电力拖动系统的动力学.ppt

第二章 电力拖动系统的动力学 Dynamics of Electric Drive Systems,本章教学基本要求,1.了解电力拖动基本概念； 2.熟悉电力拖动系统运动方程式； 3.掌握拖动转矩和负载转矩的概念。 重点： 运动方程式和负载转矩。,2.1典型生产机械的运动形式及转矩,2.1.1电力拖动系统的基本概念 1.电力拖动 拖动：原动机带动生产机械运转叫拖动。 电力拖动：电动机作为原动机，生产机械是负 载，电动机带动生产机械运转的拖动方式称电 力拖动。 2.电力拖动系统：用电动机将电能转换成机械能，拖动 生产机械，并完成一定工艺要求的系统。,2.电力拖动系统组成,图2-1 电力拖动系统,采用电力拖动主要原因,现代化生产中，多数生产机械都采用电 力拖动，主要原因是 ： 1. 电能的运输、分配、控制方便经济。 2. 电动机的种类和规格很多，它们具有各种各样的特性，能很好的满足大多数生产机械的不同要求。 3. 电力拖动系统的操作和控制简便，可以实现自动控制和远距离操作等等。,2.1.2典型生产机械运动形式及转矩,电力拖动系统：单轴（重点介绍）、多轴（可折算成单轴）。 运动形式：旋转、平移、升降。 机械转矩形式：摩擦力产生、重力产生。,2.2单轴电力拖动系统运动方程式,单轴：生产机械与电动机同轴，即: 2.2.1 单轴电力拖动系统运动方程式 由牛顿第二定律知作直线运动的物体存在：,转动方程式,同理，对于作旋转运动的物体： （2-1） J为电动机轴上总转动惯量单位kgm2,实用公式,将运动方程式中，转动惯量 J 用飞轮矩 GD2表示，角速度 用转速 n 表示，由于J与GD2的关系为 （2-2） 所以 （2-3）,说明,GD2是一个整体，不是G与D2 的乘积， GD2 由产品样本或机械手册上查出。 GD2 中的 D 为回转直径，不是实际直径。关于 或 D 的物理概念可参见课本第39页。,运动方程式的分析,各转矩正方向的规定： n的正方向：顺时针； T的正方向：当T与 n（+）相同时为正； TL的正方向：当TL 与n（+）方向相反时为正； 惯性转矩 Tg的方向：由 T 与 TL的代数和来决定。 （讨论）,各量表示法,上述各量可用轴的剖面图或直角坐标系来表示,2.3多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩折算,工程上为了节省材料，电动机转速都较高。输出功率一定时，即P=T=常数，当 T ，由于T=CTIa ，则 Ia 和 ， Ia 导线粗； 铁磁材料多。 一般设计电动机速度高，通过提高 降低 T , 节省材料。 生产机械要求低速，而电动机设计的转速较高，二者之间必有减速装置，故一般电力多动系统多为多轴拖动系统。,2.3.1多轴系统,2.3.2多轴系统折算,分析多轴系统采用的方法是：用一个等 效的单轴系统代替原来实际的多轴系统。这 种方法称为“折算”。 折算原则：折算前后系统传递功率不 变，系统的动能不变。 折算方向：一般是从生产机械轴向电动 机轴折算。原因是研究对象是电动机。且电 动机轴一般是高速。根据传送功率不变的原 则，高速轴上的负载转矩数值小。,2.4负载的机械特性,负载的机械特性是指生产机械的转矩与 转速之间的关系即：n=f(TL) 2.4.1恒转矩负载特性 恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大 小与转速n无关。 恒转矩负载分：反抗性负载特性和位能 性负载特性。,1.反抗性恒转矩负载特性,特点：恒值负载转矩TL总是与转速n的方向相反，即作用方向总是阻碍运动的方向。 当正转时n为正， TL与n方向相反，应为正，即在第一象限 当反转时n为负， TL与n方向相反，应为负，即在第三象限。,反抗性恒转矩负载,当转速n=0时，外加 转矩不足以使系统运动。 根据作用力与 反作用力原 理，这时反抗力负载转矩 大小和方向取决于外加转 矩的大小和方向。即与外 加转矩大小相等，方向相 反。负载转矩特性应与横 轴重合。例如轧机，机床 刀架平移机构等。,2.位能性恒转矩负载特性,特点： TL的方向与n的方向无关。 TL具有固定不变的方向。 例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，重力的作用总是方向朝下的，即重力产生的负载转矩方向固定。,位能性恒转矩负载,例如：起重机的提升 机构，不论是提升重物 还是下放重物，重力的 作用总是方向朝下的。 即重力产生的负载转矩 方向固定不变，故在第 一和第四象限。,2.4.2. 恒功率负载转矩特性,特点：当转速n变化时，负载功率基本不变。 根据 如车床的主轴机构和轧钢机的主传动。 适用于金属切削车床。,恒功率负载转矩,适用于金属切削车床。 粗加工时，n 低，T 大； 精加工时，n 高， T小。,2.4.3风机泵类负载,阻力与转速平方成正比，即有： 如水泵，油泵等，如图所示，虚线是在考虑了轴承上的摩擦转矩后得出的实际鼓风机负载转矩。,本章小结,电力拖动系统由电动机、传动机构、生产机械、控制设备等组成，它的运行状态与电动