1 电力拖动系统动力学基础

课程简介课程名称：电力拖动与传动控制课程性质：专业必修课课程学时：32课程学分：2.0考试方式：平时成绩30％（作业、考勤、实验、提问等）考试成绩70％1.1电力拖动系统的运动方程式1.2工作机构转矩、力、飞轮力矩和质量的折算1.3生产机械的负载转矩特性§1电力拖动系统的动力学基础本章要求掌握电力拖动、负载机械特性、电力拖动系统的转动惯量、飞轮力矩、拖动转矩、阻转矩以及转矩正方向规定的基本概念。掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。熟练掌握单轴电力拖动系统的运动方程式，并会利用其判断系统的工作状态。会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩等效成单轴系统。掌握典型的负载机械特性。1.1电力拖动系统的运动方程式一、电力拖动系统的基本概念电力拖动是用电动机带动生产机械运动，以完成一定的生产任务。电力拖动系统的组成：电源控制设备电动机工作机构F－FZ=m二、运动方程式dtdvdtdvF－拖动力FZ－阻力m－惯性力dtddtd2.对于旋转运动，方程式为T－TZ=JT－拖动转矩TZ－阻转矩J－惯性转矩gGDmJ422＝602n＝GD2－飞轮力矩转动惯量1.对于直线运动，方程式为实用形式的运动方程式为：dtdnGDTTZ3752电动机的工作状态可由运动方程式表示出来：1）当T＝TZ，＝0，系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态。dtdn2）当TTZ，0，系统处于加速运行状态，即处于动态。dtdn3）当TTZ，0，系统处于减速运行状态，即处于动态。dtdn三、运动方程中转矩的正负符号分析dtdnGDTTZ3752）（dtdnGDTTZ3752MTnTzU方向规定：转矩T正向取正，反向取负；阻转矩TZ正向取负，反向取正。加速转矩的大小和正负号由T和TZ的代数和决定。dtdnGD37521.2工作机构转矩、力、飞轮转矩和质量的折算TTZJdJ11JTTZ′22JZZJa)传动图b)等效折算图以电动机轴为研究对象，将实际的拖动系统折算为等效的单轴系统。折算的原则是保持两个系统传送的功率及储存的动能相同。一、工作机构转矩TZ′的折算据传送功率不变的原则：ZZZTTjTTTZZZZ为电动机轴与工作机构轴间的转速比jzznnj传动机构如为多级齿轮或带轮变速，而已知每极速比为j1，j2，j3，…，则总的速比j应为各级速比的乘积，即321jjjj二、工作机构直线作用力的折算据传送功率不变的原则：ZZzvFTnvFTZZZ55.9ZF：工作机构直线作用力ZvZT55.926055.9：重物提升速度：力折算为电动机轴上的阻转矩：单位换算系数ZF三、传动机构与工作机构飞轮力矩的折算据实际系统与等效系统储存动能相等的原则：2Z2222112d22121212121ZJJJJJ＋＋＋＋2222211ZZdJJJJJ222222212122ZZdnnGDnnGDnnGDGDGDgGDJ42四、工作机构直线运动质量的折算据转动惯量中及质量中储存的动能相等的原则：zJzm2222ZzZvmJ222365nvGGDZZZ通过以上分析，可以把多轴拖动系统折算成一个单轴拖动系统。这样仅用一个运动方程式即可研究实际多轴系统的静态与动态问题。（暂未考虑传动机构中的损耗）gGmngGDJZzZZ60242直线运动的物体由电动机带动，因此，必须将其质量折算到电动机轴上，用一个转动惯量为的转动体与之等效。zmzJ1.3生产机械的负载转矩特性阻转矩（负载转矩）与转速的关系称为生产机械的负载转矩特性。ZTn)(ZTfn一、恒转矩负载特性恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩与转速无关的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。nZT1.反抗性恒转矩负载TZn2.位能性恒转矩负载TZn如重物的提升与下放等。如金属的压延、机床的平移机构等。三、恒功率负载特性恒功率负载特点是：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。nZT二、通风机负载特性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。ZTn如风机、水泵、油泵等。如切削机床等。TZn12T00TZn0电力拖动系统主要研究电动机和生产机械之间的关系，即电磁转矩T与负载转矩TZ的关系。用电力拖动运动方程式表示如下:dtdnGDTTZ3752把工作机构的转矩、力、飞轮力矩和质量折算到电动机轴上，电动机和生产机械就成为同轴联接的系统，有着同样的转速。TTZJ)(Tfn的方程式和曲线称为电动机的机械特性。)(ZTfn的方程式和曲线称为负载转矩特性。利用电动机和负载的两种特性可以清楚的分析电力拖动系统的稳态和各种过渡过程，包括起动和制动过程。