电机与拖动基础 第2版 教学课件 作者 汤天浩 第02章－电力拖动系统的动力学基础.ppt

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1、-1-第二章电力拖动系统的动力学基础电机与拖动基础（第2版）第一节电力拖动系统的运动方程第二节生产机械的负载转矩特性第三节电力拖动系统的稳态分析——稳定运行的条件第四节电力拖动系统的动态分析——过渡过程分析*第五节多轴电力拖动系统的化简*-2-引言本章是电力拖动的基础，主要分析电力拖动系统中电动机带动生产机械在运动过程的力学问题。第一节将引入电力拖动系统的运动方程；第二节将介绍生产机械的负载转矩；第三节主要讨论电力拖动系统的稳定运行问题；第四节讨论电力拖动系统的动态过渡过程；第五节将介绍多轴电力拖动系统的化简与折算方法。第二章电力拖动系统的动力学基础-3-第二

2、章电力拖动系统的动力学基础第一节电力拖动系统的运动方程拖动就是由原动机带动生产机械产生运动。以电动机作为原动机拖动生产机械运动的拖动方式，称为电力拖动。如图2-1所示，电力拖动系统一般由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备和电源组成，通常又把传动机构和工作机构称为电动机的机械负载。-4-1.运动方程式电力拖动系统经过化简，都可转为如图2-2a所示的电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连的单轴电力拖动系统，各物理量的方向标示如图2-2b。根据牛顿力学定律，该系统的运动方程为第二章电力拖动系统的动力学基础（2-1）-5-第二章电力拖动系统的动力学基础在工

3、程计算中，通常用转速n单位为转/分（r/min）代替角速度；用飞轮惯量或称飞轮力矩GD2代替转动惯量J。由于n与的关系为（2-2）J与GD2的关系为（2-3）式中g——重力加速度，可取g=9.81m/s2。电力拖动运动方程的实用形式为（2-4）式中375=4g×60／2π，是具有加速度量纲的系数。-6-2.运动方程中方向的约定式（2-4）中的Te、TL和n都是有方向的，它们的实际方向可以根据图2-2b给出的参考正方向，用正、负号来表示。这里规定n及Te的参考方向为对观察者而言逆时针为正，反之为负；TL的参考方向为顺时针为正，反之为负。这样规定参考正方向恰好

4、符合式（2-2）中负载转矩TL前有一个负号的表达关系。第二章电力拖动系统的动力学基础-7-3.运动方程的物理意义式（2-4）表明电力拖动系统的转速变化dn/dt（即加速度）由电动机的电磁转矩Te与生产机械的负载转矩TL的关系决定。1）当Te=TL时，dn/dt=0，表示电动机以恒定转速旋转或静止不动，电力拖动系统的这种运动状态被称为静态或稳态；2）若Te＞TL时，dn/dt＞0，系统处于加速状态；3）若Te＜TL时，dn/dt＜0，系统处于减速状态。也就是一旦dn/dt≠TL，则转速将发生变化，我们把这种运动状态称为动态或过渡状态。第二章电力拖动系统的动力学基

5、础-8-第二节生产机械的负载转矩特性在运动方程式中，负载转矩TL与转速n的关系TL=f（n）即为生产机械的负载转矩特性。负载转矩TL的大小与多种因素有关。以车床主轴为例，当车床切削工件时，主轴转矩和切削速度、切削量大小、工件直径、工件材料及刀具类型等都有密切关系。大多数生产机械的负载转矩特性可归纳为下列三种类型。一、恒转矩负载特性所谓恒转矩负载特性，就是指负载转矩TL与转速n无关的特性，即当转速变化时，负载转矩TL保持常值。恒转矩负载特性又可分为反抗性负载特性和位能性负载特性两种：第二章电力拖动系统的动力学基础-9-1．反抗性恒转矩负载特性反抗性恒转矩负载特性

6、的特点是，恒值转矩TL总是反对运动的方向。根据前述正负符号的规定，当正转时，n为正，转矩TL为反向，应取正号，即为+TL；而反转时，n为负．转矩TL为正向，应变为−TL，如图2-3所示。显然，反抗性恒转矩负载特性应画在第一与第三象限内，属于这类特性的负载有金属的压延、机床的平移机构等。第二章电力拖动系统的动力学基础-10-第二章电力拖动系统的动力学基础2．位能性恒转矩负载特性位能性恒值负载转矩则与反抗性的特性不同，其特点是转矩TL具有固定的方向，不随转速方向改变而改变。不论重物提升（n为正）或下放（n为负），负载转矩始终为反方向，即TL始终为正，特性画在第一与

7、第四象限内，表示恒值特性的直线是连续的。由图2-4可见，提升时，转矩TL反对提升；下放时，TL却帮助下放，这是位能性负载的特点。-11-第二章电力拖动系统的动力学基础二、通风机负载特性通风机负载的转矩与转速大小有关，基本上与转速的平方成正比，即（2-5）通风机负载特性如图2-5所示，图中只在第一象限画了转速正向时的特性，鉴于通风机负载是反抗性的，当转速反向（n为负）时，TL是负值，第三象限中应有与第一象限特性对称的曲线。-12-三、恒功率负载特性有些生产机械，比如车床，在粗加工时，切削量大，切削阻力大，此时开低速；在精加工时，切削量小，切削阻力小，往往开高速。

8、因此，在不同转速下，负载转矩基本上与转