电机及拖动..doc

第八章电力拖动系统动力学基础 内容提要 研究电力拖动系统动力学的目的是为介绍电力花动的机械特性与过渡过程等内容准备必要的理论基拙。第一节及第二节分析运动方程式，对方程式中各参数(力、转拒、质量和 飞轮惯量等)的折算方法进行分析研究;第三节介绍了电动机和工作机构!}速比可变系统 的有关问题;第四节中讨论考虑传动机构损耗的简化折算方法与较准确的折其方法;最后， 在第五节中将介绍几种典型生产机械的负载转矩特性。 第一节电力拖动系统的运动方程式 “拖动”就是应用各种原动机使生产机械产生运动，以完成一定的生产任务。而用各种 电动机作为原动机的拖动方式称为“电力拖动”。 一般情况下，电力拖动装置可分为电动机、工 作机构、控制设备及电源四个组成部分，如图8-1 所示。电动机把电能转换成机械动力，用以拖动生 产机械的某一工作机构。工作机构是生产机械为执 行某一任务的机械部分。控制设备是由各种控制电 机、电器、自动化元件及工业控制计算机等组成 的，用以控制电动机的运动，从而对工作机构的运动实现自动控制。为了向电动机及一些电 气控制设备供电，在电力拖动系统中必须设有电源部分。 需要指出的是，在许多情况下，电动机与工作机构并不同轴，而是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。 下面研究电力拖动系统中电动机带动负载的力学问题。 一、运动方程式 电动机在电力拖动系统中作直线运动(如直线电动机)或旋转运动时，由力学定律可 知，必须遵循下列两个基本的运动方程式: 对于直线运动，方程式为 式中F—拖动力(N); —阻力(N); 惯性力 如果质量m的单位为kg，速度v的单位为m/s，时间t的单位为S，则惯性力的单位F .相同，为N。 与直线运动时相似，旋转运动的方程式为 式中 T 电动机产生的拖动转矩 阻转矩(或称负载转矩) 惯性转矩(或称加速转矩)。 转动惯量J可用下式表示: kg·m2 式中m与G 旋转部分的质量(kg)与重量(N); 与D 惯性半径与惯性直径(m}; g 重力加速度，g=9. 81 m/s 这样，由式(8-3)可见，转动惯量J的单位为kg·m2 运动方程式(8一2)的形式不够实用，在实际计算中常把它化为另一种形式。 在式(8-2)中，如将角速度 (rail/s)化成用每分钟转数n ( r/m in)表示的形式 Ω=2πn/60 并把式(8一3)代入，即得式(8一2)的实用形式: 式中 飞轮惯量 ，。 必须指出，式(8一4)中的数字375是具有加速度量纲的，式(8一4)中各物理量在前 述的指定单位时此式才成立。 电动机电枢(或转子)及其他转动部件的飞轮惯量的数值可由相应的产品目录中 查到，但是其单位目前有时仍然用，表示。.为了转化成国际单位制，可将查到的数据 乘以9. 81，就可换算成的单位。 电动机的工作状态可由运动方程式表示出来。分析式(g.}}可知: ①T=Tz, =0,则n=0或n=常数，稳定状态，即电动机静止或等速旋转，电力拖动系 统处于稳定运转状态下。 ②TTz, 0 ，电力拖动系统处于加速状态，即处于过渡过程中。 ③TTz, 0，电力拖动系统处于减速状态，也是处于过渡过程中。 二、运动方程式中转矩的正负符号分析 应用运动方程式，通常以电动机轴为研究对象。由于电动机类型及运转状态的不同， 及生产机械负载类型的不同，电动机轴上的拖动转矩T及阻转矩不仅大小不同，方向也是变化的。因此，运动方程式可写成下列一般形式: (8一5) 式（8一5)中转矩T与前均带有正负符号，一般可作如下规定: 如果预先规定某一旋转方向(如顺时针方向)为正方向，则转矩T的方向如果与所规 定的正方向相同，式(8一5)中T前带正号，相反时带负号。而阻转矩在式(8-5)中 己带有总的负号，因此其正负号的规定恰恰与转矩T的规定相反，即阻转矩Tz的方向如果与所规定的旋转正方向相同时，Tz前取负号，相反时则取正号。 而在反转方向(如逆时针方向)，则转矩T如果与反转的方向相同时取负号，相反时则取正号;阻转矩双如果与反转的方向相同时取正号，相反时则取负号。 上面的规定也可归纳为: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 的大小及正负符号由转矩T及阻转矩Tz的代数和来决定。 三、各种形状旋转体转动惯量的计算 通常，电动机转子以及生产机械的旋转部件大多数都是圆往体，但是，也有非圆柱体的部件。特别是近年来随着制造业自动化程度的提高，焊接、喷