02第二章 电力拖动系统的动力学基础

第二章电力拖动系统的动力学基础第一节典型生产机械的运动形式及转矩第二节电力拖动系统的运动方程式第三节多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩的折算第四节负载的机械特性第一节典型生产机械的运动形式及转矩（自学）第二节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式单轴系统：电动机轴直接联结生产机械0------mmJJTTT图中：电动机转动惯量生产机械转动惯量电动机产生的电磁转矩电动机空载转距生产机械的转矩轴的角速度P-8TT0TmTTl各物理量正方向电动机生产机械JJm根据力学知单轴系统的运动方程式：02(21),/llmmdTTJdtTTTJJJkgmkgms式中转矩的单位：转动惯量的单位：式(2-1)是研究拖动系统各种状态的基础22222()(22)60249.81/GDGDnJmggmkgGNmDmggms由于式中：转动部分质量()转动部分的重力()转动部分回转半径()转动部分的直径()重力加速度22(23)375231.,0,2.,00,3.,00,(23)(),,,lldlldldllGDdnTTdtGDTTTTTnctdnTTTdtdnTTTdtnTnTnTTTT单轴系统运动方程式可改成：系统总飞轮力矩根据()运动方程式，判断系统的运行状态动态转矩稳态加速减速式运动方程中物理量的正方向：逆时针方向，取；反之，取为顺时针方向，取；否则取l二、电力拖动系统的转动惯量及飞轮力矩（自学）第三节多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩的折算工程计算中，通常把多轴系统折算成单轴系统。一、多轴旋转系统负载转矩、飞轮力矩的折算1、负载转矩的折算折算原则：折算前后功率不变。设电机为电动状态—电动机输出机械功率且承担传动过程的损耗功率。112112(212)mmmmmmmccmmmeqmeqcmmeqccnTjjjnTTTTTTj折算前负载功率为：折算后传动比为：设传动效率为：折算前电动机发出功率为：折算后负载功率为：根据折算原则有：所以，负载转矩的折算值为：，式中思考题：当电机为发电状态时，负载转矩如何折算？2、飞轮力矩的折算折算原则：折算前后动能不变折算方法：将各轴转动惯量（或飞轮力矩）折算到电机轴上2221121221222221222121112221211dRmmdeqddeqRmeqRAJJJAJAAJJJJjjGDGDGDGDjj折算前动能：折算后动能：所以同理：20375eqllmeqGDdnTTTTTdt通过折算后，多轴系统成了单轴系统，其运动方程式为：式中1211mmnnjjnn注意：飞轮力矩（转动惯量）折算公式中的传动比是以电动机的速度为对象：即，与负载转矩折算公式中的传动比不同。二、平移运动系统的折算（直线运动力F的折算）19.55218260mmmmeqmeqmmmmmmmmmeqFFVTTFVFVFVFVTnnccccc、阻力的折算直线切削功率：电动机轴上功率：电机处于电动状态，传动效率为，根据功率不变原则可得：[,/min,/,]mmeqFmNnrVmsTNM2、平移运动部件质量的折算222222222221122112()22460365219,/,mmmmeqmeqmeqmmmeqmmmeqGmVVgGDGDJngGVGDnGmgNVmsGDNm折算前运动部件直线动能：折算后，设等效飞轮矩为。其动能：根据折算前后，其动能不变原则，可得：式中：思考题：推导出升降运动时转矩、飞轮矩的折算公式。课外自学：例2-1第四节负载的机械特性三大类负载：1）恒转矩负载，包括：反抗性负载，位能负载2）恒功率负载3）风机、泵类负载一、恒转矩负载特性1、反抗性恒转矩负载（如摩擦力产生的转矩）mmmTnTnT特点：常数（与大小无关）的方向始终与相反，即始终是阻力矩。2、位能性恒转矩负载（如起重机负载）：,(),()mmmmmmmmTnTnnTTnTT特点：常数（与大小无关）的作用方向与的方向无关第I象限时：是制动力矩第IV象限时：-是拖动力矩+Tm+Tm+nm-nm二、风机、泵类负载特性：200lmmTTTTkn其负载力矩正比于转速的平方。此类负载只能单方向旋转。三、恒功率负载机械特性如车床切削工件的工艺过程：粗切削时：切削量大，要求力大、速度低精切削时：切削量少，要求力小、速度高，保证加工工件的精度。此工艺过程保持拖动系统功率恒定。（但在每一次加工过程属恒转矩负载特性）1()260lllllkTTnnknPTnPn常数与无关注意：实际负载的特性可能是上述讨论的典型负载，也可能是几种典型负载的混合。作业P48:2-2,2-4,2-5,2-10,2-13