电机与拖动基础(少学时)-邱阿瑞-全书课件

电机与拖动基础(少学时）邱阿瑞主编课程讲义0.1电机与拖动的基本概念0.1.1几个相关概念电机：是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递或机电能量转换的机械。拖动：原动机带动生产机械运动叫做拖动。电力拖动：由电动机来拖动生产机械运行的系统，称为电力拖动。0.1.2电机在国民经济中的作用：1.电能的生产、传输和分配中的主要设备2.各种生产机械和装备的动力设备3.自动控制系统中的重要元件绪论绪论0.1.3电机的分类（P1第一、第五段）发电机电动机变压器控制电机就能量转换的功能来看静止电机（变压器）旋转电机按学科的不同直流电机交流电机根据应用场合的要求和电源的不同电机的分类0.1.4电力拖动系统构成框图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。绪论0.2本课程的性质和内容电机学+电力拖动基础=本课程0.3本课程内容的学时安排（P3）第1章电力拖动系统动力学1.1电力拖动系统的运动方程式记忆相关方程，会根据方程判断系统的运动状态1.2负载转矩和飞轮矩的折算旋转、平移、升降运动的折算1.3负载转矩特性恒转矩、恒功率、通风机与泵类三类负载特性1.1电力拖动系统的运动方程式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，一般来说，比较经典的电力拖动系统有以下几种运动形式：①单轴旋转拖动系统②多轴旋转拖动系统③多轴旋转加平移运动的拖动系统④多轴旋转加升降运动的拖动系统1.1.1单轴旋转拖动系统正方向的规定左侧图中，电磁转矩T(N.m)和转速n（r/min）的正方向相同。负载转矩的正方向与转速n的正方向相反这样的关系，是可以用公式描述的。LTM+-UTnTL电动机负载★1.1.2运动方程式式中m与G——旋转部分的质量（kg）与重量（N）ρ与D——惯性半径与直径（m）对于直线运动tvmFFzdd★对于旋转运动tJTTLdd转动惯量gGDmJ422单位为2mkg602ntnGDTTLdd37522mN2GD式中称为飞轮惯量（），gJGD42对运动方程式的分析（难点）运动方程式中转矩的正负号分析应用运动方程式，通常以电动机轴为研究对象运动方程式写成下列一般形式对公式中T与TL前带有的正负符号，作如下规定：预先规定某一旋转方向为正方向，则：(1)转矩T方向如果与所规定的旋转正方向相同，T前取正号，相反时取负号；(2)阻转矩TL方向如果与所规定的旋转正方向相同时TL前取负号，相反时取正号；(3).加速转矩（GD2/375）(dn/dt)的大小及正负符号由转矩T及阻转矩TL的代数和来决定tJTTLdd)(tnGDTTLdd375)(21、当LTT0ddtn电动机静止或等速旋转，电力拖动系统处于稳定运转状态下。系统的这种工作状态称为稳定状态或静态2、当LTT0ddtn电力拖动系统处于加速状态3、当LTT0ddtn电力拖动系统处于减速状态1.1.3电力拖动系统运动状态的判断不管是n↑，还是n↓，电力拖动系统的转速都处于变化过程中，所以称这种工作状态为过渡过程或动态练习思考题1.写出下图所示各种情况下的运动方程式，并说明系统所处的运动状态（图中标明的转速n的方向为正方向，T和TL的方向均为实际作用方向）。nnnnnTTTTTTLTLTLTLTLa）TLTb）TTLc）TLTd）T=TLe）T=TLdtdnGDTTL3752dtdnGDTTL3752dtdnGDTTL3752dtdnGDTTL3752dtdnGDTTL3752减速减速加速减速稳态1.2负载转矩和飞轮矩的折算（针对多轴旋转系统）下图为典型的多轴旋转拖动系统，可以将工作机构和传动机构合起来等效为一个负载，再用等效单轴拖动系统的运动方程式：等效折算图传动图tnGDTTLdd3752多轴旋转系统转矩、飞轮矩的折算1.2.1旋转运动等效折算是指拖动系统在折算前和折算后其动力学性能保持不变。即保持系统的功率传递及储存的动能均不变。1.负载转矩TL的折算①首先，不考虑传动系统中功率损耗情况；由折算前后负载功率不变，得:iTTTgggLggLTTggnni//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。321iiii②若考虑传动机构的传动效率cggLTT/iTTTcggcgL若有多级传动，则：321iiii2.飞轮矩的折算对于每一个旋转部件，都具有飞轮矩，都要折算到同一根轴上，因此折算后的飞轮矩包括工作机构部分和传动部分的飞轮矩。由折算前后系统动能不变，得：7149)602(4212122222nGDngGDJ2221224212322212222122242122322221227149714971497149iiGDGDiGDGDGDGDiinGDGDinGDGDnGDnGDgLdgdddL拖动系统总飞轮矩的折算及估算拖动系统总的飞轮矩为：222LdGDGDGD估算方程为：22)1(dGDGD1.2.1平移运动1.负载转矩折算如下图所示，Fg为工作机构平移运动克服的阻力，Vg为工作机构移动的速度1.2.2平移运动——1.负载转矩的折算转矩折算的原则为功率不变工作台移动的功率为：电机和工作台的功率相等（考虑损耗）工作机构折算到电机轴上的转矩为：cggLgggvFTvFPdcggdcggcggLnvFnvFvFT55.96021.2.2平移运动——2.负载飞轮矩的折算如下图所示，mg为平移部分的质量，Gg为平移部分的重力根据飞轮矩折算中动能不变的原则，有公式：714921212122222gdLgggnGDJvgGvm2222236527149dggdggLgnvGnvGgGD1.2.3升降运动——1.负载转矩的折算如右图所示，该系统的运动方式为升降运动：电动机通过传动机构拖动一卷筒，卷筒上的钢丝绳悬挂一重物。重物的重力为Gz，卷筒的半径为R，nj为卷筒的转速，i为转速比。M1.2.3升降运动——1.负载转矩的折算(1)提升重物时负载转矩的折算重物对卷筒轴的负载转矩为：折算到电机轴上的负载转矩为：ZRGcZLiRGT1.2.3升降运动——1.负载转矩的折算(1)下放重物时负载转矩的折算下放重物时，重物对卷筒的负载转矩不变，仍为：则，折算到电动机轴上的负载转矩为：cZLiRGTRGZ1.2.3升降运动——1.负载转矩的折算比较两个公式cZLiRGTcZLiRGT发现，同样的重物在提升和放下的时候，折算后的负载转矩是不同的，且提升和下放的传动效率也不同。但无论是提升还是下放，我们均认为传动机构的损耗pe不变1.2.3升降运动——上升下降时传动效率的关系上升时传动机构的损耗：)11(cjZjZcjZjLjeRGRGRGTTp下降时传动机构的损耗)1(cjZcjZjZjjLeRGRGRGTTp综合以上两式得：cc12当提升效率小于0.5时，下降效率为负值，表现为传动机构的自锁作用1.2.3升降运动——2.负载飞轮矩的折算飞轮矩的折算原则为折算后的动能不变，无论升降运动还是平移运动，其动能的运算公式一致，因此，飞轮矩的折算公式也一致。7149212121222dLzzzznGDJvgGvm2222236527149dzzdzzLznvGnvGgGD转矩及飞轮矩折算总结转矩的折算飞轮矩的折算单轴旋转多轴旋转多轴旋转加平移多轴旋转加升降cZLiRGTcZLiRGTtnGDTTLdd3752iTTcgL222LdGDGDGD222365dzzLznvGGD222365dggLgnvGGDdcggLnvFT55.9例题1-1（教材P10）28,0.36.1,5.24.1,8.694.0,93.04.3,6.2min/167,32022423222122121gdggGDGDGDGDGDGDiirnMNT求（1）折算到电动机轴上的负载转矩TLmNiiTiTTgcgL41.414.36.294.093.03202121例题1-1（教材P10）（2）电动机轴上的系统的总飞轮矩。2222124232123222122224032.2mNiiGDGDiGDGDGDGDGDGDGDdLd第一根轴第二根轴例题1-2（教材P11）222222212242,4.166.3,64/88.0,92.08.6,36.0,180mNGDmNGDmNGDmNGDsmvimRkgmRdzcZ求（1）折算到电动机轴上的负载转矩。（2）电动机轴上的系统总飞轮矩。解（1）251.101mNigRmiRGTczcZL例题1-2（教材P11）解（2）mNGDiGDGDGDGDGDGDGDnvGGDRvininnvRnLzRdLddzzLzzd65.88365260,,60222222212222222z故有：卷筒电机卷筒N176502G[例1-3]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）的飞轮惯量工作台重工件重22mN5.110dGDN120501G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。例1-3齿轮号12345678齿数Z2055306430783066飞轮惯量4.1220.109.8128.4018.6041.2024.5063.7522mN/GD解1）旋转部分2aGD2342122524212232221)/()/()/(zzzzGDGDzzGDGDGD2562342122726)/()/()/(zzzzzzGDGD27825623421228)/()/()/()/(zzzzzzzzGD2)20/55(81.910.2012.4(22)30/64()20/55(60.1840.28222)30/78()30/64()20/55(50.2420.41222222mN81.9mN))30/66()30/78()30/64()20/55(75.63齿轮8转速)/)(/)(/)(/(785634128zzzzzzzznnmin/r5.12min/r)30/66)(30/78)(30/64)(20/55(4202）直线运动部分工作台速度888ntzvm/s347.0m/min8.20m/min5.1202513.06622212)(365nvGGGDb2222mN35.7mN420347.0)1765012050(3653）刨床拖动系统在电机轴上总的飞轮惯量2222badGDGDGDGD22mN66.127mN)35.781.95.110(1.3负载转矩特性负载转矩特性：生产机械的负载转矩与转速之间的关系典型的负载转矩特性有三类，分别为1.恒转矩2.恒功率3.通风机与泵类三类负载特性1.3.1恒转矩负载特性特点：负载转矩TL与负载转速nL无关，TL=常数1.反抗性恒转矩负载特点：负载转矩总与运动方向相反2.位能性恒转矩负载特点：负载转矩的方向固定不变，并且与转速的方向无关反抗性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性1.3.2通风机与泵类的负载特性特点：负载与转速的平方成正比，即2LLKnT通风机负载特性1.3.3恒功率负载特点：负载转矩与转速成反比，即LLnKT恒功率负载特性本章完作业：P14习题1-5要求：请下周上课