電機(jī)及拖動基礎(chǔ)-動力學(xué)

1、第第2 2章章 電力拖動系統(tǒng)動力學(xué)v轉(zhuǎn)動方程式轉(zhuǎn)動方程式v多軸電力拖動系統(tǒng)簡化多軸電力拖動系統(tǒng)簡化v負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性與電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性與電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件定運(yùn)行的條件電力拖動系統(tǒng)動力學(xué)電力拖動系統(tǒng)動力學(xué) 2.12.1電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式 電力拖動系統(tǒng)一般是由電動機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械的傳動機(jī)構(gòu)、工電力拖動系統(tǒng)一般是由電動機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械的傳動機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備和電源組成。作機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備和電源組成。 機(jī)械特性表明電動機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系機(jī)械特性表明電動機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系; ;生產(chǎn)機(jī)械生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性表明負(fù)載的性能的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性表明負(fù)載的性能

2、; ;電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式研電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式研究電動機(jī)和負(fù)載之間的運(yùn)動規(guī)律。究電動機(jī)和負(fù)載之間的運(yùn)動規(guī)律。 單軸電力拖動系統(tǒng)單軸電力拖動系統(tǒng) 電動機(jī)轉(zhuǎn)軸與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)直電動機(jī)轉(zhuǎn)軸與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)直接相連，工作機(jī)構(gòu)是電動機(jī)的負(fù)載。接相連，工作機(jī)構(gòu)是電動機(jī)的負(fù)載。 dtdnGDdtdJLTT3752 602 ,42422ngGDDgGmJ 單軸電力拖動系統(tǒng)單軸電力拖動系統(tǒng) T 為電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩(N m)， TL 為電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N m)，J 為電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量(kg m2)， 為電動機(jī)的角速度為電動機(jī)的角

3、速度(rad/s),D 為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的回轉(zhuǎn)直徑為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的回轉(zhuǎn)直徑(m), m 為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量(kg), )2/(604375 g是具有加速度量綱的系數(shù)，單位為是具有加速度量綱的系數(shù)，單位為 mmins 。 , 0 , 0, 0 , 0, 0 , 0 dtdndtdndtdnLTT動轉(zhuǎn)矩動轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)處于加速；系統(tǒng)處于加速； 恒速或靜止，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；恒速或靜止，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；系統(tǒng)減速系統(tǒng)減速 為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的回轉(zhuǎn)半徑為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的回轉(zhuǎn)半徑(m), g=9.81m/s2 為重力加速度為重力加速度, G 為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的重力為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的重力(N), GD2 為轉(zhuǎn)

4、動部分的飛輪矩為轉(zhuǎn)動部分的飛輪矩(Nm2), 實際的電力拖動系統(tǒng)，大多數(shù)是電動機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)與工作機(jī)實際的電力拖動系統(tǒng)，大多數(shù)是電動機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)相連的多軸電力拖動系統(tǒng)。構(gòu)相連的多軸電力拖動系統(tǒng)。 研究多軸電力拖動系統(tǒng)時，需要對每根軸分別寫出運(yùn)動方程式研究多軸電力拖動系統(tǒng)時，需要對每根軸分別寫出運(yùn)動方程式并聯(lián)立求解，最后得出電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律，顯然比較麻煩。并聯(lián)立求解，最后得出電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律，顯然比較麻煩。21 ,2 ,1jjfnnjfnbnjbnnj 等效是指拖動系統(tǒng)在折算前和折算后的功率等效是指拖動系統(tǒng)在折算前和折算后的功率及儲存動能保持不變，即等效單軸系統(tǒng)應(yīng)與實際及

5、儲存動能保持不變，即等效單軸系統(tǒng)應(yīng)與實際的多軸系統(tǒng)具有相等的機(jī)械功率和動能。的多軸系統(tǒng)具有相等的機(jī)械功率和動能。實用工程計算：采用筒化多軸電實用工程計算：采用筒化多軸電力拖動系統(tǒng)的分析計算，將負(fù)載力拖動系統(tǒng)的分析計算，將負(fù)載轉(zhuǎn)矩與系統(tǒng)飛輪矩折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與系統(tǒng)飛輪矩折算到電動機(jī)軸上，變多軸系統(tǒng)為等效的單軸軸上，變多軸系統(tǒng)為等效的單軸系統(tǒng)。系統(tǒng)。 多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化 2.2多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化計算多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化計算 2.2.1工作機(jī)構(gòu)為轉(zhuǎn)動情況時，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算工作機(jī)構(gòu)為轉(zhuǎn)動情況時，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算1.轉(zhuǎn)矩的折算轉(zhuǎn)矩的折算多軸電力拖動系統(tǒng)中多軸電力拖動

6、系統(tǒng)中: FTffTjfTnfnfTffTFT 工作機(jī)構(gòu)折算前的機(jī)械功率工作機(jī)構(gòu)折算前的機(jī)械功率=工作機(jī)構(gòu)折算后的機(jī)械功率工作機(jī)構(gòu)折算后的機(jī)械功率 f為工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸的角速度；為工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸的角速度；Tf為工作機(jī)構(gòu)的實際負(fù)載轉(zhuǎn)矩；為工作機(jī)構(gòu)的實際負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 為電動機(jī)軸的角速度；為電動機(jī)軸的角速度；TF為工作機(jī)構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到電動為工作機(jī)構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到電動機(jī)軸上的折算值；機(jī)軸上的折算值； 為傳動機(jī)構(gòu)總的速比，寫成一般為傳動機(jī)構(gòu)總的速比，寫成一般形式為形式為 等于各級速比乘積；等于各級速比乘積；,321jjjj fnnj 考慮傳動機(jī)構(gòu)的傳動效率：考慮傳動機(jī)構(gòu)的傳動效率： TjfTjfTFT 式 中

7、式 中 為 傳 動 機(jī) 構(gòu) 總 效 率 ， 等 于 各 級 傳 動 效 率 乘為 傳 動 機(jī) 構(gòu) 總 效 率 ， 等 于 各 級 傳 動 效 率 乘積，積， ；傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩?fù)p耗：傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩?fù)p耗：321jfTjfTjfTFTT 由于負(fù)載是由電動機(jī)拖動的，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動性轉(zhuǎn)矩，由于負(fù)載是由電動機(jī)拖動的，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動性轉(zhuǎn)矩， T是由電動機(jī)負(fù)擔(dān)。是由電動機(jī)負(fù)擔(dān)。 2飛輪矩的折算飛輪矩的折算26024221221 ngGDJ 工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸的飛輪矩為工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸的飛輪矩為 ，動能為動能為: 2fGD26024221221 fngfGDffJ 折合到電動機(jī)軸上的飛輪矩折合到電動機(jī)軸上的飛輪矩為為 ，折算

8、后其動能為，折算后其動能為:2FGD26024221221 ngFGDFJ 折算的原則是折算前后該軸的折算的原則是折算前后該軸的動能不變，即動能不變，即2602422126024221 ngFGDfngfGD 化簡后得到負(fù)載軸上飛輪矩的折算公式化簡后得到負(fù)載軸上飛輪矩的折算公式:222)(22jfGDfnnfGDFGD 旋轉(zhuǎn)物體的動能為旋轉(zhuǎn)物體的動能為:飛輪矩用于表征運(yùn)動物體機(jī)械慣性的大??；飛輪矩用于表征運(yùn)動物體機(jī)械慣性的大??；傳動機(jī)構(gòu)中還有轉(zhuǎn)速為傳動機(jī)構(gòu)中還有轉(zhuǎn)速為 nb 的的軸，其軸上各部分的總飛輪軸，其軸上各部分的總飛輪矩實際值為矩實際值為 ,動能是動能是:2bGD26024221 bn

9、gbGD 折合到電動機(jī)軸上以后的飛折合到電動機(jī)軸上以后的飛輪矩為輪矩為 ，其動能為，其動能為:2BGD26024221 ngBGD 根據(jù)折算前后該軸動能不變的原則有根據(jù)折算前后該軸動能不變的原則有:2602422126024221 ngBGDbngbGD 2122)(22jbGDbnnbGDBGD 飛輪矩折算時，其折算值為實際值除以速比的平方，飛輪矩折算時，其折算值為實際值除以速比的平方，(注意不同轉(zhuǎn)注意不同轉(zhuǎn)速的軸其速比也不一樣。速的軸其速比也不一樣。)2)1(2)21(221222)(22)(222aGDjjfGDjbGDaGDfnnfGDbnnbGDaGDGD 寫成一般形式為寫成一般形式

10、為:222)21(221222)(22)(22)(222jfGDjjcGDjbGDaGDfnnfGDcnncGDbnnbGDaGDGD 得到整個電力拖動系統(tǒng)折算到電動機(jī)軸上的總飛輪矩為得到整個電力拖動系統(tǒng)折算到電動機(jī)軸上的總飛輪矩為:一般地說，一般地說， 傳動機(jī)構(gòu)各軸以及工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速要比電動機(jī)軸傳動機(jī)構(gòu)各軸以及工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速要比電動機(jī)軸的轉(zhuǎn)速低，飛輪矩的折算與轉(zhuǎn)速比平方成反比；的轉(zhuǎn)速低，飛輪矩的折算與轉(zhuǎn)速比平方成反比； 盡管可能有多根軸，但它們的飛輪矩折算到電動機(jī)軸盡管可能有多根軸，但它們的飛輪矩折算到電動機(jī)軸上后數(shù)值不大，是系統(tǒng)總飛輪矩的次要部分上后數(shù)值不大，是系統(tǒng)總飛輪矩的次要部

11、分 (20-30%)；電動機(jī)轉(zhuǎn)子本身的飛輪矩是系統(tǒng)總飛輪矩中的主要部分電動機(jī)轉(zhuǎn)子本身的飛輪矩是系統(tǒng)總飛輪矩中的主要部分(70-80%)。 例題例題21 (Pg12) 已知飛輪矩已知飛輪矩 GDa2=14.5 Nm2，GDb2=18.8 Nm2 ，GDf2=120 Nm2 ，傳動效率傳動效率 1 =0.91, 2 =0.93, 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩Tf =85 Nm，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n =2450rmin，nb =810rmin， nf=150rmin，忽略電動機(jī)空載轉(zhuǎn)矩，忽略電動機(jī)空載轉(zhuǎn)矩，求：求：(1)折算到電動機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪矩折算到電動機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪矩GD2； (2) 折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算

12、到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TF。解解: (1)系統(tǒng)總飛輪矩系統(tǒng)總飛輪矩: (2)負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩 :12856.15 N m24500.91 0.93150fFfTTnn2222222222218.812014.524502450()()()()810150 14.52.0550.4517.005 N m (1)(1 0.172) 14.517.005 N mfbabfaGDGDGDGDnnnnGD.2工作機(jī)構(gòu)為平移運(yùn)動時，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算工作機(jī)構(gòu)為平移運(yùn)動時，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算 有些生產(chǎn)機(jī)械，如橋式起重機(jī)的起重小車、龍門刨床等，有些生產(chǎn)機(jī)械，如橋式起重機(jī)的起重小車、龍門刨床等，

13、它們的工作機(jī)構(gòu)作平移運(yùn)動。它們的工作機(jī)構(gòu)作平移運(yùn)動。 刨床電力拖動系統(tǒng)：刨床電力拖動系統(tǒng)：電動機(jī)經(jīng)多級齒輪變速后，電動機(jī)經(jīng)多級齒輪變速后，用齒輪、齒條把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動用齒輪、齒條把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成工作臺的平移運(yùn)動。變成工作臺的平移運(yùn)動。切削時工件與工作臺一起切削時工件與工作臺一起以速度以速度V移移刨床電力拖動示意圖刨床電力拖動示意圖 動，刨刀固定不動。作用在工件上的切削力為動，刨刀固定不動。作用在工件上的切削力為F，電動機(jī)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為的轉(zhuǎn)速為n，傳動機(jī)構(gòu)效率為，傳動機(jī)構(gòu)效率為 。把這種多軸系統(tǒng)等效成單軸系統(tǒng)，須將切削力及平移運(yùn)動部件把這種多軸系統(tǒng)等效成單軸系統(tǒng)，須將切削力及平移運(yùn)動部件的質(zhì)量折算到電

14、動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)矩的質(zhì)量折算到電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)矩 TF 及等效飛輪矩及等效飛輪矩 GDF2。1.轉(zhuǎn)矩的折算轉(zhuǎn)矩的折算 工作機(jī)構(gòu)為平移運(yùn)動時，切削功率為工作機(jī)構(gòu)為平移運(yùn)動時，切削功率為:根據(jù)功率平衡關(guān)系則有根據(jù)功率平衡關(guān)系則有: FvP FvFT 電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)矩電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)矩: nFvnFvFvFT55. 9602 傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗:FTFTT mN r/min, m/s, N, FTnvF 2.飛輪矩的折算飛輪矩的折算折算的原則：折算前后儲存的動能相等。折算的原則：折算前后儲存的動能相等。 平移運(yùn)動部件的動能平移運(yùn)動部件的動能:折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量中儲存

15、的動能折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量中儲存的動能:221221vgfGvfm 2)602(4221221ngFGDFJ 根據(jù)折算前后動能不變的原則有根據(jù)折算前后動能不變的原則有: 2)602(4221221ngFGDvgfG 223652)602(242nvfGnvfGFGD 例題例題21 (Pg13)已知切削力已知切削力F=10000N，工作臺與工件運(yùn)動速度，工作臺與工件運(yùn)動速度v=0.7m/s，傳動，傳動機(jī)構(gòu)總效率機(jī)構(gòu)總效率 =0.81，電動機(jī)轉(zhuǎn)速，電動機(jī)轉(zhuǎn)速n =1450rmin，電動機(jī)的飛輪矩電動機(jī)的飛輪矩 GDD2 =100Nm2 ，求：，求：(l)切削時折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；切削

16、時折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；(2)估算系統(tǒng)的總飛輪矩；估算系統(tǒng)的總飛輪矩；(3)不切削時，工作臺及工件反向加速，電動機(jī)以不切削時，工作臺及工件反向加速，電動機(jī)以dn/dt =500 r/（min s）, 恒加速度運(yùn)行，計算此時系統(tǒng)的動轉(zhuǎn)矩絕對值。恒加速度運(yùn)行，計算此時系統(tǒng)的動轉(zhuǎn)矩絕對值。解：解：(1）切削時折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算切削功率為）切削時折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算切削功率為:W70007 . 010000 FvP折算后的負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算后的負(fù)載轉(zhuǎn)矩:m)(N 92.5681. 01450700055. 955. 9 nFvFT(2)估算系統(tǒng)總的飛輪矩估算系統(tǒng)總的飛輪矩:)2m

17、(N1201002 . 122 . 12 DGDGD(3)不切削時，工作臺與工件反向加速，系統(tǒng)動轉(zhuǎn)矩絕對值不切削時，工作臺與工件反向加速，系統(tǒng)動轉(zhuǎn)矩絕對值: m)(N 1605003751203752 dtdnGDFTT.3工作機(jī)構(gòu)做提升和下放工作機(jī)構(gòu)做提升和下放重重物運(yùn)動時的折算物運(yùn)動時的折算圖圖2.5 2.5 工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動為升工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動為升降的電力拖動系統(tǒng)降的電力拖動系統(tǒng) 電動機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)（減速箱電動機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)（減速箱, 速速比為比為j ）拖動一個卷筒，半徑為）拖動一個卷筒，半徑為R，轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為nf；纏在卷筒上的鋼絲繩懸；纏在卷筒上的鋼絲繩懸掛一重物，重力為掛一重

18、物，重力為G=mg，重物提，重物提升時傳動機(jī)構(gòu)效率為升時傳動機(jī)構(gòu)效率為 ，卷筒重物，卷筒重物提升或下放的速度都為提升或下放的速度都為v。 橋式起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)、電梯、橋式起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)、電梯、礦井卷揚(yáng)機(jī)等，它們的工作機(jī)構(gòu)都礦井卷揚(yáng)機(jī)等，它們的工作機(jī)構(gòu)都是作升降運(yùn)動。升降運(yùn)動屬于直線是作升降運(yùn)動。升降運(yùn)動屬于直線運(yùn)動并與重力有關(guān)。圖運(yùn)動并與重力有關(guān)。圖2.5 1. 1.負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算(1）提升重物時負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算）提升重物時負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算: jGRTjGRFT傳動機(jī)構(gòu)損耗的轉(zhuǎn)矩傳動機(jī)構(gòu)損耗的轉(zhuǎn)矩:jGRjGRT 由摩擦產(chǎn)生，總是起阻礙運(yùn)動的作用。由摩擦產(chǎn)生，總是起阻礙運(yùn)動的作用。提升

19、提升重物時由電動機(jī)負(fù)擔(dān)，重物時由電動機(jī)負(fù)擔(dān)，下放重物時，卷筒上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩成為拖動轉(zhuǎn)矩，由負(fù)載承擔(dān)。下放重物時，卷筒上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩成為拖動轉(zhuǎn)矩，由負(fù)載承擔(dān)。(2)下放重物時負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算下放重物時負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算,)12()( jGRjGRjGRjGRjGRTjGRFT122. 飛輪矩的計算與平移運(yùn)動相同。飛輪矩的計算與平移運(yùn)動相同。例題例題2.3: 已知減速箱的速比已知減速箱的速比j=34，提升重物時效率，提升重物時效率 =0.83，卷筒，卷筒直徑直徑d=0.22m，空鉤重量，空鉤重量G0=470N，所吊重物重，所吊重物重G=8820N，電動，電動機(jī)的飛輪矩機(jī)的飛輪矩GDD2=10Nm2，當(dāng)提，當(dāng)

20、提升升速度為速度為v=0.4m/s，求：，求：(1)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速電動機(jī)的轉(zhuǎn)速(2)忽略空載轉(zhuǎn)矩時電動機(jī)所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；忽略空載轉(zhuǎn)矩時電動機(jī)所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；(3)以以v=0.4m/s下放該重物時，電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。下放該重物時，電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 解解: (l)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的計算電動機(jī)轉(zhuǎn)速的計算 卷筒的轉(zhuǎn)速卷筒的轉(zhuǎn)速:r/min) ( 72.3422. 04 . 06060260 dvrvfn電動機(jī)的轉(zhuǎn)速電動機(jī)的轉(zhuǎn)速:(r/min) 5 .11803472.34 jfnn(3)以以v=0.4m/s下放該重物時電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算下放該重物時電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算傳動機(jī)構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩傳動機(jī)構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩:m)

21、(N 82. 6349 .113111.40 jfTjfTT 電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為:m)(N 47.2682.6349 .1131 TjfTT (2)(2)提升時電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算提升時電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算提升重物時負(fù)載實際轉(zhuǎn)矩為提升重物時負(fù)載實際轉(zhuǎn)矩為: :m)(N 9 .1131)88201470(222.0)0(2 GGdfT電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 :m)(N 11.4083.0349 .1131 jfTFT2.3負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性與電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性與電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件 電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系稱為機(jī)械特性。電動機(jī)的電磁

22、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系稱為機(jī)械特性。 電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，其正方向與電機(jī)的旋電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，其正方向與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向一致；轉(zhuǎn)方向一致； 生產(chǎn)機(jī)械工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的正方向與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)生產(chǎn)機(jī)械工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的正方向與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反。方向相反。 生產(chǎn)機(jī)械工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，稱生產(chǎn)機(jī)械工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，稱之為負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性。之為負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性。 2.3.1負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性(1)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 特點：工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的特點：工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向始終相

23、反方向始終相反，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩特性位于矩特性位于I, III 象限象限內(nèi)內(nèi),轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩的絕對值大小恒定不變絕對值大小恒定不變，是阻，是阻礙運(yùn)動的礙運(yùn)動的制動性轉(zhuǎn)矩制動性轉(zhuǎn)矩。 皮帶運(yùn)輸機(jī)、軋鋼機(jī)等由摩擦力產(chǎn)生負(fù)載轉(zhuǎn)矩的工作機(jī)皮帶運(yùn)輸機(jī)、軋鋼機(jī)等由摩擦力產(chǎn)生負(fù)載轉(zhuǎn)矩的工作機(jī)構(gòu)屬于這類型。構(gòu)屬于這類型。 考慮傳動機(jī)構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩考慮傳動機(jī)構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩 后，折算到電動機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)后，折算到電動機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，即矩特性，即 關(guān)系曲線關(guān)系曲線。 nFTT 實際特性實際特性 折算后特性折算后特性I象限象限: 0 , 0 fTfnIII象限象限: 0 , 0 fTfn jfTTjfTFT 阻礙運(yùn)動的制動性轉(zhuǎn)矩阻礙運(yùn)

24、動的制動性轉(zhuǎn)矩 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 (2)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 特點特點:工作機(jī)構(gòu)的工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩絕對值大小是恒定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩絕對值大小是恒定的，而且，而且方向不變方向不變，轉(zhuǎn)矩特性位于，轉(zhuǎn)矩特性位于I, IV象限內(nèi)；起重機(jī)提升下放重物象限內(nèi)；起重機(jī)提升下放重物就屬于這個類型。就屬于這個類型。 我們分析的電力拖動系統(tǒng)都簡化為單軸系統(tǒng)，只要知道我們分析的電力拖動系統(tǒng)都簡化為單軸系統(tǒng)，只要知道電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速 關(guān)系曲線。關(guān)系曲線。nFT提升重物時：提升重物時： 阻礙運(yùn)動的制動性轉(zhuǎn)矩阻礙運(yùn)動的制動性轉(zhuǎn)矩 ,下放重物時：下放重

25、物時： 幫助運(yùn)動的拖動性轉(zhuǎn)矩幫助運(yùn)動的拖動性轉(zhuǎn)矩 0 , 0 fTfnTjfTFT 0 , 0 fTfnTjfTFT 實際特性實際特性 折算后特性折算后特性 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 2.泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 水泵、油泵、通風(fēng)機(jī)和水泵、油泵、通風(fēng)機(jī)和螺旋槳等，其轉(zhuǎn)矩的大小與螺旋槳等，其轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即轉(zhuǎn)速的平方成正比，即2nFT 泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 3.恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 工作機(jī)構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之積為常數(shù)，即工作機(jī)構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之積為常數(shù)，即 constant602 fnfTffTP 電力牽引

26、系統(tǒng)：電力牽引系統(tǒng)：汽車爬坡，低速大轉(zhuǎn)矩；高速公汽車爬坡，低速大轉(zhuǎn)矩；高速公路運(yùn)行，高速小轉(zhuǎn)矩。路運(yùn)行，高速小轉(zhuǎn)矩。車床加工零件：車床加工零件：粗加工時，較大進(jìn)刀量和較低轉(zhuǎn)粗加工時，較大進(jìn)刀量和較低轉(zhuǎn)速；精加工時，較小進(jìn)刀量和較速；精加工時，較小進(jìn)刀量和較高轉(zhuǎn)速。高轉(zhuǎn)速。 恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 以上所述恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、泵類負(fù)載及恒功率負(fù)載都是從各以上所述恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、泵類負(fù)載及恒功率負(fù)載都是從各種實際負(fù)載中概括出來的典型的負(fù)載型式，實際的負(fù)載可能種實際負(fù)載中概括出來的典型的負(fù)載型式，實際的負(fù)載可能是以某種典型為主或某幾種典型的結(jié)合。是以某種典型為主或某幾種典型的結(jié)合。 例如通風(fēng)機(jī)

27、，主要是泵類負(fù)載特性，但是軸承摩擦又是例如通風(fēng)機(jī)，主要是泵類負(fù)載特性，但是軸承摩擦又是反抗性的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，只是運(yùn)行時后者數(shù)值較小而已。反抗性的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，只是運(yùn)行時后者數(shù)值較小而已。 又如起重機(jī)在提升和下放重物時，一般主要是位能性恒又如起重機(jī)在提升和下放重物時，一般主要是位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 分析電力拖動系統(tǒng)時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性作為已知量對待。分析電力拖動系統(tǒng)時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性作為已知量對待。 2.3.2電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件 電力拖動系統(tǒng)是由電動機(jī)與負(fù)載兩部分組成的，把電動電力拖動系統(tǒng)是由電動機(jī)與負(fù)載兩部分組成的，把電動機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性結(jié)合

28、起來，就可以研究電力機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性結(jié)合起來，就可以研究電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行問題。拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行問題。 電力拖動系統(tǒng)的平衡狀態(tài)電力拖動系統(tǒng)的平衡狀態(tài) 左圖：左圖：1.電動機(jī)的機(jī)械特性電動機(jī)的機(jī)械特性 2.負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性電力拖動系統(tǒng)的平衡工作點電力拖動系統(tǒng)的平衡工作點(穩(wěn)定運(yùn)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件行的必要條件)0 , dtdnLTT圖中兩條曲線的交點圖中兩條曲線的交點A A滿足此條件，滿足此條件，稱為平衡工作點。稱為平衡工作點。 實際運(yùn)行的電力拖動系統(tǒng)，經(jīng)常會出現(xiàn)一些干擾：電源電實際運(yùn)行的電力拖動系統(tǒng)，經(jīng)常會出現(xiàn)一些干擾：電源電壓波動壓波動; 負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動

29、;當(dāng)負(fù)載電流較大時，電樞反應(yīng)使得他勵當(dāng)負(fù)載電流較大時，電樞反應(yīng)使得他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性上翹。直流電動機(jī)的機(jī)械特性上翹。關(guān)鍵是：關(guān)鍵是：l l 突然出現(xiàn)了干擾，系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定運(yùn)行？突然出現(xiàn)了干擾，系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定運(yùn)行？l l 干擾消失后，系統(tǒng)是否能夠回到原來工作點繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行？干擾消失后，系統(tǒng)是否能夠回到原來工作點繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行？這就是我們要討論的電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件。這就是我們要討論的電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件。 舉例：他勵直流電動機(jī)拖動一泵類負(fù)載運(yùn)行舉例：他勵直流電動機(jī)拖動一泵類負(fù)載運(yùn)行TCCRCUTnnNTeaNe20,0 nU不變；不變； 此刻，系統(tǒng)將改變原來的平衡狀此

30、刻，系統(tǒng)將改變原來的平衡狀態(tài)，引起過渡過程：態(tài)，引起過渡過程：電磁過渡過程電磁過渡過程 機(jī)械過渡過程機(jī)械過渡過程相比較而言：相比較而言：機(jī)械慣性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電磁慣性，電磁過渡過程很快就結(jié)束；機(jī)械慣性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電磁慣性，電磁過渡過程很快就結(jié)束；而轉(zhuǎn)速變化較慢，必須考慮機(jī)械過渡過程。而轉(zhuǎn)速變化較慢，必須考慮機(jī)械過渡過程。電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行 分析步驟：分析步驟：(1) 忽略電磁過渡過程，忽略電磁過渡過程，曲線曲線1 直接替代曲線直接替代曲線1；但此；但此刻，轉(zhuǎn)速刻，轉(zhuǎn)速 不能突變不能突變,負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩 不能突變；電動機(jī)運(yùn)行點從不能

31、突變；電動機(jī)運(yùn)行點從A變變到到B，電磁轉(zhuǎn)矩變小為，電磁轉(zhuǎn)矩變小為 ； ,系統(tǒng)開始減速的機(jī)械系統(tǒng)開始減速的機(jī)械過渡過程。過渡過程。 (2)在減速的機(jī)械過渡過程中：在減速的機(jī)械過渡過程中：,0nUAnATBT0ABTT 對電動機(jī)來講，對電動機(jī)來講， ,電動機(jī)運(yùn)行點沿曲線電動機(jī)運(yùn)行點沿曲線1下降；下降； 對泵類負(fù)載來講，對泵類負(fù)載來講， TnLTndtdnTTTTLL , , , 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行 直到曲線直到曲線1與曲線與曲線2交于交于A點為止，點為止， 0 ,dtdnTTL , 電動機(jī)的運(yùn)行點經(jīng)歷電動機(jī)的運(yùn)行點經(jīng)歷了了 的過程，系統(tǒng)減速過的過程，系統(tǒng)減速過渡過程結(jié)束，

32、到達(dá)新的平衡點。渡過程結(jié)束，到達(dá)新的平衡點。 ABA 可見，雖然出現(xiàn)了電壓干擾，可見，雖然出現(xiàn)了電壓干擾，但系統(tǒng)是能夠穩(wěn)定運(yùn)行；那么，電但系統(tǒng)是能夠穩(wěn)定運(yùn)行；那么，電壓干擾消失后，系統(tǒng)是否能夠回到壓干擾消失后，系統(tǒng)是否能夠回到原來工作點繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行？原來工作點繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行？(3) 電壓干擾消失后，電壓干擾消失后，忽略電磁過渡過程，曲線忽略電磁過渡過程，曲線1 直接恢復(fù)為直接恢復(fù)為曲線曲線1；但此刻，轉(zhuǎn)速；但此刻，轉(zhuǎn)速 不能突變，不能突變， 負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩 不能突變；不能突變；電動機(jī)運(yùn)行點從電動機(jī)運(yùn)行點從A變到變到C，電磁轉(zhuǎn)矩加大為，電磁轉(zhuǎn)矩加大為 ； AnATCT電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行 0ACTT ,系統(tǒng)開始升速的機(jī)械過渡過程系統(tǒng)開始升速的機(jī)械過渡過程 (4)在升速的機(jī)械過渡過程中：在升速的機(jī)械過渡過程中： 電動機(jī)電動機(jī) ,電動機(jī)運(yùn)行點沿曲電動機(jī)運(yùn)行點沿曲線線1上升；同時，泵類負(fù)載上升；同時，泵類負(fù)載 ； 直到曲線直到曲線1