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第二章 电力拖动系统的动力学,本章教学基本要求,1.了解电力拖动基本概念; 2.熟悉电力拖动系统运动方程式; 3.掌握拖动转矩和负载转矩的概念。 重点: 运动方程式和负载转矩。,2.1典型生产机械的运动形式及转矩,2.1.1电力拖动系统的基本概念 1.电力拖动 拖动:原动机带动生产机械运转叫拖动。 电力拖动:电动机作为原动机,生产机械是负 载,电动机带动生产机械运转的拖动方式称电 力拖动。 2.电力拖动系统:用电动机将电能转换成机械能,拖动 生产机械,并完成一定工艺要求的系统。,2.电力拖动系统组成,图2-1 电力拖动系统,采用电力拖动主要原因,现代化生产中,多数生产机械都采用电 力拖动,主要原因是 : 1. 电能的运输、分配、控制方便经济。 2. 电动机的种类和规格很多,它们具有各种各样的特性,能很好的满足大多数生产机械的不同要求。 3. 电力拖动系统的操作和控制简便,可以实现自动控制和远距离操作等等。,2.1.2典型生产机械运动形式及转矩,电力拖动系统:单轴(重点介绍)、多轴(可折算成单轴)。 运动形式:旋转、平移、升降。 机械转矩形式:摩擦力产生、重力产生。,2.2单轴电力拖动系统运动方程式,单轴:生产机械与电动机同轴,即: 2.2.1 单轴电力拖动系统运动方程式 由牛顿第二定律知作直线运动的物体存在:,转动方程式,同理,对于作旋转运动的物体: (2-1) J为电动机轴上总转动惯量单位kgm2,实用公式,将运动方程式中,转动惯量 J 用飞轮矩 GD2表示,角速度 用转速 n 表示,由于J与GD2的关系为 (2-2) 所以 (2-3),说明,GD2是一个整体,不是G与D2 的乘积, GD2 由产品样本或机械手册上查出。 GD2 中的 D 为回转直径,不是实际直径。关于 或 D 的物理概念可参见课本第39页。,运动方程式的分析,各转矩正方向的规定: n的正方向:顺时针; T的正方向:当T与 n(+)相同时为正; TL的正方向:当TL 与n(+)方向相反时为正; 惯性转矩 Tg的方向:由 T 与 TL的代数和来决定。 (讨论),各量表示法,上述各量可用轴的剖面图或直角坐标系来表示,2.3多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩折算,工程上为了节省材料,电动机转速都较高。输出功率一定时,即P=T=常数,当 T ,由于T=CTIa ,则 Ia 和 , Ia 导线粗; 铁磁材料多。 一般设计电动机速度高,通过提高 降低 T , 节省材料。 生产机械要求低速,而电动机设计的转速较高,二者之间必有减速装置,故一般电力多动系统多为多轴拖动系统。,2.3.1多轴系统,2.3.2多轴系统折算,分析多轴系统采用的方法是:用一个等 效的单轴系统代替原来实际的多轴系统。这 种方法称为“折算”。 折算原则:折算前后系统传递功率不 变,系统的动能不变。 折算方向:一般是从生产机械轴向电动 机轴折算。原因是研究对象是电动机。且电 动机轴一般是高速。根据传送功率不变的原 则,高速轴上的负载转矩数值小。,2.4负载的机械特性,负载的机械特性是指生产机械的转矩与 转速之间的关系即:n=f(TL) 2.4.1恒转矩负载特性 恒转矩负载是指负载转矩为常数,其大 小与转速n无关。 恒转矩负载分:反抗性负载特性和位能 性负载特性。,1.反抗性恒转矩负载特性,特点:恒值负载转矩TL总是与转速n的方向相反,即作用方向总是阻碍运动的方向。 当正转时n为正, TL与n方向相反,应为正,即在第一象限 当反转时n为负, TL与n方向相反,应为负,即在第三象限。,反抗性恒转矩负载,当转速n=0时,外加 转矩不足以使系统运动。 根据作用力与 反作用力原 理,这时反抗力负载转矩 大小和方向取决于外加转 矩的大小和方向。即与外 加转矩大小相等,方向相 反。负载转矩特性应与横 轴重合。例如轧机,机床 刀架平移机构等。,2.位能性恒转矩负载特性,特点: TL的方向与n的方向无关。 TL具有固定不变的方向。 例如:起重机的提升机构,不论是提升重物还是下放重物,重力的作用总是方向朝下的,即重力产生的负载转矩方向固定。,位能性恒转矩负载,例如:起重机的提升 机构,不论是提升重物 还是下放重物,重力的 作用总是方向朝下的。 即重力产生的负载转矩 方向固定不变,故在第 一和第四象限。,2.4.2. 恒功率负载转矩特性,特点:当转速n变化时,负载功率基本不变。 根据 如车床的主轴机构和轧钢机的主传动。 适用于金属切削车床。,恒功率负载转矩,适用于金属切削车床。 粗加工时,n 低,T 大; 精加工时,n 高, T小。,2.4.3风机泵类负载,阻力与转速平方成正比,即有: 如水泵,油泵等,如图所示,虚线是在考虑了轴承上的摩擦转矩后得出的实际鼓风机负载转矩。,本章小结,电力拖动系统由电动机、传动机构、生产机械、控制设备等组成,它的运行状态与电动机机械特性及负载特性有关。电动机的典型负载分:位能性和反抗性恒转矩负载、恒功率负载以及通风机类负载。,第二章作业:Problems,思考题:P48 2-1、2-2、2-3、2-4、2-7 作业: P48 2-9。,
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