第11章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)36931.ppt

1、大連理工大學(xué)電氣工程系,第11章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),11.1 電力拖動系統(tǒng)的組成,11.2 典型生產(chǎn)機械的運動形式,11.3 電力拖動系統(tǒng)的運動方程,11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算,11.5 平移運動系統(tǒng)的折算,*11.7 電力拖動系統(tǒng)的暫態(tài)過程,11.6 升降運動系統(tǒng)的折算,第11章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),11.1 電力拖動系統(tǒng)的組成,11.2 典型生產(chǎn)機械的運動形式,11.3 電力拖動系統(tǒng)的運動方程,11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算,11.5 平移運動系統(tǒng)的折算,*11.7 電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程,11.6 升降運動系統(tǒng)的折算,電機與拖動,返回主頁,大連理工大學(xué)電氣工程系,11.1

2、電力拖動系統(tǒng)的組成,拖動：原動機帶動生產(chǎn)機械運動。 電力拖動：用電動機作為原動機的拖動方式。 1. 電力拖動系統(tǒng)的組成,電動機,2. 電力拖動系統(tǒng)的優(yōu)點 (1) 電能易于生產(chǎn)、傳輸、分配。 (2) 電動機類型多、規(guī)格全，具有各種特性，能滿 足各種生產(chǎn)機械的不同要求。,第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),大連理工大學(xué)電氣工程系,(3) 電動機損耗小、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 精密機床、重型銑床、 初軋機、 高速冷軋機、高速造紙機、風(fēng)機、水泵,11.1 電力拖動系統(tǒng)的組成,大連理工大學(xué)電氣工程系,11.2 典型

3、生產(chǎn)機械的運動形式,一、單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 電動機、傳動機構(gòu)、工作機構(gòu)等所有運動部件 均以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。,二、多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng),第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),大連理工大學(xué)電氣工程系,三、多軸旋轉(zhuǎn)運動加平移運動系統(tǒng),四、多軸旋轉(zhuǎn)運動加升降運動系統(tǒng),11.2 典型生產(chǎn)機械的運動形式,大連理工大學(xué)電氣工程系,11.3 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式,一、單軸電力拖動系統(tǒng)的運動方程, J 轉(zhuǎn)動慣量（kgm2） 旋轉(zhuǎn)角加速度（rad/s2） 慣性轉(zhuǎn)矩（Nm） T2 = TT0 電動狀態(tài)時，T0 與 T 方向相反，T20，T00。 制動狀態(tài)下放重物時，T0 與 T 方向相同，T20，T00。,第11 章 電力拖動

4、系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),電動狀態(tài),制動狀態(tài)下放重物,正方向,大連理工大學(xué)電氣工程系,11.3 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式,忽略 T0 ，則,因為 J = m 2,旋轉(zhuǎn)部分的 質(zhì)量（kg）,回轉(zhuǎn)半徑 (m),回轉(zhuǎn)直徑 (m), 對于均勻?qū)嵭膱A柱體， 與幾何半徑 R 的關(guān)系為,大連理工大學(xué)電氣工程系,11.3 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式,忽略 T0 ，有,當(dāng) T2TL 時，,n ,加速的瞬態(tài)過程。,當(dāng) T2 = TL 時，,穩(wěn)定運行。,當(dāng) T2TL 時，,n,減速的瞬態(tài)過程。,大連理工大學(xué)電氣工程系,負(fù)載吸收 的功率,1. T2 0 ， 電動機輸出機械功率 2. T2 0 ， 電動機輸入機械功率,二、單軸電

5、力拖動系統(tǒng)的功率平衡方程,電動機輸 出的功率,系統(tǒng)動能,11.3 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式,即 T2 與 方向相同。 電動狀態(tài)。 即 T2 與 方向相反。 制動狀態(tài)。,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. TL 0， 負(fù)載從電動機吸收機械功率。 4. TL 0， 負(fù)載釋放機械功率給電動機（拖動系統(tǒng)）。 5. P2PL， 6. P2PL， 和 n 不能突變， 即系統(tǒng)不可能具有無窮大的功率。,11.3 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式,即 TL 與 方向相反。 即 TL與 方向相同。 ，加速狀態(tài)， ，減速狀態(tài)，,系統(tǒng)動能增加。 系統(tǒng)動能減少。,大連理工大學(xué)電氣工程系,11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算,z1 z4 z5

6、,z2 z3 z6,一、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 等效（折算）原則：機械功率不變。,第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),TLt = Tmm,傳動機構(gòu)的效率,傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)速比,大連理工大學(xué)電氣工程系,傳動機構(gòu)的總轉(zhuǎn)速比 j = j1 j2 jm,11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算,常見傳動機構(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,大連理工大學(xué)電氣工程系,二、等效轉(zhuǎn)動慣量（飛輪矩）,等效（折算）原則：動能不變。 設(shè)各部分的轉(zhuǎn)動慣量為：,11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算,JR,J1,J2,Jm,大連理工大學(xué)電氣工程系,如果在電動機和工作機構(gòu)之間總共還有 n 根中間軸， 則:

7、 j = j1 j2 jn jm,或:,GD2 = 4gJ,11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算,大連理工大學(xué)電氣工程系,11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算,【例 11.4.1】 某車床電力拖動系統(tǒng)，傳動機構(gòu)為齒輪組（如圖示），經(jīng)兩級減速后拖動車床的主軸，已知 n = 1 440 r/min ，切削力 F = 2 000 N，工件直徑 d = 150 mm，各齒輪的齒數(shù)為 z1 = 15，z2 = 30，z3 = 30，z4 = 45，各部分的轉(zhuǎn)動慣量 JR = 0.076 5 kgm2，J1 = 0.051 kgm2，Jm = 0.063 7 kgm2 。傳動機構(gòu)的傳動效率 t = 0.9。求：(1) 切

8、削功率 Pm 和切削轉(zhuǎn)矩 Tm ； (2) 折算成單軸系統(tǒng)后的等效 TL、JL 和 GD2 。 解： (1) 切削功率 Pm 和切削轉(zhuǎn)矩 Tm,j = j1 jm = 21.5 = 3,大連理工大學(xué)電氣工程系,11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算,(2) 折算成單軸系統(tǒng)后的等效 TL、JL 和 GD2,GD2 = 4gJ,= 49.810.096 3 Nm2 = 3.78 Nm2,大連理工大學(xué)電氣工程系,目的 將平移作用力 Fm 折算為等效轉(zhuǎn)矩 TL 。 將平移運動的質(zhì)量 m 折算為等效 J 或 GD2 。 一、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 等效（折算）原則：機械功率不變。 TL t = Fmvm,11.5 平移運動

9、系統(tǒng)的折算,作用力,平移速度,第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),電動機輸出 的機械功率,切削功率,大連理工大學(xué)電氣工程系,二、等效轉(zhuǎn)動慣量（飛輪矩） 等效（折算）原則：動能不變。 1. 平移運動折算成旋轉(zhuǎn)運動,11.5 平移運動系統(tǒng)的折算,大連理工大學(xué)電氣工程系,2. 等效單軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量和飛輪矩,11.5 平移運動系統(tǒng)的折算,一般公式：,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 11.5.1】 有一大型車床，傳動機構(gòu)如圖示。已知： 刀架重： Gm = 1 500 N 移動速度：vm= 0.3 m/s 刀架與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)： = 0.1 電動機： n = 500 r/min， JM = 2.55

10、 kgm2 齒輪1：z1 = 20，Jz1 = 0.102 kgm2 齒輪2：z2 = 50，Jz2 = 0.51 kgm2 齒輪3：z3 = 30，Jz3 = 0.255 kgm2 齒輪4：z4 = 60，Jz4 = 0.765 kgm2 傳動機構(gòu)：t = 0.8 求: 電動機軸上的等效 TL 和 J 。,解: (1) 等效TL 平移作用力 Fm = Gm = 0.11 500 N = 150 N,11.5 平移運動系統(tǒng)的折算,大連理工大學(xué)電氣工程系,11.5 平移運動系統(tǒng)的折算,(2) 等效轉(zhuǎn)動慣量J,JR = JMJz1 J1 = Jz2Jz3 J2 = Jz4,= (2.550.102

11、) kgm2 = 2.652 kgm2 = (0.510.255) kgm2 = 0.765 kgm2 = 0.765 kgm2,= 0.005 02 kgm2,大連理工大學(xué)電氣工程系,= 2.652 kgm2,11.5 平移運動系統(tǒng)的折算,大連理工大學(xué)電氣工程系,電動機輸出 的機械功率PL,工作機構(gòu)的 機械功率Pm,11.6 升降運動系統(tǒng)的折算,目的 將 Gm 折算為等效 TL。 將 m 折算為等效 J。 一、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩（升降力的折算） TL t = Gmvm,第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),提升重物時，Gm 是阻力，電動機工作在電動 狀態(tài)，PLPm ；下放重物時，Gm 是動力， 電

12、動機工作在制動狀態(tài)，PLPm 。,大連理工大學(xué)電氣工程系,傳動效率：,11.6 升降運動系統(tǒng)的折算,則提升時 t1 ，下放時 t1。 二、等效轉(zhuǎn)動慣量（升降質(zhì)量的折算） 1. 升降運動折算成旋轉(zhuǎn)運動,2. 等效單軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量,大連理工大學(xué)電氣工程系,a b c d e f g h 電動機 蝸桿 蝸輪 齒輪 齒輪 卷筒 導(dǎo)輪 重物 雙頭 20 10 40 0.15 0.025 0.40 0.075 8 1.25 1.25 10 000 0.1 0.1,11.6 升降運動系統(tǒng)的折算,【例 11.6.1】 某起重機的電力拖動系統(tǒng)如圖示。各運動部件的的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：,傳動效率t = 0.8，提 升

13、速度 vm = 9.42 m/s。 試求電動機的轉(zhuǎn)速 na 以及折算到電動機軸 上的等效 TL 和 J。,大連理工大學(xué)電氣工程系,11.6 升降運動系統(tǒng)的折算,解: (1) 電動機的轉(zhuǎn)速 na 卷筒和導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速比,轉(zhuǎn)速 na na = nb = j1 j2 nf = 10430 r/min = 1 200 r/min,大連理工大學(xué)電氣工程系,(2) 求等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL,(3) 求等效轉(zhuǎn)動慣量 J,JR = JaJb J1 = JcJd J2 = JeJfJg = (81.251.25) kgm2 = 10.5 kgm2,= (0.150.025) kgm2 = 0.175 kgm2 =

14、 (0.40.075) kgm2 = 0.475 kgm2,11.6 升降運動系統(tǒng)的折算,大連理工大學(xué)電氣工程系,11.6 升降運動系統(tǒng)的折算,= 5.73 kgm2,= 5.916 kgm2,大連理工大學(xué)電氣工程系,傳 動 機 構(gòu),第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),更多的圖片,大連理工大學(xué)電氣工程系,W 系列螺旋平面減速電機,第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),更多的圖片,大連理工大學(xué)電氣工程系,S 系列斜齒輪蝸輪蝸桿減速電機,第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),更多的圖片,大連理工大學(xué)電氣工程系,R 系列斜齒輪減速電機,第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),更多的圖片,大連理工大學(xué)

15、電氣工程系,K 系列斜齒輪傘齒輪減速電機,第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),更多的圖片,大連理工大學(xué)電氣工程系,F 系列平行軸斜齒輪減速機,第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),更多的圖片,大連理工大學(xué)電氣工程系,蝸 輪 蝸 桿,第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),更多的圖片,大連理工大學(xué)電氣工程系,*11.7 電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程,機械慣性 由于J（GD2）的存在，使 n 不能躍變。 電磁慣性 由于 Lf 的存在，使 if 不能躍變。 由于 La 的存在，使 ia 不能躍變。,第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),熱慣性 機械慣性與電磁慣性產(chǎn)生機電瞬態(tài)過程。 只考慮機械慣性時的順態(tài)過

16、程稱為機械瞬態(tài)過程。,大連理工大學(xué)電氣工程系,他勵直流電動機的機械瞬態(tài)過程,1. 轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律,*11.7 電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程,n = n0T, 機械瞬態(tài)過程 的時間常數(shù)：, 轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)值： nS = n0TL = nL,初始值,大連理工大學(xué)電氣工程系,*11.7 電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程,微分方程的通解：,2. 電磁轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律 因為 n = n0T 所以 ni = n0Ti ， nS = n0TS 即 nL = n0TL 代入 n 的解中，可得,3. 電樞電流的變化規(guī)律 因為 T = CT ia 所以 Ti = CT Iai， TS = CT IaS 即 TL = CT IL 代入 T 的解中，可得,大連理工大學(xué)電氣工程系,*11.7 電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程,4. 分級起動的機械瞬態(tài)過程 對于 a1a2 段：,a1 a2 段的起動時間：,a1a2 段的 時間常數(shù),大連理工大學(xué)電氣工程系,練 習(xí) 題,第11 章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),11.3.1 11.3.2 11.3.3 11.4.1 11.4.2 11.5.1