第八章 电力拖动的动力学基础09

电机及电气自动控制 电力拖动的动力学基础 控制 拖动 电力拖动系统示意图 8 1电力拖动系统的运动方程式 电动机 工作机构 控制设备 反馈 一 运动方程式 直线运动方程式 m 拖动力 阻力 惯性力 利用对偶关系可以得到旋转运动方程式 注意 利用上式计算时 各物理量的单位均为国际单位 特别要注意的是数字375中包含有重力加速度g 所以具有加速度的量纲 m s2 电力拖动系统的三种状态 电动机静止或匀速旋转 系统处于稳定运转状态 系统处于加速状态 处于过渡过程 系统处于减速状态 也处于过渡过程 注意 在公式推导过程中我们假设转矩T的参考方向与正方向相同 阻转矩TZ的参考方向与正方向相反 如果某物理量的实际方向与假设的参考方向相反 则该物理量的数值应该为负数 而公式的形式不应该受到影响 书本上的某些地方在T或TZ之前加上负号 应该理解为此时的T或TZ为负数 实题演练1 电力拖动装置可分为 及 等四个组成部分 2 运动方程式T TZ Jd dt中 T是 转矩 TZ是 转矩 Jd dt是 转矩 3 电动机的工作状态可由运动方程式表示 当T TZ时电动机处于 状态 当T TZ时电动机处于 状态 当T TZ时电动机处于 状态 加速 稳定 减速 4 请写出电力拖动系统的运动方程式 并说出电动机拖动转矩T与负载转矩TZ相等 不等时电力拖动系统的运行状态 8 2工作机构参量的折算 对于上图所示的实际拖动系统 如果直接应用运动方程式进行分析 需要联立多个方程组进行求解 这种做法是很繁琐的 有必要寻找一种简单的分析方法 处理方法 把工作机构及传动机构有关参量折算到电机轴进行分析 只需求解一个方程 折算原则 能量守恒原则保持两个系统传送的功率不变保持两个系统存储的动能不变需要折算的参量有 工作机构受到的阻转矩工作机构受到的直线作用力各轴的转动惯量直线运动物体的质量 一 工作机构转矩的折算 折算原则 传递的功率不变1 电动机工作在电动状态 功率从电动机 多 传递到工作机构 少 为总传动效率 j为转速比 2 电动机工作在制动状态 功率从工作机构 多 传递到电动机 少 为总传动效率 二 工作机构直线作用力的折算 折算原则 传递的功率不变1 电动机工作在电动状态 电动机带动工作机构 提升重物 为提升传动效率 2 电动机工作在制动状态 工作机构带动电动机 重物下放 为下放传动效率 对于同一重物 在提升和下放传动损耗相等的条件下 提升传动效率和下放传动效率有如下关系 证明 提升时 传动损耗 下放重物时的传动损耗与提升时相等 传递到电机轴的功率 下放传动效率 三 传动机构与工作机构飞轮力矩的折算 折算原则 存储的动能不变 折算到电机轴的总飞轮力矩 电机轴的实际飞轮力矩 各传动机构的飞轮力矩 工作机构的飞轮力矩 四 工作机构直线运动质量的折算 折算原则 存储的动能不变 注意 在一个电力拖动系统中 可能同时存在旋转运动和直线运动 此时应该把工作机构转矩的折算值和直线作用力的折算值合成作为等效的负载阻转矩 把传动机构与工作机构飞轮力矩的折算值和工作机构直线运动质量的折算值合成作为等效的负载飞轮力矩 例8 2 实题演练1 在研究多轴实际拖动系统时 需把多轴系统等效为单轴系统 等效的原则是保持两个系统 及 相同 2 工作机构直线作用力的简化折算中 当电机工作在电动状态使重物提升时 其折算公式为TZ 9 55FZvZ n c 若电动机工作在发电状态使重物下放时 其折算公式为 其中下放时的效率 c 与提升时的效率 c之间的关系为 3 工作机构直线作用力简化折算中 负载力为FZ 负载线速度为vZ 电动机转速为n 提升负载时传动机构效率为 c 下放时效率为 c 那么电动机工作在提升状态时负载折算到电动机轴上的TZ 电动机下放负载 发电制动状态 时TZ 其中当 c 0 5时 c 此时电动机应处于 制动 电动 状态才能下放重物 8 3生产机械的负载转矩特性 一 恒转矩负载特性 TZ K特点 TZ的大小与n的大小无关反抗性 TZ的方向与n的方向有关位能性 TZ的方向与n的方向无关 n 0呢 二 通风机负载特性 TZ Kn2特点 TZ的大小与n的平方成正比主要有 风扇类 泵类负载 三 恒功率负载特性 TZ K n特点 负载功率PZ基本不变 例如 车床粗加工时 切削量大 阻转矩大 此时应开低速 精加工时 切削量小 阻转矩小 为提高效率 可以开高速 两种情况下 电机的输出功率保持不变 四 实际的负载转矩特性以上是几种典型的负载转矩特性 实际的负载转矩特性往往是几种典型特性的综合 克服摩擦力 克服静摩擦力 克服风阻力 实题演练1 生产机械的负载转矩特性可归纳为三种类型 恒转矩负载特性 负载特性和 负载特性 其中恒转矩负载特性又可分为 恒转矩负载和 恒转矩负载特性 2 金属压延机构和机床平移机构属于 负载 水泵和油泵属于 负载