电机拖动(动力学)

电机与拖动第二章电力拖动系统的动力学基础电机与拖动电力拖动系统的动力学基础生产机械的运动形式运动方程飞轮矩的折算负载的机械特性电机与拖动第二章电力拖动系统的动力学基础本章要求：掌握拖动、电力拖动、负载机械特性、电力拖动系统的转动惯量、飞轮力矩、拖动转矩、阻转矩以及转矩正方向规定的基本概念。熟悉生产机械典型的运动形式。掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。熟练掌握单轴电力拖动系统的运动方程式，并会利用其判断系统的工作状态。会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩等效成单轴系统。掌握典型的负载机械特性。电机与拖动第一节典型生产机械运动形式及转矩一、电力拖动系统的基本概念电力拖动是用电动机带动生产机械运动，以完成一定的生产任务。电力拖动系统的组成电源控制设备电动机传动和工作机构上下电机与拖动二、典型生产机械运动形式和转矩1、离心式风机负载转矩TL=kn2单轴旋转系统2、车床主轴传动系统负载转矩TL与n无关多轴旋转系统3、平移传动系统负载转矩TL与n无关多轴旋转系统4、提升传动系统负载转矩TL与n无关多轴旋转系统上下电机与拖动生产机械转矩分为：摩擦阻力产生的和重力作用产生的。摩擦阻力产生的转矩为反抗性转矩，其作用方向与n相反，为制动转矩。重力产生的转矩为位能性转矩，其作用方向与n无关，提升时为制动转矩；下放时为拖动转矩。上下电机与拖动第二节电力拖动系统的运动方程一.单轴电力拖动系统的运动方程电动机生产机械TemnTmT0研究运动方程,以电动机的轴为研究对象，电动机运行时的轴受力如图示。轴TemTLn电力拖动系统正方向的规定：先规定转速n的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正方向相同，规定负载转矩的正方向与n的正方向相反。上下电机与拖动轴TemTLn电动机运行时的轴受力如图示，由力学定律可知,其必须遵守下列动力学方程式:Tem-TL=JddtTem：电磁转矩；TL：负载转矩,N.mJ：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2：电动机角速度,rad/s在工程计算中,常用n代替表示系统速度,用飞轮力矩GD2代替J表示系统机械惯性。上下电机与拖动m：系统转动部分的质量，KgG：系统转动部分的重量，N：系统转动部分的转动半径，mD：系统转动部分的转动直径，mg：重力加速度=9.8m/s2Tem-TL=Jddt上下dtdn375GDdtdn602g4GDTT22Lem60n2gGDDgGmJ44222TemTLnMD电机与拖动GD2：系统转动部分的总飞轮惯量（飞轮矩）系数375具有m/min.s量纲电力拖动系统的运动状态：上下dtdn375GDTT2Lem稳态匀速当,0dtdn,TTLem暂态加速当,0dtdn,TTLem暂态减速当,0dtdn,TTLemTemTLnM电机与拖动二、转动惯量及飞轮惯量（飞轮矩）转动惯量是物体绕定轴旋转时转动惯性的度量即：J=m2GD2=4gJ=4gm2=4G2dmrrmJii22上下注意：转动惯量与方向无关；即所有绕定轴旋转的物体都有转动惯量。J=(m1+m2)(D/2)2m1m2nD电机与拖动三、功率平衡方程得出功率平衡方程Tem-TL=JddtTem-TL=Jddt=(1/2J2)ddt电动机产生(Tem0)或吸收的机械功率（Tem0)生产机械吸收(TL0)或释放的机械功率(TL0)拖动系统动能的变化上下TemTLnM电机与拖动第三节多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算多轴系统需等效为单轴系统。等效是指系统传递的功率不变。一.多轴系统负载转矩及飞轮矩的折算电动机生产机械Temj1j2TmmGDR2GD12GD22GDm2TemGDeq2等效负载电动机Tmeq上下电机与拖动1.负载转矩的折算电动机生产机械Temj1j2TmmGDR2GD12GD22GDm2TemGDeq2等效负载电动机Tmeq折算前负载功率P2=Tmm等效负载功率P2´=TmeqTmm=Tmeq等效转矩Tmeq为：总转速比j=n/nm=各级转速比的乘积=j1j2...考虑传动损耗：Tmeq=Tm/(jC)传动效率C=各级传动效率乘积=12...上下mmmeqTTjTnnTTmmmmeq电机与拖动2.飞轮矩(转动惯量)的折算TJeq等效负载电动机Tmeq折算原则：折算前后系统动能不变电动机生产机械Tj1j2TmmJRJ1Jm1上下2R2112mm2eqJ21J21J21J21221除以R2112meqJjJjJJ乘以4g电机与拖动TJeq等效负载电动机TmeqT0多轴系统等效为单轴系统后的运动方程为：其中：TL=T0+Tmeq上下GDeq2=j2GDm2j12GD12GDR2++GDR2+j2GDm2其中：修正系数=1.1~1.25dtdn375GDTT2eqLem电动机生产机械Tj1j2TmmJRJ1Jm1电机与拖动第四节负载的机械特性负载的机械特性指：n=f(TL)关系一、恒转矩负载机械特性1、反抗性恒转矩负载特性负载转矩由摩擦力产生，其特点：大小恒定（与n无关）；作用方向与运动方向相反。nTL0TL-TLTL电动机轴Temn上下电机与拖动2、位能性恒转矩负载特性负载转矩由重力产生其特点：绝对值大小恒定；作用方向与n无关，不变。nTL0TLTL电动机轴Temn提升时：n0,TL0阻转矩下放时：n0,TL0拖动转矩上下电机与拖动nTL0TL由于存在传动转矩损耗T，因此提升系统中，提升和下放时，电机轴承受的负载转矩不等。提升时，Tem=T+TL=TL升。TL升下放时，TL=T+TemTem=TL-T=TL下。TL下TLTTem电机与拖动二、风机负载机械特性负载转矩与转速成平方关系TL=kn2。nTL0风力发电机上下电机与拖动三、恒功率负载机械特性负载转矩与转速成反比关系TL=k/nnTL0负载功率602602knTTPLLL它与n无关，称恒功率负载。下上电机与拖动思考题1拖动系统的运动方程式是怎样建立的？怎样用它分析系统的运动状态？2什么是转动惯量？转动惯量与如何进行折算？3什么是动态转矩，它在什么条件下出现？动态转矩和系统运动状态之间有何关系？4稳定工作过程和过渡过程有何区别？5为什么要进行转矩和惯量折算，折算依据的原则是什么？下上电机与拖动6如何确定运动方程式中电动机转矩和负载转矩的符号？7在一个拖动系统中同时存在向上和向下运动的物体，在计算系统惯量时是否为一正一负？为什么？8电动机的机械特性和工作机械的机械特性有何异同？9阻转矩和位势转矩的区别是什么，相应的机械特性曲线如何表示？10运动系统中哪些因素对过渡过程时间有影响？如何减少过渡过程时间？上