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課件37張PPT。電力拖動基礎 第一章　
電力拖動系統的動力學基礎1 本章主要介紹電力拖動系統的構成、電力拖動系統的運動方程式、生產機械的負載轉矩特性以及電力拖動系統穩定運行的條件。1 １.１電力拖動系統的組成電力拖動系統，是指以電動機作為原動機拖動生產機械完成一定工藝要求的系統。電力拖動系統通常由電動機、傳動機構、生產機械、控制設備和電源等5部分組成。 圖1-1　電力拖動系統組成框圖在許多情況下，電動機與工作機構并不同軸，而在二者之間有傳動機構，它把電動機的運動經過中間變速或變換運動方式后再傳給生產機械的工作機構 11.2 電力拖動系統的運動方程式2.1.1 單軸系統的運動方程式 圖1-2　單軸電力拖動系統 圖中：1 根據剛體轉動定律 ，可寫出單軸系統的運動方程式： 式中:J ___轉動部分的轉動慣量 , (包括電動機的轉動慣量和生產機械的轉動慣量，單位為kg.m2 )
Ω ___為電動機的機械角速度(單位為rad/s)。 1又因為所以, 單軸系統運動方程式的實用形式：注意：(1)GD2是表征轉動系統慣性的完整概念，不能簡單地理解為兩者的乘積。1由運動方程式可知，系統有的三種運行狀態 電力拖動系統運動方程式描述了系統的運動狀態，而系統的運動狀態取決于作用在原動機轉軸上的各種轉矩。1注意：運動方程式針對的是單軸拖動系統，對于多軸拖動系統，要將多軸系統等效為一單軸系統 。運動方程式中轉矩正、負號的規定 首先確定電動機某一電動狀態時轉速的方向為系統旋轉正方向，然后規定：12.1.2 多軸電力拖動系統的等效 圖1-3　多軸電力拖動系統 1折算原則：折算前后系統所傳送的功率及所儲存的動能不變。折算包括：負載轉矩的折算和飛輪矩的折算　　負載轉矩的折算是從系統已知的實際負載轉矩計算出折算到電動機軸上的等效負載轉矩。　　飛輪矩的折算是從已知的各傳動軸上的飛輪矩計算出折算到電動軸上的總飛輪矩。　　由于這兩種折算隨生產機械工作機構運動形式的不同而不同，下面分三種情況來進行討論。1 (1)負載轉矩的折算1.工作機構旋轉運動時轉矩與飛輪矩的折算 (1-5) ，相應的角速度為Ω，則折算到電動機軸上的功率為 PL為(1-6) 1　　若忽略傳動機構的功率損耗，按照折算前、后功率不變的原則，于是有 (1-8) (1-7) 式中， 在多級傳動機構中，它等于各級傳動軸轉速比的乘積，即 1　　實際上，在機械功率的傳遞過程中，傳動機構存在著功率損耗，稱為傳動損耗。傳動損耗可以用傳動機構的效率η來描述。 　　傳動損耗到底是由電動機承擔還是由生產機械承擔，取決于
功率傳遞的方向。　　當電動機工作在電動狀態時，功率傳遞方向是從電動機流向生產機械，傳動損耗由電動機承擔。此時，按照折算前、后傳遞功率不變的原則，折算后的負載轉矩為：(1-10) 1　　當電動機工作在發電制動狀態時，功率傳遞方向是由生產機械流向電動機，此時傳動損耗由生產機械承擔。按照折算前、后傳遞功率不變的原則，折算后的負載轉矩為：(1-12) 注意，式(1-10) 和式(1-12)中，η為傳動機構的總效率。
1 （2）飛輪矩的折算 按照折算前后系統儲存動能不變的原則，有： 所以，折算后的等效轉動慣量J為：1式中， (1-16) 　由式(1-16)可知，各級飛輪矩折算到電動機軸上時，應
除以電動機與該級之間轉速比的平方。因此，飛輪矩折算的
一般形式為：12.工作機構平移運動時轉矩與飛輪矩的折算圖1-4 龍門刨床傳動機構示意圖 1 (1)負載轉矩的折算設切削時圖1-4中工作臺與工件的平移速度為v(單位為m/s) ,工作機構做平移運動時受到的阻力（切削力）F為(單位為N)，則切削功率(單位為W)為 依據折算前、后功率不變的原則，若不考慮傳動損耗，則有： 于是，當考慮傳動損耗時, 1 (2)飛輪矩的折算 設平移物體折算至電動機軸上的轉動慣量為 于是，平移物體折算到電動機軸上的飛輪矩為： ，其重量 ，所產生的動能為 ，則： 13.工作機構做升降運動時轉矩與飛輪矩的折算 圖1-5 　起重機電力拖動示意圖1 (1)負載轉矩的折算　　由于負載轉矩的折算與功率傳遞方向密切相關，因此，提升重物和下放重物時負載轉矩的折算值不同，需分別進行分析。 假設重物的重量為G=mg，提升重物和下放重物時的速度均為v，卷筒半徑為R，總轉速比為j。當考慮傳動損耗時, ①　提升重物 提升重物時，作用在卷筒軸上的負載轉矩為GR,若不計傳動
機構損耗,則折算到電動機軸上的負載轉矩TL為：1當考慮傳動損耗時, ②　下放重物 下放重物時，作用在卷筒軸上的負載轉矩仍為GR，若不計傳動
機構損耗，則折算到電動機軸上的負載轉矩TL仍為：當對同一重物提升和下放時，可認為傳動機構的損耗相等，則 1 (2)飛輪矩的折算　　由于升降運動和平移運動都屬于直線運動，所以其飛輪矩的
折算方法與平移運動相同。 時，重物的上升速度為 ，電動機轉子的轉動慣量為 ， 卷筒直徑 ， 卷筒的轉動慣量 ， 減速機構的轉動慣量和鋼繩質量可以忽略不計，傳動機構的效率 ＝0.95。試求： 使重物勻速上升時電動機轉子軸上的輸出轉矩；(2)整個系統
折算到電動機軸上的總飛輪矩；(3) 使重物以１m/s2的加速度上升
時電動機轉子軸上的輸出轉矩。 1解：(1) 當重物勻速上升時，電動機轉子軸上的輸出轉矩與折算到電動機軸上的負載轉矩相等。按照功率傳遞方向，于是有(2) 根據題意，卷筒的轉速為由于傳動機構的總轉速比j為1所以折算到電動機轉子軸上的總飛輪矩為：(3) 考慮到電動機的轉速與提升重物速度之間的關系　于是電動機的加速度與提升重物時的加速度之間的關系為 1 因此，當重物以１m/s2的加速度上升時電動機轉子軸上的輸出轉矩為： 1 1.3 負載的機械特性
n = f (TL)
轉速和轉矩的參考方向： 1. 恒轉矩負載特性
(1) 反抗性恒轉矩負載 由摩擦力產生的。
當 n＞0， TL＞0。
當 n＜ 0，TL＜0。
如機床平移機構、
壓延設備等。1(2) 位能性恒轉矩負載 由重力作用產生的。
當 n＞0， TL＞0。
當 n＜ 0，TL＞0。
如起重機的提升機構
和礦井卷揚機等。
2. 恒功率負載特性 TL n = 常數。
如機床的主軸系統等。13. 通風機負載特性 TL∝n2
TL 的方向始終與 n 的方向相反。
如通風機、水泵、油泵等。實際的通風機負載T0TL = T0＋k n2　實際的機床平移機構11.4 電力拖動系統穩定運行的條件工作點：在電動機的機械特性與負載
的機械特性的交點上。穩定運行:即：Te－TL = 0運動方程:Te－TL＞ 0→加速Te－TL＜ 0→減速n = 常數過渡過程:1a 干擾使 TL ? a 點: n ? → Te ?a'→ a'點。 → a 點。 →n ? →Te ? 干擾過后 Te＞TL →Te= TL 1aa" 干擾使 TL ? a 點: n ? → Te ? → a'點。 干擾過后 Te＞TL →n ? →T e? →Te = TL → a 點。 干擾使 TL ? →Te ? → a" 點。 →Te = TL干擾過后 Te＜TL → n ? → Te ? →Te = TL → a 點。 1b 點: 干擾使 TL ? →n ? →n = 0 →堵轉。 →Te ? 干擾過后 Te ＜TL ，不能運行。 b'1b 點: 干擾使 TL ? n? →Te? → n? → n = 0 →堵轉。 干擾過后 Te ＜TL ，不能運行。（不能回到b點） 干擾使 TL ? →Te ? → b' 點。 → n ?? b'干擾過后 Te＜TL →n ? → T ? → a 點（不能回到b點）。 1 穩定運行的充分條件: 穩定運行點 不穩定
運行點 1 電動機的自適應負載能力 電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動
調整這種能力稱為自適應負載能力。 自適應負載能力是電動機
區別于其他動力機械的重要
特點。
如:柴油機當負載增加時，
必須由操作者加大油門，
才能帶動新的負載。a 點→TL? 新的平衡 →a'點a'Te－TL＜0→n? →I2? →Te? I1?→P1? 1練 習 題* 以教師畫勾的題為準。1

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