第二章电力拖动系统的动力学基础解析

液体传动 –液缸、液压阀、液压管路、液压泵、液压马达； –特点：力矩大，有油污 –应用：轮船、大型压机
电力传动 –电机、电缆、电源、 –特点：传送距离更远、调速性能更好 –国民经济各行各业
交通工具
运输工具
第2章 电力拖动系统的动力学基础
2.2 电力拖动系统的运动方程式
2.2.1电力拖动系统的组成 原动机带动生产机械运动称为拖动，因此，当使用电动机为原动机拖
和生产机械飞轮矩之和，为一个整体的物理量，反映了转动体的惯性大 小。
B
。
第2章 电力拖动系统的动力学基础
2.2 电力拖动系统的运动方程式
(2)运动方程式中转矩正、负号的规定 在电力拖动系统中，随着生产机械负载类型和工作状况的不同，电动
机转轴上的电磁转矩（拖动转矩） T和em负载转矩（阻转矩） 的T大L 小和方
研究多轴电力拖动系统原则：不需要详细研究每根轴的问题，而只把电动 机的轴作为研究对象即可。为简单起见，采用折算的办法，即将实际的多轴 拖动系统等效为单轴拖动系统。
第2章 电力拖动系统的动力学基础
2.3 多轴电力拖动系统的简化
2.3.1多轴旋转系统的折算 (1)负载转矩的折算
第2章 电力拖动系统的动力学基础
2.1 传动分类及电力拖动 2.2 电力拖动系统的运动方程式 2.3 多轴电力拖动系统的简化 2.4 负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行条件
第2章 电力拖动系统的动力学基础
传动：动力的传递。功率的传递。能量的传递。 气体传动
–汽缸、气阀、气体管路、气源； –特点：干净、力矩较小、噪音小 –应用：食品、药品、包装行业
根据牛顿第二定律，物体做直线运动时，作用在物体上的拖动力总是 与阻力以及速度变化时产生的惯性力所平衡，其运动方程式为
F
FL
m
dv dt
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2.2 电力拖动系统的运动方程式
电力拖动系统运动方程式描述了系统的转动运动状态，系统的运动状态 取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。与直线运动时相似，做旋转运动的 拖动系统运动平衡方程式根据如图2-6给出的系统可写出
(2)多轴电力拖动系统
图2-3 多轴电力拖动系统框图
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2.2 电力拖动系统的运动方程式
(3)多轴旋转运动加平移运动系统
图2-4 多轴旋转运动加平移运动系统框图
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2.2电力拖动系统的运动方程式
(4)多轴旋转运动加升降运动系统
图2-5 多轴旋转运动加升降运动系统框图
求。 3.电动机损耗小、效率高、具有较大的短时过载能力。 4.电力拖动系统容易控制、操作简单、 便于实现自动化。
(3)应用举例 精密机床、重型铣床、高速冷轧机、高速造纸机、风机、水泵
第2章 电力拖动系统的动力学基础
2.2 电力拖动系统的运动方程式
2.2.2典型生产机械的ห้องสมุดไป่ตู้动形式 (1)单轴电力拖动系统
向都可能发生变化。因此运动方程式中的转矩都是带有正、负号的代数 量。因此须考虑转矩转速正负号，一般规定如下。 1.首先选定顺时针或逆时针中的某一个方向为规定正方向， 一般以电动机处于电动状态时的旋转方向为规定正方向。 2.转速的方向与规定正方向相同时为正，相反时为负。 3.电磁转矩方向与规定正方向相同时为正，相反时为负。 4.负载转矩与规定正方向相反时为正，相同时为负， 如图2-7所示。
图2-7 正方向规定
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2.2 电力拖动系统的运动方程式
系统旋转运动的三种状态
1.当 Tem 或TL 2.当 Tem 或TL 3.当 Tem 或TL
时dn， 0系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态。
dt
d时n， 系0 统处于加速运行状态，即处于动态。 dt 时d，n 系0 统处于减速运行状态，即处于动态。
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2.2 电力拖动系统的运动方程式
2.2.3电力拖动系统的运动方程式 (1)单轴电力拖动系统的运动方程
电力拖动系统是由电动机拖动并通过传动机构带动生产机械运转的一 个动力学整体，它所用的电动机种类很多，生产机械的性质也各不相同 ，但从动力学的角度看，它们都服从动力学的统一规律，因此，需要找 出它们普遍的运动规律，进行分析。首先研究电力拖动系统的动力学， 建立电力拖动系统的运动方程式。
动生产机械，我们称为电力拖动。 组成 电力拖动系统由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、电动机的
控制设备以及电源等五部分组成，如图2-1所示。通常把生产机械的传动 机构及工作机构称为电动机的机械负载。
图2-1 电力拖动系统的组成
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2.2 电力拖动系统的运动方程式
(2)电力拖动系统的优点 1.电能易于生产、传输、分配。 2.电动机类型多、规格全，具有各种特性，能满足各种生产机械的不同要
在生产实践中，生产机械的结构和运动形式是多种多样的，其电力拖动系 统也有多种类型，最简单的系统是电动机转轴与生产机械的工作机构直接相 连，工作机构是电动机的负载，这种系统称为单轴电力拖动系统，电动机与 负载同一根轴，同一转速图2-2所示。
图2-2 单轴电力拖动系统
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2.2 电力拖动系统的运动方程式
Tem
TL
J
d
dt
图2-6 单轴电力拖动系统
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2.2 电力拖动系统的运动方程式
转动惯量J可用下式表示
J m 2 G D 2 GD2
g 2 4g
工程实际计算中常用的运动方程式如下，这里 2n
60
Tem
TL
GD2 375
dn dt
式中 G为D2转动物体的飞轮矩（N·m2）， GD2 ，4g它J 是电动机飞轮矩
dt
由此可知，系统在稳定运行时，一旦受到外界的干扰，平衡被打破，转 速将会变化。对于一个稳定系统来说，要求具有恢复平衡状态的能力。
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2.3 多轴电力拖动系统的简化
实际中电动机大多转速较高，而生产机械的工作速度低。因此，生产机械 大多是电动机通过传动装置与工作机构相连。常见的传动装置如齿轮减速箱 、蜗轮蜗杆、皮带轮等。因此在电动机和工作机构之间要经过多根轴传动， 所以电力拖动系统较多为多轴电力拖动系统。