第二章 电力拖动系统的动力学基础

电机原理及拖动主讲人：方炜安徽工业大学电气信息学院第二章电力拖动系统的动力学基础典型生产机械的运动形式及转矩1电力拖动系统的运动方程式多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩的折算234负载的机械特性电力拖动:以电动机为原动机拖动生产机械运转的拖动方式。电力拖动系统:由电动机、机械传动机构、生产机械的工作机构、电动机的控制设备以及电源等五部分组成的综合机电装置。2.1典型生产机械的运动形式及转矩电源电动机传动机构工作机构控制设备典型生产机械的运动形式和转矩（一）运动形式1、单轴旋转系统特征：电动机的转子与负载轴通过联轴器连接在一起。所有运动运动部分均以同一转速旋转。如通风机。2、多轴旋转系统特征：各轴转速不同，主轴转速比电动机转速低。电动机转子通过皮带轮和减速机与主轴相连接。如车床。3、多轴旋转和平移运动系统特征：负载既有旋转运动又有平移运动。如起重机的起重小车。4、多轴旋转和升降运动系统特征：负载既有旋转又有升降运动。如起重机的提升机构。（二）生产机械的转矩性质两种类型：1、摩擦力产生的转矩---反抗性转矩特点---转矩方向总是与旋转方向相反。

2、重力作用产生的转矩---位能性转矩特点---作用方向与生产机械的旋转方向无关电力拖动系统的运动规律的分析主要研究作用在电动机轴上的转矩与电动机转速变化之间的关系n=f(T).分析方法：先对单轴运动系统进行分析，得出一般规律对多轴运动系统，则通过折算等效成单轴运动系统后再运用单轴运动系统的规律。2.2电力拖动系统和运动方程式单轴系统：电动机轴直接联结生产机械1单轴电力拖动系统的运动方程式TT0TmTTl各物理量正方向电动机生产机械Jm2.2电力拖动系统和运动方程式1单轴电力拖动系统的运动方程式根据力学知单轴系统的运动方程式：转矩单位为N.m;J为Kgm2;Ω为rad/s。该式是研究电力拖动系统各种运转状态的基础。在工程计算中，常用n代替Ω；用飞轮力矩GD2代替J。(2-1)2.2电力拖动系统和运动方程式1单轴电力拖动系统的运动方程式m----转动部分的质量，kg;G----转动部分的重力，N；ρ----转动部分的回转半径，m;D----回转直径，m;g----重力加速度，取g=9.81m/s2运动方程式变为实用形式:加速减速匀速或停止2.2电力拖动系统和运动方程式1单轴电力拖动系统的运动方程式如何判断正负值？——选定和的参考方向规定n及T的参考方向:对观察者而言逆时针为正,反之为负.TL的参考方向:-----------顺-----------------.(2-3)2.2电力拖动系统和运动方程式2电力拖动系统的转动惯量及飞轮力矩式(2-1)(2-3)分析时需要知道负载转矩外，还需要转动惯量或者飞轮力矩飞轮惯量GD2GDR2（电机转子部分）

GDm2(生产机械部分）转动惯量JJ=mρ2ρ----查表实际计算时由GD2=4gJ=4gmρ2=4Gρ2

求出J或GD22.2电力拖动系统和运动方程式3功率平衡方程式运动方程式两端同乗Ω即得功率平衡方程式判断电动机是输出机械功率还是从拖动系统中吸收功率，完全取决于电磁转矩T和速度Ω的方向。

T与Ω同方向时TΩ>0,电动机输出功率;T与Ω反方向时TΩ<0,电动机从旋转的拖动系统中

吸收机械功率.TL与Ω反方向时TLΩ>0,生产机械从拖动系统中吸收能量;反之表示放出机械功率给系统.2.3多轴拖动系统转矩/飞轮力矩的折算在实际生产中：

(1)工艺要求拖动系统有着比较低的转速；

(2)电机制造中为了合理使用材料，一般制成额定转速比较高的旋转电机；在电动机和生产机械中加设减速机构，如齿轮减速箱、传动带等，因此多轴拖动系统的转矩和飞轮力矩的折算是必须的。2.3多轴拖动系统转矩/飞轮力矩的折算1多轴旋转系统负载转矩及飞轮力矩的折算等效负载GD2eqTΩTmeq电动机GDR2TΩj1j2ΩmTmGDm2GD12生产机械电动机Ω1折算的原则：保持折算前后系统传递的功率不变。设折算前多轴系统中负载功率为

折算后等效单轴系统的功率为为传动机构的传速比实际中考虑传动效率：(一)负载转矩的折算2.3多轴拖动系统转矩/飞轮力矩的折算1多轴旋转系统负载转矩及飞轮力矩的折算折算的原则：折算前后系统总动能不变。

(二)飞轮力矩的折算得单轴系统等效转动惯量上式两边同乗以4g得折算到电动机轴上的飞轮力矩2.3多轴拖动系统转矩/飞轮力矩的折算1多轴旋转系统负载转矩及飞轮力矩的折算(二)飞轮力矩的折算n个中间轴:主体部分所占比重小故有估算公式：2.3多轴拖动系统转矩/飞轮力矩的折算1多轴旋转系统负载转矩及飞轮力矩的折算(二)飞轮力矩的折算多轴系统折算到电动机轴上时的等效单轴系统的运动方程式可写成：2.3多轴拖动系统转矩/飞轮力矩的折算2平移运动系统的折算桥式起重机的起重小车、龙门刨床等，其工作机构作平移运动。工作台刨刀工件FmTnT0Teqnm电动机vm2.3多轴拖动系统转矩/飞轮力矩的折算2平移运动系统的折算(一)阻力Fm的折算Fm反映到电动机轴上，表现为负载转矩Tmeq,电动机轴上的切削功率为TmeqΩ。不考虑传动机构的损耗时，可得考虑传动机构的损耗时Fm为平移部件的阻力，单位为N2.3多轴拖动系统转矩/飞轮力矩的折算2平移运动系统的折算(二)平移运动部件质量的折算折算原则：折算前后系统贮存动能不变。折算到电动机轴上后，等效飞轮力矩为GD2meq,其动能为运动部件的动能为:令上两式相等：2.3多轴拖动系统转矩/飞轮力矩的折算3工作机构为升降运动时转矩与飞轮力矩的折算等效负载转矩和等效飞轮力矩TnT0Tmnmvm2R等效负载NTeq2.4负载的机械特性1恒转矩负载特性(一)反抗性恒转矩负载负载的机械特性：生产机械工作机构的转矩与转速之间的函数关系。Tmnm0特点：转矩由摩擦力产生的，它的绝对值大小不变，但作用方向总是与旋转方向相反，是阻碍运动的制动转矩。2.4负载的机械特性1恒转矩负载特性(二)位能性恒转矩负载特点：由重力作用产生，是工作机构的转矩绝对值大小恒定不变，而且作用方向也保持不变。