第2章电力拖动动力学

1、1第二章 电力拖动基础的动力学陈小勤陈小勤13628183592136281835922主要内容主要内容3单轴系统单轴系统4多轴系统多轴系统5o 凡是由电动机作为动力，拖动各类生产机械，完成一定的凡是由电动机作为动力，拖动各类生产机械，完成一定的生产工艺要求的系统，都称为电力拖动系统。生产工艺要求的系统，都称为电力拖动系统。为了抓住本质，首先用简单的单轴电力拖动系统进行分析。为了抓住本质，首先用简单的单轴电力拖动系统进行分析。6o 外力是改变物体运动状况的原因外力是改变物体运动状况的原因)2/()/()()( ,)( ,smdtdvasmvkgmNLFNFdtdvmmaLFF，直直线线运运动动

2、部部件件的的加加速速度度，直直线线运运动动部部件件的的线线速速度度直直线线运运动动部部件件的的质质量量，的的阻阻力力作作用用在在直直线线运运动动部部件件上上的的拖拖动动力力作作用用在在直直线线运运动动部部件件上上 一、一、单轴电力拖动系统单轴电力拖动系统的直线运动方程的直线运动方程7二、二、 单轴电力拖动系统单轴电力拖动系统的旋转运动方程的旋转运动方程TTL电动机电动机生产机械nT0轴TTLn)2/()/()2()( ,)( ,sraddtdsradmkgJmNLTmNTdtdJLTT度度，转转动动部部件件的的机机械械角角加加速速速速度度，转转动动部部件件的的机机械械角角速速度度转转动动部部件

3、件的的转转动动惯惯量量，负负载载转转矩矩拖拖动动转转矩矩 MTnLTU8 在工程计算中，常用在工程计算中，常用n n代替代替 表示系统速度，用表示系统速度，用飞轮矩飞轮矩GDGD2 2代替代替 J J表示系统机械惯性表示系统机械惯性g42GD22DgG2mJ 60/2 ndtdnGDdtdngGDLTT375260242 )2( ,2)( ,)( ,)( ,)( ,mNGDmDNGmkgm 工工程程上上看看成成整整体体转转动动部部分分的的飞飞轮轮矩矩转转动动部部分分的的惯惯性性直直径径转转动动部部分分的的重重量量转转动动部部分分的的惯惯性性半半径径转转动动部部分分的的质质量量 二、二、 单轴电

4、力拖动系统的旋转运动方程单轴电力拖动系统的旋转运动方程9三种运动三种运动状态：状态：运运动动方方程程的的实实用用形形式式 dtdnGDLTT3752减速减速加速加速静止或匀速静止或匀速稳态稳态 003752003752)(003752dtdndtdnGDLTTdtdndtdnGDLTTdtdndtdnGDLTT二、二、 单轴电力拖动系统的旋转运动方程单轴电力拖动系统的旋转运动方程具具有有加加速速度度的的量量纲纲，、转转矩矩375min/,22,strnmNGDmNLTT 10 首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后规定：正方向，

5、然后规定：三、运动方程式中转矩正、负号的规定三、运动方程式中转矩正、负号的规定（1 1）电磁转矩）电磁转矩 与转速与转速 的正方向相同时为正，相反时为负。的正方向相同时为正，相反时为负。Tn（2 2）负载转矩）负载转矩 与转速与转速 的正方向相同时为负，相反时为正。的正方向相同时为负，相反时为正。LTn（3 3）惯性转矩）惯性转矩 的大小和正负号由的大小和正负号由 和和 的代数和决定。的代数和决定。TLTdtdnGD 375211u 多轴系统多轴系统单轴系统单轴系统 将将其它轴上其它轴上的转矩、飞轮矩的转矩、飞轮矩折算折算到到电动机轴电动机轴上上T GDL2等效负载等效负载TL电动机电动机T、

6、T0TL传动机构传动机构22 jTf11 j电动机电动机T、T0工作机构工作机构TfT fGDa2GDb2 12fGD12等效负载等效负载TL一、一、旋转运动旋转运动的的转矩转矩折算折算转矩折算的原则：转矩折算的原则：系统传递的功率不变系统传递的功率不变1. 电动状态电动状态ffTLT jfTffTLT 电动机电动机T、T0工作机构工作机构Tf传动机构传动机构P LTP1ffTP 2 转矩的折算是按照转矩的折算是按照速比的反比进行的速比的反比进行的13发电制动状态：功率由工作机构发电制动状态：功率由工作机构电机电机2. 2. 发电制动状态发电制动状态转矩折算的原则：转矩折算的原则：系统传递的功

7、率不变系统传递的功率不变.321321jjjjTTLff 转动机构总速比转动机构总速比转动机构总效率转动机构总效率到电机轴上的负载转矩到电机轴上的负载转矩工作轴的负载转矩折算工作轴的负载转矩折算工作轴的负载转矩工作轴的负载转矩工作轴角速度工作轴角速度电机轴角速度电机轴角速度 ffTLT jfTLfTLT 电动机电动机T、T0工作机构工作机构TL传动机构传动机构P LTP1ffTP 2 14等效负载等效负载TL二、二、旋转运动旋转运动的的飞轮矩飞轮矩折算折算飞轮矩折算的原则：飞轮矩折算的原则：系统储藏的动能不变系统储藏的动能不变电动机电动机T、T0工作机构工作机构Tf传动机构传动机构22421f

8、fgGD 22421 gGDL折算前后动能不变：折算前后动能不变：2222421421 gGDgGDLff222222jGDGDGDfffL 飞轮矩的飞轮矩的折算是按折算是按照速比平照速比平方的反比方的反比进行的进行的22222)60242142121n(gGDgGDJA 旋转物体动能公式：旋转物体动能公式：22222)60242142121n(gGDgGDJA 旋转物体动能公式：旋转物体动能公式：22222)60242142121n(gGDgGDJA 旋转物体动能公式：旋转物体动能公式：22222)60242142121n(gGDgGDJA 旋转物体动能公式：旋转物体动能公式：15二、二、旋

9、转运动旋转运动的的飞轮矩飞轮矩折算折算T GDL2等效负载等效负载TL电动机电动机T、T0TL经分析电力拖动系统折算到电动机转轴上的总飞轮矩：经分析电力拖动系统折算到电动机转轴上的总飞轮矩：22221221222)1(DLbaGDjjDGjGDGDGD 工程近似工程近似11 j电动机电动机T、T0工作机构工作机构TfT fGDa2GDb2 b2fGD22 jP12 ：例：例2-1T nGDL2等效负载等效负载TL电动机电动机T、T0TL11 j电动机电动机T、T0工作机构工作机构TfT nnfGDa2GDb2nb2fGD22 j。负负载载转转矩矩）折折算算到到电电动动机机轴轴上上的的（系系统统

10、总总飞飞轮轮矩矩）折折算算到到电电动动机机轴轴上上的的（：忽忽略略电电机机空空载载转转矩矩，求求，转转速速转转矩矩，传传动动效效率率系系统统中中，已已知知飞飞轮轮矩矩如如下下图图所所示示的的电电力力拖拖动动Lfbf11T2G1nnn85T0.930.91GGG;min,/150min,/810min,/2450,120,8 .18,5 .142222222DrrrmNmNDmNDmNDLba 17三、平移运动的三、平移运动的转矩与飞轮矩转矩与飞轮矩的折算的折算总质量总质量mL电动机电动机刨刀刨刀TnVFTnJL等效负载等效负载电动机电动机TL1.1.转矩转矩的折算的折算FvP 切切削削功功率率

11、nFvnFvFvLTFvLT 55. 9260 折折算算前前后后功功率率不不变变R18总质量总质量mL电动机电动机刨刀刨刀TnVFTnJL等效负载等效负载电动机电动机TL2.2.飞轮矩飞轮矩的折算的折算其它轴上的飞轮矩其它轴上的飞轮矩的折算按旋转运动的方法的折算按旋转运动的方法26024221221221 ngLGDLJvLm 223652602242nvfGnvLgmLGD 三、平移运动的三、平移运动的转矩与飞轮矩转矩与飞轮矩的折算的折算26024221221221 ngLGDLJvLm 223652602242nvfGnvLgmLGD 19车床主传动车床主传动20四、升降运动的四、升降运动

12、的转矩与飞轮矩转矩与飞轮矩的折算的折算T nGD2等效负载等效负载电动机电动机TL电动机电动机滚筒滚筒T nj11j22nfGDa2GDb2GDf2nbmv v提升运动：电动机为电动状态；下降运动：电动机为发电状态提升运动：电动机为电动状态；下降运动：电动机为发电状态R21（1 1）提升运动：）提升运动：1.1.转矩转矩的折算的折算（2 2）下降运动：）下降运动：nnjGRjGRnjGRLTnjGRLTGV9.55-GV9.55TGV9.55,GV9.55 或或若计入损耗则：若计入损耗则：（同平移）（同平移）或或 1-21-2-T-LT, jGRjGRjGRjGRjGRjGRjGR方向相反方向

13、相反损耗与上升时大小相同损耗与上升时大小相同负载转矩折算值负载转矩折算值22飞轮矩飞轮矩的折算按的折算按动能不变原则，与平移时相同动能不变原则，与平移时相同2.2.飞轮矩飞轮矩的折算：的折算：不论提升还是下降运动不论提升还是下降运动223652nvfGLGD 平平移移223652nvfGLGD 提升提升，高速（如：离心机），高速（如：离心机），低速；，低速；补充说明齿轮传动时：补充说明齿轮传动时：111221 jjjZZnn23起重机提升机构传动系统起重机提升机构传动系统24起重机传动机构示意图起重机传动机构示意图25多轴电力拖动系统简化总结多轴电力拖动系统简化总结o 旋转运动旋转运动（发发电

14、电机机）（电电动动机机） jfTLTjfTLT 222jGDGDfL （下降）（下降）（上升或平移）（上升或平移） nFvnFvLTnFvLTnn55. 91-255. 955. 9 GV9.55-GV9.55T223652nvLGLGD o 升降或平移运动升降或平移运动262.3 2.3 负载的转矩特性负载的转矩特性一、恒转矩负载特性一、恒转矩负载特性负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。 恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩 与转速与转速 无关的无关的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载

15、两种。特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。nLT（1）反抗性恒转矩负载）反抗性恒转矩负载T TL Ln（2）位能性恒转矩负载）位能性恒转矩负载T TL LnTLnnTL轧钢机、造纸机、皮轧钢机、造纸机、皮带传输机、机床的刀带传输机、机床的刀架平移机构架平移机构TLnnTL电梯、卷扬机、起电梯、卷扬机、起重机等提升类负载重机等提升类负载)(LTfn 27二、恒功率负载特性二、恒功率负载特性 恒功率负载特点是：负载转恒功率负载特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，即矩与转速的乘积为一常数，即 与与 成反比，特性曲线为一条双成反比，特性曲线为一条双曲线。曲线。nLTT TL Ln三、泵与

16、风机类负载特性三、泵与风机类负载特性 负载的转矩负载的转矩 基本上与转基本上与转速速 的平方成正比。负载特性的平方成正比。负载特性为一条抛物线。为一条抛物线。LTnT TL Ln12TL0车床等生产机械车床等生产机械水泵、油泵及离水泵、油泵及离心式通风机心式通风机28四、四、 系统稳定运行的条件系统稳定运行的条件 o 电力拖动系统的运动状态是由电动机的电磁转矩电力拖动系统的运动状态是由电动机的电磁转矩T T和和负载转矩负载转矩T TL L共同决定的。共同决定的。电力拖动系统的运动状态：电力拖动系统的运动状态：减速减速加速加速静止或匀速静止或匀速稳态稳态 003752003752)(003752dtdndtdnGDLTTdtdndtdnGDLTTdtdndtdnGDLTT当当T=TT=TL L时，时， ，系统处于稳定状态。该点称为工作点。，系统处于稳定状态。该点称为工作点。0 dtdn291、稳定运行的概念 当系统在某一工作点稳定运行时，扰动作用会导致系统的转速当系统在某一工作点稳定运行时，扰动作用会导致系统的转速发生变化。如果在扰动持续期间，系统能在新的条件下达到新的发生变化。如果在扰动持续期间，系统能在新的条件下达到新的平衡，在新的工作点稳速运行，而且在扰动消失后能够自动回到平衡，在新的工作点稳速运行，而且在扰动消失后能够自动回到