01第八章电力拖动系统的动力学基础

第八章电力拖动系统的动力学基础朱代祥第八章电力拖动系统的动力学基础1、电力拖动系统的运动方程式2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3、电动机和工作机构间速比可变的系统4、考虑传动机构损耗时的折算方法5、生产机械的负载转矩特性1、电力拖动系统的运动方程式电力拖动装置的组成•电力拖动装置可分为电动机、工作机构、控制设备及电源等四个组成部分•在许多情况下，电动机与工作机构并不同轴，而在二者之间有传动机构，它把电动机的运动经过中间变速或变换运动方式后再传给生产机械的工作机构电源控制设备电动机工作机构1.电力拖动系统运动方程式1.1电力拖动装置的组成1.2运动方程式1.3运动方程式中转矩的符号1.4各种形状旋转体转动惯量的计算2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性1、电力拖动系统的运动方程式运动方程式tvmFFzddtJTTzddgGDmJ422单位为kg·m2•对于旋转运动•转动惯量•式中m——旋转部分的质量（kg）；G——旋转部分的重量（N）；——惯性半径（m）；D——惯性直径（m）。1.电力拖动系统运动方程式1.1电力拖动装置的组成1.2运动方程式1.3运动方程式中转矩的符号1.4各种形状旋转体转动惯量的计算2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性•对于直线运动1、电力拖动系统的运动方程式•将602ntnGDTTzdd3752式中：GD2=4gJ称为飞轮惯量（N·m2）。•代入tJTTzddgGDmJ422•得：和•T=TZ时，dn/dt=0,电动机静止或等速旋转；•TTZ时，dn/dt0,电动机处于加速状态；•TTZ时，dn/dt0,电动机处于减速状态。1.电力拖动系统运动方程式1.1电力拖动装置的组成1.2运动方程式1.3运动方程式中转矩的符号1.4各种形状旋转体转动惯量的计算2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性1、电力拖动系统的运动方程式运动方程式中转矩的符号•运动方程式的一般形式tnGDTTzdd375)(2•规定某一转动方向为参考（正）方向，•电磁转矩T：与参考方向一致取正，反之取负；•阻转矩Tz：与参考方向一致取负，反之取正。1.电力拖动系统运动方程式1.1电力拖动装置的组成1.2运动方程式1.3运动方程式中转矩的符号1.4各种形状旋转体转动惯量的计算2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性1、电力拖动系统的运动方程式各种形状旋转体转动惯量的计算1.电力拖动系统运动方程式1.1电力拖动装置的组成1.2运动方程式1.3运动方程式中转矩的符号1.4各种形状旋转体转动惯量的计算2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性两种情况：旋转体通过物体重心；旋转体不通过物体重心•旋转体通过物体中心：ikiimrJ12•式中im—该物体某个组成部分的质量im的中心到旋转—该部分ir轴的距离注：对于连续分布的物体：vmdrJ21、电力拖动系统的运动方程式•旋转体不通过物体中心：1.电力拖动系统运动方程式1.1电力拖动装置的组成1.2运动方程式1.3运动方程式中转矩的符号1.4各种形状旋转体转动惯量的计算2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性•其转动惯量是它围绕着不通过其中心的任意轴旋转的转动惯量与它围绕穿过自身中心且平行于该任意轴线旋转的转动惯量之和。如：2'mLJJ转动惯量：L—两个平行转轴间的距离m—该部分的质量式中：2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算•以电动机轴为折算对象，需要折算的参量为：工作机构转矩，系统中各轴（除电动机轴外）的转动惯量。对于某些作直线运动的工作机构，还必须把进行直线运动的质量及运动所需克服的阻力折算到电动机轴上去1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩TZ´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性等效折算图传动图2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构转矩TZ´的折算•折算的原则是系统的传送功率不变zzzTTjTTTzZzz/式中，j——电动机轴与工作机构轴间的转速比，即•如果传动机构为多级齿轮或带轮变速，则总的速比应为各级速比的乘积，即321jjjjzznnj//1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩TZ´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构直线作用力的折算•根据传送功率不变zzzvFTnvFTzzz55.960/π2n1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩TZ´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算传动机构与工作机构飞轮惯量折算2222211222121212121zzdJJJJJ2222211///zzdJJJJJ222222212122///zzdnnGDnnGDnnGDGDGD1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩TZ´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构直线运动质量的折算•折算的原则是转动惯量JZ´中及质量mZ中储存的动能相等，即2222zzzvmJ222365)(nvGGDzzzgGDJzz4/260/π2ngGmzz/365)π/60(21.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩TZ´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性例：刨床传动系统如图所示。若电动机M的转速为n=420r/min，其转子（或电枢）的飞轮惯量GDd2=110.5N·m2，工作台重G1=12050N，工件重G2=17650N。各齿轮齿数及飞轮惯量见表。齿轮8的节距t8=25.13mm。求刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮惯量。2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩TZ´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性例：刨床传动系统如图所示。若电动机M的转速为n=420r/min，其转子（或电枢）的飞轮惯量GDd2=110.5N·m2，工作台重G1=12050N，工件重G2=17650N。各齿轮齿数及飞轮惯量见表。齿轮8的节距t8=25.13mm。求刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮惯量。2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算解：1）旋转部分227825623421228256234212272623421225242122322212amN81.9)/()/()/()/()/()/()/()/()/()/(zzzzzzzzGDzzzzzzGDGDzzzzGDGDzzGDGDGDGD齿轮号12345678齿数Z2055306430783066飞轮惯量4.1220.19.8128.418.641.224.563.75例：刨床传动系统如图所示。若电动机M的转速为n=420r/min，其转子（或电枢）的飞轮惯量GDd2=110.5N·m2，工作台重G1=12050N，工件重G2=17650N。各齿轮齿数及飞轮惯量见表。齿轮8的节距t8=25.13mm。求刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮惯量。2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2）直线运动部分–齿轮8转速min/r5.12)/)(/)(/)(/(785634128zzzzzzzznn–工作台速度s/m347.0888ntzv222212mN35.7)(365nvGGGDb2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3）刨床拖动系统在电机轴上总的飞轮惯量222222mN66.127mN)35.781.95.110(badGDGDGDGD1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算2.1工作机构转矩TZ´的折算2.2工作机构直线作用力折算2.3传动与工作机构飞轮惯量的折算2.4工作机构直线运动质量折算2.5例题3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性3.电动机和工作机构间速比可变的系统•曲柄机构运动示意图：1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性•静阻力ZF反映在电动机轴上阻转矩为：ZZZZFVFT式中：ZT—作用在电动机轴上的阻转矩—速比，大小可变zv3.电动机和工作机构间速比可变的系统•mZ在电动机轴上的加速（动态）转矩TaZ：1.电力拖动系统运动方程式2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算3.电动机和工作机构间速比可变的系统4.考虑传动机构损耗时的折算方法5.生产机械的负载转矩特性dtdvmvdtdvmTzzzzzazzvdtddtddtdvzdtdmdtdmdtdvmTzzzzaz2zzJm2令：JZ—质量mz在电动机轴上反映的转动惯量，其值可变求导dtdJdtdmzz2dtdJdtdJTzzaz23.电动机和工作机构间速比可变的系统•考虑变换机构有速比不变的传动机构，折算到电动机轴上全部加速（动态）转矩为：kizziidadtdJdtdJJJT122])([kiziidJJJJ12)(J—折算到电机轴上的总转动惯量dtdJdtdJz（因上式前两项为常量）dtdJdtdJTa2有关与JfJfTz),(),(21ddJdtdddJdtdJdddtddddtd,dtd将上两式代入dtdJdtdJTa2得：ddJddJTa22因此，对于速比可变系统，其运动方程