第2章電力拖動動力學(xué)

1、1第二章 電力拖動基礎(chǔ)的動力學(xué)陳小勤陳小勤13628183592136281835922主要內(nèi)容主要內(nèi)容3單軸系統(tǒng)單軸系統(tǒng)4多軸系統(tǒng)多軸系統(tǒng)5o 凡是由電動機作為動力，拖動各類生產(chǎn)機械，完成一定的凡是由電動機作為動力，拖動各類生產(chǎn)機械，完成一定的生產(chǎn)工藝要求的系統(tǒng)，都稱為電力拖動系統(tǒng)。生產(chǎn)工藝要求的系統(tǒng)，都稱為電力拖動系統(tǒng)。為了抓住本質(zhì)，首先用簡單的單軸電力拖動系統(tǒng)進行分析。為了抓住本質(zhì)，首先用簡單的單軸電力拖動系統(tǒng)進行分析。6o 外力是改變物體運動狀況的原因外力是改變物體運動狀況的原因)2/()/()()( ,)( ,smdtdvasmvkgmNLFNFdtdvmmaLFF，直直線線運運動動

2、部部件件的的加加速速度度，直直線線運運動動部部件件的的線線速速度度直直線線運運動動部部件件的的質(zhì)質(zhì)量量，的的阻阻力力作作用用在在直直線線運運動動部部件件上上的的拖拖動動力力作作用用在在直直線線運運動動部部件件上上 一、一、單軸電力拖動系統(tǒng)單軸電力拖動系統(tǒng)的直線運動方程的直線運動方程7二、二、 單軸電力拖動系統(tǒng)單軸電力拖動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運動方程的旋轉(zhuǎn)運動方程TTL電動機電動機生產(chǎn)機械nT0軸TTLn)2/()/()2()( ,)( ,sraddtdsradmkgJmNLTmNTdtdJLTT度度，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動部部件件的的機機械械角角加加速速速速度度，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動部部件件的的機機械械角角速速度度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動部部件

3、件的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動慣慣量量，負(fù)負(fù)載載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩拖拖動動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩 MTnLTU8 在工程計算中，常用在工程計算中，常用n n代替代替 表示系統(tǒng)速度，用表示系統(tǒng)速度，用飛輪矩飛輪矩GDGD2 2代替代替 J J表示系統(tǒng)機械慣性表示系統(tǒng)機械慣性g42GD22DgG2mJ 60/2 ndtdnGDdtdngGDLTT375260242 )2( ,2)( ,)( ,)( ,)( ,mNGDmDNGmkgm 工工程程上上看看成成整整體體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動部部分分的的飛飛輪輪矩矩轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動部部分分的的慣慣性性直直徑徑轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動部部分分的的重重量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動部部分分的的慣慣性性半半徑徑轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動部部分分的的質(zhì)質(zhì)量量 二、二、 單軸電

4、力拖動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運動方程單軸電力拖動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運動方程9三種運動三種運動狀態(tài)：狀態(tài)：運運動動方方程程的的實實用用形形式式 dtdnGDLTT3752減速減速加速加速靜止或勻速靜止或勻速穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 003752003752)(003752dtdndtdnGDLTTdtdndtdnGDLTTdtdndtdnGDLTT二、二、 單軸電力拖動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運動方程單軸電力拖動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運動方程具具有有加加速速度度的的量量綱綱，、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩375min/,22,strnmNGDmNLTT 10 首先確定電動機處于電動狀態(tài)時的旋轉(zhuǎn)方向為轉(zhuǎn)速的首先確定電動機處于電動狀態(tài)時的旋轉(zhuǎn)方向為轉(zhuǎn)速的正方向，然后規(guī)定：正方向，

5、然后規(guī)定：三、運動方程式中轉(zhuǎn)矩正、負(fù)號的規(guī)定三、運動方程式中轉(zhuǎn)矩正、負(fù)號的規(guī)定（1 1）電磁轉(zhuǎn)矩）電磁轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速 的正方向相同時為正，相反時為負(fù)。的正方向相同時為正，相反時為負(fù)。Tn（2 2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩）負(fù)載轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速 的正方向相同時為負(fù)，相反時為正。的正方向相同時為負(fù)，相反時為正。LTn（3 3）慣性轉(zhuǎn)矩）慣性轉(zhuǎn)矩 的大小和正負(fù)號由的大小和正負(fù)號由 和和 的代數(shù)和決定。的代數(shù)和決定。TLTdtdnGD 375211u 多軸系統(tǒng)多軸系統(tǒng)單軸系統(tǒng)單軸系統(tǒng) 將將其它軸上其它軸上的轉(zhuǎn)矩、飛輪矩的轉(zhuǎn)矩、飛輪矩折算折算到到電動機軸電動機軸上上T GDL2等效負(fù)載等效負(fù)載TL電動機電動機T、

6、T0TL傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)22 jTf11 j電動機電動機T、T0工作機構(gòu)工作機構(gòu)TfT fGDa2GDb2 12fGD12等效負(fù)載等效負(fù)載TL一、一、旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動的的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩折算折算轉(zhuǎn)矩折算的原則：轉(zhuǎn)矩折算的原則：系統(tǒng)傳遞的功率不變系統(tǒng)傳遞的功率不變1. 電動狀態(tài)電動狀態(tài)ffTLT jfTffTLT 電動機電動機T、T0工作機構(gòu)工作機構(gòu)Tf傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)P LTP1ffTP 2 轉(zhuǎn)矩的折算是按照轉(zhuǎn)矩的折算是按照速比的反比進行的速比的反比進行的13發(fā)電制動狀態(tài)：功率由工作機構(gòu)發(fā)電制動狀態(tài)：功率由工作機構(gòu)電機電機2. 2. 發(fā)電制動狀態(tài)發(fā)電制動狀態(tài)轉(zhuǎn)矩折算的原則：轉(zhuǎn)矩折算的原則：系統(tǒng)傳遞的功

7、率不變系統(tǒng)傳遞的功率不變.321321jjjjTTLff 轉(zhuǎn)動機構(gòu)總速比轉(zhuǎn)動機構(gòu)總速比轉(zhuǎn)動機構(gòu)總效率轉(zhuǎn)動機構(gòu)總效率到電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩到電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩工作軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算工作軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算工作軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩工作軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩工作軸角速度工作軸角速度電機軸角速度電機軸角速度 ffTLT jfTLfTLT 電動機電動機T、T0工作機構(gòu)工作機構(gòu)TL傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)P LTP1ffTP 2 14等效負(fù)載等效負(fù)載TL二、二、旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動的的飛輪矩飛輪矩折算折算飛輪矩折算的原則：飛輪矩折算的原則：系統(tǒng)儲藏的動能不變系統(tǒng)儲藏的動能不變電動機電動機T、T0工作機構(gòu)工作機構(gòu)Tf傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)22421f

8、fgGD 22421 gGDL折算前后動能不變：折算前后動能不變：2222421421 gGDgGDLff222222jGDGDGDfffL 飛輪矩的飛輪矩的折算是按折算是按照速比平照速比平方的反比方的反比進行的進行的22222)60242142121n(gGDgGDJA 旋轉(zhuǎn)物體動能公式：旋轉(zhuǎn)物體動能公式：22222)60242142121n(gGDgGDJA 旋轉(zhuǎn)物體動能公式：旋轉(zhuǎn)物體動能公式：22222)60242142121n(gGDgGDJA 旋轉(zhuǎn)物體動能公式：旋轉(zhuǎn)物體動能公式：22222)60242142121n(gGDgGDJA 旋轉(zhuǎn)物體動能公式：旋轉(zhuǎn)物體動能公式：15二、二、旋

9、轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動的的飛輪矩飛輪矩折算折算T GDL2等效負(fù)載等效負(fù)載TL電動機電動機T、T0TL經(jīng)分析電力拖動系統(tǒng)折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的總飛輪矩：經(jīng)分析電力拖動系統(tǒng)折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的總飛輪矩：22221221222)1(DLbaGDjjDGjGDGDGD 工程近似工程近似11 j電動機電動機T、T0工作機構(gòu)工作機構(gòu)TfT fGDa2GDb2 b2fGD22 jP12 ：例：例2-1T nGDL2等效負(fù)載等效負(fù)載TL電動機電動機T、T0TL11 j電動機電動機T、T0工作機構(gòu)工作機構(gòu)TfT nnfGDa2GDb2nb2fGD22 j。負(fù)負(fù)載載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩）折折算算到到電電動動機機軸軸上上的的（系系統(tǒng)統(tǒng)

10、總總飛飛輪輪矩矩）折折算算到到電電動動機機軸軸上上的的（：忽忽略略電電機機空空載載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩，求求，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩，傳傳動動效效率率系系統(tǒng)統(tǒng)中中，已已知知飛飛輪輪矩矩如如下下圖圖所所示示的的電電力力拖拖動動Lfbf11T2G1nnn85T0.930.91GGG;min,/150min,/810min,/2450,120,8 .18,5 .142222222DrrrmNmNDmNDmNDLba 17三、平移運動的三、平移運動的轉(zhuǎn)矩與飛輪矩轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算的折算總質(zhì)量總質(zhì)量mL電動機電動機刨刀刨刀TnVFTnJL等效負(fù)載等效負(fù)載電動機電動機TL1.1.轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩的折算的折算FvP 切切削削功功率率

11、nFvnFvFvLTFvLT 55. 9260 折折算算前前后后功功率率不不變變R18總質(zhì)量總質(zhì)量mL電動機電動機刨刀刨刀TnVFTnJL等效負(fù)載等效負(fù)載電動機電動機TL2.2.飛輪矩飛輪矩的折算的折算其它軸上的飛輪矩其它軸上的飛輪矩的折算按旋轉(zhuǎn)運動的方法的折算按旋轉(zhuǎn)運動的方法26024221221221 ngLGDLJvLm 223652602242nvfGnvLgmLGD 三、平移運動的三、平移運動的轉(zhuǎn)矩與飛輪矩轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算的折算26024221221221 ngLGDLJvLm 223652602242nvfGnvLgmLGD 19車床主傳動車床主傳動20四、升降運動的四、升降運動

12、的轉(zhuǎn)矩與飛輪矩轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算的折算T nGD2等效負(fù)載等效負(fù)載電動機電動機TL電動機電動機滾筒滾筒T nj11j22nfGDa2GDb2GDf2nbmv v提升運動：電動機為電動狀態(tài)；下降運動：電動機為發(fā)電狀態(tài)提升運動：電動機為電動狀態(tài)；下降運動：電動機為發(fā)電狀態(tài)R21（1 1）提升運動：）提升運動：1.1.轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩的折算的折算（2 2）下降運動：）下降運動：nnjGRjGRnjGRLTnjGRLTGV9.55-GV9.55TGV9.55,GV9.55 或或若計入損耗則：若計入損耗則：（同平移）（同平移）或或 1-21-2-T-LT, jGRjGRjGRjGRjGRjGRjGR方向相反方向

13、相反損耗與上升時大小相同損耗與上升時大小相同負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算值負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算值22飛輪矩飛輪矩的折算按的折算按動能不變原則，與平移時相同動能不變原則，與平移時相同2.2.飛輪矩飛輪矩的折算：的折算：不論提升還是下降運動不論提升還是下降運動223652nvfGLGD 平平移移223652nvfGLGD 提升提升，高速（如：離心機），高速（如：離心機），低速；，低速；補充說明齒輪傳動時：補充說明齒輪傳動時：111221 jjjZZnn23起重機提升機構(gòu)傳動系統(tǒng)起重機提升機構(gòu)傳動系統(tǒng)24起重機傳動機構(gòu)示意圖起重機傳動機構(gòu)示意圖25多軸電力拖動系統(tǒng)簡化總結(jié)多軸電力拖動系統(tǒng)簡化總結(jié)o 旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動（發(fā)發(fā)電

14、電機機）（電電動動機機） jfTLTjfTLT 222jGDGDfL （下降）（下降）（上升或平移）（上升或平移） nFvnFvLTnFvLTnn55. 91-255. 955. 9 GV9.55-GV9.55T223652nvLGLGD o 升降或平移運動升降或平移運動262.3 2.3 負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性，就是負(fù)載的機械特性，簡稱負(fù)載特性。負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性，就是負(fù)載的機械特性，簡稱負(fù)載特性。 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性是指生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性是指生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速 無關(guān)的無關(guān)的特性。分反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

15、兩種。特性。分反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種。nLT（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載T TL Ln（2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載T TL LnTLnnTL軋鋼機、造紙機、皮軋鋼機、造紙機、皮帶傳輸機、機床的刀帶傳輸機、機床的刀架平移機構(gòu)架平移機構(gòu)TLnnTL電梯、卷揚機、起電梯、卷揚機、起重機等提升類負(fù)載重機等提升類負(fù)載)(LTfn 27二、恒功率負(fù)載特性二、恒功率負(fù)載特性 恒功率負(fù)載特點是：負(fù)載轉(zhuǎn)恒功率負(fù)載特點是：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù)，即矩與轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù)，即 與與 成反比，特性曲線為一條雙成反比，特性曲線為一條雙曲線。曲線。nLTT TL Ln三、泵與

16、風(fēng)機類負(fù)載特性三、泵與風(fēng)機類負(fù)載特性 負(fù)載的轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩 基本上與轉(zhuǎn)基本上與轉(zhuǎn)速速 的平方成正比。負(fù)載特性的平方成正比。負(fù)載特性為一條拋物線。為一條拋物線。LTnT TL Ln12TL0車床等生產(chǎn)機械車床等生產(chǎn)機械水泵、油泵及離水泵、油泵及離心式通風(fēng)機心式通風(fēng)機28四、四、 系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 o 電力拖動系統(tǒng)的運動狀態(tài)是由電動機的電磁轉(zhuǎn)矩電力拖動系統(tǒng)的運動狀態(tài)是由電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T T和和負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TL L共同決定的。共同決定的。電力拖動系統(tǒng)的運動狀態(tài)：電力拖動系統(tǒng)的運動狀態(tài)：減速減速加速加速靜止或勻速靜止或勻速穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 003752003752)(003752dtdndtdnGDLTTdtdndtdnGDLTTdtdndtdnGDLTT當(dāng)當(dāng)T=TT=TL L時，時， ，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。該點稱為工作點。，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。該點稱為工作點。0 dtdn291、穩(wěn)定運行的概念 當(dāng)系統(tǒng)在某一工作點穩(wěn)定運行時，擾動作用會導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速當(dāng)系統(tǒng)在某一工作點穩(wěn)定運行時，擾動作用會導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。如果在擾動持續(xù)期間，系統(tǒng)能在新的條件下達(dá)到新的發(fā)生變化。如果在擾動持續(xù)期間，系統(tǒng)能在新的條件下達(dá)到新的平衡，在新的工作點穩(wěn)速運行，而且在擾動消失后能夠自動回到平衡，在新的工作點穩(wěn)速運行，而且在擾動消失后能夠自動回到