第7章电力拖动基础

1、电机与拖动,1,第7章 电力拖动基础,2,第7章 电力拖动基础,7.1 电力拖动系统的组成与分类,7.3 电力拖动系统的负载特性,7.2 电力拖动系统运动方程式,7.4 电力拖动系统的稳定运行条件,7.5 电力拖动系统调速的基本概念,下一章,上一章,返回主页,3,7.1 电力拖动系统的组成与分类,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。 一、电力拖动系统的组成,电动机,1. 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。,4,(3) 电动机损耗小、效率高、具有较大的短时 过载能

2、力。,(4) 电力拖动系统容易控制、操作简单、 便于实现自动化。 2. 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,5,二、典型的电力拖动系统,1. 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。,2. 多轴旋转系统,6,3. 多轴旋转运动加平移运动系统,4. 多轴旋转运动加升降运动系统,7, J 转动惯量（kgm2）； 旋转角加速度（rad/s2）； 惯性转矩（Nm）。 电动状态时， Te0，n0，TL0 。 制动状态下放重物时，Te0，n0，TL0 。,7.2 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,电动状态,

3、制动状态下放重物,正方向,8,因为 J = m 2,旋转部分 的质量(kg),回转半径 (m),回转直径 (m), 对于均匀实心圆柱体， 与几何半径 R 的关系为,9,当 TeTL 时，,n ,加速的暂态过程。,当 Te = TL 时，,稳定运行。,当 TeTL 时，,n,减速的暂态过程。,动转矩,10,负载吸收 的功率,(1) Te 0 ， 电动机输出机械功率 (2) Te 0 ， 电动机输入机械功率,单轴电力拖动系统的功率平衡方程,电磁功率,系统动能,即 Te 与 方向相同。 电动状态。 即 Te 与 方向相反。 制动状态。,11,(3) TL 0， 负载从电动机吸收机械功率。 (4) T

4、L 0， 负载释放机械功率给电动机（拖动系统）。 (5) PePL， (6) PePL， 和 n 不能突变， 即系统不可能具有无穷大的功率。,即 TL 与 方向相反。 即 TL与 方向相同。 ，加速状态， ，减速状态，,系统动能增加。 系统动能减少。,12,1. 多轴旋转运动系统,二、多轴电力拖动系统的折算,j1,j2, j1、j2 齿轮传动比； ng、Tg 工作机构的转速、阻转矩。,13,TLc = Tgg,传动机构的效率,传动机构的转速比,(1) 等效负载转矩 TL 等效折算原则：机械功率不变。,传动机构的总转速比,= j1 j2,14,常见传动机构的转速比的计算公式： 齿轮传动 皮带轮传

5、动 蜗轮蜗杆传动,15,(2) 等效飞轮矩 GD2 等效折算原则：动能不变。 设各部分的转动惯量为：,GD2,16, = 0.2 0.3 。,估算方法：,17,【例71】 图示的三轴拖动系统，已知工作机构的 转矩 Tg= 236 Nm，转速为 ng128 r/min；速比为 j1=2.4， j2 = 3.2；各级传动效率均为 0.9；飞轮矩 GDd26.5Nm2， GD12 = 1.4 Nm2，GD22 = 2.8 Nm2，GD321.6 Nm2， GD42 = 3.1Nm2，GDg225 Nm2，求折算到电动机轴上 的负载转矩和总飞轮矩。,解：总传动效率为,总速比为,18,折算到电动机轴上的

6、负载飞轮矩为,总飞轮矩为,折算到电动机轴上的负载转矩为,19,目的 将平移作用力 Fg 折算为等效转矩 TL 。 将平移运动的质量 m 折算为等效的 GD2 。 (1) 等效负载转矩 TL 等效折算原则：机械功率不变。,2. 平移运动系统的折算,作用力,平移速度,切削功率,TL c = Fgvg,20,(2) 等效飞轮矩 GD2 等效折算原则：动能不变。 平移运动折算到电动机轴上的旋转运动：,21,【例72】 龙门刨床的传动系统如下图示，各级 传动齿轮及运动体的数据见表7-1，已知电动机的转速 n = 558 r/min，工件的切削力Fg20000 N，切削速度 vg 0.167 m/s，工作

7、台与导轨的摩擦系数 0.1，传动机构 的效率为c0.8，由垂直方向切削力所引起的工作台与 导轨间的摩擦损失可略去不计。试求折算到电动机轴上 的总飞轮矩和负载转矩。,22,表7-1 例题 7-2 已知数据表,23,旋转部分的飞轮矩为,解：传动机构的速比,平移运动部分的重量为 Gg = G1G2 = (300007000) N = 37000 N,24,折算到电动机轴上的总飞轮矩为,平移运动部分折算到电动机轴上的飞轮矩为,工作台与导轨的摩擦力为,折算到电动机轴上的总负载转矩为,25,3. 升降运动系统的折算,(1) 提升运动的转矩折算 TL c = Ggvg,(2) 下降运动的转矩折算 TL =

8、Ggvg c,26,提升效率 c 与下降效率 c 之间的关系, 当c = 0.5 时： 提升时，M 的输出转矩一半克服重力 T ， 一半克服损耗 T ； 下放时，重力 T 正好等于损耗 T ，M 输出T 为零； 当c 0.5 时（轻载或空载）： 提升时，M 的输出T 小半克服重力 T，大半克服损耗 T； 下放时，重力 T 不足于克服损耗转矩，需要 M 输出 T 帮助下放重物。,提升时的损耗,下降时的损耗,27,(3) 等效飞轮矩 GD2 等效折算原则：动能不变。 升降运动折算到电动机轴上的旋转运动：,28,【例73】 起重机的传动系统如下图示，已知重物 Gg = 1500 N，齿轮速比为 j

9、= 8，提升重物时的效率c 0.92，提升重物的速度 vg = 0.8 m/s，电动机转速 n = 150 r/min，电动机飞轮矩 GDd258Nm2，齿轮飞轮矩GD12 = 3.4 Nm2，GD22 = 17.8 Nm2，卷筒飞轮矩 GD3241.6 Nm2。求折算到电动机轴上的负载转矩和总飞轮矩。,29,解：折算到电动机轴上的负载转矩为,提升的重物折算到电动机轴上的飞轮矩为,30,负载飞轮矩为,总飞轮矩为,31,7.3 电力拖动系统的负载特性,正方向,负载的转矩特性： n = f (TL) 转速和转矩的参考方向：,一、恒转矩负载特性 1. 反抗性恒转矩负载,由摩擦力产生的。 当 n0，

10、TL0。 当 n 0，TL0。 如机床平移机构、 压延设备等。,32,2. 位能性恒转矩负载,由重力作用产生的。 当 n0， TL0。 当 n 0，TL0。 如起重机的提升机构 和矿井卷扬机等。 二、恒功率负载特性,TL n = 常数。 如机床的主轴系统等。,33,三、 通风机负载特性,TLn2 TL 的方向始终与 n 的方向相反。 如通风机、水泵、油泵等。,实际的通风机负载,T0,TL = T0k n2,实际的机床平移机构,34,7.4 电力拖动系统的稳定运行条件,负载转矩特性和电动机的机械特性要有一定的 配合，电力拖动系统才能稳定运行。,TL,a,稳定运行: TeTL = 0 n() =

11、常数 过渡过程: TeTL 0 TeTL 0,工作点在交点上。,加速。 减速。,工作点动态变化。,35,a,a,TL,稳定运行时，若产生了干扰，原来的平衡状态 被破坏，系统进入动态调整过程；当干扰消失 后，系统若回到干扰产生前的状态，则该系统 为稳定的。,干扰使 TL ,n , Te , a 点。, a 点。,n ,Te ,干扰过后 TeTL,Te = TL,TL,36,a,a,TL,稳定运行时，若产生了干扰，原来的平衡状态 被破坏，系统进入动态调整过程；当干扰消失 后，系统若回到干扰产生前的状态，则该系统 为稳定的。,干扰使 TL ,n , Te , a 点。, a 点。,n ,Te ,干扰

12、过后 TeTL,Te = TL,TL,干扰使 TL ,Te , a 点。,Te = TL,干扰过后 TeTL, n , Te ,Te = TL a 点。,37,b,TL,干扰使 TL ,n , Te n , 堵转。,n ,干扰过后 TeTL,干扰使 TL ,Te n ,干扰过后 TeTL, n , 飞车。,38,电力拖动系统稳定运行的充分必要条件,Te = TL,39,7.5 电力拖动系统调速的基本概念,一、调速的基本概念,1. 无级调速和有级调速 无级调速：电动机的转速可以平滑地调节。 有级调速：电动机的转速只有有限的几种。 2. 恒转矩调速和恒功率凋速 电动机在不同转速下满载运行时： 如果允许输出的转矩相同，则为恒转矩调速。 如果允许输出的功率相同，则为恒功率调速。 3. 向上调速和向下调速 向上调速：使转速向基速以上调节。 向下调速：使转速向基速以下调节。,40,二、调速系统的主要性能指标,1. 调速范围,车床：D 从几到几十。 精密机床：D 从几百到 几千。 风机水泵类：D = 2 3。,2. 静差率, 越小，电动机的相对稳定性就越高。 一般生产机械： (3040)。 精度高的生产机械： 0.1。,41,D、nN 的关系 (nN = nmax),例如：nN = 1 430 r/min， n