1、電力(dinl)拖動共八十二頁21 電力拖動系統(xtng)在國民經濟中的應用 在現代化工業生產和交通運輸、科學研究等諸多領域，絕大部分生產機械都是采用電動機作為原動機來拖動；例如，各類機床設備、起重設備、電動車和紡織機械等。電動機拖動生產機械運動的系統稱為電力拖動系統也稱為電氣傳動系統。緒 論共八十二頁3生產過程(guchng)中完成加工、搬運等各項工作的機械，統稱為生產機械，例如，機床、泵、起重機、軋鋼機和電機車等。電動機及其控制設備以及生產機械組成的成套裝置，稱為電力拖動裝置，或電力拖動系統。電動機是生產機械的原動機。然而，在某些情況下，電動機也起制動作用，把機械能轉換成電能，此時，我們

2、稱電動機運行在電磁制動狀態。緒 論共八十二頁42、電力拖動系統的發展 電力拖動的發展，大體上經歷了成組拖動、單機拖動和多機拖動三個階段。成組拖動是用一臺電動機拖動一根主軸，再由傳動帶或繩索分別拖動幾臺生產機械。效率(xio l)很低，已不采用。一臺電動機拖動一臺生產機械，從而減少了中間傳動機構，提高了效率，并可充分利用電動機的調速性能來滿足生產機械的工藝要求。緒 論共八十二頁5現代化的生產機械，大都采用多電動機拖動運動機構這種較復雜的拖動方式，即用一臺電動機來拖動生產機械中的某一個部件。由于采用多機拖動方式易于實現自動化生產，因此，在現代化的電力拖動系統中大都采用多電動機拖動方式。隨著電力電子

3、技術(jsh)的迅速發展和微計算機的廣泛應用使得多電動機拖動系統進入了一個新的階段。緒 論共八十二頁6 電力拖動系統的分類和特點(tdin)分直流電力拖動系統和交流電力拖動系統。以直流電動機作為原動機的稱為直流電力拖動系統；以交流電動機作為原動機的稱為交流電力拖動系統。緒 論共八十二頁7直流電力拖動系統優點：具有起動轉矩大、可在較大范圍內實現速度的平滑調節(tioji)和易于控制等。直流電力拖動系統缺點：直流電動機具有換向器和電刷裝置，限制了電動機向高速和大容量方而發展，并且也不能直接用于易燃、易爆等工業場合。緒 論共八十二頁8對于交流電力拖動系統，由于交流異步電動機具有結構簡單、維修方便，且

4、能在環境條件較惡劣的場合下運行，所以交流電力拖動系統在工農業生產中得到廣泛的應用。但是，由于交流電力拖動在調速性能等指標上還不能完全趕上直流電力拖動，所以，在要求(yoqi)很高的調速系統中，交流電力拖動仍受到一定的限制。緒 論共八十二頁9主要內容：電力拖動系統的運動(yndng)方程式，電力拖動系統的組成，電力拖動系統的運動(yndng)方程式，運動(yndng)方程中各物理量正負號的標注規定，工作機構的轉矩和飛輪矩的折算，旋轉運動(yndng)，平移運動(yndng)，升降運動(yndng)，生產機械典型負載轉矩特性，恒轉矩負載特性，恒功率負載特性，通風機型負載特性，傳動損耗和傳動效率。重

5、點與難點工作機構的轉矩和飛輪矩的折算第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁101.1 電力拖動系統(xtng)的運動方程式 1.1.1 電力施動系統的組成 電力拖動系統是由電動機、生產機械、傳動機構、控制設備和電源等五大部分組成。第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁111.1.2 電力拖動系統的運動方程式1.1.2.1 直線運動方程 根據牛頓第二定律，質點的運動方程式為 fma f作用(zuyng)在質點上的所有外力的合力； m質點的質量； a質點的加速度。 第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁12 在電力拖動裝置中，有很多部件是做直線運動的

6、，例如起重機的吊鉤、機床的工作臺、電梯的升降室以及直線電動機等。這些部件的直線運動可以看作(kn zu)是剛體的直線運動，而剛體的直線運動方程式與質點的運動方程式具有相同的形式。從電力拖動過程考慮，可把作用在直線運動部件上的外力分為拖動力和靜負載力兩部分。于是，可得出直線運動方程式第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁13第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁14 1.1.2.2 單軸旋轉系統的運動方程式 在電力拖動系統中，存在著大量的繞固定軸旋轉的部件，例如旋轉電動機、齒輪和各種做旋轉運動的工作機構等。根據物理學中的剛體轉動定律來分濟和描述這些旋轉部件的運動規

7、律。首先來分析(fnx)典型的單軸旋轉系統。所謂的單軸旋轉系統是指，在電力拖動裝置中沒有傳動機構，其運動系統只有同一種轉速的旋轉系統，通常簡稱為單軸系統.第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁15第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁16第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁17可將旋轉工作機械等效為一實圓柱體，于是(ysh)上式中的轉動慣量J可用下式表示第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁18 在式中，GD2稱為飛輪矩(Nm2)。它是實際工程中用來描述旋轉物體慣性的物理量。 GD2看成是一個不可分的整體符號。 由于在實際工程上

8、是用轉速n而不是用角速度愿來描述電視轉速的，所以，還需把式化成工程上的實用形式(xngsh)。現將2n60代入式，可得實用的電力拖動系統的運動方程式第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁19 由式，電動機的工作狀態可由運動方程表示出來。當MML時n0或n常值，即電動機靜止或等速旋轉，拖動系統處于穩定運行狀態，簡稱穩態；當M ML時，n0，電動機加速;當M ML時，n0，電動機減速。不論加速還是減速，由于拖動系統的運動均處于過渡(gud)過程之中，所以稱之為動態.第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁20 1.1.3 運動方程中各物理量正負號的標注(bio zh)

9、規定 通常，在確定運動方程中各量的正方向時，往往以電動機的轉速n為參考。首先確定M的正方向。轉速正方向的選取是任意的，順時針方向或逆時針方向均可定義為正方向。在實際工程上，習慣于把提升裝置提升重物時的轉速方向定義為正方向；把機床對應于進給切削方向的轉速定義為正方向。一旦轉速的正方向確定下來，轉矩的正方向可按下列則確定：第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁21(1)電動機(電磁)轉矩M的正方向(fngxing)與轉速的正方向(fngxing)相同(2)靜負載轉矩ML的正方向與轉速的正方向相反。第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁22第一章 電力(dinl)拖動

10、系統的動力學基礎共八十二頁23第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁241.2 工作機構的轉矩和飛輪矩的折算 在實際的拖動系統中，電動機的軸往往不與工作機構軸直接連接，而是通過傳動機構與工作機構軸連接，以便實現電動機轉速與工作機構轉速的匹配。 這類拖動系統具有兩根或兩根以上不同轉速的軸，所以稱為(chn wi)多袖旋轉系統，簡稱多袖系統。第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁25第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁26該拖動系統(xtng)的傳動機構為兩級齒輪減速機構，其減速比分別為j1、j2，傳動效率分別為1、 2，三根轉軸的轉速分別為n,n

11、1,nm，三根軸上的轉矩和飛輪矩也不相同。第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁27 1.2.1 旋轉運動 在實際(shj)生產中有許多生產機械的工作機構的運動屬于旋轉運動。旋轉運動時轉短和飛輪短的折算。第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁28共八十二頁29共八十二頁30 實際上，在多軸拖動系統的機械功率傳遞(chund)過程中，傳動機構存在功率損耗，即傳動損耗。這部分損耗是由電動機承擔的，因此，電動機輸出的機械功率比生產機械消耗的功率大。這部分損耗可以用傳動機構的效率c來描述。于是，有第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁31電動機軸與工作(

12、gngzu)機構軸的轉速比j為總轉速比，在多級傳動機構中應為各級轉速比之積，即jj1j2；傳動效率c 也同樣是傳動機構的總效率，為各級傳動效率之積，即c 1 2 。第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁32 1.2.1.2 飛輪矩的折算 飛輪矩的大小是旋轉(xunzhun)工作機構機械慣性的體現。旋轉(xunzhun)體的動能為專1/2 J2，如令J代表多軸系統折算成單軸系統后的等效轉動慣量，根據折算前后系統貯存動能不變的原則，有第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁33第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁34 1.2.2平移運動 在實際生產中

13、。有相當一部分生產機械的工作機構作平移運動，例如龍門刨床工作臺。由于平移運動屬于直線運動，因此，其轉矩和飛輪矩的折算公式(gngsh)與上述旋轉運動有所不同。平移運動的轉矩折算和飛輪矩折算。第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁35第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁36共八十二頁37共八十二頁38第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁39 1.2.3升降運動 有些生產機械的工作機構是作升降運動的，如起重機和電梯(dint)等。雖然升降運動和平移運動同屬于直線運動，但它具有不同于平移運動的特點。現以圖所示的起重機提升機構為例來進行討論。第一章

14、電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁40第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁41第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁42第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁43 2下放重物 下放重物時，重物對卷筒釉的負載轉矩大小仍為GR及。在不計傳動機構損耗時，折算到電動機釉上的負載轉矩仍可用上式描述。 但在下放重物時，是重物(負載)帶動電動機，重力作用拉著整個(zhngg)系統反方向運動。第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁44此時(c sh)，電動機的電磁轉矩起制動作用，即阻礙系統的運動。如果考慮傳動機構的損耗，很明顯，這部

15、分損耗是由負載來承擔的。下放重物時折算到電動機袖上的負載轉矩應為第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁45 1.2.3.2 飛輪矩的折算 由于升降運動和平移運動同屆于直線運動，所以(suy)，升降運動的飛輪矩折算與平移運動的飛輪矩折算方法相同。第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁46第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁47第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁48第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁49第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁50第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十

16、二頁51第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁52第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁53第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁54第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁551.3 生產機械典型負載轉矩特性分析電力拖動系統的動力學關系，必須了解靜負裁轉矩，而靜負裁轉矩是由生產機械決定的。為了方便分析問題，通常(tngchng)按照生產機械負載轉矩與轉速的關系將生產機械進行分類。根據統計，大多數生產機械的負載轉矩特性可歸納為:恒轉矩負載特性、恒功率負載轉矩特性和通風機型負裁特性三大類。第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共

17、八十二頁561.3.1 恒轉短負載特性(txng)所謂恒轉短負載特性是指負載轉矩ML與轉速n無關的特性，即當轉速變化時，負裁轉矩ML保持常值。恒轉矩負裁可進一步分為反抗性恒轉矩負載和位能性恒轉矩負裁兩大類。第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁57 1.3.1.1 反抗性值轉矩負載 反抗性值轉矩負裁特性的特點是恒值轉矩ML總是與運動方向相反。對于反抗性恒轉矩負裁，當轉速n為正向時， ML也為正向，當n為負方向時， ML也改變方向，變為負值，如圖所示。反抗性恒轉矩負載轉矩特性應畫在第I象限和第象限內。壓延機構(jgu)、機床的平移機構(jgu)和電車的平道行駛等。第一章 電力拖動

18、系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁58第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁591.3.1.2 位能性恒轉矩負載 靜負裁轉矩的方向不隨轉速方向改變而改變的負裁稱為位能性恒轉矩負裁，如起重機提升裝置中由重物產生的靜負載就是位能性負裁。如圖所示不論提升重物(n正)或是下放重物n為負)，負裁轉矩始終(shzhng)是反方向的，即ML始終為正，特性畫在第I象限和第象限內，表示特性的直線是連續的。注意：提升時，轉矩ML是反對提升的，下放時， ML卻是幫助下放的。第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁60第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁611.3.

19、2 恒功率負載特性負載功率PL為一常值，負裁轉矩ML與轉速n成反比的負裁稱為恒功率負載。如機床在加工工件過程中，初加工時，切削量大，切削阻力大，此時(c sh)開低速，精加工時，切削量小，往往開高速。因此，在不同轉速下，負裁轉矩基本上與轉速成反比，即MLK/n，其切削功率PL 為 第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁62第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁63 1.3.3 通風機型負載特性靜負載轉矩基本上與轉速(zhun s)二次方成正比變化的負裁稱為通風機型負載，這類負裁的轉短與轉速(zhun s)的關系可描述為: MLa + bn2式中，a表示軸承摩擦轉

20、矩b是負載轉矩中隨速度變化部分的比例系數，對于確定的生產機械來說a和b都是常量。通風機型負裁特性如圖所示。通風機負裁的生產機械有：通風機、水泵、油泵等。第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁64第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁651.4 傳動(chundng)損耗和傳動(chundng)效率 1.4.1 傳動損耗功率和傳動損耗轉矩 通常，傳動機構工作時，由于存在摩擦、鋼繩彎曲或皮帶彎曲等原因，在傳動機構上將損耗掉一部分被傳遞的功率，存在著傳動損耗。 在生產機械中，齒輪是應用最為普遍的一種傳動機構。齒輪工作時，齒輪嚙合處等部分存在損耗功率，在每根軸上存在損耗

21、轉矩。第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁66第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁67第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁68 1.4.2 傳動效率與輸出轉矩的關系 在工程計算中，傳動損耗是用傳動效率來描述的，而傳動效率與傳動機構的結構型式、裝配情況、潤滑條件以及負載的大小(dxio)有關。一旦傳動機構自身的條件確定，則傳動機構的效率便僅取決于負載的大小(dxio)。第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁69第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁70上式表明了傳動效率與輸出轉矩ML的關系(gun x)，其描繪

22、的效率曲線如圖所示。N表示額定效率，是輸出轉矩為額定值時的效率，由上式得第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁71第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁721.4.3 提升裝置傳動效率(xio l)的確定方法提升裝置的傳動機構一般由齒輪和卷簡鋼繩組成，傳動效率等于齒輪效率與卷簡鋼繩效率的乘積。效率曲線仍符合圖所描述的規律，只是把橫坐標的輸出轉矩相對值換成起重量的相對值便可。起重量的相對值等于起重量G與最大起重量GN之比。第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁73第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁74第一章 電力拖動系統(xtng)的動力學基礎共八十二頁75第一章 電力(dinl)拖動系統的動力學基礎共八十二頁76 本章介紹了電力拖動的動力學基礎。研究電力拖動系統的靜態特性和過渡過程所必備的基礎知識，最基本的是牛頓第二運動定律和能量守恒定律。根據上述定律得出的直線運動方程和旋轉運動方程，揭示了動負載力(轉矩)和力(轉矩)的動態平衡關系。在運動方程式中，轉矩是有方向的量，用轉矩前面的正負號表示(biosh)。我們把與轉速方向相同的轉矩稱為驅動轉矩，把與轉速方向相反的轉矩稱為阻轉矩。電動機的負載同樣既可以是消耗功率的，也