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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,/10/10,1,第七章,电力拖动系统动力学基础,7-1,电力拖动系统运动方程式,7-2,工作机构转矩、力、飞轮矩和质量折算,7-3,考虑传动机构损耗时折算方法,7-4,生产机械负载转矩特征,第1页,/10/10,2,第,7,章电力拖动系统动力学基础,7-1,电力拖动系统运动方程式,一、电力拖动系统基本概念,拖动是指应用各种原动机带动生产机械运动，以完成一定生产任务。电力拖动是用电动机为原动机拖动系统，生产机械为电动机负载。,2,、电力拖动系统组成,1,、电力拖动系统含义,电力拖动装置可分为电动机、工作机构、控制设备及电源等四个组成部分。,第2页,/10/10,3,第,7,章电力拖动系统动力学基础,二、运动方程式,1,、直线运动时运动方程式,依据牛顿第二定律，物体做直线运动时，作用在物体上拖动力,F,总是与阻力以及速度改变时产生惯性力,ma,所平衡，其运动方程式为：,也可写成,第3页,/10/10,4,第,7,章电力拖动系统动力学基础,2,、旋转运动时运动方程式,单位为,kg m,2,转动惯量,式中,m,旋转部分质量（,kg,）,;,G,旋转部分重量（,N,）,;,r,惯性半径（,m,）,;,D,惯性直径（,m,）。,第4页,/10/10,5,第,7,章电力拖动系统动力学基础,式中：,GD,2,=4gJ,称为,飞轮惯量（也称飞轮力矩）,（,N m,2,）。,它是电动机飞轮矩和生产机械飞轮矩之和，为一个整体物理量，反应了转动体惯性大小。电动机和生产机械各旋转部分飞轮矩可在对应产品目录中查到。,3,、旋转运动方程式含义,T,=,T,Z,时，,dn/dt=0,电动机静止或等速旋转，系统处于稳态；,T,T,Z,时，,dn/dt0,电动机处于加速状态，系统处于暂态；,T,T,Z,时，,dn/dt0,电动机处于减速状态，,系统处于暂态,。,第5页,/10/10,6,在电力拖动系统中，伴随生产机械负载类型和工作情况不一样，电动机运行状态将发生改变，即作用在电动机转轴上电磁转矩（拖动转矩）,T,和负载转矩（阻转矩）,T,Z,大小和方向都可能发生改变。所以运动方程式中转矩,T,和,T,Z,是带有正、负号代数量。在应用运动方程式时，必须考虑转矩、转速正负号，普通要求以下：,第,7,章电力拖动系统动力学基础,4,、旋转运动方程式中符号方向要求,要求某一转动方向为参考（正）方向，,电磁转矩,T,：与参考方向一致取正，反之取负；,阻力转矩,T,z,：与参考方向一致取负，反之取正；,惯性转矩,大小及正、负号由和代数和决定。,第6页,/10/10,7,电动机为了节约材料，普通转速较高，而生产机械工作速度低。所以，实际生产机械大多是电动机经过传动装置与工作机构相连。常见传动装置如齿轮减速箱、蜗轮蜗杆、皮带轮等,。,第,7,章电力拖动系统动力学基础,7-2,工作机构转矩、力、飞轮矩和质量折算,一、问题引出,J,d,J,Z,Z,由图能够看出，在电动机和工作机构之间要经过多根轴传动，所以生产实际中电力拖动系统较多为多轴电力拖动系统。,第7页,/10/10,8,对于多轴电力拖动系统，因为在不一样轴上含有各自不一样转动惯量和转速，则需要对每根轴分别写出运动方程式，各轴间相互关系方程式，并依据传动功率相等标准联络，联立求解。显然这是较复杂，而对电力拖动系统来说，普通不需要详细研究每根轴问题，而只把电动机轴作为研究对象即可。,为简单起见，采取了折算方法，即将实际多轴拖动系统等效为单轴拖动系统，如图所表示。,第,7,章电力拖动系统动力学基础,第8页,/10/10,9,第,7,章电力拖动系统动力学基础,二、工作机构负载转矩折算,折算标准是系统传送功率不变,式中，,j,电动机轴与工作机构轴间转速比，即,假如传动机构为多级齿轮或带轮变速，则总速比应为各级速比乘积，即,第9页,/10/10,10,第,7,章电力拖动系统动力学基础,三、工作机构直线作用力折算,依据传送功率不变,第10页,/10/10,11,第,7,章电力拖动系统动力学基础,四、传动机构与工作机构飞轮力矩折算,依据存放动能不变,第11页,/10/10,12,第,7,章电力拖动系统动力学基础,五、工作机构直线运动质量折算,折算标准是转动惯量,J,Z,中及质量,m,Z,中储存动能相等，即,第12页,/10/10,13,例：刨床传动系统如图所表示。若电动机,M,转速为,n,=420r/min,，其转子（或电枢）飞轮惯量,GD,d,2,=110.5Nm,2,，工作台重,G,1,=12050N,，工件重,G,2,=17650N,。各齿轮齿数及飞轮惯量见表。齿轮,8,节距,t,8,=25.13mm,。求刨床拖动系统在电动机轴上总飞轮惯量。,齿轮号,1,2,3,4,5,6,7,8,齿数,Z,20,55,30,64,30,78,30,66,飞轮惯量,4.12,20.1,9.81,28.4,18.6,41.2,24.5,63.75,第13页,/10/10,14,第,7,章电力拖动系统动力学基础,7-3,考虑传动机构损耗时折算方法,一、工作机构转矩,T,Z,简化折算,电动机工作在发电制动状态,使用多级传动时,电动机工作在电动状态,第14页,/10/10,15,第,7,章电力拖动系统动力学基础,二、工作机构直线作用力简化折算,-,电动机工作在电动状态,电动机工作在,发,电,制,动状态,在提升与下放时传动损耗相等条件下，下放传动效率与提升传动效率之间有以下关系,第15页,/10/10,16,第,7,章电力拖动系统动力学基础,7-4,生产机械负载转矩特征,定义：,在运动方程式中，阻转矩（或称负载转矩）,T,z,与转速,n,关系,T,z,=f,(,n,),即为生产机械负载转矩特征,。,分类,大多数生产机械负载转矩特征可归纳为三种类型：恒转矩负载、通风机负载、恒功率负载,。,第16页,/10/10,17,第,7,章电力拖动系统动力学基础,一、恒转矩负载特征,所谓恒转矩负载是指生产机械负载转矩大小不随转速,n,大小而改变为常数，这种特征称为恒转矩负载特征。依据负载转矩方向特点又分为反抗性和位能性负载两种。,1,、反抗性恒转矩负载,负载转矩大小不变，但负载转矩方向一直与生产机械运动方向相反，总是妨碍电动机运转，当电动机旋转方向改变时，负载转矩方向也随之改变，一直是阻转矩。属于这类特征生产机械有轧钢机和机床平移机构等。负载特征如图所表示。,第17页,/10/10,18,第,7,章电力拖动系统动力学基础,2,、位能性恒转矩负载,负载转矩由重力作用产生，不论生产机械运动方向改变是否，负载转矩大小和方向一直不变。比如起重设备提升重物时，负载转矩为阻转矩，其作用方向与电动机旋转方向相反，当下放重物时，负载转矩变为驱动转矩，其作用方向与电动机旋转方向相同，促使电动机旋转。负载特征如图所表示。,第18页,/10/10,19,第,7,章电力拖动系统动力学基础,二、恒功率负载特征,恒功率负载普通属于反抗性负载；其大小是当转速改变时，负载从电动机吸收功率为恒定值：,即：,也就是负载转矩与转速成反比。比如，一些机床切削加工，车床粗加工时，切削量大（,T,Z,大），用低速挡；精加工时，切削量小（,T,Z,小），用高速挡。恒功率负载特征曲线如图所表示。,第19页,/10/10,20,第,7,章电力拖动系统动力学基础,三、通风机负载特征,通风机型负载普通也属于反抗性负载；负载转矩大小与转速,n,平方成正比，即：,常见这类负载如风机、水泵、油泵等。负载特征曲线如图所表示。,第20页,/10/10,21,第,7,章电力拖动系统动力学基础,四、实际生产机械负载特征,实际生产机械负载转矩特征可能是以上几个经典特征综合。,实际通风机除了主要是通风机负载特征外，因为其轴承上还有一定摩擦转矩，因而实际通风机负载特征应为：,第21页,/10/10,22,第,7,章电力拖动系统动力学基础,机床刀架等机构在平移时，负载性质基本上是恒转矩负载，但从静止状态起动或转速还很低时，摩擦系数比较大，摩擦阻力较大；另外当转速升高时，油或风阻力带有一些风机负载特征，造成转速较高时，负载转矩,Tz,会略微增大,：,第22页,/10/10,23,第,7,章电力拖动系统动力学基础,起重机提升重物时，电动机所受到除位能性负载转矩外，还要克服系统机械摩擦所造成反抗性负载转矩，所以电动机轴上负载转矩应是上述两个转矩之和，在上升及下降时负载转矩特征如图。,第23页,
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