【教學】第2章-電力拖動系統(tǒng)動力學ppt課件

1、2.4 電力傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)條件電力傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)條件重點重點v2.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式重點重點v2.2 負載轉(zhuǎn)矩和飛輪矩的折算負載轉(zhuǎn)矩和飛輪矩的折算了解了解v2.2.1 旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動v2.2.2 平移運動平移運動v2.2.3 升降運動升降運動折算中最難折算中最難v2.3 電力傳動系統(tǒng)的負載特性電力傳動系統(tǒng)的負載特性重點重點v2.3.1 恒轉(zhuǎn)矩負載特性恒轉(zhuǎn)矩負載特性v2.3.2 通風機與泵類的負載特性通風機與泵類的負載特性v2.3.3 恒功率負載特性恒功率負載特性2.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式v1電力拖動系統(tǒng)運動方式的種類電力拖動

2、系統(tǒng)運動方式的種類v 消費機械種類繁多，運動方式也各不一樣消費機械種類繁多，運動方式也各不一樣 v 電力拖動系統(tǒng)：電力拖動系統(tǒng)：v單軸重點引見單軸重點引見v多軸可折算成單軸多軸可折算成單軸 v 運動方式：運動方式：v旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動v直線運動：平移運動、升降運動直線運動：平移運動、升降運動 v 四種典型的電力拖動系統(tǒng)四種典型的電力拖動系統(tǒng)U+電動機電動機TTLn負載負載1單軸旋轉(zhuǎn)拖動系統(tǒng)單軸旋轉(zhuǎn)拖動系統(tǒng)2多軸旋轉(zhuǎn)拖動系統(tǒng)多軸旋轉(zhuǎn)拖動系統(tǒng)3多軸旋轉(zhuǎn)加平移運動的拖動系統(tǒng)多軸旋轉(zhuǎn)加平移運動的拖動系統(tǒng)4多軸旋轉(zhuǎn)加升降運動的拖動系統(tǒng)多軸旋轉(zhuǎn)加升降運動的拖動系統(tǒng)21GD22GD23GD24GD2gGDMn

3、dTngTgi1i21indMndnjvzGzFgMG1G2vgnd2.2.單軸電力拖動系統(tǒng)的組成單軸電力拖動系統(tǒng)的組成TT電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩，NmNmn n 電機轉(zhuǎn)速，電機轉(zhuǎn)速，r/minr/minTLTL負載轉(zhuǎn)矩，負載轉(zhuǎn)矩，NmNmv任務過程：任務過程：v電動機電動機M經(jīng)過聯(lián)軸器與消費機械相經(jīng)過聯(lián)軸器與消費機械相連連v由電動機由電動機M產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩Tv用來抑制負載轉(zhuǎn)矩用來抑制負載轉(zhuǎn)矩TLv拖動消費機械拖動消費機械v并以同一角速度并以同一角速度或轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)v特點：特點：v拖動系統(tǒng)的負載與電動機軸直接相拖動系統(tǒng)的負載與電動機軸直接相連連v負載的轉(zhuǎn)速與電動機的轉(zhuǎn)速一樣，負載

4、的轉(zhuǎn)速與電動機的轉(zhuǎn)速一樣，即：即：v nL n或或L 3單軸拖動系統(tǒng)運動方程式單軸拖動系統(tǒng)運動方程式v1運動方程的公式運動方程的公式v牛頓第二定律牛頓第二定律v根據(jù)運動方式不同而不同：根據(jù)運動方式不同而不同：v直線運動：平移運動、升降運動直線運動：平移運動、升降運動v旋轉(zhuǎn)運動：旋轉(zhuǎn)運動：U+電動機電動機TTLn負載負載madtdvmFF21LTT 圖圖1.1 單軸旋轉(zhuǎn)單軸旋轉(zhuǎn) 拖動系統(tǒng)圖拖動系統(tǒng)圖) 11 ( dtdJ1運動方程的公式運動方程的公式v式中，式中，vT 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，NmvTL負載轉(zhuǎn)矩，負載轉(zhuǎn)矩，NmvTTL系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩或加速轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩或加速轉(zhuǎn)矩

5、，NmvJ 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，Nms2v 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機械角速度，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機械角速度，rad/sv 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機械角加速度，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機械角加速度，rad/s2) 11 ( dtdJTTLdtd2運動方程的適用公式運動方程的適用公式v轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量 J 是物理學中常用的物理量是物理學中常用的物理量v工程上工程上v常用飛輪矩常用飛輪矩 GD2 替代轉(zhuǎn)動慣量替代轉(zhuǎn)動慣量 J 來表示系統(tǒng)的機械慣性來表示系統(tǒng)的機械慣性v常用轉(zhuǎn)速常用轉(zhuǎn)速 n 替代角速度替代角速度 來表示系統(tǒng)轉(zhuǎn)動速度來表示系統(tǒng)轉(zhuǎn)動速度v它們之間的關系為：它們之間的關系為：2mJ )31 (602ngG22 D)21 (4

6、2gGD)11( dtdJTTLv式中，式中，vm 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量，kgvG 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的重力，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的重力，Nvg 重力加速度，普通取重力加速度，普通取9.8m/s2v 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣性半徑，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣性半徑，mvD 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣性直徑，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣性直徑，mvn 電動機轉(zhuǎn)速，電動機轉(zhuǎn)速，r/min或或rpm)31 (602n)21 (42222gGDDgGmJv分別將式分別將式(1-2)和和(1-3)代入運動方程式代入運動方程式(1-1)v即可得到運動方程的適用公式即可得到運動方程的適用公式v 式中，式中，vGD2 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部

7、分的飛輪矩，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的飛輪矩，Nm2) 11 ( dtdJTTL)21 (422gGDmJ)31 (602ndtdJTTLgGD42dtdn602)41 (3752dtdnGDdtdngGD26042v電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式v留意：留意：vGD2可由產(chǎn)品樣本或機械手冊上查出可由產(chǎn)品樣本或機械手冊上查出v系數(shù)系數(shù) 375 = 4g602 是個有單位的系數(shù)，單位為是個有單位的系數(shù)，單位為m/minsvD為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣性直徑為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣性直徑)41 (3752dtdnGDTTL3系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運動的三種形狀系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運動的三種形狀dtdnGDTTL3752LT

8、T LTT LTT 0dtdn0dtdn0dtdn因此，因此，TTL被稱為系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩或加速轉(zhuǎn)矩被稱為系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩或加速轉(zhuǎn)矩4運動方程式中各量參考方向即規(guī)定的正方向運動方程式中各量參考方向即規(guī)定的正方向v首先規(guī)定轉(zhuǎn)速首先規(guī)定轉(zhuǎn)速n的正方向的正方向v電動機處于電動形狀時的旋轉(zhuǎn)方向電動機處于電動形狀時的旋轉(zhuǎn)方向v然后確定各轉(zhuǎn)矩的正、負號然后確定各轉(zhuǎn)矩的正、負號v電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T：v與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的正方向一樣時為正，相反時為負的正方向一樣時為正，相反時為負v負載轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩TL：v與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的正方向相反時為正，一樣時為負的正方向相反時為正，一樣時為負v慣性轉(zhuǎn)矩慣性轉(zhuǎn)矩(TTL)：由：由T和

9、和TL的代數(shù)和決議的代數(shù)和決議nTTLU+電動機TTLn負載圖1.1 單軸旋轉(zhuǎn) 拖動系統(tǒng)圖方向 ？討論：討論： 起重機作升降運動時，電磁轉(zhuǎn)矩起重機作升降運動時，電磁轉(zhuǎn)矩T、負載轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩TL的正、負號？的正、負號？v首先規(guī)定首先規(guī)定n的正方向的正方向v然后確定各轉(zhuǎn)矩的正、負號然后確定各轉(zhuǎn)矩的正、負號v提升重物時提升重物時vnL 0vT與與n的正方向一樣的正方向一樣vTL與與n的正方向相反的正方向相反v下放重物時下放重物時vnL 0nL 0nL 0TTLT特點特點一樣一樣相反相反0T0LT0T0LT0T0T一樣一樣相反相反n的正方向的正方向相反相反一樣一樣nL00LTTnL00LTTTL大小恒

10、定不變大小恒定不變TL方向固定不變方向固定不變TT負載負載特性特性曲線曲線位于第位于第象限象限位于第位于第象限象限 TL妨礙運動妨礙運動是制動性轉(zhuǎn)矩是制動性轉(zhuǎn)矩 TL協(xié)助運動協(xié)助運動是拖動性轉(zhuǎn)矩是拖動性轉(zhuǎn)矩T：摩擦性轉(zhuǎn)矩，總與運動方向：摩擦性轉(zhuǎn)矩，總與運動方向相反相反位能性恒轉(zhuǎn)矩負載運用場所：位能性恒轉(zhuǎn)矩負載運用場所：v電梯電梯v提升機提升機v起重機起重機v卷揚機卷揚機思索：思索： 對抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，與對抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，與位能性恒轉(zhuǎn)矩負載的區(qū)別位能性恒轉(zhuǎn)矩負載的區(qū)別GvF = GGvF = GnL TTLTTLnLTT2.3.2 2.3.2 通風機與泵類負載特性通風機與泵類負載特性 特點：負載

11、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正特點：負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比，即有：比，即有： 例如水泵，油泵等，如下圖，虛例如水泵，油泵等，如下圖，虛線是在思索了軸承上的摩擦轉(zhuǎn)矩后得線是在思索了軸承上的摩擦轉(zhuǎn)矩后得出的實踐鼓風機負載轉(zhuǎn)矩。出的實踐鼓風機負載轉(zhuǎn)矩。 圖2.7 通風機、泵類 負載特性曲線2LLnkT2LLnT 通風機與泵類負載運用場所：通風機與泵類負載運用場所：v通風機：通風機：v鼓風機或吹風機鼓風機或吹風機例如，燃煤鍋爐入例如，燃煤鍋爐入口口v引風機或抽風機引風機或抽風機例如，燃煤鍋爐出例如，燃煤鍋爐出口口v泵類：泵類：v水泵水泵v油泵油泵2.3.3 2.3.3 恒功率負載特性恒功率負載特性nTLn=f(

12、TL)0恒功率負載轉(zhuǎn)矩特性v特點：特點：v負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，即負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，即v其中，其中，k為比例系數(shù)，常數(shù)為比例系數(shù)，常數(shù)v此時負載功率為此時負載功率為LnkT LLLTP602LLnT602LLnnk260k常數(shù)55. 9kn 從上式可以看出：從上式可以看出：n 當轉(zhuǎn)速變化時，負載功率堅持不變當轉(zhuǎn)速變化時，負載功率堅持不變n 故稱之為恒功率負載特性故稱之為恒功率負載特性顧名思義顧名思義恒功率負載運用場所：恒功率負載運用場所：v機床的切削加工機床的切削加工v粗加工時，需求較大吃刀量和較低速度粗加工時，需求較大吃刀量和較低速度v精加工時，需求較小吃刀量和較高速度精加工時，需求較小

13、吃刀量和較高速度v軋鋼機軋制鋼板軋鋼機軋制鋼板v工件小，需求高速度小轉(zhuǎn)矩工件小，需求高速度小轉(zhuǎn)矩v工件大，需求低速度大轉(zhuǎn)矩工件大，需求低速度大轉(zhuǎn)矩v從消費加工工藝要求的總體看從消費加工工藝要求的總體看v負載的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之積為常數(shù)負載的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之積為常數(shù)恒功率負載恒功率負載特性特性電力拖動系統(tǒng)的負載特性傳動機構電動機消費機械負載特性 摩擦恒轉(zhuǎn)矩消費流水線起重行走速度nT負載轉(zhuǎn)矩 位能恒轉(zhuǎn)矩電梯起重機提升 恒功率 速度越低， 負載轉(zhuǎn)矩越大機床開卷機/收卷機 變轉(zhuǎn)矩 速度越低，負載 轉(zhuǎn)矩越小風機水泵負載轉(zhuǎn)矩大小于與轉(zhuǎn)速無關說說 明：明：v以上所述各種負載都是從實踐負載中概括出來的典型以上所述各種負

14、載都是從實踐負載中概括出來的典型負載方式負載方式v實踐的負載能夠是以某種典型為主，或某幾種典型的實踐的負載能夠是以某種典型為主，或某幾種典型的結合結合v例如例如v通風機：主要是泵類負載特性，但是軸承摩擦又是對通風機：主要是泵類負載特性，但是軸承摩擦又是對抗性恒轉(zhuǎn)矩負載特性，只是運轉(zhuǎn)時后者數(shù)值較小而已抗性恒轉(zhuǎn)矩負載特性，只是運轉(zhuǎn)時后者數(shù)值較小而已v起重機：在提升或下放重物時，主要是位能性恒轉(zhuǎn)矩起重機：在提升或下放重物時，主要是位能性恒轉(zhuǎn)矩負載負載v分析拖動系統(tǒng)時，負載轉(zhuǎn)矩特性都作為知量對待分析拖動系統(tǒng)時，負載轉(zhuǎn)矩特性都作為知量對待 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)必要條件：電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)必要條件： T

15、=TL T=TL ，即任務機構轉(zhuǎn)，即任務機構轉(zhuǎn)矩特性矩特性 TLn( TLn(恒轉(zhuǎn)矩負載、泵類負載、恒轉(zhuǎn)矩負載恒轉(zhuǎn)矩負載、泵類負載、恒轉(zhuǎn)矩負載) )與電動與電動機機械特性機機械特性Tn Tn 之間有交點。之間有交點。 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)充分條件：假設系統(tǒng)有擾動，系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)充分條件：假設系統(tǒng)有擾動，系統(tǒng)建立新的穩(wěn)定任務點，干擾消逝，重新回到原來的任務點，建立新的穩(wěn)定任務點，干擾消逝，重新回到原來的任務點，那么系統(tǒng)穩(wěn)定；否那么系統(tǒng)不穩(wěn)定。那么系統(tǒng)穩(wěn)定；否那么系統(tǒng)不穩(wěn)定。 “擾動含義：擾動含義：普通是指電網(wǎng)電壓的動搖或負載的微小變化普通是指電網(wǎng)電壓的動搖或負載的微小變化AAn1n1BC11TnTBTLTC20電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)分析0TTemnABB11u結論：結論：u對于拖動系統(tǒng)對于拖動系統(tǒng)u其任務點平衡形狀穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的其任務點平衡形狀穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的u充分必要條