电机拖动基础(现用).

2019/12/21电机与拖动基础1电机与拖动基础2019/12/21电机与拖动基础2电机与拖动课程前言一、本课程性质及其特点：•1、本课程属于技术基础课•2、基本概念多•3、电磁力关系复杂（电流、电压、磁场、力矩关系）•4、该课程以大学物理和电路理论为基础2019/12/21电机与拖动基础3二、参考书：•1、王毓东编《电机学》上、下，浙江大学出版社•2、顾绳谷编《电机及拖动基础》，机械工业出版社•3、唐介编《电机与拖动》，高等教育出版社•4、许建国编《电机与拖动基础》，高等教育出版社2019/12/21电机与拖动基础4三、本课程学习内容：•变压器、直流机、异步机、同步机•掌握内容：•1）工作原理•2）电磁力分析•3）特性及应用2019/12/21电机与拖动基础5四、电机的作用与功能：•电机是实现机械能与电能相互转换的电磁机器•电动机：电能机械能•发电机：机械能电能•变压器：U1交流电能变成U2交流电能2019/12/21电机与拖动基础6五、电机的分类：1、按电能形式分•直流电机（发电机、电动机）•交流电机（异步机、同步机）（发电机、电动机）2019/12/21电机与拖动基础72、按能量转换形式分•发电机（直流电机、交流电机）（异步机、同步机）•电动机（直流电机、交流电机）（异步机、同步机）2019/12/21电机与拖动基础8六、电机的作用：1、进行能量转化、传输和分配电能•一简单供电系统图2019/12/21电机与拖动基础92、驱动生产机械•磁悬浮列车大型车床2019/12/21电机与拖动基础103、控制各种自动设备•盲人引路车•爬行机器人2019/12/21电机与拖动基础11七、电机的发展状况•大型和超小型方向发展•同步发电机定子•各种微电机电力拖动系统动力学1.1电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统一般是由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备和电源组成。电力拖动系统组成机械特性表明电动机内部转速和转矩之间的关系，生产机械的负载转矩特性表明负载的性能，要研究整个电力拖动系统，必须研究电动机和负载之间的运动规律——电力拖动系统的运动方程式。1.单轴电力拖动系统电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连，工作机构是电动机的负载。dtdnGDdtdJLTT3752602,42422ngGDDgGmJ单轴电力拖动系统T为电动机的电磁转矩(Nm)，TL为电动机的负载转矩(Nm)，J为电动机轴上的总转动惯量(kgm2)，为电动机的角速度(rad/s),D为系统转动部分的回转直径(m),m为系统转动部分的质量(kg),)2/(604375g是具有加速度量纲的系数，单位为m／min·s。,0,0,0,0,0,0dtdndtdndtdnLTT动转矩系统处于加速；恒速或静止，稳定运转状态；系统减速为系统转动部分的回转半径(m),g=9.81m/s2为重力加速度,G为系统转动部分的重力(N),GD2为转动部分的飞轮矩(N·m2),实际的电力拖动系统，大多数是电动机通过传动机构与工作机构相连的多轴电力拖动系统。研究多轴电力拖动系统时，需要对每根轴分别写出运动方程式并联立求解，最后得出电力拖动系统的运动规律，显然比较麻烦。21,2,1jjfnnjfnbnjbnnj等效是指拖动系统在折算前和折算后的功率及储存动能保持不变，即等效单轴系统应与实际的多轴系统具有相等的机械功率和动能。实用工程计算：采用筒化多轴电力拖动系统的分析计算，将负载转矩与系统飞轮矩折算到电动机轴上，变多轴系统为等效的单轴系统。多轴电力拖动系统的简化1.2多轴电力拖动系统的简化计算1.2.1工作机构为转动情况时，转矩与飞轮矩的折算1.转矩的折算多轴电力拖动系统中:FTffTjfTnfnfTffTFT工作机构折算前的机械功率=工作机构折算后的机械功率f为工作机构转轴的角速度；Tf为工作机构的实际负载转矩；为电动机轴的角速度；TF为工作机构负载转矩折算到电动机轴上的折算值；为传动机构总的速比，写成一般形式为等于各级速比乘积；,321jjjjfnnj考虑传动机构的传动效率：TjfTjfTFT式中为传动机构总效率，等于各级传动效率乘积，；传动机构转矩损耗：321jfTjfTjfTFTT由于负载是由电动机拖动的，电磁转矩为拖动性转矩，T是由电动机负担。2．飞轮矩的折算飞轮矩用于表征运动物体机械惯性的大小；26024221221ngGDJ工作机构转轴的飞轮矩为，动能为:2fGD26024221221fngfGDffJ折合到电动机轴上的飞轮矩为，折算后其动能为:2FGD26024221221ngFGDFJ折算的原则是折算前后该轴的动能不变，即2602422126024221ngFGDfngfGD化简后得到负载轴上飞轮矩的折算公式:222)(22jfGDfnnfGDFGD旋转物体的动能为:传动机构中还有转速为nb的轴，其轴上各部分的总飞轮矩实际值为,动能是:2bGD26024221bngbGD折合到电动机轴上以后的飞轮矩为，其动能为:2BGD26024221ngBGD根据折算前后该轴动能不变的原则有:2602422126024221ngBGDbngbGD2122)(22jbGDbnnbGDBGD飞轮矩折算时，其折算值为实际值除以速比的平方，(注意不同转速的轴其速比也不一样。)2)1(2)21(221222)(22)(222aGDjjfGDjbGDaGDfnnfGDbnnbGDaGDGD写成一般形式为:222)21(221222)(22)(22)(222jfGDjjcGDjbGDaGDfnnfGDcnncGDbnnbGDaGDGD一般地说，传动机构各轴以及工作机构转轴的转速要比电动机轴的转速低，飞轮矩的折算与转速比平方成反比；尽管可能有多根轴，但它们的飞轮矩折算到电动机轴上后数值不大，是系统总飞轮矩的次要部分(20-30%)；电动机转子本身的飞轮矩是系统总飞轮矩中的主要部分(70-80%)。从上面分析的结果可以得到整个电力拖动系统折算到电动机轴上的总飞轮矩为:一般地说，传动机构各轴以及工作机构转轴的转速要比电动机轴的转速低，飞轮矩的折算与转速比平方成反比；尽管可能有多根轴，但它们的飞轮矩折算到电动机轴上后数值不大，是系统总飞轮矩的次要部分(20-30%)；电动机转子本身的飞轮矩是系统总飞轮矩中的主要部分(70-80%)。例题1－1(Pg4)已知飞轮矩GDa2=14.5N·m’，GDb2=18.8N·m’，GDf2=120N·m’，传动效率1=0.91,2=0.93,转矩Tf=85N·m，转速n=2450r／min，nb=810r／min，nf=150r／min，忽略电动机空载转矩，求：(1)折算到电动机轴上的系统总飞轮矩GD2；(2)折算到电动机轴上的负载转矩TF。解:(1)系统总飞轮矩:(2)负载转矩:221mN15.693.091.0150245085ffFnnTT22222222222mN005.175.14)172.11()1(mN005.1745.0055.25.14)1502450(120)8102450(8.185.14)()(affbbaGDnnGDnnGDGDGD1.2.2工作机构为平移运动时，转矩与飞轮矩的折算有些生产机械，如桥式起重机的起重小车、龙门刨床等，它们的工作机构作平移运动。刨床电力拖动系统：电动机经多级齿轮变速后，用齿轮、齿条把旋转运动变成工作台的平移运动。切削时工件与工作台一起以速度V移刨床电力拖动示意图动，刨刀固定不动。作用在工件上的切削力为F，电动机的转速为n，传动机构效率为。把这种多轴系统等效成单轴系统，须将切削力及平移运动部件的质量折算到电动机轴上的等效转矩TF及等效飞轮矩GDF2。1.转矩的折算工作机构为平移运动时，切削功率为:根据功率平衡关系则有:FvPFvFT电动机轴上的等效转矩:nFvnFvFvFT55.9602传动机构的转矩损耗:FTFTTmNr/min,m/s,N,FTnvF2.飞轮矩的折算折算的原则：折算前后储存的动能相等。平移运动部件的动能:折算到电动机轴上的转动惯量中储存的动能:221221vgfGvfm2)602(4221221ngFGDFJ根据折算前后动能不变的原则有:2)602(4221221ngFGDvgfG223652)602(242nvfGnvfGFGD例题:已知切削力F=10000N，工作台与工件运动速度v=0.7m/s，(Pg12)传动机构总效率=0.81，电动机转速n=1450r／min，电动机的飞轮矩GDD2=100Nm2，求：(l)切削时折算到电动机轴上的负载转矩；(2)估算系统的总飞轮矩；(3)不切削时，工作台及工件反向加速，电动机以dn/dt=500r/mins,恒加速度运行，计算此时系统的动转矩绝对值。解：(1）切削时折算到电动机轴上的负载转矩计算切削功率为:W70007.010000FvP折算后的负载转矩:m)(N92.5681.01450700055.955.9nFvFT(2)估算系统总的飞轮矩:)2m(N1201002.122.12DGDGD(3)不切削时，工作台与工件反向加速，系统动转矩绝对值:m)(N1605003751203752dtdnGDFTT1.2.3工作机构做提升和下放重物运动时，转矩与飞轮矩的折算工作机构运动为升降的电力拖动系统电动机通过传动机构（减速箱,速比为j）拖动一个卷筒，半径为R，转速为nf；缠在卷筒上的钢丝绳悬挂一重物，重力为G=mg，；重物提升时传动机构效率为，卷筒重物提升或下放的速度都为v。桥式起重机的提升机构、电梯、矿井卷扬机等，它们的工作机构都是作升降运动。升降运动属于直线运动并与重力有关。1.负载转矩折算(1）提升重物时负载转矩的折算:jGRTjGRFT传动机构损耗的转矩:jGRjGRT由摩擦产生，总是起阻碍运动的作用。提升重物时由电动机负担，下放重物时，卷筒上的负载转矩成为拖动转矩，由负载承担。(2)下放重物时负载转矩的折算,)12()(jGRjGRjGRjGRjGRTjGRFT122.飞轮矩的计算与平移运动相同。例题(Pg8):已知减速箱的速比j=34，提升重物时效率=0.83，卷筒直径d=0.22m，空钩重量G0=470N，所吊重物重G=8820N，电动机的飞轮矩GDD2=10N·m2，当提升速度为v=0.4m/s，求：(1)电动机的转速(2)忽略空载转矩时电动机所带的负载转矩；(3)以v=0.4m/s下放该重物时，电动机的负载转矩。解:(l)电动机转速的计算卷筒的转速:r/min)(72.3422.04.06060260dvrvfn电动机的转速:(r/min)5.11803472.34jfnn(3)以v=0.4m/s下放该重物时电动机负载转矩的计算传动机构损耗转矩:m)(N82.6349.113111.40jfTjfTT电动机的负载转矩为:m)(N47.2682.6349.1131TjfTT(2)提升时电动机负载转矩的计算提升重物时负载实际转矩为:m)(N9.1131)88201470(222.0)0(2GGdfT电动机的负载转矩为:m)(N11.4083.0349.1131jfTFT例题(Pg9):某起重机的电力拖动系统：电动机Pn=20kw，nN=950r/min，传动机构的速