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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,*,*,*,第二章 电力拖动系统动力学,2.1,电力拖动系统转动方程式,2.2,多轴电力拖动系统的简化,2.3,负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件,2.1,电力拖动系统转动方程式,一,.,典型生产机械的运动形式,1.,单轴旋转系统,2.,多轴旋转系统,电动机,工作机构,电动机,工作机构,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,电动机,工作机构,电动机,G,二,.,单轴电力拖动系统转动方程式,M,负载,电动机,T:,电动机电磁转矩,(,N,m,),；,T,F,:,负载转矩,(,N,m,),n:,电动机转速,(r/min),；,T,0,:,电动机空载转矩,(,N,m,),T-T,L,：动转矩,(,N,m,),或惯性转矩、加速转矩,J,：转动惯量,(kg,m,2,),：系统转动角速度,(,rad/s,),参考正方向,M,负载,电动机,参考正方向,转矩与转速的方向问题,实际转矩和转速方向：,1.T,与,n,同向，代数上同正同负；,T,与,n,反向，代数上一正一负。,2.T,L,与,n,同向，代数上一正一负；,T,L,与,n,反向，代数上同正同负。,实际转矩和转速方向：,1.,转矩与,n,同向，则称为“拖动性”转矩,2.,转矩与,n,反向，则称为“制动性”转矩,又由：,m,：系统转动部分的质量，,kg,G,：系统转动部分的重力，,N,：系统转动部分的转动惯性半径，,m,D,：系统转动部分的转动惯性直径，,m,g,：重力加速度，,m/s,2,GD,2,：系统转动部分的飞轮矩，,N,m,2,375,：有单位的系数，,m/min,s,由转动方程式可以分析系统运动状态：,T-T,L,=0,：系统静止或恒速运行，稳态；,T-T,L,0,：系统加速运行，过渡过程；,T-T,L,0,：系统减速运行，过渡过程。,电动机起动时，电磁转矩与负载转矩的关系？电动机停车时，电磁转矩与负载转矩的关系？,2.2,多轴电力拖动系统的简化,问题：,全面分析多轴系统，必须列出每根轴的运动方程式及各轴相互联系的方程式，分析复杂。,方法,：通常把,负载转矩,与,系统飞轮矩折算,到电动机轴上来，变多轴系统为单轴系统。,折算的原则,是：,保持系统的功率传递关系及系统的贮存动能不变,。,电动机,工作机构,2.2.1,工作机构为转动情况时的折算,工作机构,电动机,电动机,等效负载,1.,负载转矩的折算,保持功率传递关系不变,(1),忽略传动机构的损耗，由折算前后功率不变，得：,j=,n/n,f,=j,1,j,2,j,3,为传动机构总的速比,(2),考虑传动机构的损耗时,等效的传动机构的转矩损耗为：,=,1,2,3,为传动机构总效率,2.,飞轮矩的折算,保持系统动能不变,负载飞轮矩折算,(,转动部分,飞轮矩折算,),：,系统转动部分动能表达式：,总的飞轮矩的估算：,GD,D,2,为电动机转子的飞轮矩,电动机轴上只有传动机构中第一级小齿轮时，取,=,0.20.3,，如果还有其它部件，则,的数值需要加大。,保持系统储存的动能不变，则系统总飞轮矩为：,1.,电动机经过速比,j=5,的减速器拖动工作机构，工作机构的实际转矩为,20Nm,，飞轮矩为,1Nm,2,，不计传动机构损耗，这算到电动机轴上的工作机构转矩与飞轮矩分别为多少？,2.,恒速运行的电力拖动系统中，已知电动机电磁转矩为,80Nm,，忽略空载损耗，传动机构效率为,0.8,，速比为,10,，未折算前实际的负载转矩应为多少？,3.,电力拖动系统中已知电动机转速为,1000r/min,，工作机构转速为,100r/min,，传动效率为,0.9,，工作机构未折算的实际转矩为,120Nm,，电动机电磁转矩为,20Nm,，忽略空载损耗，系统是加速还是减速运行？,2.2.2,工作机构为平移运动时的折算,v,F,作用力,平移速度,4,3,2,n,1,工件,(,m,f,),刨刀,齿条,齿轮,电动机,等效负载,1.,负载转矩的折算,考虑传动机构的损耗：,2.,负载飞轮矩的折算,2.2.3,工作机构做提升和下放重物运动时的折算,G,电动机,v,(a),把负载看作做平移运动的物体折算其飞轮矩；,(b),若已知卷筒直径，可把负载重力折算为施加在卷筒上的转矩，看作做旋转运动的物体来折算其转矩。,(c),特殊问题：提升与下放时的传动效率不同,考虑传动损耗转矩时，提升和下放重物时转矩折算关系,(1),提升重物时的转矩关系,(2),下放重物时的转矩关系,传动机构损耗转矩,T,和电动机转轴空载损耗转矩,T,0,均为摩擦性质的转矩，与转速,n,反向，为制动转矩；,提升重物时，,T,f,/j,与转速方向相反，为制动转矩；,下放重物时，,T,f,/j,与转速方向相同，为拖动转矩；,以同样的速度提升和下降重物时，传动机构的效率之间的关系是,:,结论：,例,1,：某起重机的电力拖动系统如图所示。求：,1.,以速度,v=0.3m/s,提升重物时，负载（重物及钓钩）转矩、卷筒转速、电动机输出转矩及电动机转速；,2.,负载及系统的飞轮矩（折算到电动机轴上）,3.,以加速度,a=0.1m/s,2,提升重物时，电动机输出的转矩。,电动机,解:,(1),负载转矩（未折合）：,卷筒转速：,电动机输出转矩折合值：,电动机转速：,(2),负载及系统的飞轮矩,(3),以加速度,a=0.1m/s,2,提升重物时，电动机输出的转矩,2.3,负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件,2.3.1,负载的转矩特性,2.3.2,电力拖动系统稳定运行的条件,2.3.1,负载的机械特性,电动机负载,(,生产机械,),的转速与负载转矩的关系,n=,f(T,F,),称为负载的机械特性，简称,负载特性,。,一,.,恒转矩负载特性,1.,反抗性恒转矩负载：,T,F,大小恒定不变，方向总与转速,n,方向相反，属于制动转矩，如摩擦性转矩。,2.,位能性恒转矩负载：,T,F,大小、方向恒定不变，与转速无关。当方向与,n,相同时，为拖动转矩，当方向与,n,相反时为制动转矩，如起重机的提升机构和矿井卷扬机。,二,.,风机泵类负载：,T,F,n,2,，,方向总与转速方向相反。如通风机、水泵、油泵等流体机械。,O,T,L,n,三,.,恒功率负载：,T,F,n=,常数。如各种机床的主传动等。,O,T,L,n,稳定运行工作点,：,(1),T=T,L,；,(2),当系统受到干扰时，电动机转速会有变化，但在干扰消失后，仍能恢复到原来的工作点运行。,2.3.1,电力拖动系统稳定运行的条件,稳定运行条件分析,：,(1),若系统遇到瞬时干扰，使转速,n,减小，即,n,T,L,，使得,TT,L,，转速才能恢复；,(2),若系统遇到瞬时干扰，使转速,n,增大，即,n0,，此时，转矩的变化量必须,T,T,L,，使得,TT,L,，转速才能恢复。,电力拖动系统工作点稳定运行的条件,：,A,点稳定性分析：,负载受到干扰,T,L,增大为,T,L1,干扰消失，恢复到,T,L,在,A,点满足：,A,点为稳定运行点,B,点稳定性分析：,负载受到干扰,T,L,增大为,T,L1,干扰消失，恢复到,T,L,在,B,点满足：,B,点为不稳定运行点,电动机,机械特性,泵类负载,恒转矩负载,恒功率负载,【,思考题,2.4】,电梯设计时，其传动机构的效率在上升时为,0,磁饱和性,常数,磁滞性,磁滞回线，,B(,或,),的变化总是滞后于,H(,或,I),问题,1,：电机和变压器铁心通常采用何种铁磁材料？属于软磁材料还是硬磁材料？,问题,2,：当恒定磁通通过变压器铁心时，铁心是否会发热？当交变磁通通过变压器铁心时，铁心是否会发热？为什么？,电力拖动系统动力学分析,电力拖动系统转动方程,：,多轴电力拖动系统简化,：将,负载转矩,和,飞轮矩,折合到电动机轴上，转化为单轴电拖系统。,折合原则,：保持,功率传递关系,和,系统动能,不变。,工作机构为转动情况时的折算,工作机构,电动机,电动机,等效负载,第,2,章 电力拖动系统动力学 小结,1.,利用转动方程式简单分析系统运行状态,2.,负载的机械特性及其分类,3.,根据,电动机机械特性,和,负载机械特性,判断系统稳定性,(1),单轴系统；,(2),多轴系统负载转矩和系统飞轮矩折算,转矩的基本分类,按转矩的性质,拖动性转矩、制动性转矩,按转矩的提供者,电机提供的电磁转矩,T,负载提供的负载转矩,T,F,恒转矩负载、恒功率负载、风机泵类负载,空载损耗转矩,T,0,传动损耗转矩,T,
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