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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2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性 1 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可分为电动机 工作机构 控制设备及电源等四个组成部分 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1 1电力拖动装置的组成1 2运动方程式1 3运动方程式中转矩的符号2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性 1 电力拖动系统的运动方程式 运动方程式 单位为kg m2 对于旋转运动 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1 1电力拖动装置的组成1 2运动方程式1 3运动方程式中转矩的符号2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性 对于直线运动 1 电力拖动系统的运动方程式 将 式中 GD2 4gJ称为飞轮惯量 N m2 代入 得 和 T TZ时 dn dt 0 电动机静止或等速旋转 T TZ时 dn dt 0 电动机处于加速状态 T TZ时 dn dt 0 电动机处于减速状态 1 电力拖动系统运动方程式1 1电力拖动装置的组成1 2运动方程式1 3运动方程式中转矩的符号2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性 1 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1 1电力拖动装置的组成1 2运动方程式1 3运动方程式中转矩的符号2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性 2 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TZ 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2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算2 1工作机构转矩T 的折算2 2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2 4工作机构直线运动质量折算2 5例题3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性 传动图 等效折算图 2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算 工作机构转矩T 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 则总的速比应为各级速比的乘积 即 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算2 1工作机构转矩T 的折算2 2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2 4工作机构直线运动质量折算2 5例题3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性 2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算 工作机构直线作用力的折算 根据传送功率不变 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算2 1工作机构转矩T 的折算2 2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2 4工作机构直线运动质量折算2 5例题3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性 2 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 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算2 1工作机构转矩T 的折算2 2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2 4工作机构直线运动质量折算2 5例题3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性 2 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2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算2 1工作机构转矩T 的折算2 2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2 4工作机构直线运动质量折算2 5例题3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 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 5N m2 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 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算2 1工作机构转矩T 的折算2 2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2 4工作机构直线运动质量折算2 5例题3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性 2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算 解 1 旋转部分 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算2 1工作机构转矩T 的折算2 2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2 4工作机构直线运动质量折算2 5例题3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 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 5N m2 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 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 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算2 1工作机构转矩T 的折算2 2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2 4工作机构直线运动质量折算2 5例题3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 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 5N m2 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 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2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算2 1工作机构转矩T 的折算2 2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2 4工作机构直线运动质量折算2 5例题3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性 3 考虑传动机构损耗时的折算方法 考虑传动机构损耗的简化方法工作机构转矩TZ 的简化折算电动机工作在电动状态 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法3 1考虑传动机构损耗简化方法3 2考虑传动机构损耗准确方法4 生产机械的负载转矩特性 电动机工作在发电制动状态 使用多级传动时 3 考虑传动机构损耗时的折算方法 工作机构直线作用力的简化折算电动机工作在电动状态 电动机工作在发电制动状态 在提升与下放时传动损耗相等的条件下 下放传动效率与提升传动效率之间有下列关系 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法3 1考虑传动机构损耗简化方法3 2考虑传动机构损耗准确方法4 生产机械的负载转矩特性 3 考虑传动机构损耗时的折算方法 考虑传动机构损耗的较准确方法电力拖动系统处于稳定运转状态折算到电动机轴上的阻转矩 Tz0 不考虑传动损耗时折算到电动机轴上的阻转矩 负载转矩 T 由于传动机构的摩擦所引起的附加转矩 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法3 1考虑传动机构损耗简化方法3 2考虑传动机构损耗准确方法4 生产机械的负载转矩特性 3 考虑传动机构损耗时的折算方法 提升时 下放时 其中 T0 空载时的摩擦转矩 DT0 负载转矩TZ0引起的附加摩擦转矩 c 摩擦系数 DTN 额定负载下传动机构总摩擦附加转矩 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法3 1考虑传动机构损耗简化方法3 2考虑传动机构损耗准确方法4 生产机械的负载转矩特性 3 考虑传动机构损耗时的折算方法 电力拖动系统处于加速运转状态电力拖动系统处于加速运转状态时 附加摩擦转矩DT0不能认为与TZ0成正比 因为此时通过传动机构除了TZ0外 还有惯性转矩 惯性转矩从系统的一个区段传送到另一个区段时 要发生变化 在加速运转状态下 计算附加摩擦转矩时 除考虑阻转矩外 还必须考虑传动机构的惯性转矩 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法3 1考虑传动机构损耗简化方法3 2考虑传动机构损耗准确方法4 生产机械的负载转矩特性 3 考虑传动机构损耗时的折算方法 以下图的等效拖动系统为例 Ti 第i个部件的总摩擦转矩T0i 第i个部件的空载摩擦转矩Ti 进入第i个传动机构的转矩 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法3 1考虑传动机构损耗简化方法3 2考虑传动机构损耗准确方法4 生产机械的负载转矩特性 3 考虑传动机构损耗时的折算方法 第i个部件的总摩擦转矩 传送到第i个部件的转矩 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法3 1考虑传动机构损耗简化方法3 2考虑传动机构损耗准确方法4 生产机械的负载转矩特性 3 考虑传动机构损耗时的折算方法 第一个部件的转矩 即为电动机转矩 传送到第二个部件上的转矩 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法3 1考虑传动机构损耗简化方法3 2考虑传动机构损耗准确方法4 生产机械的负载转矩特性 3 考虑传动机构损耗时的折算方法 传送到第三个部件上的转矩 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法3 1考虑传动机构损耗简化方法3 2考虑传动机构损耗准确方法4 生产机械的负载转矩特性 3 考虑传动机构损耗时的折算方法 传送到第四个部件上的转矩 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法3 1考虑传动机构损耗简化方法3 2考虑传动机构损耗准确方法4 生产机械的负载转矩特性 3 考虑传动机构损耗时的折算方法 传送到最后第 m 1 个部件上的转矩为 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法3 1考虑传动机构损耗简化方法3 2考虑传动机构损耗准确方法4 生产机械的负载转矩特性 3 考虑传动机构损耗时的折算方法 工作轴的转矩为 可整理成如下的形式 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法3 1考虑传动机构损耗简化方法3 2考虑传动机构损耗准确方法4 生产机械的负载转矩特性 3 考虑传动机构损耗时的折算方法 与以下电动机轴上的转矩式相比较 其中 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法3 1考虑传动机构损耗简化方法3 2考虑传动机构损耗准确方法4 生产机械的负载转矩特性 4 生产机械的负载转矩特性 定义 在运动方程式中 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 分类大多数生产机械的负载转矩特性可归纳为三种类型 恒转矩负载 风机负载 恒功率负载 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性4 1恒转矩负载特性4 2风机负载特性4 3恒功率负载特性 4 生产机械的负载转矩特性 电机顺时针旋转时 n为正 转矩TZ与旋转方向相反 应取正 电机逆时针旋转时 n为负 转矩TZ与旋转方向相反 应取负 恒转矩负载特性反抗性恒转矩负载 负载转矩方向总是与旋转方向相反 假设顺时针为参考方向 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性4 1恒转矩负载特性4 2风机负载特性4 3恒功率负载特性 4 生产机械的负载转矩特性 恒转矩负载特性位能性恒转矩负载 负载转矩方向固定 电机顺时针旋转时 n为正 转矩TZ与旋转方向相反 应取正 电机逆时针旋转时 n为负 转矩TZ与旋转方向相同 应取正 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的折算3 考虑传动机构损耗时的折算方法4 生产机械的负载转矩特性4 1恒转矩负载特性4 2风机负载特性4 3恒功率负载特性 4 生产机械的负载转矩特性 通风机负载特性通风机负载的转矩与转速大小有关 基本上与转速的平方成正比 为反抗性负载 属于通风机负载的生产机械有离心式通风机 水泵 油泵等 其中空气 水 油等介质对机器叶片的阻力基本上和转速的平方成正比 1 电力拖动系统运动方程式2 工作机构转矩 力 飞轮矩和质量的