第7章電力拖動基礎(chǔ)

第7章電力拖動基礎(chǔ)1電機(jī)與拖動第7章電力拖動基礎(chǔ)

7.1電力拖動系統(tǒng)的組成與分類

7.3電力拖動系統(tǒng)的負(fù)載特性7.2電力拖動系統(tǒng)運(yùn)動方程式7.4電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件

7.5電力拖動系統(tǒng)調(diào)速的基本概念

下一章上一章返回主頁27.1電力拖動系統(tǒng)的組成與分類拖動：原動機(jī)帶動生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動。電力拖動：用電動機(jī)作為原動機(jī)的拖動方式。一、電力拖動系統(tǒng)的組成電動機(jī)傳動機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)控制設(shè)備電源1.電力拖動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1)電能易于生產(chǎn)、傳輸、分配。(2)電動機(jī)類型多、規(guī)格全，具有各種特性，能滿足各種生產(chǎn)機(jī)械的不同要求。3(3)電動機(jī)損耗小、效率高、具有較大的短時過載能力。(4)電力拖動系統(tǒng)容易控制、操作簡單、便于實現(xiàn)自動化。2.應(yīng)用舉例精密機(jī)床、重型銑床、

初軋機(jī)、高速冷軋機(jī)、高速造紙機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵……4二、典型的電力拖動系統(tǒng)1.單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)等所有運(yùn)動部件均以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。2.多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

工作機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)53.多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動加平移運(yùn)動系統(tǒng)4.多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動加升降運(yùn)動系統(tǒng)工作機(jī)構(gòu)

G6※

J——轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）；

——旋轉(zhuǎn)角加速度（rad/s2）；

——慣性轉(zhuǎn)矩（N·m）?！?/p>

電動狀態(tài)時，Te＞0，n＞0，TL＞0?！?/p>

制動狀態(tài)下放重物時，Te＞0，n＜0，TL＞0。7.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式一、單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程Te－TL=Jdd

tdd

tJdd

t電動狀態(tài)TeTL制動狀態(tài)下放重物TeTL正方向7飛輪矩(N·m2)因為

J=m2Gg=D2（）2GD24g=旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量(kg)回轉(zhuǎn)半徑(m)2n60Te－TL=GD2

d4g

d

t回轉(zhuǎn)直徑(m)=GD2

dn375d

tGD2

dn375d

tTe－TL=※

對于均勻?qū)嵭膱A柱體，與幾何半徑R的關(guān)系為R2=8當(dāng)Te＞TL時，→n

dnd

t＞0→加速的暫態(tài)過程。

當(dāng)Te=TL時，dnd

t=0穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)Te＜TL時，→n

dnd

t＜0→減速的暫態(tài)過程。

n=0n=

常數(shù)GD2

dn375d

tTe－TL=動轉(zhuǎn)矩9負(fù)載吸收的功率(1)Te＞0，

電動機(jī)輸出機(jī)械功率(2)Te

＜0，電動機(jī)輸入機(jī)械功率

單軸電力拖動系統(tǒng)的功率平衡方程Te

－TL

=Jdd

t（）=dd

tJ

212電磁功率系統(tǒng)動能Pe－PL=Jdd

t即Te

與Ω方向相同。

——電動狀態(tài)。即Te

與Ω方向相反。

——制動狀態(tài)。電動狀態(tài)1TeTL制動狀態(tài)1TeTL電動狀態(tài)2TeTL制動狀態(tài)2TeTL10(3)TL

＞0，負(fù)載從電動機(jī)吸收機(jī)械功率。(4)TL

＜0，負(fù)載釋放機(jī)械功率給電動機(jī)（拖動系統(tǒng)）。(5)Pe＞PL，(6)Pe＜PL，

Ω和n不能突變，

即系統(tǒng)不可能具有無窮大的功率。即TL

與Ω方向相反。即TL與Ω方向相同。，加速狀態(tài)，

，減速狀態(tài)，否則J→∞

dd

t電動狀態(tài)1T2TL制動狀態(tài)1T2TL電動狀態(tài)2T2TL制動狀態(tài)2T2TL系統(tǒng)動能增加。系統(tǒng)動能減少。111.多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動系統(tǒng)二、多軸電力拖動系統(tǒng)的折算效等工作機(jī)構(gòu)等效負(fù)載n1TL

j1nTej2ng

Tg

※

j1、j2——齒輪傳動比；※

ng、Tg

——工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速、阻轉(zhuǎn)矩。

nTe12TL=Tg

cΩg

ΩL=Tg

jc

TLΩc

=

TgΩg

傳動機(jī)構(gòu)的效率傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比(1)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL

等效折算原則：機(jī)械功率不變。

傳動機(jī)構(gòu)的總轉(zhuǎn)速比ΩΩgj==j1·j2==nng

nn1

n1

ng

13常見傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比的計算公式：①齒輪傳動②皮帶輪傳動③蝸輪蝸桿傳動皮帶輪的直徑蝸輪的齒數(shù)蝸桿的頭數(shù)n1n2j==z2z1齒輪的齒數(shù)n1n2j==D2D1n1n2j==z2z114(2)等效飛輪矩

GD2

等效折算原則：動能不變。

設(shè)各部分的轉(zhuǎn)動慣量為：工作機(jī)構(gòu)n1j1nTej2ng

Tg

GD21GD22GD24GD23GD2gGD2d※

——電動機(jī)軸的飛輪矩；※

~——各級齒輪的飛輪矩；※

——工作機(jī)構(gòu)的飛輪矩。GD2gGD2dGD21GD24等效負(fù)載GD215工作機(jī)構(gòu)n1j1nTej2ng

Tg

GD21GD22GD24GD23GD2gGD2d等效負(fù)載GD2※

=0.2~0.3

。GD2=＋＋＋

GD2dGD2＋GD223GD21j2

1GD2＋GD24gj2

2j2

1GD2dGD2=(

1＋

)估算方法：12動能：J2

16

【例7－1】

圖示的三軸拖動系統(tǒng)，已知工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩Tg=236Nm，轉(zhuǎn)速為ng＝128r/min；速比為j1=2.4，j2=3.2；各級傳動效率均為0.9；飛輪矩GDd2＝6.5Nm2，GD12=1.4Nm2，GD22=2.8Nm2，GD32＝1.6Nm2，GD42=3.1Nm2，GDg2＝25Nm2，求折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和總飛輪矩。

解：總傳動效率為總速比為17折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載飛輪矩為總飛輪矩為折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為18目的將平移作用力

Fg

折算為等效轉(zhuǎn)矩TL

。

將平移運(yùn)動的質(zhì)量

m折算為等效的GD2

。(1)

等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL

等效折算原則：機(jī)械功率不變。2.平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算vgFg

作用力平移速度刨刀齒條齒輪432n1工件(m)切削功率TLc=Fgvg

19TL=Fgvg

cΩ

=Fgvg

cn602=9.55Fgvg

cn(2)等效飛輪矩

GD2

等效折算原則：動能不變。

平移運(yùn)動折算到電動機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：12JgΩ2

=12m

vg

21212vg

2GD24gLg2n

60=2Gg2GD2=365LgGvgn2

GD2=＋＋傳動機(jī)構(gòu)飛輪矩的折算值

GD2dGD2Lg

20

【例7－2】龍門刨床的傳動系統(tǒng)如下圖示，各級傳動齒輪及運(yùn)動體的數(shù)據(jù)見表7-1，已知電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n=558r/min，工件的切削力Fg＝20000N，切削速度vg＝0.167m/s，工作臺與導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)＝0.1，傳動機(jī)構(gòu)的效率為c＝0.8，由垂直方向切削力所引起的工作臺與導(dǎo)軌間的摩擦損失可略去不計。試求折算到電動機(jī)軸上的總飛輪矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。21表7-1例題7-2已知數(shù)據(jù)表代號名稱速比GD2/(Nm2)重量/N轉(zhuǎn)速/(r/min)1齒輪3.133.12齒輪15.23齒輪2.6484齒輪245齒輪3.22146齒輪387齒輪3.29268齒輪42G1工作臺30000G2工件7000M電動機(jī)24055822旋轉(zhuǎn)部分的飛輪矩為解：傳動機(jī)構(gòu)的速比平移運(yùn)動部分的重量為

Gg

=G1＋G2=(30000＋7000)N=37000N

23折算到電動機(jī)軸上的總飛輪矩為

平移運(yùn)動部分折算到電動機(jī)軸上的飛輪矩為

工作臺與導(dǎo)軌的摩擦力為

折算到電動機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為243.升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算(1)提升運(yùn)動的轉(zhuǎn)矩折算

TLc=Ggvg

Ggvgz2

z1z4

z3TL=Ggvg

cΩ

=9.55Ggvg

cn(2)下降運(yùn)動的轉(zhuǎn)矩折算

TL=Ggvg

cTL=Ggvgc

=9.55cGgvg

n25提升效率c與下降效率c

之間的關(guān)系Ggvg

c－Ggvg=Ggvg－Ggvgc

c=2－

1

c※當(dāng)c=0.5

時：提升時，M的輸出轉(zhuǎn)矩一半克服重力T，一半克服損耗T

；下放時，重力T正好等于損耗T

，M輸出T為零；※當(dāng)c＜

0.5

時（輕載或空載）：提升時，M的輸出T小半克服重力T，大半克服損耗T；下放時，重力T不足于克服損耗轉(zhuǎn)矩，需要M輸出T

幫助下放重物。提升時的損耗下降時的損耗26(3)等效飛輪矩

GD2

等效折算原則：動能不變。

升降運(yùn)動折算到電動機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：12JgΩ2

=12m

vg

21212vg

2GD24gLg2n

60=2Gg2GD2=365LgGvgn2

GD2=＋＋傳動機(jī)構(gòu)飛輪矩的折算值

GD2dGD2Lg

27

【例7－3】起重機(jī)的傳動系統(tǒng)如下圖示，已知重物Gg

=1500N，齒輪速比為j=8，提升重物時的效率c＝0.92，提升重物的速度vg=0.8m/s，電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=150r/min，電動機(jī)飛輪矩GDd2＝58Nm2，齒輪飛輪矩GD12=3.4Nm2，GD22=17.8Nm2，卷筒飛輪矩GD32＝41.6Nm2。求折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和總飛輪矩。

28解：折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為提升的重物折算到電動機(jī)軸上的飛輪矩為29負(fù)載飛輪矩為

總飛輪矩為

307.3

電力拖動系統(tǒng)的負(fù)載特性

正方向TeTL

負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性：

n=f(TL)

轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的參考方向：OTLn一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

由摩擦力產(chǎn)生的。當(dāng)n＞0，TL＞0。當(dāng)n＜0，TL＜0。如機(jī)床平移機(jī)構(gòu)、壓延設(shè)備等。+TL－TL31OTLnOTLn2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載由重力作用產(chǎn)生的。當(dāng)

n＞0，TL＞0。當(dāng)

n＜0，TL＞0。如起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)

和礦井卷揚(yáng)機(jī)等。二、恒功率負(fù)載特性

TL

n=常數(shù)。

如機(jī)床的主軸系統(tǒng)等。

TL∝1n32三、通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性

OTLn

TL∝n2

TL

的方向始終與n的方向相反。

如通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等。實際的通風(fēng)機(jī)負(fù)載OTLnT0TL=T0＋kn2

實際的機(jī)床平移機(jī)構(gòu)OTLn337.4電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性和電動機(jī)的機(jī)械特性要有一定的配合，電力拖動系統(tǒng)才能穩(wěn)定運(yùn)行。Te

nOn0TLaTe－TL=Jdd

t穩(wěn)定運(yùn)行:

Te－TL=0

n(Ω)=常數(shù)過渡過程:Te－TL

＞0

Te－TL

＜0——工作點(diǎn)在交點(diǎn)上?！铀??！鷾p速?！ぷ鼽c(diǎn)動態(tài)變化。34aaTe

nOn0TL穩(wěn)定運(yùn)行時，若產(chǎn)生了干擾，原來的平衡狀態(tài)被破壞，系統(tǒng)進(jìn)入動態(tài)調(diào)整過程；當(dāng)干擾消失后，系統(tǒng)若回到干擾產(chǎn)生前的狀態(tài)，則該系統(tǒng)為穩(wěn)定的。干擾使

TL

Te＜TLn

→Te

→a點(diǎn)?！鷄

點(diǎn)?！鷑

→Te

干擾過后Te＞TL→Te

=TLTL35a

aTe

nOn0TL穩(wěn)定運(yùn)行時，若產(chǎn)生了干擾，原來的平衡狀態(tài)被破壞，系統(tǒng)進(jìn)入動態(tài)調(diào)整過程；當(dāng)干擾消失后，系統(tǒng)若回到干擾產(chǎn)生前的狀態(tài)，則該系統(tǒng)為穩(wěn)定的。干擾使

TL

Te＜TLn

→Te

→a點(diǎn)。→a

點(diǎn)?！鷑

→Te

干擾過后Te＞TL→Te

=TLTL干擾使TL

n

Te＞TL→Te

→a

點(diǎn)?！鶷e

=TL干擾過后Te＜TL

→n

→Te

→Te

=TL→a

點(diǎn)。36bTe

nOn0TL干擾使

TL

Te＜TLn

→Te

→n→堵轉(zhuǎn)?！鷑

干擾過后Te＜TL干擾使TL

n

Te＞TL→Te

→n

干擾過后Te＞TL

→

n

→飛車。37

電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件

Te

nOn0TLabTe

nOn0TLTe=TLdTe

dn

dTL

dn

＜387.5電力拖動系統(tǒng)調(diào)速的基本概念一、調(diào)速的基本概念

1.無級調(diào)速和有級調(diào)速無級調(diào)速：電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以平滑地調(diào)節(jié)。有級調(diào)速：電動機(jī)的轉(zhuǎn)速只有有限的幾種。

2.恒