電機(jī)拖動(dòng)(動(dòng)力學(xué))

第二章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)形式 運(yùn)動(dòng)方程 飛輪矩的折算 負(fù)載的機(jī)械特性 第二章電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 本章要求 第一節(jié)典型生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式及轉(zhuǎn)矩 一 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本概念 電力拖動(dòng)是用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng) 以完成一定的生產(chǎn)任務(wù) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成 上 下 二 典型生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式和轉(zhuǎn)矩 1 離心式風(fēng)機(jī) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL kn2 單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 2 車(chē)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與n無(wú)關(guān) 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 3 平移傳動(dòng)系統(tǒng) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與n無(wú)關(guān) 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 4 提升傳動(dòng)系統(tǒng) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與n無(wú)關(guān) 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 上 下 生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)矩分為 摩擦阻力產(chǎn)生的和重力作用產(chǎn)生的 摩擦阻力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為反抗性轉(zhuǎn)矩 其作用方向與n相反 為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 重力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為位能性轉(zhuǎn)矩 其作用方向與n無(wú)關(guān) 提升時(shí)為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 下放時(shí)為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩 上 下 第二節(jié)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程 一 單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程 研究運(yùn)動(dòng)方程 以電動(dòng)機(jī)的軸為研究對(duì)象 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的軸受力如圖示 電力拖動(dòng)系統(tǒng)正方向的規(guī)定 先規(guī)定轉(zhuǎn)速n的正方向 然后規(guī)定電磁轉(zhuǎn)矩的正方向與n的正方向相同 規(guī)定負(fù)載轉(zhuǎn)矩的正方向與n的正方向相反 上 下 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的軸受力如圖示 由力學(xué)定律可知 其必須遵守下列動(dòng)力學(xué)方程式 Tem 電磁轉(zhuǎn)矩 TL 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 N mJ 電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg m2 電動(dòng)機(jī)角速度 rad s 在工程計(jì)算中 常用n代替 表示系統(tǒng)速度 用飛輪力矩GD2代替J表示系統(tǒng)機(jī)械慣性 上 下 m 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量 Kg G 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量 N 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑 m D 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)直徑 m g 重力加速度 9 8m s2 上 下 GD2 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的總飛輪慣量 飛輪矩 系數(shù)375具有m min s量綱 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 上 下 二 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及飛輪慣量 飛輪矩 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是物體繞定軸旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的度量 即 J m 2 GD2 4gJ 4gm 2 4G 2 上 下 注意 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與方向無(wú)關(guān) 即所有繞定軸旋轉(zhuǎn)的物體都有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J m1 m2 D 2 2 三 功率平衡方程 得出功率平衡方程 電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生 Tem 0 或吸收的機(jī)械功率 Tem 0 生產(chǎn)機(jī)械吸收 TL 0 或釋放的機(jī)械功率 TL 0 拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)能的變化 上 下 第三節(jié)多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩及飛輪矩的折算 多軸系統(tǒng)需等效為單軸系統(tǒng) 等效是指系統(tǒng)傳遞的功率不變 一 多軸系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩及飛輪矩的折算 上 下 1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算 折算前負(fù)載功率P2 Tm m 等效負(fù)載功率P2 Tmeq Tm m Tmeq 等效轉(zhuǎn)矩Tmeq為 總轉(zhuǎn)速比j n nm 各級(jí)轉(zhuǎn)速比的乘積 j1 j2 考慮傳動(dòng)損耗 Tmeq Tm j C 傳動(dòng)效率 C 各級(jí)傳動(dòng)效率乘積 1 2 上 下 2 飛輪矩 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的折算 折算原則 折算前后系統(tǒng)動(dòng)能不變 上 下 乘以4g 多軸系統(tǒng)等效為單軸系統(tǒng)后的運(yùn)動(dòng)方程為 其中 TL T0 Tmeq 上 下 其中 修正系數(shù) 1 1 1 25 第四節(jié)負(fù)載的機(jī)械特性 負(fù)載的機(jī)械特性指 n f TL 關(guān)系 一 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載機(jī)械特性 1 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 負(fù)載轉(zhuǎn)矩由摩擦力產(chǎn)生 其特點(diǎn) 大小恒定 與n無(wú)關(guān) 作用方向與運(yùn)動(dòng)方向相反 上 下 2 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 負(fù)載轉(zhuǎn)矩由重力產(chǎn)生 其特點(diǎn) 絕對(duì)值大小恒定 作用方向與n無(wú)關(guān) 不變 提升時(shí) n 0 TL 0阻轉(zhuǎn)矩 下放時(shí) n0拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩 上 下 由于存在傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩?fù)p耗 T 因此提升系統(tǒng)中 提升和下放時(shí) 電機(jī)軸承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不等 提升時(shí) Tem T TL TL升 TL升 下放時(shí) TL T TemTem TL T TL下 TL下 二 風(fēng)機(jī)負(fù)載機(jī)械特性 負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系TL kn2 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 上 下 三 恒功率負(fù)載機(jī)械特性 負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系TL k n 負(fù)載功率 它與n無(wú)關(guān) 稱恒功率負(fù)載 下 上 思考題 1拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式是怎樣建立的 怎樣用它分析系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2什么是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與如何進(jìn)行折算 3什么是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 它在什么條件下出現(xiàn) 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間有何關(guān)系 4穩(wěn)定工作過(guò)程和過(guò)渡過(guò)程有何區(qū)別 5為什么要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩和慣量折算 折算依據(jù)的原則是什么 下 上 6如何確定運(yùn)動(dòng)方程式中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的符號(hào) 7在一個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)中同時(shí)存在向上和向下運(yùn)動(dòng)的物體 在計(jì)算系統(tǒng)慣量時(shí)是否為一