電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)ppt課件

1、 第二章電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)本章教學(xué)根本要求本章教學(xué)根本要求1.了解電力拖動(dòng)根本概念；2.熟習(xí)電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式；3.掌握拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的概念。重點(diǎn)： 運(yùn)動(dòng)方程式和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。2.1典型消費(fèi)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方式及轉(zhuǎn)矩典型消費(fèi)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方式及轉(zhuǎn)矩2.1.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的根本概念電力拖動(dòng)系統(tǒng)的根本概念1.電力拖動(dòng)電力拖動(dòng) 拖動(dòng)：原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)消費(fèi)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)叫拖動(dòng)。拖動(dòng)：原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)消費(fèi)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)叫拖動(dòng)。 電力拖動(dòng)：電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，消費(fèi)機(jī)械是負(fù)電力拖動(dòng)：電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，消費(fèi)機(jī)械是負(fù)載，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)消費(fèi)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的拖動(dòng)方式稱(chēng)電載，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)消費(fèi)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的拖動(dòng)方式稱(chēng)電力拖動(dòng)。力拖動(dòng)。2.電力拖動(dòng)系統(tǒng)：用電動(dòng)機(jī)將電

2、能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，電力拖動(dòng)系統(tǒng)：用電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，拖動(dòng)拖動(dòng)消費(fèi)機(jī)械，并完成一定工藝要求的系統(tǒng)。消費(fèi)機(jī)械，并完成一定工藝要求的系統(tǒng)。2.電力拖動(dòng)系統(tǒng)組成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)消費(fèi)機(jī)械控制系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)電源采用電力拖動(dòng)主要緣由采用電力拖動(dòng)主要緣由 現(xiàn)代化消費(fèi)中，多數(shù)消費(fèi)機(jī)械都采用電現(xiàn)代化消費(fèi)中，多數(shù)消費(fèi)機(jī)械都采用電力拖動(dòng)，主要緣由是力拖動(dòng)，主要緣由是 ：1. 電能的運(yùn)輸、分配、控制方便經(jīng)濟(jì)。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)消費(fèi)機(jī)各樣的特性，能很好的滿足大多數(shù)消費(fèi)機(jī)械的不同要求。械的不同要求。3. 電力

3、拖動(dòng)系統(tǒng)的操作和控制簡(jiǎn)便，可以實(shí)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)間隔操作等等。現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)間隔操作等等。2.1.2典型消費(fèi)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式及轉(zhuǎn)矩n電力拖動(dòng)系統(tǒng)：?jiǎn)屋S重點(diǎn)引見(jiàn)、多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)：?jiǎn)屋S重點(diǎn)引見(jiàn)、多軸可折算成單軸?？烧鬯愠蓡屋S。n運(yùn)動(dòng)方式：旋轉(zhuǎn)、平移、升降。運(yùn)動(dòng)方式：旋轉(zhuǎn)、平移、升降。n機(jī)械轉(zhuǎn)矩方式：摩擦力產(chǎn)生、重力產(chǎn)生。機(jī)械轉(zhuǎn)矩方式：摩擦力產(chǎn)生、重力產(chǎn)生。2.2單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式n單軸：消費(fèi)機(jī)械與電動(dòng)機(jī)同軸，即單軸：消費(fèi)機(jī)械與電動(dòng)機(jī)同軸，即:n2.2.1 單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式n 由牛頓第二定律知作直線

4、運(yùn)動(dòng)的物體存由牛頓第二定律知作直線運(yùn)動(dòng)的物體存在：在：LMLMnn或madtdvmFF21轉(zhuǎn)動(dòng)方程式轉(zhuǎn)動(dòng)方程式同理，對(duì)于作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的物體：同理，對(duì)于作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的物體： 2-1J為電動(dòng)機(jī)軸上總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量單位為電動(dòng)機(jī)軸上總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量單位kgm2dtdJTTL適用公式n將運(yùn)動(dòng)方程式中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將運(yùn)動(dòng)方程式中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 用飛輪矩用飛輪矩 GD2表示，角速度表示，角速度 用轉(zhuǎn)速用轉(zhuǎn)速 n 表示，由于表示，由于J與與GD2的關(guān)系為的關(guān)系為n 2-2n所以所以n 2-3gGDDgGmJ42222gLTdtdnGDTT3752闡明分秒米單位 : 2604375gnGD2是一個(gè)整體，不是是一個(gè)整體，不是G與與D

5、2 的乘積，的乘積， GD2 由產(chǎn)品樣本或機(jī)械手冊(cè)上查出。由產(chǎn)品樣本或機(jī)械手冊(cè)上查出。 GD2 中的中的 D 為回轉(zhuǎn)直徑，不是實(shí)踐直徑。關(guān)于為回轉(zhuǎn)直徑，不是實(shí)踐直徑。關(guān)于 或或 D 的物理概念可參見(jiàn)課本第的物理概念可參見(jiàn)課本第39頁(yè)。頁(yè)。運(yùn)動(dòng)方程式的分析運(yùn)動(dòng)方程式的分析n 各轉(zhuǎn)矩正方向的規(guī)定：nn的正方向：順時(shí)針；nT的正方向：當(dāng)T與 n+一樣時(shí)為正；nTL的正方向：當(dāng)TL 與n+方向相反時(shí)為正； n慣性轉(zhuǎn)矩 Tg的方向：由 T 與 TL的代數(shù)和來(lái)決議。n 討論各量表示法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)表示上述各量可用軸的剖面圖或直角坐標(biāo)系來(lái)表示2.3多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩及飛輪矩

6、折算n工程上為了節(jié)省資料，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速都較高。輸出工程上為了節(jié)省資料，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速都較高。輸出功率一定時(shí)，即功率一定時(shí)，即P=T=常數(shù)，當(dāng)常數(shù)，當(dāng) T ，由，由于于T=CTIa ，那么，那么 Ia 和和 ， Ia 導(dǎo)線粗；導(dǎo)線粗； 鐵磁資料多。鐵磁資料多。n 普通設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)速度高，經(jīng)過(guò)提高普通設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)速度高，經(jīng)過(guò)提高 降低降低 T , 節(jié)省資料。節(jié)省資料。n 消費(fèi)機(jī)械要求低速，而電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速較高，消費(fèi)機(jī)械要求低速，而電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速較高，二者之間必有減速安裝，故普通電力多動(dòng)系統(tǒng)多二者之間必有減速安裝，故普通電力多動(dòng)系統(tǒng)多為多軸拖動(dòng)系統(tǒng)。為多軸拖動(dòng)系統(tǒng)。2.3.1多軸系統(tǒng)多軸系統(tǒng)2.3.2多軸

7、系統(tǒng)折算多軸系統(tǒng)折算 分析多軸系統(tǒng)采用的方法是：用一個(gè)等分析多軸系統(tǒng)采用的方法是：用一個(gè)等效的單軸系統(tǒng)替代原來(lái)實(shí)踐的多軸系統(tǒng)。這效的單軸系統(tǒng)替代原來(lái)實(shí)踐的多軸系統(tǒng)。這種方法稱(chēng)為種方法稱(chēng)為“折算。折算。 折算原那么：折算前后系統(tǒng)傳送功率不折算原那么：折算前后系統(tǒng)傳送功率不變，系統(tǒng)的動(dòng)能不變。變，系統(tǒng)的動(dòng)能不變。 折算方向：普通是從消費(fèi)機(jī)械軸向電動(dòng)折算方向：普通是從消費(fèi)機(jī)械軸向電動(dòng)機(jī)軸折算。緣由是研討對(duì)象是電動(dòng)機(jī)。且電機(jī)軸折算。緣由是研討對(duì)象是電動(dòng)機(jī)。且電動(dòng)機(jī)軸普通是高速。根據(jù)傳送功率不變的原動(dòng)機(jī)軸普通是高速。根據(jù)傳送功率不變的原那么，高速軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值小。那么，高速軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值小。2.

8、4負(fù)載的機(jī)械特性負(fù)載的機(jī)械特性 負(fù)載的機(jī)械特性是指消費(fèi)機(jī)械的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系即：n=f(TL)2.4.1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：對(duì)抗性負(fù)載特性和位能性負(fù)載特性。1.對(duì)抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性對(duì)抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性n特點(diǎn)：恒值負(fù)載轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)：恒值負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL總是與轉(zhuǎn)速總是與轉(zhuǎn)速n的方向的方向相反，即作用方向總是妨礙運(yùn)動(dòng)的方向。相反，即作用方向總是妨礙運(yùn)動(dòng)的方向。n 當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)n為正，為正， TL與與n方向相反，方向相反，應(yīng)為正，即在第一象限應(yīng)為正，即在第一象限 n 當(dāng)反轉(zhuǎn)時(shí)當(dāng)反轉(zhuǎn)時(shí)n為負(fù)，為負(fù)， TL與與n方向相反，方向相反，應(yīng)為負(fù)，即在

9、第三象限。應(yīng)為負(fù)，即在第三象限。對(duì)抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載對(duì)抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 當(dāng)轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0時(shí)，外加時(shí)，外加轉(zhuǎn)矩缺乏以使系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)矩缺乏以使系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)作用力與根據(jù)作用力與 反作用力原反作用力原理，這時(shí)對(duì)抗力負(fù)載轉(zhuǎn)矩理，這時(shí)對(duì)抗力負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小和方向取決于外加轉(zhuǎn)大小和方向取決于外加轉(zhuǎn)矩的大小和方向。即與外矩的大小和方向。即與外加轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相加轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反。負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性應(yīng)與橫反。負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性應(yīng)與橫軸重合。例如軋機(jī)，機(jī)床軸重合。例如軋機(jī)，機(jī)床刀架平移機(jī)構(gòu)等。刀架平移機(jī)構(gòu)等。2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性n特點(diǎn)：特點(diǎn)： TL的方向與的方向與n的方向無(wú)關(guān)。的方向無(wú)關(guān)。 TL具

10、有具有固定不變的方向。固定不變的方向。n例如：起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)，不論是提升重例如：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。下的，即重力產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向固定。位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 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)矩方向固定不變，故在第一和第四象限。2.4.2. 恒功率負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性n特點(diǎn)：當(dāng)轉(zhuǎn)速特點(diǎn)：當(dāng)轉(zhuǎn)速n變化時(shí)，負(fù)載功率根本不變。變化時(shí)，負(fù)載功率根本不變。n根據(jù)根據(jù) n如車(chē)床的主軸機(jī)構(gòu)和軋鋼機(jī)的主傳動(dòng)。如車(chē)床的主軸機(jī)構(gòu)和

11、軋鋼機(jī)的主傳動(dòng)。n適用于金屬切削車(chē)床。適用于金屬切削車(chē)床。 nPPT260 22L常數(shù)LTP2nTL1恒功率負(fù)載轉(zhuǎn)矩n適用于金屬切削車(chē)適用于金屬切削車(chē)床。床。 粗加工時(shí)，粗加工時(shí)，n 低，低，T 大；大； 精加工時(shí)，精加工時(shí)，n 高，高， T小。小。2.4.3風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載n阻力與轉(zhuǎn)速平方成正阻力與轉(zhuǎn)速平方成正比，即有：比，即有：n如水泵，油泵等，如如水泵，油泵等，如下圖，虛線是在思索下圖，虛線是在思索了軸承上的摩擦轉(zhuǎn)矩了軸承上的摩擦轉(zhuǎn)矩后得出的實(shí)踐鼓風(fēng)機(jī)后得出的實(shí)踐鼓風(fēng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 2L2 nTknTL或本章小結(jié)本章小結(jié)n 電力拖動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、消費(fèi)機(jī)械、控制設(shè)備等組成，它的運(yùn)轉(zhuǎn)形消費(fèi)機(jī)械、控