* 电机与拖动 第  二  章 电 力 拖 动 系 统  动 力 学 结束 电 力  拖  动  系  统       的 动  力  学  基  础 生产机械的运动形式 运   动   方   程 飞 轮 矩 的 折 算 负载的机械特性 结束 第二章电力拖动系统的动力学基础 本章要求：         掌握拖动、电力拖动、负载机械特性、电力拖动系统的转动惯量、飞轮力矩、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。 结束 第一节 典型生产机械运动形式及转矩 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 传动和工作机构 上 下 结束 二、典型生产机械运动形式和转矩 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 上 下 结束 风  机 起重机 上 下 结束         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。 上 下 结束 皮带运输机 电力机车 上 下 第二节  电力拖动系统的运动方程 一. 单轴电力拖动系统的运动方程 电动机 生产机械 T n Tm 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。 上 下 结束 轴 T TL n         电动机运行时的轴受力如图示，由力学定律可知,其必须遵守下列动力学方程式: 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, 用飞轮力矩GD2代替J表示系统机械惯性。 上 下 结束 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 上 下 结束 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T TL， dn dt  0 暂态，加速 当T TL， dn dt  0 暂态，减速 上 下 结束 二、转动惯量及飞轮惯量（飞轮矩） 转动惯量是物体绕定轴旋转时转动惯性的度量 即J =m?2 GD2=4gJ=4gm?2=4G ?2 上 下 注意：转动惯量与方向无关；即所有绕定轴旋转的物体都有转动惯量。 m1 m2 n D J =(m1+m2)(D/2)2 结束 三、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 上 下 结束 第三节 多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算         多轴系统需等效为单轴系统。等效指系统传递的功率不变。 一. 多轴系统负载转矩及飞轮矩的折算 电动机 生产机械 T ? j1 j2 Tm ?m GDR2 GD12 GD22 GDm2 T ? GDeq2 等效负载 电动机 Tmeq 上 下 1.负载转矩的折算 电动机 生产机械 T ? j1 j2 Tm ?m GDR2 GD12 GD22 GDm2 T ? GDeq2 等效负载 电动机 Tmeq 折算前负载功率P2=Tm? m 等效负载功率P2′=Tmeq ? ?Tm ?m=Tmeq ? ?等效转矩Tmeq为 Tmeq= Tm ?m / ?  Tmeq=Tm  nm /n=Tm/j  总转速比j=n/nm =各级转速比的乘积=j1?j2... 考虑传动损耗Tmeq=Tm/(j?C)  传动效率?C=各级传动效率乘积= ?1??2... 上 下 结束 2.飞轮矩(转动惯量)的折算 T ? Jeq 等效负载 电动机 Tmeq 折算原则：折算前后系统动能不变 电动机 生产机械 T ? j1 j2 Tm ?m JR J1 Jm ?1 1/2 Jeq ?2= 1/2 Jm ?m2+ 1/2 J1 ?12 +1/2JR ?2 除以?2 1/2 Jeq= j2 Jm j12 J1 JR + + 乘以4g 上 下 结束 T ? Jeq 等效负载 电动机 Tmeq T0         多轴系统等效为单轴系统后的运动方程为： 其中： TL= T0+ Tmeq T-TL= GDeq2 375 dn dt 上 下 GDeq2= j2 GDm2 j12 GD12 GDR2 + + ? ?GDR2 + j2 GDm2 其中：修正系数?=1.1~1.25 结束 第四节 负 载 的 机 械 特 性 负载的机械特性指：n=f(TL)关系 一、恒转矩负载机械特性 1、反抗性恒转矩负载特性         负载转矩由摩擦力产生，其特点：大小恒定（与n无关）；作用方向与运动方向相反。 n Tm 0 Tm -Tm Tm 电动机轴 T n 上 下 结束 2、位能性恒转矩负载特性 负载转矩由重力产生 其特点：绝对值大小恒定；作用方向与n无关，不变。 n TL 0 TL TL 电动机轴 T n 提升时： n 0 ,TL  0阻转矩 下放时： n 0 ,TL  0拖动转矩 上 下 结束 TL ?T Tem n TL 0 TL 由于存在传动转矩损耗?T，因此提升系统中，提升和下放时，电机轴承受的负载转矩不等。 提升时， Tem=?T+TL=TL升 。 TL升 下放时， TL=?T+Tem                 Tem=TL - ?T = TL下。 TL下 结束 二、风机负载机械特性         负载转矩与转速成平方关系TL=kn2。 n Tm 0 风力发电机 上 下 结束 三、恒功率负载机械特性 负载转矩与转速成反比关系TL=k/n n TL 0 负载功率 它与n无关，称恒功率负载。 下 上 结束 
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