60Tmeq=9.55Fmvmn考虑传动损耗考虑传动损耗Tmeq=9.55Fmvmn C上上 下下电动机电动机刨刀刨刀TemnVmFm质量m第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础折算前运动部件动能为：折算前运动部件动能为：折算后运动部件动能为：折算后运动部件动能为：上上 下下2、平移部件质量的折算、平移部件质量的折算折算原则：折算原则：系统动能不变系统动能不变质量m电动机电动机刨刀刨刀TemnVmF

13、m等效负载等效负载Tem Jeq电动机电动机TmeqT0第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础上上 下下例例2-1：如图所示龙门刨床的主传动机构齿轮：如图所示龙门刨床的主传动机构齿轮1与电动机轴直接与电动机轴直接相联，已知各齿数见表。切削力为相联，已知各齿数见表。切削力为Fz，切削速度切削速度vz,传动效率为传动效率为c c,齿轮齿轮6 6的节距为的节距为20mm,20mm,电动机电枢的飞轮矩为电动机电枢的飞轮矩为GDGDa a,工作台与工作台与机床的摩擦系数为机床的摩擦系数为。试计算。试计算（1 1）折算到电动机轴上的系统总飞轮矩及负载转矩；）折算到电动机轴上的系统总飞轮矩及负载

14、转矩；（2 2）切削时电动机的输出功率；）切削时电动机的输出功率；（3 3）空载不切削时工作台加速度为）空载不切削时工作台加速度为2m/s22m/s2时电动机的转矩。时电动机的转矩。第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础 解：解：（1）电动机的转速为）电动机的转速为折算到电动机轴上的系统总飞轮矩为折算到电动机轴上的系统总飞轮矩为折算到电动机轴上的等效负载转矩折算到电动机轴上的等效负载转矩上上 下下第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础上上 下下（2）切削时电动机的输出功率为）切削时电动机的输出功率为（3）空载不切削时，折算到电动机轴上的负载转矩为）空载不切削时，折算到电

15、动机轴上的负载转矩为惯性负载转矩为惯性负载转矩为则电动机的总负载转矩为则电动机的总负载转矩为第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础1、恒转矩负载机械特性、恒转矩负载机械特性（1）反抗性恒转矩负载特性）反抗性恒转矩负载特性 负载转矩由摩擦力产生，其特点：负载转矩由摩擦力产生，其特点：大小恒定（与大小恒定（与n无关）；作用方向与无关）；作用方向与运动运动方向相反。方向相反。nTm0Tm-TmTL电动机轴Temn上上 下下第四节第四节 负载的机械特性负载的机械特性工作机械的机械特性：工作机械的机械特性：n=f(TL)第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础（2）位能性恒转矩负载

16、特性）位能性恒转矩负载特性负载转矩由重力产生负载转矩由重力产生其特点：其特点：绝对值大小恒定；绝对值大小恒定；作用方向与作用方向与n无关，不变。无关，不变。nTL0TLTL电动机轴Tn提升时：提升时：n0,TL 0阻转矩阻转矩下放时：下放时：n0拖动转矩拖动转矩上上 下下第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础nTL0TL由于存在传动转矩损耗由于存在传动转矩损耗T，因此因此提升系统中，提升和下放时，电提升系统中，提升和下放时，电机轴承受的负载转矩不等。机轴承受的负载转矩不等。提升时，提升时，Tem=T+TL=TL升升。TL升升下放时，下放时，TL=T+Tem Tem=TL-T=TL下

17、下。TL下下TLTTem上上 下下第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础2、变转矩负载机械特性、变转矩负载机械特性 负载转矩与转速成平方关系负载转矩与转速成平方关系TL=kn2。例如通风机、水泵等，负载的性质与气例如通风机、水泵等，负载的性质与气体或液体的流速有关。体或液体的流速有关。nTm0风力发电机风力发电机上上 下下负载转矩与转速的符号相同，负负载转矩与转速的符号相同，负载转矩的作用方向与转速相反。载转矩的作用方向与转速相反。第第2章电力拖动的动力学基础章电力拖动的动力学基础3.恒功率负载机械特性恒功率负载机械特性负载转矩与转速成反比关系负载转矩与转速成反比关系TL=k/nnTL0负载功率负载功率它与它与n无关，称恒功无关，称恒功率负载。率负载。下下上上