01第八章电力拖动系统的动力学基础mho.pptx
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1、第八章第八章 电力拖动系统的动力学基础电力拖动系统的动力学基础朱代祥第八章第八章 电力拖动系统的动力学基础电力拖动系统的动力学基础1、电力拖动系统的运动方程式、电力拖动系统的运动方程式2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3、电动机和工作机构间速比可变的系统电动机和工作机构间速比可变的系统4、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5、生产机械的负载转矩特性、生产机械的负载转矩特性1 1、电力拖动系统的运动方程式、电力拖动系统的运动方程式电力拖动装置的组成电力拖动装置的组成电力拖动装置可分为电动机、工作机构、控制设备及电源等四个组成部分
2、在许多情况下,电动机与工作机构并不同轴,而在二者之间有传动机构,它把电动机的运动经过中间变速或变换运动方式后再传给生产机械的工作机构1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式1.1 电力拖动装置的组成电力拖动装置的组成1.2 运动方程式运动方程式1.3 运动方程式中转矩的符号运动方程式中转矩的符号1.4各各种种形形状状旋旋转转体体转转动动惯惯量量的的计算计算2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩和质量的折算矩和质量的折算3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比比可变的系统可变的系统4.考考虑虑传传动动机机构构损损耗耗时时的的折折算方法算方法5.生产机械的负载转矩特性生产机械
3、的负载转矩特性1 1、电力拖动系统的运动方程式、电力拖动系统的运动方程式运动方程式运动方程式单位为kg m2对于对于旋转运动旋转运动转动惯量转动惯量式中 m旋转部分的质量(kg);G 旋转部分的重量(N);r 惯性半径(m);D 惯性直径(m)。1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式1.1 电力拖动装置的组成电力拖动装置的组成1.2 运动方程式运动方程式1.3 运动方程式中转矩的符号运动方程式中转矩的符号1.4各各种种形形状状旋旋转转体体转转动动惯惯量量的的计算计算2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩和质量的折算矩和质量的折算3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比比
4、可变的系统可变的系统4.考考虑虑传传动动机机构构损损耗耗时时的的折折算方法算方法5.生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性对于对于直线运动直线运动1 1、电力拖动系统的运动方程式、电力拖动系统的运动方程式将式中:GD2=4gJ 称为飞轮惯量飞轮惯量(N m2)。代入得:和T=TZ时,dn/dt=0,电动机静止或等速旋转;TTZ时,dn/dt0,电动机处于加速状态;TTZ时,dn/dt0,电动机处于减速状态。1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式1.1 电力拖动装置的组成电力拖动装置的组成1.2 运动方程式运动方程式1.3 运动方程式中转矩的符号运动方程式中转矩的符号1.4各各种
5、种形形状状旋旋转转体体转转动动惯惯量量的的计算计算2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩和质量的折算矩和质量的折算3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比比可变的系统可变的系统4.考考虑虑传传动动机机构构损损耗耗时时的的折折算方法算方法5.生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性1 1、电力拖动系统的运动方程式、电力拖动系统的运动方程式运动方程式中转矩的符号运动方程式中转矩的符号运动方程式的一般形式规定某一转动方向为参考(正)方向,电磁转矩T:与参考方向一致取正,反之取负;阻转矩Tz:与参考方向一致取负,反之取正。1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式1.1 电力拖
6、动装置的组成电力拖动装置的组成1.2 运动方程式运动方程式1.3 运动方程式中转矩的符号运动方程式中转矩的符号1.4各各种种形形状状旋旋转转体体转转动动惯惯量量的的计算计算2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩和质量的折算矩和质量的折算3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比比可变的系统可变的系统4.考考虑虑传传动动机机构构损损耗耗时时的的折折算方法算方法5.生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性1 1、电力拖动系统的运动方程式、电力拖动系统的运动方程式各种形状旋转体转动惯量的计算各种形状旋转体转动惯量的计算1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式1.1 电力拖动装
7、置的组成电力拖动装置的组成1.2 运动方程式运动方程式1.3 运动方程式中转矩的符号运动方程式中转矩的符号1.4各各种种形形状状旋旋转转体体转转动动惯惯量量的的计算计算2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩和质量的折算矩和质量的折算3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比比可变的系统可变的系统4.考考虑虑传传动动机机构构损损耗耗时时的的折折算方法算方法5.生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性两种情况:旋转体通过物体重心;旋 转体不通过物体重心旋转体通过物体中心:旋转体通过物体中心:式中该物体某个组成部分的质量的中心到旋转该部分轴的距离注:对于连续分布的物体:1 1、电力拖
8、动系统的运动方程式、电力拖动系统的运动方程式旋转体不通过物体中心:旋转体不通过物体中心:1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式1.1 电力拖动装置的组成电力拖动装置的组成1.2 运动方程式运动方程式1.3 运动方程式中转矩的符号运动方程式中转矩的符号1.4各各种种形形状状旋旋转转体体转转动动惯惯量量的的计算计算2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩和质量的折算矩和质量的折算3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比比可变的系统可变的系统4.考考虑虑传传动动机机构构损损耗耗时时的的折折算方法算方法5.生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性其转动惯量是它围绕着不通过其中
9、心的任意轴旋转的转动惯量与它围绕穿过自身中心且平行于该任意轴线旋转的转动惯量之和。如:转动惯量:L两个平行转轴间的距离m该部分的质量式中:2 2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算以电动机轴为折算对象,需要折算的参量为:工作机构转矩,系统中各轴(除电动机轴外)的转动惯量。对于某些作直线运动的工作机构,还必须把进行直线运动的质量及运动所需克服的阻力折算到电动机轴上去1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩矩和和质质量量的折算的折算2.1 工作机构转矩工作机构转矩TZ的折算的折算2.2 工作机构直线作用力
10、折算工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算工作机构直线运动质量折算2.5 例题例题3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比比可可变变的的系系统统4.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5.生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性等效折算图传动图2 2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构转矩工作机构转矩TZ的折算的折算折算的原则是系统的传送功率不变 式中,j电动机轴与工作机构轴间的转速比,即如果传动机构为多级齿轮或带轮变速,则总的速比应为各
11、级速比的乘积,即1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩矩和和质质量的折算量的折算2.1 工作机构转矩工作机构转矩TZ的折算的折算2.2 工作机构直线作用力折算工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算工作机构直线运动质量折算2.5 例题例题3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比比可可变变的的系统系统4.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5.生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性2 2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算、工作机
12、构转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构直线作用力的折算工作机构直线作用力的折算根据传送功率不变1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩矩和和质质量的折算量的折算2.1 工作机构转矩工作机构转矩TZ的折算的折算2.2 工作机构直线作用力折算工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算工作机构直线运动质量折算2.5 例题例题3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比比可可变变的的系统系统4.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5.生产机械的负载转矩
13、特性生产机械的负载转矩特性2 2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算传动机构与工作机构飞轮惯量折算传动机构与工作机构飞轮惯量折算1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩矩和和质质量的折算量的折算2.1 工作机构转矩工作机构转矩TZ的折算的折算2.2 工作机构直线作用力折算工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算工作机构直线运动质量折算2.5 例题例题3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比比可可变变的的系统系统4.考虑
14、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5.生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性2 2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构直线运动质量的折算工作机构直线运动质量的折算折算的原则是转动惯量JZ中及质量mZ 中储存的动能相等,即1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩矩和和质质量的折算量的折算2.1 工作机构转矩工作机构转矩TZ的折算的折算2.2 工作机构直线作用力折算工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动
15、质量折算工作机构直线运动质量折算2.5 例题例题3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比比可可变变的的系统系统4.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5.生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性例:刨床传动系统如图所示。若电动机M 的转速为n=420r/min,其转子(或电枢)的飞 轮 惯 量 GDd2=110.5Nm2,工 作 台 重G1=12050N,工件重G2=17650N。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。2 2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算、工作机构转矩、力、
16、飞轮矩和质量的折算1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩矩和和质质量的折算量的折算2.1 工作机构转矩工作机构转矩TZ的折算的折算2.2 工作机构直线作用力折算工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算工作机构直线运动质量折算2.5 例题例题3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比比可可变变的的系统系统4.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5.生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性例:刨床传动系统如图所示。若电动机M 的转速为n=
17、420r/min,其转子(或 电 枢)的 飞 轮 惯 量GDd2=110.5Nm2,工 作 台 重G1=12050N,工件重G2=17650N。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。2 2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算解:1)旋转部分齿轮号12345678齿数Z2055306430783066飞轮惯量4.1220.19.8128.418.641.224.563.75例:刨床传动系统如图所示。若电动机M 的转速为n=420r/min,其转子(或 电 枢)的 飞 轮 惯 量GDd2=110.
18、5Nm2,工 作 台 重G1=12050N,工件重G2=17650N。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。2 2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 2)直线运动部分齿轮8转速工作台速度2 2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3)刨床拖动系统在电机轴上总的飞轮惯量1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩矩和和质质量的折算量的折算2.1 工作机构转矩工作机构转矩TZ的折算的折算2.2 工作机构直线
19、作用力折算工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算工作机构直线运动质量折算2.5 例题例题3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比比可可变变的的系统系统4.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5.生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性3.3.电动机和工作机构间速比可变的系统电动机和工作机构间速比可变的系统曲柄机构运动示意图:1.电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮轮矩和质量的折算矩和质量的折算3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速
20、比比可变的系统可变的系统4.考考虑虑传传动动机机构构损损耗耗时时的的折折算方法算方法5.生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性静阻力反映在电动机轴上阻转矩为:式中:作用在电动机轴上的阻转矩速比,大小可变3.3.电动机和工作机构间速比可变的系统电动机和工作机构间速比可变的系统mZ在电动机轴上的加速(动态)转矩TaZ:1.电电力力拖拖动动系系统统运运动动方方程程式式2.工工作作机机构构转转矩矩、力力、飞飞轮矩和质量的折算轮矩和质量的折算3.电电动动机机和和工工作作机机构构间间速速比可变的系统比可变的系统4.考考虑虑传传动动机机构构损损耗耗时时的的折算方法折算方法5.生生产产机机械械的的负负载
21、载转转矩矩特特性性令:JZ质量mz在电动机轴上反映的转动惯量,其值可变求导3.3.电动机和工作机构间速比可变的系统电动机和工作机构间速比可变的系统考虑变换机构有速比不变的传动机构,折算到电动机轴上全部加速(动态)转矩为:J折算到电机轴上的总转动惯量(因上式前两项为常量)将上两式代入得:因此,对于速比可变系统,其运动方程式为:或速比不变系统,J=常量,上式为:3.3.电动机和工作机构间速比可变的系统电动机和工作机构间速比可变的系统曲柄机构运动示意图:将折算到电动机轴上的阻转矩为:式中:曲柄轴的阻转矩曲柄轴速比与工作机构直线速度间速比曲柄角速度j电动机轴到曲柄轴间角速度比由,则上式变为:3.3.电
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