电机拖动(动力学)

负载的机械特性指：n=f(TL)关系 T TL em 电动机轴 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 -TL 0 TL
上下
n
TL
电机与拖动
TL 2、位能性恒转矩负载特性 Tem 电动机轴 负载转矩由重力产生 其特点：绝对值大小恒定； n 作用方向与n无关，不变。 n
2 m
j1

m
生产机械
Tm
j2

Tem
GDeq2
Tmeq Tm
nm n

Tm j
电动机
等效负载 Tmeq
总转速比j=n/nm =各级转速比的乘积=j1j2... 考虑传动损耗：Tmeq=Tm/(jC) 传动效率C=各级传动效率乘积= 12...
上下
电机与拖动
2.飞轮矩(转动惯量)的折算 JR T T Jeq 电动机 1J 1 电动机 等效负载 Tm Jm m
上下
电机与拖动
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
电机与拖动
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 n T0 Tm Tem 电动机
电机与拖动
二、风机负载机械特性 负载转矩与转速成 平方关系TL=kn2。 n TL 0 风力发电机
上下
电机与拖动
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
负载功率 TL
P L T L T L 2 n 60 k 2 60
0
它与n无关，称恒功 率负载。
上 下
电机与拖动
电动机
GD12 GD22
电动机
GDm2
等效负载 Tmeq
m Tm
j1 j2
生产机械
上下
GDR2 T em
电机与拖动
1.负载转矩的折算
电动机
GD12 GD22
折算前负载功率P2=Tm m 等效负载功率P2´=Tmeq Tm m=Tmeq
T 等效转矩Tmeq为：
m eq
m Tm GD
思 考 题
1 拖动系统的运动方程式是怎样建立的？怎样用 它分析系统的运动状态？
2 什么是转动惯量？转动惯量与如何进行折算？
3 什么是动态转矩，它在什么条件下出现？动态 转矩和系统运动状态之间有何关系？ 4 稳定工作过程和过渡过程有何区别？
5 为什么要进行转矩和惯量折算，折算依据的原 则是什么？
上 下
生产机械
T
轴
L
Tem n 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。 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
电机与拖动
电动机运行时的轴受力如 Tem T 轴 图示，由力学定律可知,其必须 L 遵守下列动力学方程式: d n Tem-TL=J dt Tem：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。
+ GDR2 GDR2 + JR T 电动机 1
GDm2
j2
J1
m Tm
Jm
多轴系统等效为单轴系统 j1 后的运动方程为：
T em T L GD
2 eq
生产机械
j2
Jeq 等效负载

dn dt
375
T
电动机
其中： TL= T0+ Tmeq
T0 Tmeq
上下
电机与拖动
第四节 负 载 的 机 械 特 性
电机与拖动
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
电机与拖动
二、典型生产机械运动形式和转矩
1、离心式风机 单轴旋转系统 负载转矩TL=kn2 2、车床主轴传动系统 多轴旋转系统 负载转矩TL与n无关 3、平移传动系统 多轴旋转系统 负载转矩TL与n无关 4、提升传动系统 多轴旋转系统 负载转矩TL与n无关
注意：转动惯量与方向无关； J =(m +m )(D/2)2 1 2 即所有绕定轴旋转的物体都 有转动惯量。
上下
电机与拖动
三、功率平衡方程
d Tem-TL=J dt 得出功率平衡方程 = d dt (1/2 J 2)
拖动系统动能 的变化
d T em -TL = J dt
电动机产生(T em >0) 或吸收的机械功率
生产机械吸收 (TL >0) 或释放的机械功率 (TL <0)
（ Tem <0)
Tem
T
L
n M上下
电机与拖动
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。等效是指系 统传递的功率不变。 一. 多轴系统负载转矩及飞轮矩的折算
GDR2 Tem Tem GDeq2
上下
2
J m
2
n 60
G g D 4
2

GD 4g
2
d Tem-TL=J dt
电机与拖动
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
Tem
D
T
L
T em T L
GD 4g
2

2 60

dn dt

GD 375
2

dn dt
n M
上下
电机与拖动
T em T L
GD 375
2

dn dt
系数375具有m/min.s量纲
GD2：系统转动部分的总飞轮惯量（飞轮矩） 电力拖动系统的运动状态：
当 T em T L ,
当 T em T L , 当 T em T L ,
dn dt dn dt dn dt
上下
Tem
T
L
0 , 0 , 0 ,
稳态匀速
暂态加速 暂态减速
n M
电机与拖动
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
J
m
来自百度文库
i
ri
2
r dm
D
2
n
即：J =m2
GD2=4gJ=4gm2=4G
2
m1 m2
电机与拖动
第
二
章
电 力 拖 动 系 统 的 动 力 学 基 础
电机与拖动
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
电机与拖动
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。
j1
生产机械
Tmeq
j2 折算原则：折算前后系统动能不变
1 2 J eq
2
1 2
J m
2 m
1 2
J 1
2 1
1 2
J R
2
除以
1 2

2
J
eq

J j
m 2

J j
1 2 1
J
R
乘以4g
上 下
电机与拖动
GDeq2=
GDm2
j2
+
GD12
j12
其中：修正系数=1.1~1.25
电机与拖动
6 如何确定运动方程式中电动机转矩和负载转矩 的符号？
7 在一个拖动系统中同时存在向上和向下运动的 物体，在计算系统惯量时是否为一正一负？为什 么？
8 电动机的机械特性和工作机械的机械特性有何 异同？
9 阻转矩和位势转矩的区别是什么，相应的机械 特性曲线如何表示？ 10 运动系统中哪些因素对过渡过程时间有影响？ 如何减少过渡过程时间？ 上
TL
0 TL 提升时： n>0 ,TL >0阻转矩
下放时： n<0 ,TL >0拖动转矩
上下
n 0
电机与拖动
TL TL下 TL升 TL
Tem T 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 。
下放时， TL=T+Tem Tem=TL - T = TL下。