第二章電力拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

第二章電力拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)第1頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式教學(xué)要求：1、單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式2、各量的物理意義和正方向的規(guī)定3、負(fù)載轉(zhuǎn)矩返回總目錄本章目錄下一節(jié)下一章第2頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式凡是以電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，并完成一定工藝要求的系統(tǒng)，都稱為電力拖動(dòng)系統(tǒng)。所謂單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)，就是電動(dòng)機(jī)出軸直接拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)生產(chǎn)機(jī)械控制系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)電源第3頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月采用電力拖動(dòng)主要原因現(xiàn)代化生產(chǎn)中，多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械都采用電力拖動(dòng)，主要原因是：1.電能的運(yùn)輸、分配、控制方便經(jīng)濟(jì)。2.電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)和規(guī)格很多，它們具有各種各樣的特性，能很好的滿足大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的不同要求。3.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的操作和控制簡(jiǎn)便，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離操作等等。第4頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)動(dòng)方程式：MD–Mfz=JDdΩDdt這里，JD是電動(dòng)機(jī)軸上所有轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位N.m.s2

ΩD

是電動(dòng)機(jī)軸上的角速度，單位rad/s實(shí)用公式：

MD–Mfz=GDD2375dndt這里，GDD2是旋轉(zhuǎn)體的飛輪矩，單位N.m2，JD=GDD24g返回第5頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月說(shuō)明“375”具有加速度量綱。GD2是一個(gè)整體，不是G與D2

的乘積，GD2由產(chǎn)品樣本或機(jī)械手冊(cè)上查出。GD2中的D為回轉(zhuǎn)直徑，不是實(shí)際直徑。關(guān)于ρ或D的物理概念可參見(jiàn)課本第4頁(yè)。第6頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各量正方向的規(guī)定

正方向的規(guī)定：轉(zhuǎn)速n對(duì)觀察者順時(shí)針為正，轉(zhuǎn)矩M與n的正方向相同為正，負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mfz與n的正方向相反為正。說(shuō)明：當(dāng)M=Mfz，dn/dt=0，系統(tǒng)處于靜態(tài)，n=0或n=常數(shù)，即系統(tǒng)靜止或以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。當(dāng)M>Mfz，dn/dt>0，n隨著時(shí)間t的增加而增加，即系統(tǒng)處于加速。當(dāng)M<Mfz，dn/dt<0，n隨著時(shí)間t的增加而減小，即系統(tǒng)處于減速。常數(shù)>0，系統(tǒng)處于勻加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)M–Mfz=常數(shù)常數(shù)<0，系統(tǒng)處于勻減速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

返回第7頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各量表示法上述各量可用軸的剖面圖或直角坐標(biāo)系來(lái)表示MMfzMfzM第8頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)載轉(zhuǎn)矩

負(fù)載的機(jī)械特性是指生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系即：n=f(Mfz)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，其大小與轉(zhuǎn)速n無(wú)關(guān)。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載分：反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。第9頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性特點(diǎn)：恒值負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mfz總是與轉(zhuǎn)速n的方向相反，即作用方向總是阻礙運(yùn)動(dòng)的方向。當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)n為正，Mfz與n方向相反，應(yīng)為正，即在第一象限。當(dāng)反轉(zhuǎn)時(shí)n為負(fù)，Mfz與n方向相反，應(yīng)為負(fù)，即在第三象限。第10頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0時(shí)，外加轉(zhuǎn)矩不足以使系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)作用力與反作用力原理，這時(shí)反抗性負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小和方向取決于外加轉(zhuǎn)矩的大小和方向。即與外加轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反。負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性應(yīng)與橫軸重合。例如軋機(jī)，機(jī)床刀架平移機(jī)構(gòu)等。Mn=

f（Mfz）Mfz-Mfz第11頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性特點(diǎn)：Mfz的方向與n的方向無(wú)關(guān)。Mfz具有固定不變的方向。例如：起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)，不論是提升重物還是下放重物，重力的作用總是方向朝下的，即重力產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向固定。n=

f（Mfz）MfzM第12頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月恒功率負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性特點(diǎn)：當(dāng)轉(zhuǎn)速n變化時(shí)，負(fù)載功率基本不變。根據(jù)如車(chē)床的主軸機(jī)構(gòu)和軋鋼機(jī)的主傳動(dòng)。適用于金屬切削車(chē)床。

n=

f（Mfz）Mfz第13頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載阻力與轉(zhuǎn)速平方成正比，即有：如水泵，油泵等，如圖所示，虛線是在考慮了軸承上的摩擦轉(zhuǎn)矩后得出的實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。第14頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)載轉(zhuǎn)矩總結(jié)在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性是指Mfz與n的關(guān)系，有幾種類(lèi)型。1、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性（Mfz與n無(wú)關(guān)，Mfz保持常數(shù)）（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載0nMfz0nMfznMfznMfz提升重物放下重物2、恒功率負(fù)載特性（Mfz∝1/n）3、風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載特性（Mfz=Kn2）0Mfzn0Mfzn返回第15頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式教學(xué)要求：1、生產(chǎn)實(shí)踐中多為多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)2、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算3、工作機(jī)構(gòu)直線作用力的折算4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量即飛輪矩的折算

返回總目錄本章目錄下一節(jié)下一章上一節(jié)第16頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生產(chǎn)實(shí)踐中多為多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)工程上為了節(jié)省材料，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速都較高。輸出功率一定時(shí)，即P=MΩ=常數(shù)，當(dāng)Ω↓→M↑，由于M=CmΦIs，則Is↑和Φ↑，Is↑→導(dǎo)線粗；Φ↑→鐵磁材料多。一般設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)速度高，通過(guò)提高Ω→降低M,節(jié)省材料。生產(chǎn)機(jī)械要求低速，而電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速較高，二者之間必有減速裝置，故一般電力系統(tǒng)多為多軸拖動(dòng)系統(tǒng)。第17頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

研究多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的方法：采用折算的方法，將多軸折算成單軸，即將轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（或飛輪矩）和負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到一根軸上（一般多向電動(dòng)機(jī)軸進(jìn)行折算），然后再分析其運(yùn)行情況。MD，n，ΩDMfz，nfz，Ωfz123465nn1n2nfz電動(dòng)機(jī)軸第一根軸第二根軸負(fù)載軸電動(dòng)機(jī)折算折算原則：折算前后系統(tǒng)傳遞功率不變，系統(tǒng)的動(dòng)能不變。返回第18頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算折算原則：折算前后系統(tǒng)傳送的功率不變。當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)（傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗由電動(dòng)機(jī)承擔(dān)）：Mdx=Mfzjηc1（這里，ηc為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，j為系統(tǒng)的傳速比）j====ΩDΩfzΩDΩ1Ω1Ω2Ω2Ωfznn1n1n2n2nfzZ2Z1Z4Z3Z6Z5=j1j2jfz當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)（傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗由負(fù)載承擔(dān)）：Mdx=Mfzjηc返回第19頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月工作機(jī)構(gòu)直線作用力的折算在提升機(jī)構(gòu)中（位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載），已知直線力Ffz的情況：電動(dòng)機(jī)FfzvfzGfz兩種處理方法：1）Mfz=Ffz（卷筒半徑與鋼繩半徑之和），再按負(fù)載轉(zhuǎn)矩公式折算。2）將Ffz直接進(jìn)行折算：折算公式：當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)（提升重物）時(shí)Mdx=9.55nηcFfzvfz（這里，n為電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)速）當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)（下放重物）時(shí)Mdx=9.55nFfzvfzηc返回第20頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)動(dòng)慣量即飛輪矩的折算MD，n，ΩDMfz，nfz，Ωfz123465nn1n2nfzmfz折算分兩部分：1）各級(jí)齒輪和卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（轉(zhuǎn)動(dòng)部分）2）做直線運(yùn)動(dòng)的重物質(zhì)量的折算（直線部分）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算原則是折算前后系統(tǒng)儲(chǔ)存的動(dòng)能不變。1）轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量即飛輪矩的折算公式：GDdx2=GDD2+GD12+GD22+GDfz21j121j12j221j12j22jfz22）直線運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量的折算公式：GDdx2’=375Gfz（）2nvfz返回第21頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗和效率教學(xué)要求（本節(jié)內(nèi)容一般了解）：1、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率ηc的定義ηc====2、多級(jí)齒輪傳動(dòng)效率的計(jì)算：ηc