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第二章电力拖动系统动力学DynamicsofElectricDriveSystems,2.1电力拖动系统转动方程式2.2多轴电力拖动系统简化2.3负载转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件,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电力拖动系统转动方程式,2.1.1电力拖动系统的基本概念电力拖动拖动：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。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。,电力拖动系统组成,图2.1电力拖动系统组成,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单轴系统的运动方程式,电动机的轴和工作机构不经传动机构直接相连，工作机构为电动机的负载。,由牛顿第二定律可知,转速变化过程中出现的惯性转矩J:电动机轴上的转动惯量Kgm2,d/dt动态角速度的变化率，一般用转速的变化率dn/dt表示，由于=2n/60,注意：常数375中包含重力加速度g，具有重力加速度的单位：m/（mins）,2.2多轴电力拖动系统简化,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。,多轴系统,分析上面系统时，要对每个轴列写转动方程式，比较麻烦，因此需要简化，把多轴系统简化成单轴系统。,折算原则和方向,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。,2.2.1工作机构为转动时，转矩与飞轮矩的折算,1转矩的折算,2飞轮矩的折算,旋转物体的动能,折算前后动能不变,因此,同理有：,飞轮矩的折算续,总飞轮矩,一般形式,转子本身的飞轮矩是主要部分，为简化计算，可用下式估算,例题2-1,已知GDa2=14.5Nm2，GDb2=18.8Nm2，GDf2=120Nm2，1=0.91，2=0.93，Tf=85Nm，n=2450r/min，nb=810r/min，nf=150r/min，忽略空载转矩，求折算到电机轴上的GD2折算到电机轴上的TF,例题2-1续,解,2.2.2工作机构为平动时，转矩与飞轮矩的折算,1转矩的折算,通常给的数据是F和v，而不是R,考虑效率有：,2飞轮矩的折算,平移物体的动能,折算前后动能不变,因此,其它轴的折算与前述相同,折算后的动能,例题2-2,已知F=104N，V=0.7m/s，GDD2=100Nm2，=0.81，n=1450r/min折算到电机轴上的TF估算系统的GD2不切削时，工作台及工件方向加速，电动机以500r/(mins)恒加速度运行，计算此时系统的动转矩绝对值,例题2-2续,解,已知F=104N，V=0.7m/s，GDD2=100Nm2，=0.81，n=1450r/min折算到电机轴上的TF估算系统的GD2不切削时，工作台及工件方向加速，电动机以500r/(mins)恒加速度运行，计算此时系统的动转矩绝对值,2.2.3工作机构提升或下放运动时，转矩与飞轮矩的折算,1转矩的折算,传动机构损耗转矩,（1）提升时,（2）下放时，不考虑损耗如下式，且方向不变,起重机的转矩关系,（1）提升时,（2）下放时,下放时效率与上升时效率的关系,2飞轮矩的折算与平动相同,例题2-3,已知j=34，=0.83，R=0.11m，空钩重量G0=1470N，G=8820N，GDD2=10Nm2，当提升速度V=0.4m/s时，求电机转速忽略空载转矩时电动机所带的负载转矩以V=0.4m/s下放重物时，电动机的负载转矩,例题2-3续,解,已知j=34，=0.83，R=0.11m，空钩重量G0=1470N，G=8820N，GDD2=10Nm2，当提升速度V=0.4m/s时，求电机转速忽略空载转矩时电动机所带的负载转矩以V=0.4m/s下放重物时，电动机的负载转矩,例题2-3续,解：,已知j=34，=0.83，R=0.11m，空钩重量G0=1470N，G=8820N，GDD2=10Nm2，当提升速度V=0.4m/s时，求电机转速忽略空载转矩时电动机所带的负载转矩以V=0.4m/s下放重物时，电动机的负载转矩,例题2-4,例题2-4续,已知PN=20kW，nN=950r/min，j1=3，j2=3.5，j3=4，各级=0.95，GDa2=123Nm2，GDb2=49Nm2，GDc2=40Nm2，GDd2=465Nm2，d=0.6m，空钩重量G0=1962N，G=49050N，忽略电机空载损耗，忽略钢丝绳重量，忽略滑轮传递损耗，求：以V=0.3m/s提升重物时，负载（重物及吊钩）转矩、卷筒转速、电机输出转矩及电机转速负载及系统的飞轮矩（折算到电动机轴上）以a=0.1m/s2提升重物时，电动机的输出转矩,例题2-4续,解,以V=0.3m/s提升重物时，负载（重物及吊钩）转矩、卷筒转速、电机输出转矩及电机转速,例题2-4续,解,负载及系统的飞轮矩（折算到电动机轴上）,例题2-4续,解,以a=0.1m/s2提升重物时，电动机的输出转矩,2.3负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行条件,负载的转矩特性是指生产机械工作机构的负载转矩与转速之间的关系即：n=f(TL)1恒转矩负载的转矩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。,2.3.1负载的转矩特性,（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。制动性转矩当正转时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,（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,2.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。,3.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。,2.3.2电力拖动系统稳定运行的条件,稳定运行经过一定的加减速过程后，最终能进入均速运行状态均速运行中，外来干扰引起运行速度变化，干扰消除后，系统能恢复到原来的运行速度继续均速运行。,当电动机的转矩TTL时，系统加速；反之，系统减速。T=TL时，系统转速稳定。也就是说在电动机的机械特性与负载的机械特性的交点处转速将不变。,转速不变并不意味着电动机在该点就能稳定运行。判断工作点是否稳定的方法为：给该点施加干扰，使转速变化，然后取消干扰，如果转速能恢复，则该点为稳定点，反之为不稳定点。,影响稳定运行的因素负载的机械特性恒转矩负载变转矩负载电动机的机械特性下降曲线上翘曲线负载的机械特性中有：恒转矩负载，例如，起重机、卷扬机、电梯类负载；变转矩负载，例如：水泵、风扇等。,运行于点，TTL，对应的转速为n点，干扰LTL+T，则TTL，转速上升，离点愈来愈远不稳定。,T,T,n,nA,nA,A,A,T,T,n,nA,nA,A,A,