二电力拖动系统的动力学(上交).pptVIP

第二章电力拖动系统的动力学Dynamics of Electric Drive Systems 本章教学基本要求 1.了解电力拖动基本概念； 2.熟悉电力拖动系统运动方程式； 3.掌握拖动转矩和负载转矩的概念。 重点： 运动方程式和负载转矩。 2.1典型生产机械的运动形式及转矩 2.1.1电力拖动系统的基本概念 1.电力拖动 拖动：原动机带动生产机械运转叫拖动。 电力拖动：电动机作为原动机，生产机械是负 载，电动机带动生产机械运转的拖动方式称电 力拖动。 2.电力拖动系统：用电动机将电能转换成机械能，拖动 生产机械，并完成一定工艺要求的系统。 2.电力拖动系统组成 图2-1 电力拖动系统 采用电力拖动主要原因 现代化生产中，多数生产机械都采用电 力拖动，主要原因是 ： 1. 电能的运输、分配、控制方便经济。 2. 电动机的种类和规格很多，它们具有各种各样的特性，能很好的满足大多数生产机械的不同要求。 3. 电力拖动系统的操作和控制简便，可以实现自动控制和远距离操作等等。 2.1.2典型生产机械运动形式及转矩 电力拖动系统：单轴（重点介绍）、多轴（可折 算成单轴）。 运动形式：旋转、平移、升降。 机械转矩形式：摩擦力产生、重力产生。 2.2单轴电力拖动系统运动方程式 单轴：生产机械与电动机同轴，即: 2.2.1 单轴电力拖动系统运动方程式 由牛顿第二定律可知作直线运动的物体存在： 转动方程式 同理，对于作旋转运动的物体： （2-1） J为电动机轴上总转动惯量单位kg·m2 实用公式 将运动方程式中，转动惯量 J 用飞轮矩 GD2表示，角速度 Ω 用转速 n 表示，由于J与 GD2的关系为 （2-2） 所以 （2-3） 说明 运动方程式的分析 各转矩正方向的规定： n的正方向：假设为顺时针； T的正方向：当T与 n（+）相同时为正； TL的正方向：当TL 与n（+）方向相反时为 正； 惯性转矩 Tg的方向：由 T 与 TL的代数和来决 定。 各量表示法 上述各量可用轴的剖面图(a)或直角坐标系 来表示(b)，如下图所示。 2.3多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩折算 工程上为了节省材料，电动机转速都较高。输 出功率一定时，即P=TΩ=常数，当Ω↓ → T ↑ ， 由于T=CTΦIa ，则 Ia ↑ 和Φ ↑ ， Ia ↑ →导线 粗； Φ ↑ → 铁磁材料多。 一般设计电动机速度高，通过提高 Ω →降低 T , 节省材料。 生产机械要求低速，而电动机设计的转速较 高，二者之间必有减速装置，故一般电力拖动系统 多为多轴拖动系统。 2.3.1多轴系统 2.3.2多轴系统折算 分析多轴系统采用的方法是：用一个等 效的单轴系统代替原来实际的多轴系统。这 种方法称为“折算”。 折算原则：折算前后系统传递功率不 变，系统的动能不变。 折算方向：一般是从生产机械轴向电动 机轴折算。原因是研究对象是电动机。且电 动机轴一般是高速。根据传送功率不变的原 则，高速轴上的负载转矩数值小。 2.4负载的机械特性 负载的机械特性是指生产机械的转矩与 转速之间的关系即：n=f(TL) 2.4.1恒转矩负载特性 恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大 小与转速n无关。 恒转矩负载分：反抗性负载特性和位能 性负载特性。 1.反抗性恒转矩负载特性 特点：恒值负载转矩TL总是与转速n的方向相 反，即作用方向总是阻碍运动方向。 当正转时n为正， TL与n方向相反，应为 正，即在第一象限 当反转时n为负， TL与n方向相反，应为 负，即在第三象限。 反抗性恒转矩负载 当