电力拖动基础绪论第一章课件

电力拖动基础

上海工程技术大学

电气工程系—电力拖动基础—6/7/20231电力拖动基础前言一、本课程性质及其特点：

《电力拖动基础》是电气工程专业的一门专业课。本课程主要研究交、直流电动机的各种运行状态、特性，详细论述电动机拖动系统的稳态和动态分析、各种调速方法以及工程计算。

本课程注重概念的理解，公式虽然较复杂，但要在理解的基础上去记忆。本课程的主要内容如下：

第一章：电力拖动系统的动力学基础

第二章：直流电动机拖动系统

第三章：三相异步电动机的机械特性、起动和制动

第四章：交流异步电动机拖动系统的调速

第五章：多电动机拖动系统

第六章：电动机的选择6/7/20232电力拖动基础二、要求：

1、认真听讲作笔记，不要寄希望于考前两天的学习；

2、认真完成作业；

3、要多理解，活学活用，不要死记硬背。6/7/20233电力拖动基础三、参考书：1、王毓东编《电机学》上、下浙江大学出版2、顾绳谷编《电机及拖动基础》机械工业出版社3、黄立培编《电动机控制》清华大学出版社6/7/20234电力拖动基础四、概述6/7/20235电力拖动基础6/7/20236电力拖动基础6/7/20237电力拖动基础电力拖动发展的历史、现状与发展趋势6/7/20238电力拖动基础6/7/20239电力拖动基础6/7/202310电力拖动基础6/7/202311电力拖动基础11.1电力拖动系统的组成11.2典型生产机械的运动形式11.3电力拖动系统的运动方程11.4多轴旋转系统的折算11.5平移运动系统的折算11.6升降运动系统的折算第一章电力拖动系统的动力学基础1.1电力拖动系统的组成1.2典型生产机械的运动形式1.3电力拖动系统的运动方程1.4多轴旋转系统的折算1.5平移运动系统的折算1.6升降运动系统的折算1.7生产机械的典型负载转矩特性1.8

电力拖动系统稳定运行的条件6/7/202312电力拖动基础1.1电力拖动系统的组成

拖动：原动机带动生产机械运动。电力拖动：用电动机作为原动机的拖动方式。1.电力拖动系统的组成电动机传动机构工作机构控制设备电源2.电力拖动系统的优点(1)电能易于生产、传输、分配。(2)电动机类型多、规格全，具有各种特性，能满足各种生产机械的不同要求。6/7/202313电力拖动基础(3)电动机损耗小、效率高、具有较大的短时过载能力。(4)电力拖动系统容易控制、操作简单、便于实现自动化。3.应用举例精密机床、重型铣床、初轧机、高速冷轧机、高速造纸机、风机、水泵……6/7/202314电力拖动基础1.2典型生产机械的运动形式一、单轴旋转系统电动机、传动机构、工作机构等所有运动部件均以同一转速旋转。二、多轴旋转系统电动机工作机构电动机工作机构6/7/202315电力拖动基础三、多轴旋转运动加平移运动系统四、多轴旋转运动加升降运动系统电动机

工作机构

电动机

G6/7/202316电力拖动基础1.3电力拖动系统的运动方程式一、单轴电力拖动系统的运动方程T2－TL=Jdd

t※

J——转动惯量（kg·m2）

——旋转角加速度（rad/s2）

——惯性转矩（N·m）

T2=T－T0※电动状态时，T0与T

方向相反，T2＞0，T0＞0。制动状态下放重物时，T0与T

方向相同，T2＞0，T0＜0。dd

tJdd

t

电动状态T2T0

制动状态下放重物T2T0

正方向6/7/202317电力拖动基础T－TL=Jdd

t忽略T0，则飞轮矩(N·m2)因为

J=m2Gg=D2（）2GD24g=旋转部分的质量（kg）回转半径(m)2n60T2－TL=GD2

d4g

d

t回转直径(m)※对于均匀实心圆柱体，与几何半径R的关系为R2==GD2

dn375d

tGD2

dn375d

tT2－TL=6/7/202318电力拖动基础GD2

dn375d

tT－TL=忽略T0，有

当T2＞TL时，→n

dnd

t＞0→加速的瞬态过程。

当T2=TL时，dnd

t=0稳定运行。

当T2＜TL时，→n

dnd

t＜0→减速的瞬态过程。n=0n=

常数6/7/202319电力拖动基础负载吸收的功率1.T2＞0，电动机输出机械功率2.T2

＜0，电动机输入机械功率二、单轴电力拖动系统的功率平衡方程T2

－TL

=Jdd

t（）=dd

tJ

212电动机输出的功率系统动能P2－PL=Jdd

t即T2

与Ω方向相同。

——电动状态。即T2

与Ω方向相反。

——制动状态。

电动状态1T2TL

制动状态1T2TL电动状态2T2TL制动状态2T2TL6/7/202320电力拖动基础3.TL

＞0，负载从电动机吸收机械功率。4.TL

＜0，负载释放机械功率给电动机（拖动系统）。5.P2＞PL，6.P2＜PL，

Ω和n不能突变，

即系统不可能具有无穷大的功率。

即TL

与Ω方向相反。即TL与Ω方向相同。，加速状态，

，减速状态，否则J→∞

dd

t

电动状态1T2TL

制动状态1T2TL电动状态2T2TL制动状态2T2TL系统动能增加。系统动能减少。6/7/202321电力拖动基础1.4多轴旋转系统的折算z1z4z5z2z3z6效等一、等效负载转矩等效（折算）原则：机械功率不变。

TL=Tm

tΩm

ΩL=Tmjt电动机工作机构nTLn1n2nmTm电动机等效负载nTLTLΩt

=

TmΩm

传动机构的效率传动机构的转速比6/7/202322电力拖动基础

传动机构的总转速比

j=j1·j2·

jmΩΩmj=nnm=

1※j1=nn1=1

2j2=n1n2=2

m

jm

=n2nm=

常见传动机构的转速比的计算公式：(1)齿轮传动n1n2j=z2z1=(2)皮带轮传动n1n2j=D2D1=(3)蜗轮蜗杆传动n1n2j=z2z1=齿轮的齿数皮带轮的直径蜗轮的齿数蜗杆的头数6/7/202323电力拖动基础二、等效转动惯量（飞轮矩）等效（折算）原则：动能不变。设各部分的转动惯量为：12JΩ2

=12JR

2

12J11212JmΩm2nTLn1n2z1z4z5z2z3z6电动机工作机构nmTmJRJ1J2Jm＋＋12J222

＋J

=JR＋J1＋J2＋Jm

n1nnmn222n2nJ

=JR＋J1＋J2＋Jm

Ω1ΩΩmΩ22

2Ω2Ω6/7/202324电力拖动基础如果在电动机和工作机构之间总共还有n

根中间轴，则:j=j1j2···

jn

jm或:GD2=4gJJ2j1j2J

=JR＋

＋

＋J1j1222Jmj1j2

jm222J2j1j2

=JR＋

＋

＋J1j1222Jmj

2J

=JR＋J1＋J2＋···＋Jn

＋Jm

n1nnnn2222n2nnmnJ2

(j1j2)J

=JR＋

＋＋···＋

＋J1j122Jn(j1j2···

jn

)2Jmj

26/7/202325电力拖动基础

【例1.1】某车床电力拖动系统，传动机构为齿轮组（如图示），经两级减速后拖动车床的主轴，已知n=1440r/min，切削力F=2000N，工件直径d=150mm，各齿轮的齿数为z1=15，z2=30，z3=30，z4

=45，各部分的转动惯量JR=0.0765kg·m2，J1=0.051kg·m2，Jm=0.0637kg·m2

。传动机构的传动效率t=0.9。求：(1)切削功率Pm

和切削转矩Tm；(2)折算成单轴系统后的等效TL、JL和GD2。解：(1)切削功率Pm

和切削转矩TmnJR

n1J1z1z4z2z3电动机车床nm

Jm

z2z1j2===23015z4z3jm

===1.54530j=j1

jm

=2×1.5=3njnm

==r/min=480r/min144036/7/202326电力拖动基础

d

nm60Pm

=F3.14×0.15×48060

=2000×W=7.536kW

TN

=260Pmnm

=×N·m=150N·m

602×3.147536480(2)折算成单轴系统后的等效TL、JL和GD2TL=Tmjt

=N·m=55.56N·m

1503×0.9

J=JR＋

＋

J1j12Jmj

2

=0.0765＋

＋kg·m2

=0.0963kg·m2

0.051220.0637

32()GD2=

4gJ=4×9.81×0.0963N·m2

=3.78N·m2

6/7/202327电力拖动基础

目的将平移作用力Fm

折算为等效转矩TL

。将平移运动的质量m折算为等效J或GD2

。一、等效负载转矩等效（折算）原则：机械功率不变。

TLt=Fmvm1.5平移运动系统的折算vmFm

作用力

平移速度432n1工件(m)刨刀齿条齿轮

电动机输出的机械功率

切削功率TL=FmvmtΩ=Fmvmtn6026/7/202328电力拖动基础二、等效转动惯量（飞轮矩）等效（折算）原则：动能不变。1.平移运动折算成旋转运动vmFm

作用力

平移速度432n1工件(m)刨刀齿条齿轮12JmΩ2

=12m

vm

2Jm

=m

vm

Ω22Gmg

vm

n2Jm

=

60222

=9.3Gm

vm

n226/7/202329电力拖动基础2.等效单轴系统的转动惯量和飞轮矩12JΩ2

=12JR

2

12J112＋＋12J222

＋12m

vm

212JΩ2

=JR

2＋J112＋J222＋JmΩ212121212J

=JR＋J1＋J2＋Jm

Ω1Ω22Ω2ΩJ

=JR＋J1＋J2＋Jm

n1n22n2n

一般公式：J2

(j1j2)J

=JR＋

＋＋···＋

＋Jm

J1j122Jn(j1j2···

jn

)26/7/202330电力拖动基础

【例1.2】有一大型车床，传动机构如图示。已知：刀架重：Gm

=1500N

移动速度：vm=0.3m/s刀架与导轨之间的摩擦系数：

=0.1电动机：n=500r/min，

JM=2.55kg·m2齿轮1：z1=20，Jz1=0.102kg·m2齿轮2：z2=50，Jz2=0.51kg·m2齿轮3：z3=30，Jz3=0.255kg·m2齿轮4：z4=60，Jz4=0.765kg·m2传动机构：t=0.8求:电动机轴上的等效TL和J

。

解:

(1)等效TL

平移作用力

Fm

=

Gm=0.1×1500N=150NvmFm432n1工件(m)刨刀齿条齿轮6/7/202331电力拖动基础TL=Fmvmtn602

=×N·m=1.075N·m

606.28150×0.30.8×500(2)等效转动惯量Jz2

z1j1=50

20

==2.5z4

z3j2=60

30

==2

JR=JM＋Jz1

J1=Jz2＋Jz3J2=Jz4

=

(2.55＋0.102)kg·m2

=2.652kg·m2

=(0.51＋0.255)kg·m2

=0.765kg·m2

=0.765kg·m2

Jm

=9.3Gm

vm

n22

=9.3×kg·m2

1500×0.32

5002=0.00502kg·m2

6/7/202332电力拖动基础J2

(j1j2)J

=JR＋

＋＋Jm

J1j1220.765

(2.5×2)2

=

2.652＋

＋＋0.00502kg·m2

0.7652.52=

2.652kg·m26/7/202333电力拖动基础

电动机输出的机械功率PL工作机构的机械功率Pm

1.6升降运动系统的折算

目的将Gm

折算为等效TL。将m折算为等效J。一、等效负载转矩（升降力的折算）

TLt=GmvmGm电动机vmz2

z1z4

z3

提升重物时，Gm是阻力，电动机工作在电动状态，PL＞Pm；下放重物时，Gm是动力，电动机工作在制动状态，PL＜Pm。TL=GmvmtΩ=Gmvmtn6026/7/202334电力拖动基础

传动效率：t=×100%PmPL则提升时t＜1

，下放时t＞1。二、等效转动惯量（升降质量的折算）1.升降运动折算成旋转运动12JmΩ2

=12m

vm

2Jm

=m

vm

Ω22

=9.3Gm

vm

n222.等效单轴系统的转动惯量J2

(j1j2)J

=JR＋

＋＋···＋

＋Jm

J1j122Jn(j1j2···

jn

)26/7/202335电力拖动基础

abcdefgh

电动机蜗杆蜗轮齿轮齿轮卷筒导轮重物双头2010400.150.0250.400.07581.251.25100000.10.1

【例1.3】某起重机的电力拖动系统如图示。各运动部件的的有关数据如下：

编号

名称齿数转动惯量J/kg·m2重力G/N直径d/m传动效率t=0.8，提升速度vm=9.42m/s。试求电动机的转速na以及折算到电动机轴上的等效TL和J。dnabafgcehvm6/7/202336电力拖动基础

解:

(1)电动机的转速na

卷筒和导轮的转速

nf

=

ng

=vm

dg

=

r/min=30r/min

9.42

3.14×0.1

转速比zc

zb

j1=20

2

==10ze

zd

j2=40

10

==4转速na

na

=

nb

=j1

j2nf

=10×4×30

r/min=1200

r/mindnabafgcehvm6/7/202337电力拖动基础dnabafgcehvm(2)求等效负载转矩TL

TL=Gmvmtn602

=×N·m=937N·m

606.2810000×9.420.8×1200(3)求等效转动惯量J

JR=

Ja＋Jb

J1=

Jc＋JdJ2=

Je＋Jf＋Jg

=(8＋1.25＋1.25)kg·m2=10.5kg·m2

=

(0.15＋0.025)kg·m2

=0.175kg·m2

=(0.4＋0.075)kg·m2

=0.475kg·m2

6/7/202338电力拖动基础

Jm

=9.3Gm

vm

n22

=9.3×kg·m2

10000×9.422

12002=5.73kg·m2

dnabafgcehvmJ2

(j1j2)J

=JR＋

＋＋Jm

J1j12210.5

(10×4)2

=

0.175＋

＋＋5.73kg·m2

0.475102=

5.916kg·m26/7/202339电力拖动基础传动机构

更多的图片6/7/202340电