第二章電力拖動系統(tǒng)動力學(xué)

第二章電力拖動系統(tǒng)動力學(xué)第1頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)單軸電力拖動系統(tǒng)運動方程式教學(xué)要求：1、單軸電力拖動系統(tǒng)運動方程式2、各量的物理意義和正方向的規(guī)定3、負載轉(zhuǎn)矩返回總目錄本章目錄下一節(jié)下一章第2頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月單軸電力拖動系統(tǒng)運動方程式凡是以電動機將電能轉(zhuǎn)換成機械能，拖動生產(chǎn)機械，并完成一定工藝要求的系統(tǒng)，都稱為電力拖動系統(tǒng)。所謂單軸電力拖動系統(tǒng)，就是電動機出軸直接拖動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。傳動機構(gòu)生產(chǎn)機械控制系統(tǒng)電動機電源第3頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月采用電力拖動主要原因現(xiàn)代化生產(chǎn)中，多數(shù)生產(chǎn)機械都采用電力拖動，主要原因是：1.電能的運輸、分配、控制方便經(jīng)濟。2.電動機的種類和規(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)機械的不同要求。3.電力拖動系統(tǒng)的操作和控制簡便，可以實現(xiàn)自動控制和遠距離操作等等。第4頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月單軸電力拖動系統(tǒng)運動方程式電動機負載運動方程式：MD–Mfz=JDdΩDdt這里，JD是電動機軸上所有轉(zhuǎn)動體的轉(zhuǎn)動慣量，單位N.m.s2

ΩD

是電動機軸上的角速度，單位rad/s實用公式：

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，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月說明“375”具有加速度量綱。GD2是一個整體，不是G與D2

的乘積，GD2由產(chǎn)品樣本或機械手冊上查出。GD2中的D為回轉(zhuǎn)直徑，不是實際直徑。關(guān)于ρ或D的物理概念可參見課本第4頁。第6頁，課件共22頁，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對觀察者順時針為正，轉(zhuǎn)矩M與n的正方向相同為正，負載轉(zhuǎn)矩Mfz與n的正方向相反為正。說明：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)速運行。當(dāng)M>Mfz，dn/dt>0，n隨著時間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)處于勻加速運動狀態(tài)。當(dāng)M–Mfz=常數(shù)常數(shù)<0，系統(tǒng)處于勻減速運動狀態(tài)。

返回第7頁，課件共22頁，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)系來表示MMfzMfzM第8頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月負載轉(zhuǎn)矩

負載的機械特性是指生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系即：n=f(Mfz)恒轉(zhuǎn)矩負載特性恒轉(zhuǎn)矩負載是指負載轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，其大小與轉(zhuǎn)速n無關(guān)。恒轉(zhuǎn)矩負載分：反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負載。第9頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載特性特點：恒值負載轉(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動的方向。當(dāng)正轉(zhuǎn)時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n為負，Mfz與n方向相反，應(yīng)為負，即在第三象限。第10頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0時，外加轉(zhuǎn)矩不足以使系統(tǒng)運動。根據(jù)作用力與反作用力原理，這時反抗性負載轉(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。負載轉(zhuǎn)矩特性應(yīng)與橫軸重合。例如軋機，機床刀架平移機構(gòu)等。Mn=

f（Mfz）Mfz-Mfz第11頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負載特性特點：Mfz的方向與n的方向無關(guān)。Mfz具有固定不變的方向。例如：起重機的提升機構(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)生的負載轉(zhuǎn)矩方向固定。n=

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

n=

f（Mfz）Mfz第13頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月風(fēng)機泵類負載阻力與轉(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)矩后得出的實際鼓風(fēng)機負載轉(zhuǎn)矩。第14頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月負載轉(zhuǎn)矩總結(jié)在電力拖動系統(tǒng)中，負載轉(zhuǎn)矩特性是指Mfz與n的關(guān)系，有幾種類型。1、恒轉(zhuǎn)矩負載特性（Mfz與n無關(guān)，Mfz保持常數(shù)）（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載（2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負載0nMfz0nMfznMfznMfz提升重物放下重物2、恒功率負載特性（Mfz∝1/n）3、風(fēng)機類負載特性（Mfz=Kn2）0Mfzn0Mfzn返回第15頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)多軸電力拖動系統(tǒng)運動方程式教學(xué)要求：1、生產(chǎn)實踐中多為多軸電力拖動系統(tǒng)2、負載轉(zhuǎn)矩的折算3、工作機構(gòu)直線作用力的折算4、轉(zhuǎn)動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，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月生產(chǎn)實踐中多為多軸電力拖動系統(tǒng)工程上為了節(jié)省材料，電動機轉(zhuǎn)速都較高。輸出功率一定時，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)計電動機速度高，通過提高Ω→降低M,節(jié)省材料。生產(chǎn)機械要求低速，而電動機設(shè)計的轉(zhuǎn)速較高，二者之間必有減速裝置，故一般電力系統(tǒng)多為多軸拖動系統(tǒng)。第17頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

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