电力拖动系统的动力学基础 (2).ppt

第二章电力拖动系统的动力学基础 本章主要介绍电力拖动系统的运动方程 工作机构的转矩和飞轮矩的折算及负载转矩特性 为介绍电力拖动的机械特性与过渡过程等内容准备必要的理论基础 2 1电力拖动系统的运动方程 拖动 由原动机带动生产机械运转电力拖动 以电动机拖动生产机械运转的拖动方式一般情况下 电力拖动系统由电动机 生产机械的传动机构 工作机构 控制设备及电源5大部分组成 在许多情况下 电动机与工作机构之间有传动机构 通常把机械的传动机构及生产机械的工作机构称为电动机的机械负载 电力拖动系统中电动机带动负载的力学问题是我们要讨论的主要问题 电力拖动系统中有的部件作直线运动 有的部件作旋转运动 采用古典动力学来分析 一 运动方程式 1 直线运动时的运动方程式 F 拖动力 N Fz 阻力 N m dv dt 惯性力 作直线运动的物体 2 旋转运动时的方程式为 T 电动机产生的拖动转矩 N m Tz 阻转矩 或称负载转矩 N m J d dt 惯性转矩 或称加速转矩 旋转运动的物体 3 转动惯量J表示为 m与G 旋转部分的质量 kg 与重量 N 与D 惯性半径与直径 m g 9 81m s2 重力加速度 转动惯量J的单位为kg m2或N m2 实际计算中常将旋转运动方程式化为另一种形式 即将角速度 rad s 化成用每分钟转数n r min 表示的形式 这样有旋转运动方程式的实用形式 4 旋转运动方程式的实用形式 GD2 称为飞轮矩 N m2 5 电动机的工作状态稳定运转状态当T TZ dn dt 0 n 常值 电动机静止或等速旋转加速状态当T TZ dn dt 0减速状态当T TZ dn dt 0 二 运动方程式中转矩的正负号分析应用运动方程式 通常以电动机轴为研究对象运动方程式写成下列一般形式 旋转运动中的转矩如下图 对T与Tz前带有的正负符号 作如下规定 预先规定某一旋转方向为正方向 则转矩T方向如果与所规定的旋转正方向相同 T前取正号 相反时取负号 阻转矩Tz方向与所规定的旋转正方向相同时 Tz前取负号 相反时取正号 加速转矩 GD2 375 dn dt 的大小及正负符号由转矩T及阻转矩Tz的代数和来决定 旋转运动中的转矩 三 功率平衡方程 将式 写为 电动机产生 T 0 或吸收的机械功率 T 0 生产机械吸收 TZ 0 或释放的机械功率 TZ 0 拖动系统动能的变化 2 2工作机构转矩 飞轮矩的折算实际拖动系统的轴常是不止一根 这种系统显然比一根轴的系统要复杂 计算起来也较为困难 如要全面研究这个系统的问题 必须 对每根轴列出其相应的运动方程式 列出各轴间互相联系的方程式 最后把这些方程式联系起来 全面地研究系统的运动 问题 这种方法研究系统太复杂 多轴系统到单轴的简化 对电力拖动系统而言 通常把电动机轴作为研究对象即可解决途径 把实际的拖动系统等效为单轴系统等效原则 保持两个系统传送的功率及储存的动能相同 一 工作机构转矩Tz 的折算用电动机轴上的阻转矩Tz来反映工作机构轴上实际转矩Tz 的工作折算的原则 系统的传送功率不变 多轴系统到单轴的简化 若不考虑中间传动机构的损耗有如下关系 转速比 j Z n nz 解决问题的思路 将传动机构各轴的转动惯量J1 J2 J3 及工作机构的转动惯量Jz折算到电动机轴上 用电动机轴上一个等效的转动惯量J来反映整个拖动系统中转速不同的各轴的转动惯量 二 飞轮矩的折算 折算原则 实际系统与等效系统储存动能相等 有下列关系 考虑到GD2 4gJ 2 n 60 得 2 3考虑传动机构损耗的简化方法 传动机构损耗的简化考虑方法可在折算公式中引入传动效率 c一 工作机构转矩Tz 的简化折算1 电动机工作在电动状态电动机带动工作机构 功率由电动机向工作机构传送传动损耗由电动机承担电动机发出的功率比生产机构消耗的功率大 2 电动机工作在发电制动状态 工作机构带动电动机 功率传送方向与电动状态时相反传动损耗功率由工作机构承担传送到电动机轴上的功率较工作机构轴上的功率小 c为传动机构总效率 在多级传动时 如各级效率为 c1 c2 c3 则 c应为 c c1 c2 c3 每对齿轮 用滚动轴承 的满载效率为0 975 0 985 蜗轮蜗杆传动的满载效率为0 5 0 7 可由机械工程手册上查到 多轴系统 单轴系统 将其它轴上的转矩 飞轮矩折算到电动机轴上 二 旋转运动的转矩折算 转矩折算的原则 系统传递的功率不变 1 电动状态 发电制动状态 功率由工作机构 电机 2 发电制动状态 转矩折算的原则 系统传递的功率不变 三 旋转运动的飞轮矩折算 飞轮矩折算的原则 系统储存的动能不变 四 平移运动的转矩与飞轮矩的折算 1 转矩的折算 四 平移运动的转矩与飞轮矩的折算 2 飞轮矩的折算 其它轴上的飞轮矩的折算按旋转运动的方法 五 升降运动的转矩与飞轮矩的折算 提升运动 电动机为电动状态下降运动 电动机为发电状态 1 提升运动 方法同平移运动 1 转矩的折算 2 下降运动 当提升和下降的传动损耗相同 飞轮矩的折算按动能不变原则 2 飞轮矩的折算 不论提升还是下降运动 2 4生产机械的负载转矩特性 阻转矩 或称负载转矩 TZ与转速n的关系TZ f n 即为生产机械的负载转矩特性 分为三大类 恒转矩负载反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载通风机负载恒功率负载 一 恒转矩负载特性 特点 负载转矩TZ与转速n无关 即当转速变化时 负载转矩TZ保持常值 又可分为 1 反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载的特点 恒值转矩Tz总是反对运动方向摩擦负载转矩 如金属的压延 机床的平移机构等 2 位能性恒转矩负载 位能性恒转矩负载的特点 转矩Tz具有固定的方向 不随转速方向改变而改变如起重机类型负载中的重物 位能性恒负载转矩 二 通风机负载 特点 负载转矩与转速有关 基本上与转速的平方成正比 即Tz K n2此类负载有通风机 水泵 油泵等 三 恒功率负载 车床在粗加工时 切削量大 切削阻力大 开低速 精加工时 切削量小 切削力小 开高速 特点 负载转矩基本上与转速成反比 即 负载转矩Tz与n的特性曲线呈现恒功率的性质 负载转矩的大小与速度无关 但其方向始终与转向相反 四 负载的机械特性 反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩