第11章电力拖动系统的动力学基础.ppt

大连理工大学电气工程系,第11章电力拖动系统的动力学基础,11.1电力拖动系统的组成,11.2典型生产机械的运动形式,11.3电力拖动系统的运动方程,11.4多轴旋转系统的折算,11.5平移运动系统的折算,*11.7电力拖动系统的暂态过程,11.6升降运动系统的折算,第11章电力拖动系统的动力学基础,11.1电力拖动系统的组成,11.2典型生产机械的运动形式,11.3电力拖动系统的运动方程,11.4多轴旋转系统的折算,11.5平移运动系统的折算,*11.7电力拖动系统的瞬态过程,11.6升降运动系统的折算,电机与拖动,返回主页,大连理工大学电气工程系,11.1电力拖动系统的组成,拖动原动机带动生产机械运动。电力拖动用电动机作为原动机的拖动方式。1.电力拖动系统的组成,电动机,2.电力拖动系统的优点1电能易于生产、传输、分配。2电动机类型多、规格全，具有各种特性，能满足各种生产机械的不同要求。,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,,大连理工大学电气工程系,3电动机损耗小、效率高、具有较大的短时过载能力。,4电力拖动系统容易控制、操作简单、便于实现自动化。3.应用举例精密机床、重型铣床、初轧机、高速冷轧机、高速造纸机、风机、水泵,,,11.1电力拖动系统的组成,,大连理工大学电气工程系,11.2典型生产机械的运动形式,一、单轴旋转系统电动机、传动机构、工作机构等所有运动部件均以同一转速旋转。,二、多轴旋转系统,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,,大连理工大学电气工程系,三、多轴旋转运动加平移运动系统,四、多轴旋转运动加升降运动系统,,,11.2典型生产机械的运动形式,,大连理工大学电气工程系,11.3电力拖动系统的运动方程式,一、单轴电力拖动系统的运动方程,※J转动惯量（kgm2）旋转角加速度（rad/s2）惯性转矩（Nm）T2T－T0※电动状态时，T0与T方向相反，T2＞0，T0＞0。制动状态下放重物时，T0与T方向相同，T2＞0，T0＜0。,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,,电动状态,制动状态下放重物,正方向,大连理工大学电气工程系,,11.3电力拖动系统的运动方程式,忽略T0，则,因为Jm2,旋转部分的质量（kg）,回转半径m,,,回转直径m,※对于均匀实心圆柱体，与几何半径R的关系为,,大连理工大学电气工程系,11.3电力拖动系统的运动方程式,,,忽略T0，有,当T2＞TL时，,→n,→加速的瞬态过程。,当T2TL时，,稳定运行。,当T2＜TL时，,→n,→减速的瞬态过程。,,大连理工大学电气工程系,负载吸收的功率,,1.T2＞0，电动机输出机械功率2.T2＜0，电动机输入机械功率,二、单轴电力拖动系统的功率平衡方程,,,,电动机输出的功率,系统动能,,,11.3电力拖动系统的运动方程式,即T2与Ω方向相同。电动状态。即T2与Ω方向相反。制动状态。,,大连理工大学电气工程系,3.TL＞0，负载从电动机吸收机械功率。4.TL＜0，负载释放机械功率给电动机（拖动系统）。5.P2＞PL，6.P2＜PL，Ω和n不能突变，即系统不可能具有无穷大的功率。,,,11.3电力拖动系统的运动方程式,即TL与Ω方向相反。即TL与Ω方向相同。，加速状态，，减速状态，,系统动能增加。系统动能减少。,,大连理工大学电气工程系,11.4多轴旋转系统的折算,z1z4z5,z2z3z6,一、等效负载转矩等效（折算）原则机械功率不变。,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,,TLΩtTmΩm,,传动机构的效率,传动机构的转速比,大连理工大学电气工程系,传动机构的总转速比jj1j2jm,,,11.4多轴旋转系统的折算,常见传动机构的转速比的计算公式1齿轮传动,2皮带轮传动,3蜗轮蜗杆传动,,,大连理工大学电气工程系,,,二、等效转动惯量（飞轮矩）,等效（折算）原则动能不变。设各部分的转动惯量为,,,11.4多轴旋转系统的折算,,JR,J1,,J2,Jm,＋,＋,＋,,大连理工大学电气工程系,如果在电动机和工作机构之间总共还有n根中间轴，则jj1j2jnjm,或,GD24gJ,,,11.4多轴旋转系统的折算,,大连理工大学电气工程系,,,11.4多轴旋转系统的折算,【例11.4.1】某车床电力拖动系统，传动机构为齿轮组（如图示），经两级减速后拖动车床的主轴，已知n1440r/min，切削力F2000N，工件直径d150mm，各齿轮的齿数为z115，z230，z330，z445，各部分的转动惯量JR0.0765kgm2，J10.051kgm2，Jm0.0637kgm2。传动机构的传动效率t0.9。求1切削功率Pm和切削转矩Tm；2折算成单轴系统后的等效TL、JL和GD2。解1切削功率Pm和切削转矩Tm,jj1jm21.53,,大连理工大学电气工程系,,,11.4多轴旋转系统的折算,2折算成单轴系统后的等效TL、JL和GD2,GD24gJ,49.810.0963Nm23.78Nm2,,大连理工大学电气工程系,,,目的将平移作用力Fm折算为等效转矩TL。将平移运动的质量m折算为等效J或GD2。一、等效负载转矩等效（折算）原则机械功率不变。TLtFmvm,11.5平移运动系统的折算,作用力,平移速度,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,,电动机输出的机械功率,切削功率,大连理工大学电气工程系,二、等效转动惯量（飞轮矩）等效（折算）原则动能不变。1.平移运动折算成旋转运动,,,11.5平移运动系统的折算,,大连理工大学电气工程系,2.等效单轴系统的转动惯量和飞轮矩,,,11.5平移运动系统的折算,＋,＋,＋,一般公式,,大连理工大学电气工程系,【例11.5.1】有一大型车床，传动机构如图示。已知刀架重Gm1500N移动速度vm0.3m/s刀架与导轨之间的摩擦系数0.1电动机n500r/min，JM2.55kgm2齿轮1z120，Jz10.102kgm2齿轮2z250，Jz20.51kgm2齿轮3z330，Jz30.255kgm2齿轮4z460，Jz40.765kgm2传动机构t0.8求电动机轴上的等效TL和J。,解1等效TL平移作用力FmGm0.11500N150N,,,,11.5平移运动系统的折算,,大连理工大学电气工程系,,,11.5平移运动系统的折算,2等效转动惯量J,JRJM＋Jz1J1Jz2＋Jz3J2Jz4,2.55＋0.102kgm22.652kgm20.51＋0.255kgm20.765kgm20.765kgm2,0.00502kgm2,,大连理工大学电气工程系,2.652kgm2,,,11.5平移运动系统的折算,,大连理工大学电气工程系,,,电动机输出的机械功率PL,工作机构的机械功率Pm,11.6升降运动系统的折算,目的将Gm折算为等效TL。将m折算为等效J。一、等效负载转矩（升降力的折算）TLtGmvm,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,,提升重物时，Gm是阻力，电动机工作在电动状态，PL＞Pm；下放重物时，Gm是动力，电动机工作在制动状态，PL＜Pm。,大连理工大学电气工程系,传动效率,,,11.6升降运动系统的折算,则提升时t＜1，下放时t＞1。二、等效转动惯量（升降质量的折算）1.升降运动折算成旋转运动,2.等效单轴系统的转动惯量,,大连理工大学电气工程系,abcdefgh电动机蜗杆蜗轮齿轮齿轮卷筒导轮重物双头2010400.150.0250.400.07581.251.25100000.10.1,,,11.6升降运动系统的折算,【例11.6.1】某起重机的电力拖动系统如图示。各运动部件的的有关数据如下,传动效率t0.8，提升速度vm9.42m/s。试求电动机的转速na以及折算到电动机轴上的等效TL和J。,,大连理工大学电气工程系,,,11.6升降运动系统的折算,解1电动机的转速na卷筒和导轮的转速,转速比,转速nananbj1j2nf10430r/min1200r/min,,大连理工大学电气工程系,2求等效负载转矩TL,3求等效转动惯量J,JRJa＋JbJ1Jc＋JdJ2Je＋Jf＋Jg8＋1.25＋1.25kgm210.5kgm2,0.15＋0.025kgm20.175kgm20.4＋0.075kgm20.475kgm2,,,11.6升降运动系统的折算,,大连理工大学电气工程系,,,11.6升降运动系统的折算,5.73kgm2,5.916kgm2,,大连理工大学电气工程系,传动机构,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,更多的图片,,大连理工大学电气工程系,W系列螺旋平面减速电机,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,更多的图片,,大连理工大学电气工程系,S系列斜齿轮蜗轮蜗杆减速电机,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,更多的图片,,大连理工大学电气工程系,R系列斜齿轮减速电机,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,更多的图片,,大连理工大学电气工程系,K系列斜齿轮伞齿轮减速电机,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,更多的图片,,大连理工大学电气工程系,F系列平行轴斜齿轮减速机,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,更多的图片,,大连理工大学电气工程系,蜗轮蜗杆,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,更多的图片,,大连理工大学电气工程系,*11.7电力拖动系统的瞬态过程,机械惯性由于J（GD2）的存在，使n不能跃变。电磁惯性由于Lf的存在，使if不能跃变。由于La的存在，使ia不能跃变。,,,第11章电力拖动系统的动力学基础,,热惯性机械惯性与电磁惯性产生机电瞬态过程。只考虑机械惯性时的顺态过程称为机械瞬态过程。,大连理工大学电气工程系,他励直流电动机的机械瞬态过程,1.转速的变化规律,,,*11.7电力拖动系统的瞬态过程,,,nn0－γT,※机械瞬态过程的时间常数,※转速的稳态值nSn0－γTLnL,,初始值,,大连理工大学电气工程系,,,*11.7电力拖动系统的瞬态过程,,微分方程的通解,2.电磁转矩的变化规律因为nn0－γT所以nin0－γTi，nSn0－γTS即nLn0－γTL代入n的解中，可得,,3.电枢电流的变化规律因为TCTΦia所以TiCTΦIai，TSCTΦIaS即TLCTΦIL代入T的解中，可得,,,,大连理工大学电气工程系,,,*11.7电力拖动系统的瞬态过程,4.分级起动的机械瞬态过程对于a1a2段,a1a2段的起动时间,a1a2段的时间常数,,大连理工大学电气工程系,练习题,第11章电力拖动系统的动力学基础,11.3.111.3.211.3.311.4.111.4.211.5.111.6.111.6.2*以教师画勾的题为准。,大连理工大学电气工程系,课程结束,电机与拖动,大连理工大学电气工程系,电机与拖动,谢谢使用本教学光盘本多媒体教学光盘制作人员名单主编刘凤春、唐介参编刘凤春（绪论、第210章、附录14）李冠林（第1章）刘娆（第11章）刘蕴红（附录57）疑问解答刘凤春联系方式大连理工大学电气工程系刘凤春电话0411-84708570传真0411-84708570E-maillfc5e001yang_yuanrui,同学们再见,