电机拖动(动力学).ppt

第 二 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,生产机械的运动形式,运 动 方 程,飞 轮 矩 的 折 算,负载的机械特性,第二章 电力拖动系统的动力学基础,本章要求：,第一节 典型生产机械运动形式及转矩,一、电力拖动系统的基本概念,电力拖动是用电动机带动生产机械运动，以 完成一定的生产任务。,电力拖动系统的组成,上,下,二、典型生产机械运动形式和转矩,1、离心式风机,负载转矩TL=kn2,单轴旋转系统,2、车床主轴传动系统,负载转矩TL与n无关,多轴旋转系统,3、平移传动系统,负载转矩TL与n无关,多轴旋转系统,4、提升传动系统,负载转矩TL与n无关,多轴旋转系统,上,下,生产机械转矩分为：摩擦阻力产生的和重力作用产生的。,摩擦阻力产生的转矩为反抗性转矩，其作用方向与n相反，为制动转矩。,重力产生的转矩为位能性转矩，其作用方向与n无关，提升时为制动转矩；下放时为拖动转矩。,上,下,第二节 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,研究运动方程,以电动机的轴为研究对象，电动机运行时的轴受力如图示。,电力拖动系统正方向的规定：先规定转速n的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正方向相同，规定负载转矩的正方向与n的正方向相反。,上,下,电动机运行时的轴受力如图示，由力学定律可知,其必须遵守下列动力学方程式:,Tem：电磁转矩； TL：负载转矩,N.m J：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2, ：电动机角速度,rad/s,在工程计算中,常用n代替 表示系统速度, 用飞轮力矩GD2代替J表示系统机械惯性。,上,下,m：系统转动部分的质量，Kg,G：系统转动部分的重量，N, ：系统转动部分的转动半径，m,D ：系统转动部分的转动直径，m,g ：重力加速度=9.8m/s2,上,下,GD2：系统转动部分的总飞轮惯量（飞轮矩）,系数375具有m/min.s量纲,电力拖动系统的运动状态：,上,下,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,即：J =m2,GD2=4gJ=4gm2=4G 2,上,下,注意：转动惯量与方向无关；即所有绕定轴旋转的物体都有转动惯量。,J =(m1+m2)(D/2)2,三、功率平衡方程, 得出功率平衡方程,电动机产生(T em 0) 或吸收的机械功率 （ Tem 0),生产机械吸收 (TL 0) 或释放的机械功率 (TL 0),拖动系统动能 的变化,上,下,第三节 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。等效是指系统传递的功率不变。,一. 多轴系统负载转矩及飞轮矩的折算,上,下,1.负载转矩的折算,折算前负载功率P2=Tm m,等效负载功率P2=Tmeq ,Tm m=Tmeq ,等效转矩Tmeq为：,总转速比j=n/nm =各级转速比的乘积=j1j2.,考虑传动损耗：Tmeq=Tm/(jC),传动效率C=各级传动效率乘积= 12.,上,下,2.飞轮矩(转动惯量)的折算,折算原则：折算前后系统动能不变,上,下,乘以4g,多轴系统等效为单轴系统后的运动方程为：,其中： TL= T0+ Tmeq,上,下,其中：修正系数=1.11.25,第四节 负 载 的 机 械 特 性,负载的机械特性指：n=f(TL)关系,一、恒转矩负载机械特性,1、反抗性恒转矩负载特性,负载转矩由摩擦力产生，其特点：大小恒定（与n无关）；作用方向与运动方向相反。,上,下,2、位能性恒转矩负载特性,负载转矩由重力产生,其特点：绝对值大小恒定；作用方向与n无关，不变。,提升时： n0 ,TL 0阻转矩,下放时： n0拖动转矩,上,下,由于存在传动转矩损耗T，因此提升系统中，提升和下放时，电机轴承受的负载转矩不等。,提升时， Tem=T+TL=TL升 。,TL升,下放时， TL=T+Tem Tem=TL - T = TL下。,TL下,二、风机负载机械特性,负载转矩与转速成平方关系TL=kn2。,风力发电机,上,下,三、恒功率负载机械特性,负载转矩与转速成反比关系TL=k/n,负载功率,它与n无关，称恒功率负载。,下,上,思 考 题,1 拖动系统的运动方程式是怎样建立的？怎样用它分析系统的运动状态？ 2 什么是转动惯量？转动惯量与如何进行折算？ 3 什么是动态转矩，它在什么条件下出现？动态转矩和系统运动状态之间有何关系？ 4 稳定工作过程和过渡过程有何区别？ 5 为什么要进行转矩和惯量折算，折算依据的原则是什么？,下,上,6 如何确定运动方程式中电动机转矩和负载转矩的符号？ 7 在一个拖动系统中同时存在向上和向下运动的物体，在计算系统惯量时是否为一正