电机拖动第二章详解.ppt

* * * * 南京航空航天大学 电机与拖动基础 电力拖动系统动力学 第二章 了解拖动、电力拖动、负载机械特性、电力拖动系统的转动惯量、飞轮矩、拖动转矩、阻转矩以及转矩正方向规定的基本概念。 熟悉生产机械典型的运动形式。 掌握单轴电力拖动系统的运动方程式，电力拖动系统中研究的主要物理量，并会利用其判断系统的工作状态。 了解将多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩等效成单轴系统的方法。 了解典型的负载机械特性。 会电力拖动系统的稳定运行判据 本章要求： 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 2.1 电力拖动系统转动方程式 电源 控制设备 电动机 传动和工作机构 1、离心式风机 负载转矩TL=kn2 单轴旋转系统 2、车床主轴传动系统 负载转矩TL与n无关 多轴旋转系统 3、平移传动系统 负载转矩TL与n无关 多轴旋转系统 4、提升传动系统 负载转矩TL与n无关 多轴旋转系统 典型生产机械运动形式和转矩 风 机 起重机 生产机械转矩分为：摩擦阻力产生的和重力作用产生的。 摩擦阻力产生的转矩为反抗性转矩，其作用方向与n相反，为制动转矩。 重力产生的转矩为位能性转矩，其作用方向与n无关，提升时为制动转矩；下放时为拖动转矩。 皮带运输机 电力机车 二. 单轴电力拖动系统的运动方程 电动机 生产机械 T n TL T0 研究运动方程,以电动机的轴为研究对象，电动机运行时的轴受力如图示。 轴 T TL n 电力拖动系统正方向的规定：先规定转速n的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正方向相同，规定负载转矩的正方向与n的正方向相反。 轴 T TL n 电动机运行时的轴受力如图示，由动力学定律可知,其必须遵守下列转动方程式: T-TL=J d? dt T：电磁转矩； TL：负载转矩,N.m J：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2 ? ：电动机角速度,rad/s 在工程计算中,常用n代替?表示系统速度, 用飞轮矩GD2代替J表示系统机械惯性。 T-TL=J d? dt ? =2?n/60 J =m?2=(G/g)?(D2 )/4=GD2/4g M：系统转动部分的质量，Kg G：系统转动部分的重量，N ? ：系统转动部分的转动半径，m D ：系统转动部分的转动直径，m g ：重力加速度=9.8m/s2 T-TL= GD2 4g dn dt 2? 60 = GD2 375 dn dt T-TL= GD2 375 dn dt GD2：系统转动部分的总飞轮惯量（飞轮矩） 系数375具有m/min.s量纲 电力拖动系统的运动状态： 当T=TL， dn dt =0 稳态，匀速 当TTL， dn dt 0 暂态，加速 当TTL， dn dt 0 暂态，减速 转动惯量是物体绕定轴旋转时转动惯性的度量 J =m?2 GD2=4gJ=4gm?2=4G ?2 转动惯量及飞轮惯量（飞轮矩） 功率平衡方程 ??得出功率平衡方程 T-TL=J d? dt T ? -TL ? = J ? d? dt = (1/2 J?2) d dt 电动机产生(T ? 0) 或吸收的机械功率 （ T ? 0) 生产机械吸收 (TL ? 0) 或释放的机械功率 (TL ? 0) 拖动系统动能 的变化 多轴系统需等效为单轴系统。等效指系统传递的功率不变。 2.2. 1多轴系统负载转矩及飞轮矩的折算 T n GD2 等效负载 电动机 TF 2.2 多轴电力拖动系统的简化 折算原则： 折算前后系统功率传递关系及贮存的动能不变 电动机 生产机械 T n j1 j2 Tf nf GDD2 GDa2 GDb2 GDf2 η1 η2 1.负载转矩的折算 T ? GD2 等效负载 电动机 TF 折算前负载功率P2=Tf?f 等效负载功率P2′=TF? ?Tf?f=TF? ?等效转矩TF为 TF= Tf ?f / ? TF=Tf nf /n=Tf/j 总转速比j=n/nf =各级转速比的乘积=j1?j2... 考虑传动损耗TF=Tm/(j?) 传动效率?=各级传动效率乘积= ?1??2... 传动机构的转矩损耗： 电动机 生产机械 T n j1 j2 Tf nf GDD2 GDa2 GDb2 GDf2 η1 η2 2.飞轮矩(转动惯量)的折算 T ?