第7章 電力拖動基礎(chǔ)

電力拖動基礎(chǔ)電機(jī)與拖動目錄7.1電機(jī)的基本功能與主要類型7.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程7.3電力拖動系統(tǒng)的負(fù)載特性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。1.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2.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 各種生產(chǎn)機(jī)械的不同要求；7.1電力拖動系統(tǒng)的組成(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。3.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……7.1電力拖動系統(tǒng)的組成4.電力拖動系統(tǒng)的分類◆

單軸電力拖動系統(tǒng)電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)◆

多軸旋轉(zhuǎn)電力拖動系統(tǒng)電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)7.1電力拖動系統(tǒng)的組成◆

多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動加平移運(yùn)動系統(tǒng)電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)◆

多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動加升降運(yùn)動系統(tǒng)電動機(jī)G7.1電力拖動系統(tǒng)的組成一、單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程7.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式Te－TL=Jd

d

t式中：

J——轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）

d

/dt——角加速度

J(dΩ/dt)——慣性轉(zhuǎn)矩*TL——總負(fù)載轉(zhuǎn)矩，包含T0

忽略T0，則

TL=T2正方向規(guī)定Te與n同向TL與n反向飛輪矩(N·m2)∵J=mρ2Gg=D2（）2GD24g=旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（kg）回轉(zhuǎn)半徑(m)GD24gJ=Ω=2πn60Te－TL=GD2dn375d

t重力加速度7.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式二、多軸電力拖動系統(tǒng)的折算GD22電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)nj1GDg2GDd2j2TgGD12GD32GD42電動機(jī)等效負(fù)載nGD2效等TL1）等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩等效（折算）原則：機(jī)械功率不變。TLΩ

t=TgΩgTL=Tg

tΩΩg=Tgj

t1.多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算7.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式式中：

t——

傳動機(jī)構(gòu)的效率；

j——傳動機(jī)構(gòu)的總轉(zhuǎn)速比：ΩΩgj=nng=●多級（m

級）傳動的轉(zhuǎn)速比：j=j1·j2·j3·…·jm

ΩΩ1j1=nn1=Ω1Ω2j2=n1n2=Ω2Ω3j2=n2n3=……Ωm－1Ωmjm=nm－1nm=7.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式●齒輪傳動的轉(zhuǎn)速比：n1n2j=z2z1=齒輪的齒數(shù)●皮帶輪傳動的轉(zhuǎn)速比：n1n2j=D2D1=皮帶輪的直徑●蝸輪蝸桿傳動的轉(zhuǎn)速比：n1n2j=z2z1=蝸輪的齒數(shù)蝸桿的頭數(shù)7.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式2）等效飛輪矩等效（折算）原則：動能不變。GD22電動機(jī)工作機(jī)構(gòu)nj1GDg2GDd2j2TgGD12GD32GD42電動機(jī)等效負(fù)載nGD212JΩ2

=122

n60GD2

4GD2n271492=動能：GD2=GDd2+GD12+

+j12GD22＋GD32j12GD42＋GDg2j227.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式2.平移運(yùn)動系統(tǒng)的折算作用力

平移速度目的：將Fg折算為等效轉(zhuǎn)矩TL

。將Gg折算為等效GDLg2。電動機(jī)等效負(fù)載nGD2TL7.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式TLΩ

t=Fgvg電動機(jī)輸出的機(jī)械功率平移負(fù)載的機(jī)械功率TL=Fgvg

tΩ=Fgvg

tn2π60=9.55Fgvg

tn1）平移部件的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩等效（折算）原則：機(jī)械功率不變。7.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式旋轉(zhuǎn)部分的等效飛輪矩2)平移部件的重量折算為電機(jī)軸上的等效飛輪矩等效（折算）原則：動能不變。平移運(yùn)動部件的重量GDLg2

Ggvg2n2=36512GDLg2

4g12mg

vg2=2

n

602平移部件的等效飛輪矩3)多軸系統(tǒng)總等效飛輪矩GD2=GDa2+GDLg27.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式旋轉(zhuǎn)部分的等效飛輪矩3.升降運(yùn)動系統(tǒng)的折算電動機(jī)等效負(fù)載nGD2TL●目的：將Gg折算為等效TL

。將Gg折算為等效GDLg2。電動機(jī)GgvgnGDd2j1n1GD12GD22GD32GDLg2

=365Ggvg2n21)升降物體的等效飛輪矩2)多軸系統(tǒng)的總等效飛輪矩GD2=GDa2+GDLg27.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式3)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩（升降力的折算）(1)重載提升（電動機(jī)工作在電動狀態(tài)）TLΩ

t=Ggvg提升傳動效率TL=Ggvg

tΩ=9.55Ggvg

tn※設(shè)卷筒半徑為R，轉(zhuǎn)速為ng，則vg=2πR

ng60TL=GgRj

t7.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式下放傳動效率(2)重載下放（電動機(jī)工作在制動狀態(tài)）TLΩ=Ggvg

t'

TL=

t'GgvgΩ=9.55

t'Ggvgn●

設(shè)提升與下放的傳動損耗相等提升時:Pal=Pm－PgGgvg

t=－Ggvg下放時:Pal=Pg－Pm

=Ggvg－Ggvg

t

1

t

t'

=2－7.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式1

t

t'

=2－※當(dāng)

t=0.5

時：提升時，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩一半克服重力轉(zhuǎn)矩，一半克服損耗轉(zhuǎn)矩；下放時，重力轉(zhuǎn)矩正好等于損耗轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為零；※當(dāng)

t＜

0.5

時：提升時，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩一小半克服重力轉(zhuǎn)矩，一大半克服損耗轉(zhuǎn)矩；下放時，重力轉(zhuǎn)矩不足于克服損耗轉(zhuǎn)矩，需要電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩幫助下放重物。7.2電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式7.3電力拖動系統(tǒng)的負(fù)載特性●

負(fù)載的機(jī)械特性

n=f(TL)●

轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的參考方向：OTn+TL－TL一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性(1)

反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性：nTeTL●由摩擦力產(chǎn)生的?！癞?dāng)

n＞0，TL＞0?！癞?dāng)

n＜0，TL＜0?！袢鐧C(jī)床平移機(jī)構(gòu)、

壓延設(shè)備等。G

F=μG

vG

F=μG

vOTnOTn(2)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性：●由重力作用產(chǎn)生的?！癞?dāng)

n＞0，TL＞0。●當(dāng)

n＜0，TL＞0?！袢绺鞣N起重機(jī)。二、恒功率負(fù)載特性●

TL

n=常數(shù)?！?/p>

如機(jī)床的主軸系統(tǒng)等。●

TL∝n1TLnTLn7.3電力拖動系統(tǒng)的負(fù)載特性O(shè)Tn三、通風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性●

TL∝n2●

TL

的始終與n的方向相反?！?/p>

如通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等。OTnT0TL=T0+kn2實際的通風(fēng)機(jī)負(fù)載7.3電力拖動系統(tǒng)的負(fù)載特性工作點(diǎn)：在電動機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載機(jī)械特性的交點(diǎn)上。穩(wěn)定運(yùn)行:即：Te－TL=0運(yùn)動方程:Te－TL=JdΩd

tTe－TL＞0→加速Te－TL＜0→減速n=常數(shù)過渡過程:7.4電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行的充要條件:dTedn＜dTLdnTe＝TL，且A點(diǎn)能夠穩(wěn)定運(yùn)行

B點(diǎn)不能夠穩(wěn)定運(yùn)行

7.4電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件n0TenOTLab干擾→n↓穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)→a點(diǎn)→Te↑→n↑→Te↓b點(diǎn):a點(diǎn):干擾→n↓→Te↓干擾→n↑→Te↑→n↑↓→n=0→堵轉(zhuǎn)→n↓↑→a點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的充要條件:dTedn＜dTLdn→Te＞TL→Te

=TL→Te＜TL→Te＞TLTe＝TL，且7.4電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件n0TenO工作段自適應(yīng)負(fù)載能力是電動機(jī)區(qū)別于其它動力機(jī)械的重要特點(diǎn)。a點(diǎn)→TL↑直至新的平衡TLaTL'

a'點(diǎn)a'Te－TL

＜0→n↓●

電動機(jī)的自適應(yīng)負(fù)載能力電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動調(diào)整——自適應(yīng)負(fù)載能力?！鶬2↑→Te↑I1↑→P1↑如:柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負(fù)載。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1.調(diào)速范圍

D=nmax

nmin

=ni

ni-14.調(diào)速的穩(wěn)定性——靜差率

δ=×100%n0－nN

n0

=×100%

△nN

n02.調(diào)速方向:向上、向下3.調(diào)速的平滑性——平滑系數(shù)TenOn01n02TNnmaxnmin※重型銑床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)：D=300(2~600r/min)●

直流電動機(jī)D、δ、△nN的關(guān)系(nN=nmax)D=nN

max

nN(1－

max)TenOn01n02△nN1△nN2TN

nN

nmin＋

nN

max＝不同機(jī)械特性，靜差率不同例如：nN

=1430r/min，△nN=115r/min，要求δ≤30%、則D=5.3。