【电机与拖动】刘玫3.ppt

电机与拖动;3.1.1单轴 电力拖动系统的运动方程 拖动就是由原动机带动生产机械产生运动。以电动机作为原动机拖动生产机械运动的拖动方式， 称为电力拖动。 如图2-1所示，电力拖动系统一般由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备和电源组成，通常又把传动机构和工作机构称为电动机的机械负载。 ; 1. 运动方程式 电力拖动系统经过化简，都可转为如图a所示的电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连的单轴电力拖动系统，各物理量的方向标示如图b。根据牛顿力学定律，该系统的运动方程为 ; 在工程计算中，通常用转速n单位为转/分（r/min）代替角速度? ；用飞轮惯量或称飞轮力矩GD2代替转动惯量J。由于n与? 的关系为 ; 2. 运动方程中方向的约定 式中的Te、TL 和n都是有方向的，它们的实际方向可以根据图b给出的参考正方向，用正、负号来表示。这里规定n及Te的参考方向为对观察者而言逆时针为正，反之为负；TL的参考方向为顺时针为正，反之为负。这样规定参考正方向恰好符中负载转矩TL前有一个负号的表达关系。 ; 3. 运动方程的物理意义 式表明电力拖动系统的转速变化dn/dt（即加速度）由电动机的电磁转矩Te与生产机械的负载转矩TL的关系决定。 1）当Te = TL 时， dn/dt = 0，表示电动机以恒定转速旋转或静止不动，电力拖动系统的这种运动状态被称为静态或稳态； 2）若Te ＞TL 时， dn/dt ＞0，系统处于加速状态； 3）若Te ＜TL 时， dn/dt ＜0，系统处于减速状态。 也就是一旦 dn/dt ≠ TL，则转速将发生变化，我们把这种运动状态称为动态或过渡状态。;3.1.2 多轴电力拖动系统的运动方程 前面我们讨论了单轴电力拖动系统问题，但是，实际的电力拖动系统往往是复杂的，有的生产机械需要通过传动机构进行转速匹配，因此增加了很多齿轮和传动轴；有的生产机械需要通过传动机构把旋转运动变成直线运动，比如：刨床、起货机等。对这样一些复杂的电力拖动系统，如何来研究其力学问题呢？一般来说，有两种解决办法： 1）对拖动系统的每根轴分别列出其运动方程， 用连列方程组来消除中间变量。这种解法会因方程较多，计算量大而比较繁杂。 2） 用折算的方法把复杂的多轴拖动系统等效为一个简单的单轴拖动系统，然后通过对等效系统建立运动方程，以实现问题求解。这种方法相对而言较为简单。 ; 一、系统等效的原则和方法 在电力拖动系统的分析中，对于一个复杂的多轴电力拖动系统，比较简单而且实用的方法是用折算的方法把它等效成一个简单的单轴拖动系统来处理，并使两者的动力学性能保持不变。一个典型的等效过程如图所示，其基本思想是通过传动机构的力学折算把实际的多轴系统表示成等效的单轴系统。; 在电力拖动系统中折算一般是把负载轴上的转矩，转动惯量或者是力和质量折算到电动机轴上，而中间传动机构的传送比在折算中就相当于变压器的匝数比。系统等效的的原则是：保持两个系统传递的功率及储存的动能相同。 二、多轴旋转系统等效为单轴旋转系统的方法 1．静态转矩的折算 先考虑一个简单的两轴系统。如图所示，假如要把工作机构的转矩T’L折算到电动机轴上，其静态转矩的等效原则是：系统的传送功率不变。; 如果不考虑传动机构的损耗，工作机构折算前的机械功率为 T’L?L，折算后电动机轴上的机械功率为TL?，根据功率不变原则，应有折算前后工作机构的传递功率相等，即 ; 如果要考虑传动机构的损耗，可以在折算公式中引入传动效率?c 。由于功率传送是有方向的，因此引入效率?c 时必须注意：要因功率传送方向的不同而不同。现分两种情况讨论： 1） 电动机工作在电动状态， 此时由电动机带动工作机构，功率由电动机各工作机构传送，传动损耗由运动机构承担，即电动机发出的功率比生产机械消耗的功率大。 根据功率不变原则，应有;; 2．转动惯量和飞轮矩的折算 将图中 两轴系统中的电动机转动惯量 Je 和生产机械的负载转动惯量JL，折算到电动机轴的等效系统的转动惯量J，其等效原则是：折算前后系统的动能不变，即有;;; 三、直线运动系统等效为旋转运动系统 　　有些生产机械它不仅有旋转运动部件， 还兼有直线运动部件，分析时要将这样的拖动系统等效为简单的单轴拖动系统，如图所示。 做这