第1章 电力拖动系统的动力学基础(09电气)

Tomxu制作河南理工大学电气学院第1章电力拖动系统的动力学基础1.1电力拖动系统的组成1.2典型生产机械的运动形式1.3电力拖动系统的运动方程*1.4多轴旋转系统的折算*1.5平移运动系统的折算*1.6升降运动系统的折算1.7生产机械的负载转矩特性河南理工大学电气学院1.1电力拖动系统的组成电力拖动：用电动机作为原动机的拖动方式。1.电力拖动系统的组成电动机传动机构工作机构控制设备电源2.电力拖动系统的优点(1)电能易于生产、传输、分配。(2)电动机类型多、规格全，具有各种特性，能满足各种生产机械的不同要求。电力拖动系统的动力学基础河南理工大学电气学院(3)电动机损耗小、效率高、具有较大的短时过载能力。(4)电力拖动系统容易控制、操作简单、便于实现自动化。3.应用举例精密机床、重型铣床、初轧机、高速冷轧机、高速造纸机、风机、水泵……电力拖动系统的组成河南理工大学电气学院传动机构第1章电力拖动系统的动力学基础更多的图片河南理工大学电气学院电力拖动系统在我国经历以下三阶段：1.第一阶段：上世纪30-50年代。生产机械只限于起动、停止、调速等，采用电磁接触器和继电器控制系统。控制系统较简单。用于冶金轧钢设备、机床、起重运输机械等2.第二阶段：上世纪50-70年代。生产工艺、效率要求提高。起动制动过程控制：要求加快动态响应；或者起动制动平稳、准确定位，如高速电梯、城市地铁；或者多台电机协调运转，如造纸机、塑料挤压机；（顺序控制）电力拖动系统的动力学基础河南理工大学电气学院电力拖动系统在我国经历以下三阶段：3.第三阶段：上世纪70年代-至今。生产工艺、效率要求更高。要求制动时间最短、制动能量消耗最小等最优控制。引入现代控制理论。交流变频调速技术成为最有潜力的发展方向。电力拖动系统的动力学基础河南理工大学电气学院1.2典型生产机械的运动形式1.单轴旋转系统电动机、传动机构、工作机构等所有运动部件均以同一转速旋转。2.多轴旋转系统电力拖动系统的动力学基础电动机工作机构电动机工作机构河南理工大学电气学院3.多轴旋转运动加平移运动系统4.多轴旋转运动加升降运动系统1.2典型生产机械的运动形式电动机工作机构电动机G河南理工大学电气学院1.4多轴旋转系统的折算效等1.等效负载转矩等效（折算）原则：机械功率不变。第1章电力拖动系统的动力学基础z1z4z2z3电动机工作机构nMLn1nmMm电动机等效负载nMLML=MmΩmΩL=MmjMLΩ=MmΩm河南理工大学电气学院传动机构的总转速比j=j1·j2·jmΩΩmj=nnm=1※j1=nn1=12j2=n1n2=2mjm=n2nm=1.4多轴旋转系统的折算常见传动机构的转速比的计算公式：(1)齿轮传动n1n2j=z2z1=(2)皮带轮传动n1n2j=D2D1=(3)蜗轮蜗杆传动n1n2j=z2z1=齿轮的齿数皮带轮的直径蜗轮的齿数蜗杆的头数河南理工大学电气学院2.等效转动惯量（飞轮矩）等效（折算）原则：动能不变。设各部分的转动惯量为：1.4多轴旋转系统的折算nMLn1nmz1z4z2z3电动机工作机构MmJd22J=Jd＋J1＋JmΩ1ΩΩmΩJ=Jd＋J1＋Jmn1n22nmn河南理工大学电气学院1.4多轴旋转系统的折算【例1】某车床电力拖动系统，传动机构为齿轮组（如图示），经两级减速后拖动车床的主轴，已知n=1440r/min，切削力F=2000N，工件直径d=150mm，各齿轮的齿数为z1=15，z2=30，z3=30，z4=45，各部分的转动惯量JR=0.0765kg·m2，J1=0.051kg·m2，Jm=0.0637kg·m2。传动机构的传动效率t=0.9。求：(1)切削功率Pm和切削转矩Tm；(2)折算成单轴系统后的等效TL、JL和GD2。解：(1)切削功率Pm和切削转矩TmnJRn1J1z1z4z2z3电动机车床nmJmz2z1j2===23015z4z3jm===1.54530j=j1jm=2×1.5=3njnm==r/min=480r/min14403河南理工大学电气学院1.4多轴旋转系统的折算dnm60Pm=F3.14×0.15×48060=2000×W=7.536kWMN=260Pmnm=×N·m=150N·m602×3.147536480(2)折算成单轴系统后的等效ML、JL和GD2ML=Tmjt=N·m=55.56N·m1503×0.9J=JR＋＋J1j12Jmj2=0.0765＋＋kg·m2=0.0963kg·m20.051220.063732()GD2=4gJ=4×9.81×0.0963N·m2=3.78N·m2河南理工大学电气学院目的将平移作用力Fm折算为等效转矩ML。将平移运动的质量m折算为等效J或GD2。1.等效负载转矩等效（折算）原则：机械功率不变。1.5平移运动系统的折算第1章电力拖动系统的动力学基础vmFm作用力平移速度432n1工件(m)刨刀齿条齿轮河南理工大学电气学院2.等效转动惯量（飞轮矩）等效（折算）原则：动能不变。(1)平移运动折算成旋转运动1.5平移运动系统的折算vmFm作用力平移速度432n1工件(m)刨刀齿条齿轮12JmΩ2=12mvm2Jm=mvmΩ22Gmgvmn2Jm=60222=9.55Gmvmn22河南理工大学电气学院(2)等效单轴系统的转动惯量和飞轮矩1.5平移运动系统的折算12JΩ2=12JR212J112＋＋12J222＋12mvm212JΩ2=JR2＋J112＋J222＋JmΩ212121212J=JR＋J1＋J2＋JmΩ1Ω22Ω2ΩJ=JR＋J1＋J2＋Jmn1n22n2n一般公式：J2(j1j2)J=JR＋＋＋···＋＋JmJ1j122Jn(j1j2···jn)2河南理工大学电气学院1.6升降运动系统的折算目的将Gm折算为等效TL。将m折算为等效J。1.等效负载转矩（升降力的折算）第1章电力拖动系统的动力学基础Gm电动机vmz2z1z4z32.等效转动惯量（升降质量的折算）河南理工大学电气学院1.6升降运动系统的折算2.等效转动惯量（升降质量的折算）(1)升降运动折算成旋转运动12JmΩ2=12mvm2Jm=mvmΩ22=9.55Gmvmn22(2)等效单轴系统的转动惯量J2(j1j2)J=JR＋＋＋···＋＋JmJ1j122Jn(j1j2···jn)2河南理工大学电气学院负载的转矩特性是指负载转矩与转速的关系，即。简称负载特性。nLT)T(fnL生产机械的负载可分为三大类恒转矩负载恒功率负载泵与风机类负载1.7负载转矩特性河南理工大学电气学院TLn2.位能性恒转矩负载1.反抗性恒转矩负载TLn一、恒转矩负载特性生产机械的负载转矩与转速无关的特性。分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。河南理工大学电气学院负载转矩与转速的乘积为一常数，即与成反比，特性曲线为一条双曲线。nLTTLn二、恒功率负载三、泵与风机类负载特性TLnTL0负载的转矩基本上与转速的平方成正比。负载特性为一条抛物线。LTnTomxu制作河南理工大学电气学院本章结束