電機與拖動第04章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)ppt課件

1、第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ) 4.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程電力拖動系統(tǒng)的運動方程 拖動就是由原動機帶動生產(chǎn)機械產(chǎn)生運動。以電動拖動就是由原動機帶動生產(chǎn)機械產(chǎn)生運動。以電動機作為原動機拖動生產(chǎn)機械運動的拖動方式，稱為電力機作為原動機拖動生產(chǎn)機械運動的拖動方式，稱為電力拖動。如圖拖動。如圖4-1所示，電力拖動系統(tǒng)一般由電動機、生產(chǎn)所示，電力拖動系統(tǒng)一般由電動機、生產(chǎn)機械的傳動機構(gòu)、工作機構(gòu)、控制設(shè)備和電源組成，通機械的傳動機構(gòu)、工作機構(gòu)、控制設(shè)備和電源組成，通常又把傳動機構(gòu)和工作機構(gòu)稱為電動機的機械負(fù)載。常又把傳動機構(gòu)和工作機構(gòu)稱為

2、電動機的機械負(fù)載。 第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 1. 運動方程式運動方程式 電力拖動系統(tǒng)經(jīng)過化簡，電力拖動系統(tǒng)經(jīng)過化簡， 都可轉(zhuǎn)為如圖都可轉(zhuǎn)為如圖4-2a所示的電動機轉(zhuǎn)所示的電動機轉(zhuǎn)軸與生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)直接相連的單軸電力拖動系統(tǒng)，各物理軸與生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)直接相連的單軸電力拖動系統(tǒng)，各物理量的方向標(biāo)示如圖量的方向標(biāo)示如圖4-2b。根據(jù)牛頓力學(xué)定律，。根據(jù)牛頓力學(xué)定律， 該系統(tǒng)的運動方程該系統(tǒng)的運動方程為為 tJTTddLe（4-1）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 在工程計算中，通常用轉(zhuǎn)速在工程計算中，通常用轉(zhuǎn)速n單位為

3、轉(zhuǎn)單位為轉(zhuǎn)/分分r/min代替角速代替角速度度 ；用飛輪矩；用飛輪矩GD2代替轉(zhuǎn)動慣量代替轉(zhuǎn)動慣量J。由于。由于n與與 的關(guān)系為的關(guān)系為 n602（4-2） J與與GD2 的關(guān)系為的關(guān)系為 gGDmrJ422（4-3）式中式中 g 重力加速度，可取重力加速度，可取g = 9.81m/s2。 電力拖動系統(tǒng)運動方程的實用形式為電力拖動系統(tǒng)運動方程的實用形式為 tnGDTTdd3752Le（4-4）式中式中 375 = 4g 602，是具有加速度量綱的系數(shù)。，是具有加速度量綱的系數(shù)。 第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 2. 運動方程中方向的約定運動方程中方向的約定 式

4、式4-4中的中的Te、TL 和和n都是有方向的，它們的實際方向都是有方向的，它們的實際方向可以根據(jù)圖可以根據(jù)圖2-2b給出的參考正方向，用正、負(fù)號來表示。給出的參考正方向，用正、負(fù)號來表示。 這里規(guī)定這里規(guī)定n及及Te的參考方向為對觀察者而言逆時針為正，的參考方向為對觀察者而言逆時針為正， 反之為負(fù)；反之為負(fù)；TL的參考方向為順時針為正，反之為負(fù)。的參考方向為順時針為正，反之為負(fù)。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 3. 運動方程的物理意義運動方程的物理意義 式式4-4表明電力拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速變化表明電力拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速變化dn/dt即加速度即加速度由電動機的電磁轉(zhuǎn)矩

5、由電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Te與生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的關(guān)系決定。的關(guān)系決定。 1當(dāng)當(dāng)Te = TL 時，時， dn/dt = 0，表示電動機以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，表示電動機以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)或靜止不動，電力拖動系統(tǒng)的這種運動狀態(tài)被稱為靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)；或靜止不動，電力拖動系統(tǒng)的這種運動狀態(tài)被稱為靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)； 2若若Te TL 時，時， dn/dt 0，系統(tǒng)處于加速狀態(tài)；，系統(tǒng)處于加速狀態(tài)； 3若若Te TL 時，時， dn/dt 0，系統(tǒng)處于減速狀態(tài)。，系統(tǒng)處于減速狀態(tài)。 也就是一旦也就是一旦 dn/dt TL，則轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化，我們把這種，則轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化，我們把這種運動狀態(tài)稱為動態(tài)或過渡狀態(tài)

6、。運動狀態(tài)稱為動態(tài)或過渡狀態(tài)。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)4.2 生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 在運動方程式中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩在運動方程式中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系的關(guān)系TL= fn即為生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。即為生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。4.2.1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 所謂恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，就是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩所謂恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，就是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n無關(guān)的特性，即當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)的特性，即當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL保持常保持常值。值。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 1反抗性恒轉(zhuǎn)矩

7、負(fù)載特性反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的特點是，恒值轉(zhuǎn)矩反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的特點是，恒值轉(zhuǎn)矩TL總是反對運總是反對運動的方向。動的方向。 顯然如圖顯然如圖4-3所示所示 ，反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性應(yīng)畫在第一與第，反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性應(yīng)畫在第一與第三象限內(nèi)，三象限內(nèi)， 屬于這類特性的負(fù)載有金屬的壓延、機床的平移機屬于這類特性的負(fù)載有金屬的壓延、機床的平移機構(gòu)等。構(gòu)等。 第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 2位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 位能性恒值負(fù)載轉(zhuǎn)矩則與反抗性的特性不同，其特點是轉(zhuǎn)矩位能性恒值負(fù)載轉(zhuǎn)矩則與反抗性的特性不同，其特點是轉(zhuǎn)矩TL具

8、有固定的方向，不隨轉(zhuǎn)速方向改變而改變。具有固定的方向，不隨轉(zhuǎn)速方向改變而改變。 特性畫在第一與第四象限內(nèi)，特性畫在第一與第四象限內(nèi)， 表示恒值特性的直線是連續(xù)的。表示恒值特性的直線是連續(xù)的。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)4.2.2 風(fēng)機和泵類負(fù)載特性風(fēng)機和泵類負(fù)載特性 通風(fēng)機負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大小有關(guān)，基本上與轉(zhuǎn)速的平方成通風(fēng)機負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大小有關(guān)，基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即正比，即2LTkn（4-5） 通風(fēng)機負(fù)載特性如圖通風(fēng)機負(fù)載特性如圖4-5所示。所示。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)4.2.3 恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載

9、特性 有些生產(chǎn)機械，比如車床，在粗加工時，切削量大，切削阻有些生產(chǎn)機械，比如車床，在粗加工時，切削量大，切削阻力大，此時開低速；在精加工時，切削量小，切削阻力小，往往力大，此時開低速；在精加工時，切削量小，切削阻力小，往往開高速。因而，在不同轉(zhuǎn)速下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速成反比，開高速。因而，在不同轉(zhuǎn)速下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速成反比，即即 nkT L（4-6） 在不同轉(zhuǎn)速下，電力拖動在不同轉(zhuǎn)速下，電力拖動系統(tǒng)的功率保持不變，負(fù)載轉(zhuǎn)系統(tǒng)的功率保持不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩矩 TL與與n 的持性曲線呈現(xiàn)恒的持性曲線呈現(xiàn)恒功率的性質(zhì)，如圖功率的性質(zhì)，如圖4-6所示。所示。 第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

10、電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)4.2.4 實際生產(chǎn)機械的負(fù)載特性實際生產(chǎn)機械的負(fù)載特性 實際生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可能是以上幾種典型特性的綜實際生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可能是以上幾種典型特性的綜合。合。 例如，實際通風(fēng)機除了主要是通風(fēng)機負(fù)載特性外，由于其軸承例如，實際通風(fēng)機除了主要是通風(fēng)機負(fù)載特性外，由于其軸承上還有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩上還有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf ，因而實際通風(fēng)機負(fù)載特性應(yīng)為，因而實際通風(fēng)機負(fù)載特性應(yīng)為2fLknTT（4-7）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)4.2.4 實際生產(chǎn)機械的負(fù)載特性實際生產(chǎn)機械的負(fù)載特性 其特性曲線如圖其特性曲線如圖4-7所示。而實際的

11、起貨機的負(fù)載所示。而實際的起貨機的負(fù)載特性如圖特性如圖4-8所示，除了位能負(fù)載特性外，還應(yīng)考慮起所示，除了位能負(fù)載特性外，還應(yīng)考慮起貨機傳動機構(gòu)等部件的摩擦轉(zhuǎn)矩。貨機傳動機構(gòu)等部件的摩擦轉(zhuǎn)矩。 第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)4.3 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析穩(wěn)定運行的條件穩(wěn)定運行的條件 電力拖動系統(tǒng)是由電動機與負(fù)載兩部分組成的，通電力拖動系統(tǒng)是由電動機與負(fù)載兩部分組成的，通常把電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系稱為機械特性常把電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系稱為機械特性 本節(jié)將先從電動機一般機械特性與生產(chǎn)機械的負(fù)載本節(jié)將先從電動機一般機械特性與

12、生產(chǎn)機械的負(fù)載特性的相互關(guān)系著手分析電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行問題。特性的相互關(guān)系著手分析電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行問題。 為了便于理解，現(xiàn)分兩步來分析和求解問題：為了便于理解，現(xiàn)分兩步來分析和求解問題： 1） 給出問題的直觀解，即首先建立電力拖動系統(tǒng)給出問題的直觀解，即首先建立電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的直觀概念。穩(wěn)定運行的直觀概念。 2） 從電力拖動系統(tǒng)的運動方程出發(fā)，給出這一問從電力拖動系統(tǒng)的運動方程出發(fā)，給出這一問題的解析解。題的解析解。 第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)4.3.1 電動機機械特性的一般形式電動機機械特性的一般形式 考慮到大部分電動機的機械特性都具有或可近

13、似為考慮到大部分電動機的機械特性都具有或可近似為 一線性區(qū)一線性區(qū)段，如圖段，如圖4-9所示。為不失一般性，現(xiàn)假設(shè)電動機的機械特性可表所示。為不失一般性，現(xiàn)假設(shè)電動機的機械特性可表示成示成 第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)e0Tnn（4-8） 理想空載理想空載轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 機械特性機械特性曲線斜率曲線斜率 不同電壓下曲線不同電壓下曲線4.3.2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的概念電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的概念 所謂電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行是指系統(tǒng)在擾動作用下，離開原所謂電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行是指系統(tǒng)在擾動作用下，離開原來的平衡狀態(tài)，但仍然能夠在新的運行條件達(dá)到平衡狀態(tài)，或者來的平衡狀

14、態(tài)，但仍然能夠在新的運行條件達(dá)到平衡狀態(tài)，或者在擾動消失之后，能夠回到原有的平衡狀態(tài)。在擾動消失之后，能夠回到原有的平衡狀態(tài)。 第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 是否在所有的電動機機械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性交點上運行的是否在所有的電動機機械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性交點上運行的情況都能夠穩(wěn)定運行呢？請看下面的例子。情況都能夠穩(wěn)定運行呢？請看下面的例子。 第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 結(jié)論：電力拖動系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行與電動機及其負(fù)結(jié)論：電力拖動系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行與電動機及其負(fù)載特性曲線的形狀有關(guān)。載特性曲線的形狀有關(guān)。 對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如果電動

15、機的機械特性呈下垂曲對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如果電動機的機械特性呈下垂曲線，系統(tǒng)是穩(wěn)定的；反之，則不穩(wěn)定。線，系統(tǒng)是穩(wěn)定的；反之，則不穩(wěn)定。 對于非恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如果電動機機械特性的硬度小對于非恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如果電動機機械特性的硬度小于負(fù)載特性的硬度，該系統(tǒng)就能穩(wěn)定運行。于負(fù)載特性的硬度，該系統(tǒng)就能穩(wěn)定運行。 第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)4.3.3 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 電力拖動系統(tǒng)在電動機機械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的交點上，電力拖動系統(tǒng)在電動機機械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的交點上，并不一定都能夠穩(wěn)定運行，也就是說，并不一定都能夠穩(wěn)定運行，也就是說

16、，Te = TL僅僅是系統(tǒng)穩(wěn)定運僅僅是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的一個必要條件，而不是充分條件。行的一個必要條件，而不是充分條件。 進(jìn)一步分析電動機與負(fù)載特性的關(guān)系，尋求電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)進(jìn)一步分析電動機與負(fù)載特性的關(guān)系，尋求電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件。根據(jù)電力拖動運動方程定運行的條件。根據(jù)電力拖動運動方程 tnGDTTdd3752Le系統(tǒng)在平衡點穩(wěn)定運行時應(yīng)有系統(tǒng)在平衡點穩(wěn)定運行時應(yīng)有0LeTT0ddtn（4-10）（4-11）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)（4-9） 如前所述，這種平衡狀態(tài)僅僅是系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件，是否如前所述，這種平衡狀態(tài)僅僅是系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件，是否穩(wěn)定

17、還需進(jìn)一步分析和判斷。穩(wěn)定還需進(jìn)一步分析和判斷。 當(dāng)電力拖動系統(tǒng)在平衡點工作時，給系統(tǒng)加一個擾動使轉(zhuǎn)速當(dāng)電力拖動系統(tǒng)在平衡點工作時，給系統(tǒng)加一個擾動使轉(zhuǎn)速有一個改變量有一個改變量n，如果當(dāng)擾動消失后系統(tǒng)又回到原平衡點工作，如果當(dāng)擾動消失后系統(tǒng)又回到原平衡點工作，即有即有n 0，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 現(xiàn)假定拖動系統(tǒng)在擾動作用下離開了平衡狀態(tài)現(xiàn)假定拖動系統(tǒng)在擾動作用下離開了平衡狀態(tài)A點，此時點，此時式式4-9變成變成nnnAeeAeTTTLLALTTT)(dd375)()(A2LLAeeAnntGDTTTT由平衡點條件式由平衡點條件式4-10和式和式4-11），上式變?yōu)椋?，上式變?yōu)閠

18、nGDTTdd3752Le（4-12）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 根據(jù)微分原理，式根據(jù)微分原理，式4-12可近似表示為可近似表示為 令令 為電動機機械特性和負(fù)載特性曲線在平衡點的為電動機機械特性和負(fù)載特性曲線在平衡點的硬度，式硬度，式4-13又可寫成又可寫成 （4-13）tnGDnnTnnTdd375dddd2LeLLeeddddnTnT，nntGDdd3752Le第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)從從4-14可知：可知： 1若若e- L 0，當(dāng)，當(dāng) t 時，時，n 。 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 綜上所述：電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分條件為

19、綜上所述：電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分條件為0ddddLenTnT（4-15）對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的電力拖動系統(tǒng)，由于對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的電力拖動系統(tǒng)，由于 ，其穩(wěn)定運行的條，其穩(wěn)定運行的條件為件為 0ddnTL0ddenT（4-16）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 由此可以得到結(jié)論：對于一個電力拖動系統(tǒng)，穩(wěn)定運行的充由此可以得到結(jié)論：對于一個電力拖動系統(tǒng)，穩(wěn)定運行的充分必要條件是分必要條件是 0dddd0LeLenTnTTT（4-17）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 在電力拖動系統(tǒng)中只要電動機機械特性的硬度小于負(fù)載特性在電力拖動系統(tǒng)中只

20、要電動機機械特性的硬度小于負(fù)載特性的硬度，該系統(tǒng)就能平衡而且穩(wěn)定。的硬度，該系統(tǒng)就能平衡而且穩(wěn)定。 對于帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載拖動系統(tǒng)，只要電動機機械特性的硬度是對于帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載拖動系統(tǒng)，只要電動機機械特性的硬度是負(fù)值，系統(tǒng)就能穩(wěn)定運行，而各類電動機機械特性的硬度，大都負(fù)值，系統(tǒng)就能穩(wěn)定運行，而各類電動機機械特性的硬度，大都是負(fù)值或具有負(fù)的區(qū)段，因而，在一定范圍內(nèi)電力拖動系統(tǒng)帶恒是負(fù)值或具有負(fù)的區(qū)段，因而，在一定范圍內(nèi)電力拖動系統(tǒng)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載都能穩(wěn)定運行。轉(zhuǎn)矩負(fù)載都能穩(wěn)定運行。 4.4 電力拖動系統(tǒng)的動態(tài)分析電力拖動系統(tǒng)的動態(tài)分析過渡過程分析過渡過程分析 動態(tài)過程是指系統(tǒng)從一個穩(wěn)定工作點向另一個穩(wěn)動態(tài)過

21、程是指系統(tǒng)從一個穩(wěn)定工作點向另一個穩(wěn)定工作點過渡的中間過程，這個過程被稱為過渡過程，定工作點過渡的中間過程，這個過程被稱為過渡過程，系統(tǒng)在過渡過程的變化規(guī)律和性能被稱為系統(tǒng)的動態(tài)系統(tǒng)在過渡過程的變化規(guī)律和性能被稱為系統(tǒng)的動態(tài)特性。特性。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 為便于分析，設(shè)電力拖動系統(tǒng)滿足以下假定條件：為便于分析，設(shè)電力拖動系統(tǒng)滿足以下假定條件： 1忽略電磁過渡過程，只考慮機械過渡過程。忽略電磁過渡過程，只考慮機械過渡過程。 2電源電壓在過渡過程中恒定不變。電源電壓在過渡過程中恒定不變。 3磁通保持恒定。磁通保持恒定。 4負(fù)載轉(zhuǎn)矩為常數(shù)不變。負(fù)載轉(zhuǎn)矩為

22、常數(shù)不變。 如果已知電動的機機械特性、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、起始點、穩(wěn)如果已知電動的機機械特性、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、起始點、穩(wěn)態(tài)點以及系統(tǒng)的飛輪矩，可根據(jù)電力拖動系統(tǒng)的運動方程，建態(tài)點以及系統(tǒng)的飛輪矩，可根據(jù)電力拖動系統(tǒng)的運動方程，建立關(guān)于轉(zhuǎn)速立關(guān)于轉(zhuǎn)速n 的微分方程式，以求解轉(zhuǎn)速方程的微分方程式，以求解轉(zhuǎn)速方程 n = ft）。）。 下面將根據(jù)這些假設(shè)來研究和討論電力拖動系統(tǒng)在過渡過程下面將根據(jù)這些假設(shè)來研究和討論電力拖動系統(tǒng)在過渡過程中轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的變化規(guī)律及其定量計算等動態(tài)特性分析中轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的變化規(guī)律及其定量計算等動態(tài)特性分析問題。問題。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)

23、的動力學(xué)基礎(chǔ)4.4.1 電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的動態(tài)方程電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的動態(tài)方程 將電力拖動運動方程式將電力拖動運動方程式4-4代入式代入式4-8），可得），可得 tnGDTntnGDTnndd375dd3752L02L0 令令 為過渡過程的穩(wěn)態(tài)值，為過渡過程的穩(wěn)態(tài)值， 為過渡過程為過渡過程時間常數(shù)通常又稱時間常數(shù)通常又稱TM為電力拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)）。這為電力拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)）。這樣上式可寫成樣上式可寫成 L0ssTnn3752MGDTtnTnnddMss（4-18）式式4-18在數(shù)學(xué)上是一個非奇次一階微分方程，可用分離變在數(shù)學(xué)上是一個非奇次一階微分方程，可用分離變量發(fā)求解，得到的通解

24、為量發(fā)求解，得到的通解為MT/sstKenn（4-19）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 式中，式中，K 為常數(shù)，由初始條件決定。設(shè)初始條件為為常數(shù)，由初始條件決定。設(shè)初始條件為t = 0，n = nis ，代入上式可得，代入上式可得 K= nis - nss ， 由此得到電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)由此得到電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的動態(tài)變化規(guī)律為速的動態(tài)變化規(guī)律為（4-20） 式式4-20說明，說明， 轉(zhuǎn)速方程轉(zhuǎn)速方程 n = ft中包含有兩個分量，中包含有兩個分量，一個是強制分量一個是強制分量nss ，也就是過渡過程結(jié)束時的穩(wěn)態(tài)值；，也就是過渡過程結(jié)束時的穩(wěn)態(tài)值； 另一另一個是自

25、由分量個是自由分量 (nis nss)e -t/TM ，它按指數(shù)規(guī)律衰減至零。，它按指數(shù)規(guī)律衰減至零。 因而，在過渡過程中，轉(zhuǎn)速因而，在過渡過程中，轉(zhuǎn)速n是從起始值是從起始值nis開始，按指數(shù)曲開始，按指數(shù)曲線規(guī)律逐漸變化至過渡過程終止的穩(wěn)態(tài)值線規(guī)律逐漸變化至過渡過程終止的穩(wěn)態(tài)值 nss ，其過渡過程曲，其過渡過程曲線如圖線如圖4-12 所示。所示。 M/Tssissstnnnne第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 從圖中可以看出，從圖中可以看出，n = ft曲線與一般的一階過渡過程曲曲線與一般的一階過渡過程曲線一樣，主要應(yīng)掌握三個要素：起始值、穩(wěn)態(tài)值與時間常數(shù)，

26、線一樣，主要應(yīng)掌握三個要素：起始值、穩(wěn)態(tài)值與時間常數(shù)，這三個要素確定了，過渡過程也就確定了。這三個要素確定了，過渡過程也就確定了。 第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)4.4.2 電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩的動態(tài)方程電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩的動態(tài)方程 同理，將式同理，將式4-8給出的電磁轉(zhuǎn)矩給出的電磁轉(zhuǎn)矩Te與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系代入式的關(guān)系代入式4-4中，可得到如下描述系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩動態(tài)過程的微分方程中，可得到如下描述系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩動態(tài)過程的微分方程 （4-21）tTTTTddeMLe再按前述步驟求解該微分方程，便可得到電力拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩動再按前述步驟求解該微分方程，便可得到電力拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩動

27、態(tài)方程態(tài)方程Te = ft），即），即MT/LisLeTteTTT（4-22）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)對應(yīng)的過渡過程曲線如下：對應(yīng)的過渡過程曲線如下：第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)4.4.3 電力拖動系統(tǒng)熱過程的動態(tài)方程電力拖動系統(tǒng)熱過程的動態(tài)方程 在第在第3章中，我們已定性分析了電機的發(fā)熱和冷卻過程，如章中，我們已定性分析了電機的發(fā)熱和冷卻過程，如圖圖3-7所示，電機的熱過程也是一個典型的一階過渡過程。所示，電機的熱過程也是一個典型的一階過渡過程。假設(shè)：假設(shè)：1電動機長期運行，負(fù)載不變，總損耗不變；電動機長期運行，負(fù)載

28、不變，總損耗不變； 2電機各個部分的溫度均勻，周圍環(huán)境溫度保持不變。電機各個部分的溫度均勻，周圍環(huán)境溫度保持不變。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)根據(jù)熱量平衡原理，在根據(jù)熱量平衡原理，在 t 時間內(nèi)，時間內(nèi)， 電機的發(fā)熱應(yīng)等于其吸收和電機的發(fā)熱應(yīng)等于其吸收和散發(fā)的熱量，即散發(fā)的熱量，即 tACtQ將上式寫成微分方程形式，有將上式寫成微分方程形式，有tACtQddd（4-23）整理后寫成微分方程的標(biāo)準(zhǔn)形式整理后寫成微分方程的標(biāo)準(zhǔn)形式AQtACdd第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)令令TQ=C/A為電機發(fā)熱時間常數(shù)；為電機發(fā)熱時間常數(shù)；

29、 ss = Q/A為穩(wěn)態(tài)溫升，上式為穩(wěn)態(tài)溫升，上式變?yōu)樽優(yōu)橥戏椒ń獯宋⒎址匠?，可得電動機的熱過程動態(tài)方程同上方法解此微分方程，可得電動機的熱過程動態(tài)方程（4-24）（4-25）ssQddtTM/Tssissste式中，式中，is 為初始溫升。為初始溫升。 從上面對過渡過程中從上面對過渡過程中n = ft）、）、Te = ft和和 = ft的的分析可看出，他們都是按照指數(shù)規(guī)律從起始值變到穩(wěn)態(tài)值。分析可看出，他們都是按照指數(shù)規(guī)律從起始值變到穩(wěn)態(tài)值。 可見找出三個要素：起始值、穩(wěn)態(tài)值與時間常數(shù)，便可確定可見找出三個要素：起始值、穩(wěn)態(tài)值與時間常數(shù)，便可確定各量的數(shù)學(xué)表達(dá)式并畫出變化曲線。各量的數(shù)學(xué)表

30、達(dá)式并畫出變化曲線。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)4.4.4 過渡過程時間的計算過渡過程時間的計算 從起始值到穩(wěn)態(tài)值，理論上需要時間為無窮大，即從起始值到穩(wěn)態(tài)值，理論上需要時間為無窮大，即t = t0 。但實際上當(dāng)。但實際上當(dāng)t = (34)TM 時各量便達(dá)到了穩(wěn)態(tài)值的時各量便達(dá)到了穩(wěn)態(tài)值的95% 以上，以上，一般就可認(rèn)為過渡過程結(jié)束了。一般就可認(rèn)為過渡過程結(jié)束了。 這樣，無論對于電力拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速還是轉(zhuǎn)矩而言，其從初始這樣，無論對于電力拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速還是轉(zhuǎn)矩而言，其從初始值到穩(wěn)態(tài)值的時間僅與系統(tǒng)的機電時間常數(shù)值到穩(wěn)態(tài)值的時間僅與系統(tǒng)的機電時間常數(shù)TM有關(guān)，即

31、有有關(guān)，即有（4-26）M)43(Tt 如果已知系統(tǒng)的機電時間常數(shù)如果已知系統(tǒng)的機電時間常數(shù)TM、轉(zhuǎn)速的初始值、轉(zhuǎn)速的初始值ni、穩(wěn)態(tài)值、穩(wěn)態(tài)值nss 以及到達(dá)值以及到達(dá)值nx，有下式可計算出到達(dá)時間，有下式可計算出到達(dá)時間tn 為為 ssxssiMnlnnnnnTt（4-27）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 同理，對于電力拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩過渡過程時間同理，對于電力拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩過渡過程時間tT ，可通過下式進(jìn)行計算可通過下式進(jìn)行計算 LxLiMTlnTTTTTt（4-28）式中，各變量的下標(biāo)的含義與上面轉(zhuǎn)速變量相同。式中，各變量的下標(biāo)的含義與上面轉(zhuǎn)速變量相同。

32、 第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)4.5 多軸電力拖動系統(tǒng)的化簡多軸電力拖動系統(tǒng)的化簡* 前面我們討論了單軸電力拖動系統(tǒng)問題，但是，實前面我們討論了單軸電力拖動系統(tǒng)問題，但是，實際的電力拖動系統(tǒng)往往是復(fù)雜的，有的生產(chǎn)機械需要通際的電力拖動系統(tǒng)往往是復(fù)雜的，有的生產(chǎn)機械需要通過傳動機構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)速匹配，因此增加了很多齒輪和傳動過傳動機構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)速匹配，因此增加了很多齒輪和傳動軸；有的生產(chǎn)機械需要通過傳動機構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運動變成直軸；有的生產(chǎn)機械需要通過傳動機構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，比如：刨床、起貨機等。對這樣一些復(fù)雜的電線運動，比如：刨床、起貨機等。對這樣一些復(fù)雜的電力拖動

33、系統(tǒng)，如何來研究其力學(xué)問題呢？一般來說，有力拖動系統(tǒng)，如何來研究其力學(xué)問題呢？一般來說，有兩種解決辦法：兩種解決辦法： 1對拖動系統(tǒng)的每根軸分別列出其運動方程，對拖動系統(tǒng)的每根軸分別列出其運動方程， 用用連列方程組來消除中間變量。這種解法會因方程較多，連列方程組來消除中間變量。這種解法會因方程較多，計算量大而比較繁雜。計算量大而比較繁雜。 2） 用折算的方法把復(fù)雜的多軸拖動系統(tǒng)等效為一用折算的方法把復(fù)雜的多軸拖動系統(tǒng)等效為一個簡單的單軸拖動系統(tǒng)，然后通過對等效系統(tǒng)建立運動個簡單的單軸拖動系統(tǒng)，然后通過對等效系統(tǒng)建立運動方程，以實現(xiàn)問題求解。這種方法相對而言較為簡單。方程，以實現(xiàn)問題求解。這種方

34、法相對而言較為簡單。 第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)4.5.1 系統(tǒng)等效的原則和方法系統(tǒng)等效的原則和方法 在電力拖動系統(tǒng)的分析中，對于一個復(fù)雜的多軸電力拖動系在電力拖動系統(tǒng)的分析中，對于一個復(fù)雜的多軸電力拖動系統(tǒng)，比較簡單而且實用的方法是用折算的方法把它等效成一個簡統(tǒng)，比較簡單而且實用的方法是用折算的方法把它等效成一個簡單的單軸拖動系統(tǒng)來處理，并使兩者的動力學(xué)性能保持不變。一單的單軸拖動系統(tǒng)來處理，并使兩者的動力學(xué)性能保持不變。一個典型的等效過程如圖個典型的等效過程如圖4-14所示，其基本思想是通過傳動機構(gòu)的所示，其基本思想是通過傳動機構(gòu)的力學(xué)折算把實際的多軸

35、系統(tǒng)表示成等效的單軸系統(tǒng)。力學(xué)折算把實際的多軸系統(tǒng)表示成等效的單軸系統(tǒng)。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 在電力拖動系統(tǒng)中折算一般是把負(fù)載軸上的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動慣量在電力拖動系統(tǒng)中折算一般是把負(fù)載軸上的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動慣量或者是力和質(zhì)量折算到電動機軸上，而中間傳動機構(gòu)的傳送比在或者是力和質(zhì)量折算到電動機軸上，而中間傳動機構(gòu)的傳送比在折算中就相當(dāng)于變壓器的匝數(shù)比。系統(tǒng)等效的的原則是：保持兩折算中就相當(dāng)于變壓器的匝數(shù)比。系統(tǒng)等效的的原則是：保持兩個系統(tǒng)傳遞的功率及儲存的動能相同。個系統(tǒng)傳遞的功率及儲存的動能相同。4.5.2 旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)的等效方法旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)的等效方法 1靜態(tài)轉(zhuǎn)

36、矩的折算靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的折算 先考慮一個簡單的兩軸系統(tǒng)。先考慮一個簡單的兩軸系統(tǒng)。 如圖如圖4-15所示，假如要把工作所示，假如要把工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩TL折算到電動機軸上，其靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的等效原則是：折算到電動機軸上，其靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的等效原則是：系統(tǒng)的傳送功率不變。系統(tǒng)的傳送功率不變。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 如果不考慮傳動機構(gòu)的損耗，工作機構(gòu)折算前的機械功率為如果不考慮傳動機構(gòu)的損耗，工作機構(gòu)折算前的機械功率為 TLL，折算后電動機軸上的機械功率為，折算后電動機軸上的機械功率為TL，根據(jù)功率不變，根據(jù)功率不變原則，應(yīng)有折算前后工作機構(gòu)的傳遞功率相等，即原則，應(yīng)

37、有折算前后工作機構(gòu)的傳遞功率相等，即 式中式中 L 生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)速；生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)速； 電動機轉(zhuǎn)速。電動機轉(zhuǎn)速。由式由式4-29可得可得（4-29）LLLTTLLLLLjTTT（4-30）式中式中jL 電動機軸與工作機械軸間的轉(zhuǎn)速比電動機軸與工作機械軸間的轉(zhuǎn)速比 jL = /L = n / nL第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)（4-31）（4-32） 如果要考慮傳動機構(gòu)的損耗，可以在折算公式中引入傳動效如果要考慮傳動機構(gòu)的損耗，可以在折算公式中引入傳動效率率c 。由于功率傳送是有方向的，因此引入效率。由于功率傳送是有方向的，因此引入效率c 時必須注意：時必

38、須注意：要因功率傳送方向的不同而不同。現(xiàn)分兩種情況討論：要因功率傳送方向的不同而不同?，F(xiàn)分兩種情況討論： 1） 電動機工作在電動狀態(tài)，電動機工作在電動狀態(tài)， 此時由電動機帶動工作機構(gòu)，此時由電動機帶動工作機構(gòu)，功率由電動機各工作機構(gòu)傳送，傳動損耗由運動機構(gòu)承擔(dān)，即電功率由電動機各工作機構(gòu)傳送，傳動損耗由運動機構(gòu)承擔(dān)，即電動機發(fā)出的功率比生產(chǎn)機械消耗的功率大。動機發(fā)出的功率比生產(chǎn)機械消耗的功率大。 根據(jù)功率不變原則，根據(jù)功率不變原則，應(yīng)有應(yīng)有cLLLTTcLLLcLLjTTT第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 2電動機工作在發(fā)電制動狀態(tài)，電動機工作在發(fā)電制動狀態(tài)，

39、此時由工作機構(gòu)帶動電動此時由工作機構(gòu)帶動電動機，功率傳送方向由工作機構(gòu)和向電動機傳送。因而傳動損耗由機，功率傳送方向由工作機構(gòu)和向電動機傳送。因而傳動損耗由工作機構(gòu)承擔(dān)，根據(jù)功率不變原則，應(yīng)有工作機構(gòu)承擔(dān)，根據(jù)功率不變原則，應(yīng)有 （4-33） 對于系統(tǒng)有多級齒輪或皮帶輪變速的情況，設(shè)已知各級速比對于系統(tǒng)有多級齒輪或皮帶輪變速的情況，設(shè)已知各級速比為為j1，j2，jn，則總的速比為各級速比之積，即，則總的速比為各級速比之積，即（4-34） 在多級傳動時，如果已知各級的傳遞效率為：在多級傳動時，如果已知各級的傳遞效率為： c1， c2， cn，則總效率，則總效率 c 應(yīng)為各級效率之積，即應(yīng)為各級效

40、率之積，即 （4-35）cLLLTTcLLLjTTniinjjjjj121.inic1c（4-36）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)（4-37） 2轉(zhuǎn)動慣量和飛輪矩的折算轉(zhuǎn)動慣量和飛輪矩的折算 將圖將圖4-15中中 兩軸系統(tǒng)中的電動機轉(zhuǎn)動慣量兩軸系統(tǒng)中的電動機轉(zhuǎn)動慣量 Je 和生產(chǎn)機械的和生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量JL，折算到電動機軸的等效系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，折算到電動機軸的等效系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量J，其，其等效原則是：折算前后系統(tǒng)的動能不變，即有等效原則是：折算前后系統(tǒng)的動能不變，即有2LL2e2212121JJJ2LLe)(JJJ2LLe1jJJJ（4-38）

41、 從式從式4-38可知，折算到單軸拖動系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量可知，折算到單軸拖動系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量J等等于折算前拖動系統(tǒng)每一根軸的轉(zhuǎn)動慣量除以該軸對電動機軸傳動于折算前拖動系統(tǒng)每一根軸的轉(zhuǎn)動慣量除以該軸對電動機軸傳動比比jL 的平方之和。當(dāng)傳動比的平方之和。當(dāng)傳動比jL 較大時，該軸的轉(zhuǎn)動慣量折算到電較大時，該軸的轉(zhuǎn)動慣量折算到電動機軸上后，其數(shù)值占整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量的比重就很小。動機軸上后，其數(shù)值占整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量的比重就很小。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 根據(jù)式根據(jù)式4-3表示的表示的GD2 = 4gJ 的關(guān)系，可以相應(yīng)地得到折的關(guān)系，可以相應(yīng)地得到折算到

42、電動機軸上的等效飛輪轉(zhuǎn)矩算到電動機軸上的等效飛輪轉(zhuǎn)矩 同理，式同理，式4-38和和4-39的結(jié)果可以推廣到多軸電力拖的結(jié)果可以推廣到多軸電力拖動系統(tǒng)中。動系統(tǒng)中。 設(shè)多軸電力拖動系統(tǒng)有設(shè)多軸電力拖動系統(tǒng)有n根中間傳動軸，則折算到電根中間傳動軸，則折算到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣動機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣J 和飛輪矩和飛輪矩GD2為為 （4-40）2L2L2e21jGDGDGD（4-39）2LL2222211e11.11jJjJjJjJJJnn2L2L22222221212e211.11jGDjGDjGDjGDGDGDnn（2-41）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 在一般

43、情況下，傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)運慣量在一般情況下，傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)運慣量 ，在折算后，在折算后占整個系統(tǒng)的比重不大，占整個系統(tǒng)的比重不大， 所以實際工作中往往用下面的近似公式所以實際工作中往往用下面的近似公式 ),.,1(niJi2LLe1jJJJ2L2L2e21jGDGDGD（2-42）（2-43）式中，式中， 為放大因數(shù)，一般取為放大因數(shù)，一般取 = 1.11.25。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)例例4-14.5.3 升降運動系統(tǒng)的等效方法升降運動系統(tǒng)的等效方法 有些生產(chǎn)機械它不僅有旋轉(zhuǎn)運動部件，有些生產(chǎn)機械它不僅有旋轉(zhuǎn)運動部件， 還兼有直線運動部還兼有直線運動部件，分

44、析時要將這樣的拖動系統(tǒng)等效為簡單的單軸拖動系統(tǒng)，如件，分析時要將這樣的拖動系統(tǒng)等效為簡單的單軸拖動系統(tǒng)，如圖圖4-17所示。所示。 做這樣的等效需要分別對旋轉(zhuǎn)運動和直線運動兩種做這樣的等效需要分別對旋轉(zhuǎn)運動和直線運動兩種物理量進(jìn)行折算，前面我們已討論過旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)的折算，物理量進(jìn)行折算，前面我們已討論過旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)的折算， 這里這里僅討論直線運動系統(tǒng)的折算。僅討論直線運動系統(tǒng)的折算。第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 1靜態(tài)力靜態(tài)力FL或稱負(fù)載力的折算或稱負(fù)載力的折算把直線運動的靜態(tài)力把直線運動的靜態(tài)力FL折算到電動機軸上的等效靜轉(zhuǎn)矩折算到電動機軸上的等效靜轉(zhuǎn)矩T

45、L的原則仍是保持折算前后的靜態(tài)功率不變。如果考慮功率的傳遞的原則仍是保持折算前后的靜態(tài)功率不變。如果考慮功率的傳遞方向，同樣分兩種情況討論：方向，同樣分兩種情況討論： 1電動機工作在電動狀態(tài)，此時由電動機帶動工作機構(gòu)，使電動機工作在電動狀態(tài)，此時由電動機帶動工作機構(gòu)，使重物提升。由圖重物提升。由圖4-17，折算前直線運動部件的靜態(tài)功率，折算前直線運動部件的靜態(tài)功率PL為為LLLvFP （4-44）折算后等效拖動系統(tǒng)的靜態(tài)功率折算后等效拖動系統(tǒng)的靜態(tài)功率PL 為為 LLTP （4-45）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)功率是由電動機傳向負(fù)載，按功率平衡原則現(xiàn)功率

46、是由電動機傳向負(fù)載，按功率平衡原則PL=PL/c ，即，即cLLLvFT代入關(guān)系式代入關(guān)系式 =2n/60 ，經(jīng)整理，得到如下折算公式，經(jīng)整理，得到如下折算公式cLLL55. 9nvFT （4-46）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 2電動機工作在發(fā)電制動狀態(tài)，此時工作機構(gòu)帶動電動機，電動機工作在發(fā)電制動狀態(tài)，此時工作機構(gòu)帶動電動機，使重物下放。根據(jù)功率平衡關(guān)系，有使重物下放。根據(jù)功率平衡關(guān)系，有cLLLvFT（4-47）由此得由此得 cLLL55. 9nvFT式中式中 物體下放時的傳動效率。物體下放時的傳動效率?？梢宰C明，在提升與下放時傳動損耗相等的條件下，下

47、放傳可以證明，在提升與下放時傳動損耗相等的條件下，下放傳動效率與提升傳動效率之間有下列關(guān)系動效率與提升傳動效率之間有下列關(guān)系ccc12（4-48）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 2質(zhì)量的折算質(zhì)量的折算 由圖由圖4-17所示，將直線運動系統(tǒng)的質(zhì)量所示，將直線運動系統(tǒng)的質(zhì)量mL折算到電動機軸上，折算到電動機軸上，用等效的轉(zhuǎn)動慣量用等效的轉(zhuǎn)動慣量J 來表示。折算的原則是兩者儲存的動能相等，來表示。折算的原則是兩者儲存的動能相等，即即22222ee11rrLL1111122222JJJJm v2LL2rr211e)(11vmjJjJJJ這樣這樣2LL2r2r21212e2)(4vgmjGDjGDGDGD由于由于 =2n/60 ，mL = GL/g ，2LL2LL2LL)(375)260(4)(4nvGnvgmvgm（4-50）（4-49）（4-51）第第4 4章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)