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1、第二章 电力拖动系统动力学,2.1 电力拖动系统转动方程式 2.2 多轴电力拖动系统的简化 2.3 负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件,2.1电力拖动系统转动方程式,一. 典型生产机械的运动形式,1. 单轴旋转系统,2. 多轴旋转系统,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,二. 单轴电力拖动系统转动方程式,T :电动机电磁转矩(Nm)；TF :负载转矩(Nm) n :电动机转速(r/min)；T0 :电动机空载转矩(Nm),T-TL：动转矩(Nm)或惯性转矩、加速转矩 J：转动惯量(kgm2) ：系统转动角速度(rad/s),参考正方向,参考正方向,转矩与
2、转速的方向问题,实际转矩和转速方向： 1.T与n同向，代数上同正同负；T与n反向，代数上一正一负。 2.TL与n同向，代数上一正一负；TL与n反向，代数上同正同负。,实际转矩和转速方向： 1. 转矩与n同向，则称为“拖动性”转矩 2. 转矩与n反向，则称为“制动性”转矩,又由：,m：系统转动部分的质量，kg G：系统转动部分的重力，N ：系统转动部分的转动惯性半径，m D：系统转动部分的转动惯性直径，m g：重力加速度，m/s2,GD2：系统转动部分的飞轮矩，Nm2 375 ：有单位的系数，m/mins,由转动方程式可以分析系统运动状态：,T-TL=0 ：系统静止或恒速运行，稳态； T-TL0
3、 ：系统加速运行，过渡过程； T-TL0 ：系统减速运行，过渡过程。,电动机起动时，电磁转矩与负载转矩的关系？电动机停车时，电磁转矩与负载转矩的关系？,2.2 多轴电力拖动系统的简化,问题：全面分析多轴系统，必须列出每根轴的运动方程式及各轴相互联系的方程式，分析复杂。 方法：通常把负载转矩与系统飞轮矩折算到电动机轴上来，变多轴系统为单轴系统。 折算的原则是：保持系统的功率传递关系及系统的贮存动能不变。,2.2.1 工作机构为转动情况时的折算,1. 负载转矩的折算保持功率传递关系不变,(1) 忽略传动机构的损耗，由折算前后功率不变，得：,j=n/nf=j1j2j3为传动机构总的速比,(2) 考虑
4、传动机构的损耗时,等效的传动机构的转矩损耗为：,=123为传动机构总效率,2. 飞轮矩的折算保持系统动能不变,负载飞轮矩折算(转动部分飞轮矩折算)：,系统转动部分动能表达式：,总的飞轮矩的估算：,GDD2为电动机转子的飞轮矩,电动机轴上只有传动机构中第一级小齿轮时，取=0.20.3，如果还有其它部件，则的数值需要加大。,保持系统储存的动能不变，则系统总飞轮矩为：,1.电动机经过速比 j=5 的减速器拖动工作机构，工作机构的实际转矩为20Nm，飞轮矩为1Nm2，不计传动机构损耗，这算到电动机轴上的工作机构转矩与飞轮矩分别为多少？ 2. 恒速运行的电力拖动系统中，已知电动机电磁转矩为80Nm，忽略
5、空载损耗，传动机构效率为0.8，速比为10，未折算前实际的负载转矩应为多少？ 3.电力拖动系统中已知电动机转速为1000r/min，工作机构转速为100r/min，传动效率为0.9，工作机构未折算的实际转矩为120Nm，电动机电磁转矩为20Nm，忽略空载损耗，系统是加速还是减速运行？,2.2.2 工作机构为平移运动时的折算,1.负载转矩的折算,考虑传动机构的损耗：,2. 负载飞轮矩的折算,2.2.3 工作机构做提升和下放重物运动时的折算,(a) 把负载看作做平移运动的物体折算其飞轮矩； (b) 若已知卷筒直径，可把负载重力折算为施加在卷筒上的转矩，看作做旋转运动的物体来折算其转矩。 (c)特殊
6、问题：提升与下放时的传动效率不同,考虑传动损耗转矩时，提升和下放重物时转矩折算关系,(1) 提升重物时的转矩关系,(2) 下放重物时的转矩关系,传动机构损耗转矩 T 和电动机转轴空载损耗转矩 T0均为摩擦性质的转矩，与转速 n 反向，为制动转矩； 提升重物时，Tf/j 与转速方向相反，为制动转矩； 下放重物时，Tf/j 与转速方向相同，为拖动转矩； 以同样的速度提升和下降重物时，传动机构的效率之间的关系是:,结论：,例1：某起重机的电力拖动系统如图所示。求： 1. 以速度v=0.3m/s提升重物时，负载（重物及钓钩）转矩、卷筒转速、电动机输出转矩及电动机转速； 2. 负载及系统的飞轮矩（折算到
7、电动机轴上） 3. 以加速度a=0.1m/s2提升重物时，电动机输出的转矩。,解:,(1) 负载转矩（未折合）：,卷筒转速：,电动机输出转矩折合值：,电动机转速：,(2) 负载及系统的飞轮矩,(3)以加速度a=0.1m/s2提升重物时，电动机输出的转矩,2.3 负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件,2.3.1 负载的转矩特性 2.3.2 电力拖动系统稳定运行的条件,2.3.1 负载的机械特性,电动机负载(生产机械)的转速与负载转矩的关系 n=f(TF)称为负载的机械特性，简称负载特性。,一. 恒转矩负载特性,1. 反抗性恒转矩负载：TF大小恒定不变，方向总与转速n方向相反，属于制动转矩，
8、如摩擦性转矩。,2. 位能性恒转矩负载：TF大小、方向恒定不变，与转速无关。当方向与n相同时，为拖动转矩，当方向与n相反时为制动转矩，如起重机的提升机构和矿井卷扬机。,二. 风机泵类负载：TF n2，方向总与转速方向相反。如通风机、水泵、油泵等流体机械。,三. 恒功率负载：TF n=常数。如各种机床的主传动等。,稳定运行工作点：(1)T=TL ；(2)当系统受到干扰时，电动机转速会有变化，但在干扰消失后，仍能恢复到原来的工作点运行。,2.3.1 电力拖动系统稳定运行的条件,稳定运行条件分析： (1) 若系统遇到瞬时干扰，使转速 n 减小，即nTL，使得 TTL，转速才能恢复； (2) 若系统遇
9、到瞬时干扰，使转速 n 增大，即n0 ，此时，转矩的变化量必须 TTL，使得 TTL ，转速才能恢复。,电力拖动系统工作点稳定运行的条件：,A点稳定性分析：,负载受到干扰TL增大为TL1,干扰消失，恢复到TL,在A点满足：,A点为稳定运行点,B点稳定性分析：,负载受到干扰TL增大为TL1,干扰消失，恢复到TL,在B点满足：,B点为不稳定运行点,电动机 机械特性,泵类负载,恒转矩负载,恒功率负载,【思考题2.4】电梯设计时，其传动机构的效率在上升时为0.5。请计算 =0.4 的电梯下降时，其效率是多大？若上升时，负载转矩的折算值 TF=15Nm，则下降时负载转矩的折算值为多少？T为多大？,解2.
10、4：根据提升和下放重物时的转矩关系特点,提升重物时：,下放重物时：,效率关系：,下放重物的效率：,重物折合转矩：,下放重物折合转矩：,传动机构损耗转矩：,稳定恒速下放重物时的转矩关系：,【思考题2.2】电动机拖动金属切削机床切削金属时，传动机构的损耗由电动机还是由负载负担？ 【思考题2.3】起重机提升重物与下放重物时，传动机构损耗由电动机还是重物负担？,电动机 机械特性,泵类负载,恒转矩负载,恒功率负载,铁磁材料的特性 磁导率、磁滞曲线、磁滞损耗、涡流损耗、铁损耗 基本电磁定律 安培环路定律、电磁力定律、电磁感应定律 磁路基本定律 磁路欧姆定律、磁路基氏第一定律、磁路基氏第二定律,绪论小结,铁
11、磁材料的基本特性,高导磁性0 磁饱和性常数 磁滞性磁滞回线，B(或)的变化总是滞后于H(或I),问题1：电机和变压器铁心通常采用何种铁磁材料？属于软磁材料还是硬磁材料？,问题2：当恒定磁通通过变压器铁心时，铁心是否会发热？当交变磁通通过变压器铁心时，铁心是否会发热？为什么？,电力拖动系统动力学分析,电力拖动系统转动方程：,多轴电力拖动系统简化：将负载转矩 和飞轮矩 折合到电动机轴上，转化为单轴电拖系统。 折合原则：保持功率传递关系 和系统动能 不变。,工作机构为转动情况时的折算,第2章 电力拖动系统动力学 小结,1. 利用转动方程式简单分析系统运行状态,2. 负载的机械特性及其分类,3. 根据电动机机械特性和负载机械特性判断系统稳定性,(1) 单轴系统；(2) 多轴系统负载转矩和系统飞轮矩折算,转矩的基本分类,按转矩的性质 拖动性转矩、制动性转矩 按转矩的提供者 电机提供的电磁转矩 T 负载提供的负载转矩 TF 恒转矩负载、恒功率负载、风机泵类负载 空载损耗转矩 T0 传动损耗转矩 T,