第二章電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎.

1、 本章主要介紹電力拖動系統(tǒng)的運動方程；工作機構的轉矩和飛輪矩的折算折算及負載轉矩特性。為介紹電力拖動的機械特性與過渡過程等內容準備必要的理論基礎。 拖動：由原動機帶動生產機械運轉拖動：由原動機帶動生產機械運轉 電力拖動：以電動機拖動生產機械運轉的拖電力拖動：以電動機拖動生產機械運轉的拖動方式動方式 一般情況下，電力拖動系統(tǒng)由一般情況下，電力拖動系統(tǒng)由電動機電動機、生產生產機械的傳動機構、工作機構、控制設備及電機械的傳動機構、工作機構、控制設備及電源源 5 5 大部分組成。大部分組成。電源電源控制設備控制設備電動機電動機傳動和工作機構傳動和工作機構電力拖動系統(tǒng)示意圖電力拖動系統(tǒng)示意圖 在許多情況

2、下，電動機與工作機構之間在許多情況下，電動機與工作機構之間有傳動機構。有傳動機構。 通常把機械的通常把機械的傳動機構傳動機構及生產機械的及生產機械的工工作機構作機構稱為稱為 電力拖動系統(tǒng)中電動機帶動負載的力學電力拖動系統(tǒng)中電動機帶動負載的力學問題是我們要討論的主要問題。問題是我們要討論的主要問題。 電力拖動系統(tǒng)中有的部件作電力拖動系統(tǒng)中有的部件作直線運動直線運動、有的部件作有的部件作旋轉運動旋轉運動。采用古典動力學來分。采用古典動力學來分析。析。一一. .運動方程式運動方程式1.1.直線運動時的運動方程式直線運動時的運動方程式F - -拖動力拖動力（N）；Fz - -阻力阻力（N N）；m(d

3、v/dt)-慣性力。慣性力。作直線運動的物體作直線運動的物體2.2.旋轉運動時的方程式為：旋轉運動時的方程式為：T - -電動機產生的拖動轉矩電動機產生的拖動轉矩(Nm)；Tz - -阻轉矩（或稱負載轉矩）阻轉矩（或稱負載轉矩）(Nm)；J(d/dt)-慣性轉矩（或稱加速轉矩）。慣性轉矩（或稱加速轉矩）。旋轉運動的物體旋轉運動的物體3.3.轉動慣量轉動慣量 J 表示為表示為: :m 與與 G - - 旋轉部分的質量旋轉部分的質量（kg）與重量與重量(N)； 與與 D - - 慣性半徑與直徑慣性半徑與直徑（m）；g = 9.81m/s2 - - 重力加速度。重力加速度。轉動慣量轉動慣量 J 的單

4、位為的單位為 kgm2或或N m2gGDDgGmJ42222實際計算中常將實際計算中常將 旋轉運動方程式旋轉運動方程式 化為另一化為另一種形式種形式即將角速度即將角速度 （rad/s）化成用每分鐘轉數化成用每分鐘轉數 n (r/min) 表示的形式表示的形式這樣有旋轉運動方程式的實用形式這樣有旋轉運動方程式的實用形式4.4.旋轉運動方程式的實用形式旋轉運動方程式的實用形式GD2 - - 稱為飛輪矩稱為飛輪矩（Nm2）5.5.電動機的工作狀態(tài)電動機的工作狀態(tài)l穩(wěn)定運轉狀態(tài)穩(wěn)定運轉狀態(tài)當當 T = TZ，dn/dt=0，n =常值，電動機常值，電動機靜止或靜止或等速旋轉等速旋轉l加速狀態(tài)加速狀態(tài)

5、當當 T TZ，dn/dt 0l減速狀態(tài)減速狀態(tài) 當當 T TZ，dn/dt 0) 或吸收的機械功率或吸收的機械功率 （ T 0) 或釋放的機械功率或釋放的機械功率 (TZ 0) 拖動系統(tǒng)動能拖動系統(tǒng)動能 的變化的變化dtdJTTZ)21(2JdtddtdJTTZ2.2 工作機構轉矩、飛輪矩的折算工作機構轉矩、飛輪矩的折算實際拖動系統(tǒng)的軸常是不止一根，這種系統(tǒng)實際拖動系統(tǒng)的軸常是不止一根，這種系統(tǒng)顯然比一根軸的系統(tǒng)要復雜，計算起來也較顯然比一根軸的系統(tǒng)要復雜，計算起來也較為困難；為困難；如要全面研究這個系統(tǒng)的問題，必須：如要全面研究這個系統(tǒng)的問題，必須： 對每根軸列出其相應的運動方程式；對每根

6、軸列出其相應的運動方程式；列出各軸間互相聯(lián)系的方程式；列出各軸間互相聯(lián)系的方程式；最后把這些方程式聯(lián)系起來，全面地研究系最后把這些方程式聯(lián)系起來，全面地研究系統(tǒng)的運動。統(tǒng)的運動。問題！這種方法研究系統(tǒng)太復雜！問題！這種方法研究系統(tǒng)太復雜！多軸系統(tǒng)到單軸的簡化多軸系統(tǒng)到單軸的簡化對電力拖動系統(tǒng)而言，通常把對電力拖動系統(tǒng)而言，通常把電動機軸作為電動機軸作為研究對象研究對象即可即可解決途徑：解決途徑：把實際的拖動系統(tǒng)等效為單軸系統(tǒng)把實際的拖動系統(tǒng)等效為單軸系統(tǒng)等效原則：等效原則：保持兩個系統(tǒng)保持兩個系統(tǒng)傳送的功率傳送的功率及及儲存的動能儲存的動能相同相同一一.工作機構轉矩工作機構轉矩 Tz的折算的折

7、算用電動機軸上的阻轉矩用電動機軸上的阻轉矩 Tz 來反映工作來反映工作機構軸上實際轉矩機構軸上實際轉矩 Tz的工作的工作折算的原則：折算的原則： 系統(tǒng)的系統(tǒng)的傳送功率傳送功率不變不變多軸系統(tǒng)到單軸的簡化多軸系統(tǒng)到單軸的簡化若不考慮中間傳動機構的損耗若不考慮中間傳動機構的損耗有如下關系：有如下關系：轉速比，轉速比，j = /Z = n/nz 解決問題的思路：解決問題的思路： 將傳動機構各軸的轉動慣量將傳動機構各軸的轉動慣量 J1 、J2 、J3 .及工作機構的轉動慣量及工作機構的轉動慣量 Jz 折算到電動機軸折算到電動機軸上，用電動機軸上一個等效的轉動慣量上，用電動機軸上一個等效的轉動慣量 J來

8、反映整個拖動系統(tǒng)中轉速不同的各軸的轉來反映整個拖動系統(tǒng)中轉速不同的各軸的轉動慣量動慣量二二. 飛輪矩的折算飛輪矩的折算折算原則：折算原則： 實際實際系統(tǒng)與等效系統(tǒng)系統(tǒng)與等效系統(tǒng)儲存動能儲存動能相等相等。有有下列下列關系：關系：考慮到考慮到 GD2 = 4gJ， = 2n/60，得得2.32.3 考慮傳動機構損耗的簡化方法考慮傳動機構損耗的簡化方法傳動機構損耗的簡化考慮方法可在折算公式中引傳動機構損耗的簡化考慮方法可在折算公式中引入傳動效率入傳動效率 c 一一.工作機構轉矩工作機構轉矩 Tz的簡化折算的簡化折算 1.電動機工作在電動狀態(tài)電動機工作在電動狀態(tài)電動機帶動工作機構，功率由電動機向工作機

9、構電動機帶動工作機構，功率由電動機向工作機構傳送傳送傳動損耗由電動機承擔傳動損耗由電動機承擔電動機發(fā)出的功率比生產機構消耗的功率大電動機發(fā)出的功率比生產機構消耗的功率大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)l工作機構帶動電動機，功率傳送方向與電動狀工作機構帶動電動機，功率傳送方向與電動狀態(tài)時相反態(tài)時相反l傳動損耗功率由工作機構承擔傳動損耗功率由工作機構承擔l傳送到電動機軸上的功率較工作機構軸上的功傳送到電動機軸上的功率較工作機構軸上的功率小率小c 為傳動機構總效率，在多級傳動時，如為傳動機構總效率，在多級傳動時，如各級效率為各級效率為 c1、c2、c3.,則則 c 應為：應為：

10、c = c1 c2 c3. 每對齒輪（用滾動軸承）的滿載效率為每對齒輪（用滾動軸承）的滿載效率為 0.975 0.985；蝸輪蝸桿傳動的滿載效率為；蝸輪蝸桿傳動的滿載效率為 0.5 0.7 ，可由機械工程手冊上查到?？捎蓹C械工程手冊上查到。u 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矩、飛輪矩的轉矩、飛輪矩折算折算到到電動機軸電動機軸上上T GD2等效負載等效負載電動機電動機TZ電動機電動機工作機構工作機構T j11j222TZ zGDd2GD12GDZ2 1二、二、旋轉運動旋轉運動的的轉矩轉矩折算折算轉矩折算的原則：轉矩折算的原則：系統(tǒng)傳遞的功率不變系統(tǒng)傳遞的功率不變czz

11、TzTjczTzczTzT1. 電動狀態(tài)電動狀態(tài)T GD2等效負載等效負載電動機電動機TZ電動機電動機工作機構工作機構T j11j222TZ zGDd2GD12GDZ2 1.321321jjjjTTczzz 轉動機構總速比轉動機構總速比轉動機構總效率轉動機構總效率到電機軸上的負載轉矩到電機軸上的負載轉矩工作軸的負載轉矩折算工作軸的負載轉矩折算工作軸的負載轉矩工作軸的負載轉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 發(fā)電制動狀態(tài)：功率由工作機構發(fā)電制動狀態(tài)：功率由工作機構電機電機czzTzTcjzTczzTzT2. 發(fā)電制動狀態(tài)發(fā)電制動狀態(tài)轉矩折算的原則：轉矩折算的原則：系統(tǒng)傳遞的功率不

12、變系統(tǒng)傳遞的功率不變三、三、旋轉運動旋轉運動的飛輪矩折算的飛輪矩折算飛輪矩折算的原則：飛輪矩折算的原則：系統(tǒng)儲存的動能不變系統(tǒng)儲存的動能不變221.21121221221zzJJdJJg42GD22DgG2mJ 60/2n221.21121221221zzJJdJJg42GD22DgG2mJ 60/2n21.22211121112.222211zjzJjjJjJdJzzJJJdJJ22.222122212122zjzGDjjGDjGDdGDGD四、平移運動的四、平移運動的轉矩與飛輪矩轉矩與飛輪矩的折算的折算總質量總質量mz電動機電動機刨刀刨刀TnVFT Jz等效負載等效負載電動機電動機TzFv

13、P 切削功率1.1.轉矩轉矩的折算的折算ncFvncFvcFvzTcFvzT55.9260 折算前后功率不變四、平移運動的轉矩與飛輪矩的折算四、平移運動的轉矩與飛輪矩的折算2.2.飛輪矩飛輪矩的折算的折算26024221221221ngzGDzJvzm223652602242nvzGnvzgmzGD其它軸上的飛輪矩其它軸上的飛輪矩的折算按旋轉運動的方法的折算按旋轉運動的方法五、升降運動的五、升降運動的轉矩與飛輪矩轉矩與飛輪矩的折算的折算T GD2等效負載等效負載電動機電動機Tz電動機電動機滾筒滾筒T j11j222 zGDd2GD12GD22 1mv v提升運動：電動機為電動狀態(tài)提升運動：電動

14、機為電動狀態(tài)下降運動：電動機為發(fā)電狀態(tài)下降運動：電動機為發(fā)電狀態(tài)1.1.提升運動：方法同平移運動提升運動：方法同平移運動(1).(1).轉矩轉矩的折算的折算ncFvzT55. 9平移ncvzGncmgvzT55. 955. 9提升2.2.下降運動下降運動55. 9cnvzGzTcvzGvzGvzGcvzG下降提升cccc12111當提升和下降的傳動損耗相同當提升和下降的傳動損耗相同飛輪矩的折算按動能不變原則飛輪矩的折算按動能不變原則(2).(2).飛輪矩飛輪矩的折算：不論提升還是下降運動的折算：不論提升還是下降運動223652nvzGzGD 平移223652nvzGzGD 提升2.42.4 生

15、產機械的負載轉矩特性生產機械的負載轉矩特性阻轉矩（或稱負載轉矩）阻轉矩（或稱負載轉矩）TZ 與轉速與轉速 n 的關的關系系 TZ=f(n)即為生產機械的即為生產機械的負載轉矩特性負載轉矩特性,分為三大類：分為三大類：l恒轉矩負載恒轉矩負載 反抗性恒轉矩負載和位能性恒轉反抗性恒轉矩負載和位能性恒轉矩負載矩負載l通風機負載通風機負載l恒功率負載恒功率負載一、恒轉矩負載特性一、恒轉矩負載特性特點：特點：負載轉矩負載轉矩 TZ 與轉速與轉速 n 無關。無關。即即當轉速變化時，負載轉矩當轉速變化時，負載轉矩 TZ 保持常值。保持常值。又可分為：又可分為：1.反抗性恒轉矩負載反抗性恒轉矩負載 反抗性恒轉矩

16、負載的特點：反抗性恒轉矩負載的特點：恒值轉矩恒值轉矩 Tz 總總是反對運動方向是反對運動方向 摩擦負載轉矩，如金屬的壓延、機床的平摩擦負載轉矩，如金屬的壓延、機床的平移機構等移機構等2.位能性恒轉矩負載位能性恒轉矩負載l位能性恒轉矩負載的特點：位能性恒轉矩負載的特點：轉矩轉矩 Tz具有固具有固定的方向，不隨轉速方向改變而改變定的方向，不隨轉速方向改變而改變l如起重機類型負載中的重物如起重機類型負載中的重物位能性恒負載轉矩位能性恒負載轉矩二二. .通風機負載通風機負載 l特點：特點：負載轉矩與轉速有關，基本上與轉負載轉矩與轉速有關，基本上與轉速的平方成正比速的平方成正比，即，即 Tz = K n2l此類負載有通風機、水泵、油泵等。此類負載有通風機、水泵、油泵等。三三. .恒功率負載恒功率負載l車床在粗加工時，切削量大，切削阻力大，車床在粗加工時，切削量大，切削阻力大，開低速；精加工時，切削量小，切削力小，開低速；精加工時，切削量小，切削力小，開高速。開高速。l特點：特點：負載轉矩基本上與轉速成反比負載轉矩基本上與轉速成反比，即，即 負載轉矩負載轉矩Tz 與與 n 的特性曲線呈現恒功的特性曲線呈現恒功