电力拖动系统动力学基础.ppt

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1、第一讲 电力拖动系统的动力学基础杜少武第一讲 电力拖动系统的动力学基础1、电力拖动系统的运动方程式2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3、考虑传动机构损耗时的折算方法4、生产机械的负载转矩特性1、电力拖动系统的运动方程式 电力拖动装置的组成 电 力 拖 动 装 置 可 分 为 电 动 机、工 作 机 构、控制设备及电源等四个组成部分 在 许 多 情 况 下，电 动 机 与 工 作 机 构 并 不 同轴，而 在 二 者 之 间 有 传 动 机 构，它 把 电 动机 的 运 动 经 过 中 间 变 速 或 变 换 运 动 方 式 后再传给生产机械的工作机构1.电力拖动系统运动方程式1.1 电力

2、拖动装置的组成1.2 运动方程式1.3 运动方程式中转矩的符号2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性1、电力拖动系统的运动方程式 运动方程式单位为kg m2 对于旋转运动 转动惯量 式中 m旋转部分的质量（kg）;G 旋转部分的重量（N）;r 惯性半径（m）;D 惯性直径（m）。1.电力拖动系统运动方程式1.1 电力拖动装置的组成1.2 运动方程式1.3 运动方程式中转矩的符号2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性 对于直线运动1、电力拖动系统的运动方程式 将式中：GD2=4

3、gJ 称为飞轮惯量（N m2）。代入 得：和 T=TZ时，dn/dt=0,电动机静止或等速旋转；TTZ时，dn/dt0,电动机处于加速状态；TTZ时，dn/dt0,电动机处于减速状态。1.电力拖动系统运动方程式1.1 电力拖动装置的组成1.2 运动方程式1.3 运动方程式中转矩的符号2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性1、电力拖动系统的运动方程式 运动方程式中转矩的符号 运动方程式的一般形式 规定某一转动方向为参考（正）方向，电 磁 转 矩T：与 参 考 方 向 一 致 取 正，反 之 取负；阻 转 矩Tz：与 参 考 方 向 一

4、致 取 负，反 之 取正。1.电力拖动系统运动方程式1.1 电力拖动装置的组成1.2 运动方程式1.3 运动方程式中转矩的符号2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 以 电 动 机 轴 为 折 算 对 象，需 要 折 算 的 参 量为：工 作 机 构 转 矩TZ，系 统 中 各 轴（除 电动 机 轴 外）的 转 动 惯 量。对 于 某 些 作 直 线运 动 的 工 作 机 构，还 必 须 把 进 行 直 线 运 动的 质 量 及 运 动 所 需 克 服 的 阻 力 折 算 到 电 动机轴上去1.

5、电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1 工作机构转矩T的折算2.2 工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算2.5 例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性传动图等效折算图2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 工作机构转矩T的折算 折算的原则是系统的传送功率不变 式 中，j电 动 机 轴 与 工 作 机 构 轴 间 的 转速比，即 如 果 传 动 机 构 为 多 级 齿 轮 或 带 轮 变 速，则总的速比应为各级速比的乘积，即1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折

6、算2.1 工作机构转矩T的折算2.2 工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算2.5 例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 工作机构直线作用力的折算 根据传送功率不变1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1 工作机构转矩T的折算2.2 工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算2.5 例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 传动机构与工作

7、机构飞轮惯量折算1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1 工作机构转矩T的折算2.2 工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算2.5 例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 工作机构直线运动质量的折算 折算的原则是转动惯量JZ 中及质量mZ 中储存的动能相等，即1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1 工作机构转矩T的折算2.2 工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算

8、2.5 例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性 例：刨 床 传 动 系 统 如 图 所 示。若 电 动 机M 的 转 速 为n=420r/min，其 转 子（或 电 枢）的飞 轮 惯 量 GDd2=110.5Nm2，工 作 台 重G1=12050N，工 件 重G2=17650N。各 齿 轮 齿数 及 飞 轮 惯 量 见 表。齿 轮 8的 节 距t8=25.13mm。求 刨 床 拖 动 系 统 在 电 动 机 轴上总的飞轮惯量。2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1 工作机构转矩T的折算2.2 工作

9、机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算2.5 例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算解：1）旋转部分齿轮号 1 2 3 4 5 6 7 8齿数Z 20 55 30 64 30 78 30 66飞轮惯量 4.12 20.1 9.81 28.4 18.6 41.2 24.5 63.751.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1 工作机构转矩T的折算2.2 工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算2.5 例题3

10、.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性 例：刨 床 传 动 系 统 如 图 所 示。若 电动 机M 的 转 速 为n=420r/min，其 转子（或 电 枢）的 飞 轮 惯 量GDd2=110.5Nm2，工 作 台 重G1=12050N，工 件 重 G2=17650N。各 齿 轮 齿 数 及 飞 轮 惯 量 见 表。齿 轮8的 节 距t8=25.13mm。求 刨 床 拖 动系统在电动机轴上总的飞轮惯量。2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 2）直线运动部分 齿轮8转速 工作台速度1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1 工作机构转矩T的折算

11、2.2 工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算2.5 例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性 例：刨 床 传 动 系 统 如 图 所 示。若 电动 机M 的 转 速 为n=420r/min，其 转子（或 电 枢）的 飞 轮 惯 量GDd2=110.5Nm2，工 作 台 重G1=12050N，工 件 重 G2=17650N。各 齿 轮 齿 数 及 飞 轮 惯 量 见 表。齿 轮8的 节 距t8=25.13mm。求 刨 床 拖 动系统在电动机轴上总的飞轮惯量。2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3）刨床拖动系统在电机

12、轴上总的飞轮惯量1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1 工作机构转矩T的折算2.2 工作机构直线作用力折算2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4 工作机构直线运动质量折算2.5 例题3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法考虑传动机构损耗的简化方法 工作机构转矩TZ 的简化折算 电动机工作在电动状态1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性 电动机工作在发电制动状态

13、使用多级传动时3、考虑传动机构损耗时的折算方法 工作机构直线作用力的简化折算 电动机工作在电动状态 电动机工作在发电制动状态 在提升与下放时传动损耗相等的条件下，下放传动效率与提升传动效率之间有下列关系1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法考虑传动机构损耗的较准确方法 电力拖动系统处于稳定运转状态 折算到电动机轴上的阻转矩Tz0不 考 虑 传 动 损 耗 时 折 算 到 电 动 机 轴上的阻转矩（负载转矩）T 由 于

14、传 动 机 构 的 摩 擦 所 引 起 的 附加转矩1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法 提升时 下放时 其中T0：空 载 时的摩擦转矩；DT0：负 载转 矩TZ0引 起的 附 加 摩 擦转矩；c:摩擦系数。DTN：额 定负 载 下 传动 机 构 总摩 擦 附 加转矩；1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗

15、准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法 电力拖动系统处于加速运转状态 电 力 拖 动 系 统 处 于 加 速 运 转 状 态 时，附 加摩 擦 转 矩 DT0不 能 认 为 与TZ0成 正 比，因 为 此时通过传动机构除了TZ0外，还有惯性转矩。惯 性 转 矩 从 系 统 的 一 个 区 段 传 送 到 另 一 个区段时，要发生变化。在 加 速 运 转 状 态 下，计 算 附 加 摩 擦 转 矩 时，除 考 虑 阻 转 矩 外，还 必 须 考 虑 传 动 机 构 的惯性转矩。1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折

16、算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法 以下图的等效拖动系统为例Ti 第i 个部件的总摩擦转矩T0i 第i 个部件的空载摩擦转矩 Ti 进入第i 个传动机构的转矩1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法 第i 个部件的总摩擦转矩 传送到第i 个部件的转矩1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损

17、耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法 第一个部件的转矩（即为电动机转矩）传送到第二个部件上的转矩1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法 传送到第三个部件上的转矩1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产

18、机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法 传送到第四个部件上的转矩 1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法 传送到最后第（m 1）个部件上的转矩为 1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法 工作轴的转矩为 可整理成如下的形式1.电力拖动

19、系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性3、考虑传动机构损耗时的折算方法 与以下电动机轴上的转矩式相比较 其中1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法3.1考虑传动机构损耗简化方法3.2考虑传动机构损耗准确方法4.生产机械的负载转矩特性4、生产机械的负载转矩特性 定义：在运动方程式中，阻转矩（或称负载转矩）Tz 与转速n 的关系Tz=f(n)即为生产机械的负载转矩特性。分类 大 多 数 生 产 机 械 的

20、负 载 转 矩 特 性 可 归 纳 为三 种 类 型：恒 转 矩 负 载、风 机 负 载、恒 功率负载。1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性4.1 恒转矩负载特性4.2 风机负载特性 4.3 恒功率负载特性 4、生产机械的负载转矩特性 电 机 顺 时 针 旋 转 时，n为 正。转 矩TZ与 旋转方向相反，应取正；电 机 逆 时 针 旋 转 时，n为 负。转 矩TZ与 旋转方向相反，应取负。恒转矩负载特性 反抗性恒转矩负载：负 载 转 矩 方 向 总 是 与旋转方向相反。假设顺时针为参考方向1.电力拖动系统运

21、动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性4.1 恒转矩负载特性4.2 风机负载特性 4.3 恒功率负载特性 4、生产机械的负载转矩特性 恒转矩负载特性 位能性恒转矩负载：负载转矩方向固定。电 机 顺 时 针 旋 转时，n为 正。转 矩TZ与 旋 转 方 向 相反，应取正；电 机 逆 时 针 旋 转时，n为 负。转 矩TZ与 旋 转 方 向 相同，应取正。1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性4.1 恒转矩负载特性4.2 风机负载特性 4.3 恒

22、功率负载特性 4、生产机械的负载转矩特性 通风机负载特性 通 风 机 负 载 的 转 矩 与 转 速 大 小 有 关，基 本上与转速的平方成正比，为反抗性负载。属 于 通 风 机 负 载 的 生 产机 械 有 离 心 式 通 风 机、水 泵、油 泵 等，其 中 空气、水、油 等 介 质 对 机器 叶 片 的 阻 力 基 本 上 和转速的平方成正比。1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性4.1 恒转矩负载特性4.2 风机负载特性 4.3 恒功率负载特性 4、生产机械的负载转矩特性 恒功率负载特性 负 载 转 矩

23、 基 本 上 与 转 速 成 反 比，切 削 功 率基本不变。功 率 恒 定 时，n与Tz成反比；如 车 床，切 削 量大 时，开 低 速；切 削 量 小 时，开高 速；以 保 证 电机输出功率恒定。1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性4.1 恒转矩负载特性4.2 风机负载特性 4.3 恒功率负载特性 4、生产机械的负载转矩特性 实 际 生 产 机 械 的 负 载 转 矩 特 性 可 能 是 以 上几种典型特性的综合。实 际 通 风 机 除 了 主 要 是 通 风 机 负 载 特 性 外，由 于 其 轴 承

24、 上 还 有 一 定 的 摩 擦 转 矩，因 而实际通风机负载特性应为 1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性4.1 恒转矩负载特性4.2 风机负载特性 4.3 恒功率负载特性 4、生产机械的负载转矩特性 机 床 刀 架 等 机 构 在 平 移 时，负 载 性 质 基 本上 是 恒 转 矩 负 载，但 从 静 止 状 态 起 动 或 转速 还 很 低 时，摩 擦 系 数 比 较 大，摩 擦 阻 力较 大；另 外 当 转 速 升 高 时，油 或 风 的 阻 力带 有 一 些 风 机 负 载 特 性，导 致 转 速 较 高 时，负载转矩Tz会略微增大。1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.考虑传动机构损耗时的折算方法4.生产机械的负载转矩特性4.1 恒转矩负载特性4.2 风机负载特性 4.3 恒功率负载特性 Bye！