电机拖动(动力学)[教育类别]

1、电机与拖动电机与拖动 第第 二二 章章 电电 力力 拖拖 动动 系系 统统 的的 动动 力力 学学 基基 础础 1培训类 电机与拖动电机与拖动 电电 力力 拖拖 动动 系系 统统 的的 动动 力力 学学 基基 础础 生产机械的运动形式生产机械的运动形式 运运 动动 方方 程程 飞飞 轮轮 矩矩 的的 折折 算算 负载的机械特性负载的机械特性 2培训类 电机与拖动电机与拖动 第二章第二章 电力拖动系统的动力学基础电力拖动系统的动力学基础 本章要求：本章要求： 掌握拖动、电力拖动、负载机械特性、电力掌握拖动、电力拖动、负载机械特性、电力 拖动系统的转动惯量、飞轮力矩、拖动转矩、阻拖动系统的转动惯量

2、、飞轮力矩、拖动转矩、阻 转矩以及转矩正方向规定的转矩以及转矩正方向规定的基本概念基本概念。 熟悉生产机械典型的熟悉生产机械典型的运动形式运动形式。 掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。 熟练掌握单轴电力拖动系统的熟练掌握单轴电力拖动系统的运动方程式运动方程式， 并会利用其并会利用其判断判断系统的系统的工作状态工作状态。 会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩等效等效 成单轴系统。成单轴系统。 掌握典型的掌握典型的负载机械特性负载机械特性。 3培训类 电机与拖动电机与拖动 第一节第一节 典型生产机械运动形式及转矩典型生产机械运动

3、形式及转矩 一、电力拖动系统的基本概念一、电力拖动系统的基本概念 电力拖动是用电力拖动是用电动机电动机带动生产机械运动，以带动生产机械运动，以 完成一定的生产任务。完成一定的生产任务。 电力拖动系统的组成电力拖动系统的组成 电源电源 控制设备控制设备电动机电动机传动和工作机构传动和工作机构 上上 下下 4培训类 电机与拖动电机与拖动 二、典型生产机械运动形式和转矩二、典型生产机械运动形式和转矩 1、离心式风机、离心式风机 负载转矩负载转矩TL=kn2单轴旋转系统单轴旋转系统 2、车床主轴传动系统、车床主轴传动系统 负载转矩负载转矩TL与与n无关无关 多轴旋转系统多轴旋转系统 3、平移传动系统、

4、平移传动系统 负载转矩负载转矩TL与与n无关无关多轴旋转系统多轴旋转系统 4、提升传动系统、提升传动系统 负载转矩负载转矩TL与与n无关无关多轴旋转系统多轴旋转系统 上上 下下 5培训类 电机与拖动电机与拖动 生产机械转矩分为：生产机械转矩分为：摩擦阻力摩擦阻力产生的和产生的和重重 力力作用产生的。作用产生的。 摩擦阻力摩擦阻力产生的转矩为产生的转矩为反抗性转矩反抗性转矩，其作，其作 用用方向与方向与n相反相反，为制动转矩。，为制动转矩。 重力重力产生的转矩为产生的转矩为位能性转矩位能性转矩，其作用，其作用方方 向与向与n无关无关，提升时为制动转矩；下放时为拖，提升时为制动转矩；下放时为拖 动

5、转矩。动转矩。 上上 下下 6培训类 电机与拖动电机与拖动 第二节第二节 电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程 一一. 单轴电力拖动系统的运动方程单轴电力拖动系统的运动方程 电动机电动机生产机械生产机械 Tem nTmT0 研究运动方程研究运动方程,以电动机的轴为研究对象，以电动机的轴为研究对象， 电动机运行时的电动机运行时的轴受力轴受力如图示。如图示。 轴 TemTL n 电力拖动系统电力拖动系统正方向正方向的规定：的规定：先规定转速先规定转速n 的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正的正 方向相同，规定负载转矩的正方向与方向相同，规定负载转矩

6、的正方向与n的正方向的正方向 相反。相反。 上上 下下 7培训类 电机与拖动电机与拖动 轴 TemTL n 电动机运行时的轴受力如电动机运行时的轴受力如 图示，由力学定律可知图示，由力学定律可知,其必须其必须 遵守下列动力学方程式遵守下列动力学方程式: Tem-TL=J d dt Tem：电磁转矩；：电磁转矩； TL：负载转矩：负载转矩,N.m J：电动机轴上的总转动惯量，：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2 ：电动机角速度电动机角速度,rad/s 在工程计算中在工程计算中,常用常用n代替代替 表示系统速度表示系统速度, 用飞轮力矩用飞轮力矩GD2代替代替J表示系统机械惯性。表示系统机械惯性。

7、 上上 下下 8培训类 电机与拖动电机与拖动 m：系统转动部分的质量，：系统转动部分的质量，Kg G：系统转动部分的重量，：系统转动部分的重量，N ：系统转动部分的转动半径，：系统转动部分的转动半径，m D ：系统转动部分的转动直径，：系统转动部分的转动直径，m g ：重力加速度重力加速度=9.8m/s2 Tem-TL=J d dt 上上 下下 dt dn 375 GD dt dn 60 2 g4 GD TT 22 Lem 60 n 2 g GDD g G mJ 44 22 2 TemTL n M D 9培训类 电机与拖动电机与拖动 GD2：系统转动部分的总飞轮惯量（飞轮矩）：系统转动部分的总

8、飞轮惯量（飞轮矩） 系数系数375具有具有m/min.s量纲量纲 电力拖动系统的运动状态：电力拖动系统的运动状态： 上上 下下 dt dn 375 GD TT 2 Lem 稳稳态态匀匀速速当当,0 dt dn ,TT Lem 暂暂态态加加速速当当,0 dt dn ,TT Lem 暂暂态态减减速速当当,0 dt dn ,TT Lem TemTL n M 10培训类 电机与拖动电机与拖动 二、转动惯量及飞轮惯量（飞轮矩）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转动惯量是物体绕定轴旋转时转动惯性的度量 即：即：J =m 2 GD2=4gJ=4gm 2=4G 2 dm

9、 rr mJ i i 22 上上 下下 注意：注意：转动惯量与方向无关转动惯量与方向无关； 即所有绕定轴旋转的物体都即所有绕定轴旋转的物体都 有转动惯量。有转动惯量。 J =(m1+m2)(D/2)2 m1 m2 n D 11培训类 电机与拖动电机与拖动 三三、功率平衡方程、功率平衡方程 得出功率平衡方程得出功率平衡方程 Tem-TL=J d dt T em -TL = J d dt =(1/2 J 2) d dt 电动机产生电动机产生(T em 0) 或吸收的机械功率或吸收的机械功率 （ Tem 0) 或释放的机械功率或释放的机械功率 (TL 0 ,TL 0阻转矩阻转矩 下放时：下放时： n

10、0拖动转矩拖动转矩 上上 下下 18培训类 电机与拖动电机与拖动 n TL 0 TL 由于存在传动转矩损耗由于存在传动转矩损耗T，因此因此 提升系统中，提升和下放时，电提升系统中，提升和下放时，电 机轴承受的负载转矩不等。机轴承受的负载转矩不等。 提升时，提升时， Tem=T+TL=TL升 升 。 。 TL升 升 下放时，下放时， TL=T+Tem Tem=TL - T = TL下 下。 。 TL下 下 TL T Tem 19培训类 电机与拖动电机与拖动 二、风机负载机械特性二、风机负载机械特性 负载转矩与转速成负载转矩与转速成 平方关系平方关系TL=kn2。 n TL 0 风力发电机风力发电

11、机 上上 下下 20培训类 电机与拖动电机与拖动 三、恒功率负载机械特性三、恒功率负载机械特性 负载转矩与转速成反比关系负载转矩与转速成反比关系TL=k/n n TL 0 负载功率负载功率 60 2 60 2 k n TTPLLL 它与它与n无关，称恒功无关，称恒功 率负载。率负载。 下下上上 21培训类 电机与拖动电机与拖动 思思 考考 题题 1 拖动系统的运动方程式是怎样建立的？怎样用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？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？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

12、出现？动态什么是动态转矩，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？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？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，折算依据的原为什么要进行转矩和惯量折算，折算依据的原 则是什么？则是什么？ 下下上上 22培训类 电机与拖动电机与拖动 6 如何确定运动方程式中电动机转矩和负载转矩如何确定运动方程式中电动机转矩和负载转矩 的符号？的符号？ 7 在一个拖动系统中同时存在向上和向下运动的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一负？为什物体，在计算系统惯量时是否为一正一负？为什 么？么