1、電機(jī)與拖動(dòng),1,第7章 電力拖動(dòng)基礎(chǔ),2,第7章 電力拖動(dòng)基礎(chǔ),7.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成與分類,7.3 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性,7.2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式,7.4 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件,7.5 電力拖動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速的基本概念,下一章,上一章,返回主頁(yè),3,7.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成與分類,拖動(dòng)：原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 電力拖動(dòng)：用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式。 一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成,電動(dòng)機(jī),1. 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) (1) 電能易于生產(chǎn)、傳輸、分配。 (2) 電動(dòng)機(jī)類型多、規(guī)格全，具有各種特性，能 滿足各種生產(chǎn)機(jī)械的不同要求。,4,(3) 電動(dòng)機(jī)損耗小、效率高、具有較大的短時(shí) 過(guò)載能

2、力。,(4) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)容易控制、操作簡(jiǎn)單、 便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 2. 應(yīng)用舉例 精密機(jī)床、重型銑床、 初軋機(jī)、 高速冷軋機(jī)、高速造紙機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵,5,二、典型的電力拖動(dòng)系統(tǒng),1. 單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)等所有運(yùn)動(dòng)部件 均以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。,2. 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng),6,3. 多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加平移運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),4. 多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加升降運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),7, J 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2）； 旋轉(zhuǎn)角加速度（rad/s2）； 慣性轉(zhuǎn)矩（Nm）。 電動(dòng)狀態(tài)時(shí)， Te0，n0，TL0 。 制動(dòng)狀態(tài)下放重物時(shí)，Te0，n0，TL0 。,7.2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式,一、單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程,電動(dòng)狀態(tài),

3、制動(dòng)狀態(tài)下放重物,正方向,8,因?yàn)?J = m 2,旋轉(zhuǎn)部分 的質(zhì)量(kg),回轉(zhuǎn)半徑 (m),回轉(zhuǎn)直徑 (m), 對(duì)于均勻?qū)嵭膱A柱體， 與幾何半徑 R 的關(guān)系為,9,當(dāng) TeTL 時(shí)，,n ,加速的暫態(tài)過(guò)程。,當(dāng) Te = TL 時(shí)，,穩(wěn)定運(yùn)行。,當(dāng) TeTL 時(shí)，,n,減速的暫態(tài)過(guò)程。,動(dòng)轉(zhuǎn)矩,10,負(fù)載吸收 的功率,(1) Te 0 ， 電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率 (2) Te 0 ， 電動(dòng)機(jī)輸入機(jī)械功率,單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的功率平衡方程,電磁功率,系統(tǒng)動(dòng)能,即 Te 與 方向相同。 電動(dòng)狀態(tài)。 即 Te 與 方向相反。 制動(dòng)狀態(tài)。,11,(3) TL 0， 負(fù)載從電動(dòng)機(jī)吸收機(jī)械功率。 (4) T

4、L 0， 負(fù)載釋放機(jī)械功率給電動(dòng)機(jī)（拖動(dòng)系統(tǒng)）。 (5) PePL， (6) PePL， 和 n 不能突變， 即系統(tǒng)不可能具有無(wú)窮大的功率。,即 TL 與 方向相反。 即 TL與 方向相同。 ，加速狀態(tài)， ，減速狀態(tài)，,系統(tǒng)動(dòng)能增加。 系統(tǒng)動(dòng)能減少。,12,1. 多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),二、多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的折算,j1,j2, j1、j2 齒輪傳動(dòng)比； ng、Tg 工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速、阻轉(zhuǎn)矩。,13,TLc = Tgg,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比,(1) 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 等效折算原則：機(jī)械功率不變。,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總轉(zhuǎn)速比,= j1 j2,14,常見(jiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比的計(jì)算公式： 齒輪傳動(dòng) 皮帶輪傳

5、動(dòng) 蝸輪蝸桿傳動(dòng),15,(2) 等效飛輪矩 GD2 等效折算原則：動(dòng)能不變。 設(shè)各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：,GD2,16, = 0.2 0.3 。,估算方法：,17,【例71】 圖示的三軸拖動(dòng)系統(tǒng)，已知工作機(jī)構(gòu)的 轉(zhuǎn)矩 Tg= 236 Nm，轉(zhuǎn)速為 ng128 r/min；速比為 j1=2.4， j2 = 3.2；各級(jí)傳動(dòng)效率均為 0.9；飛輪矩 GDd26.5Nm2， GD12 = 1.4 Nm2，GD22 = 2.8 Nm2，GD321.6 Nm2， GD42 = 3.1Nm2，GDg225 Nm2，求折算到電動(dòng)機(jī)軸上 的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和總飛輪矩。,解：總傳動(dòng)效率為,總速比為,18,折算到電動(dòng)機(jī)軸上的

6、負(fù)載飛輪矩為,總飛輪矩為,折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為,19,目的 將平移作用力 Fg 折算為等效轉(zhuǎn)矩 TL 。 將平移運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量 m 折算為等效的 GD2 。 (1) 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 等效折算原則：機(jī)械功率不變。,2. 平移運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的折算,作用力,平移速度,切削功率,TL c = Fgvg,20,(2) 等效飛輪矩 GD2 等效折算原則：動(dòng)能不變。 平移運(yùn)動(dòng)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：,21,【例72】 龍門刨床的傳動(dòng)系統(tǒng)如下圖示，各級(jí) 傳動(dòng)齒輪及運(yùn)動(dòng)體的數(shù)據(jù)見(jiàn)表7-1，已知電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n = 558 r/min，工件的切削力Fg20000 N，切削速度 vg 0.167 m/s，工作

7、臺(tái)與導(dǎo)軌的摩擦系數(shù) 0.1，傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 的效率為c0.8，由垂直方向切削力所引起的工作臺(tái)與 導(dǎo)軌間的摩擦損失可略去不計(jì)。試求折算到電動(dòng)機(jī)軸上 的總飛輪矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。,22,表7-1 例題 7-2 已知數(shù)據(jù)表,23,旋轉(zhuǎn)部分的飛輪矩為,解：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的速比,平移運(yùn)動(dòng)部分的重量為 Gg = G1G2 = (300007000) N = 37000 N,24,折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪矩為,平移運(yùn)動(dòng)部分折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪矩為,工作臺(tái)與導(dǎo)軌的摩擦力為,折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為,25,3. 升降運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的折算,(1) 提升運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩折算 TL c = Ggvg,(2) 下降運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩折算 TL =

8、Ggvg c,26,提升效率 c 與下降效率 c 之間的關(guān)系, 當(dāng)c = 0.5 時(shí)： 提升時(shí)，M 的輸出轉(zhuǎn)矩一半克服重力 T ， 一半克服損耗 T ； 下放時(shí)，重力 T 正好等于損耗 T ，M 輸出T 為零； 當(dāng)c 0.5 時(shí)（輕載或空載）： 提升時(shí)，M 的輸出T 小半克服重力 T，大半克服損耗 T； 下放時(shí)，重力 T 不足于克服損耗轉(zhuǎn)矩，需要 M 輸出 T 幫助下放重物。,提升時(shí)的損耗,下降時(shí)的損耗,27,(3) 等效飛輪矩 GD2 等效折算原則：動(dòng)能不變。 升降運(yùn)動(dòng)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：,28,【例73】 起重機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)如下圖示，已知重物 Gg = 1500 N，齒輪速比為 j

9、= 8，提升重物時(shí)的效率c 0.92，提升重物的速度 vg = 0.8 m/s，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n = 150 r/min，電動(dòng)機(jī)飛輪矩 GDd258Nm2，齒輪飛輪矩GD12 = 3.4 Nm2，GD22 = 17.8 Nm2，卷筒飛輪矩 GD3241.6 Nm2。求折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和總飛輪矩。,29,解：折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為,提升的重物折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪矩為,30,負(fù)載飛輪矩為,總飛輪矩為,31,7.3 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性,正方向,負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性： n = f (TL) 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的參考方向：,一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 1. 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,由摩擦力產(chǎn)生的。 當(dāng) n0，

10、TL0。 當(dāng) n 0，TL0。 如機(jī)床平移機(jī)構(gòu)、 壓延設(shè)備等。,32,2. 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,由重力作用產(chǎn)生的。 當(dāng) n0， TL0。 當(dāng) n 0，TL0。 如起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu) 和礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)等。 二、恒功率負(fù)載特性,TL n = 常數(shù)。 如機(jī)床的主軸系統(tǒng)等。,33,三、 通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性,TLn2 TL 的方向始終與 n 的方向相反。 如通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等。,實(shí)際的通風(fēng)機(jī)負(fù)載,T0,TL = T0k n2,實(shí)際的機(jī)床平移機(jī)構(gòu),34,7.4 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件,負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性要有一定的 配合，電力拖動(dòng)系統(tǒng)才能穩(wěn)定運(yùn)行。,TL,a,穩(wěn)定運(yùn)行: TeTL = 0 n() =

11、常數(shù) 過(guò)渡過(guò)程: TeTL 0 TeTL 0,工作點(diǎn)在交點(diǎn)上。,加速。 減速。,工作點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化。,35,a,a,TL,穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，若產(chǎn)生了干擾，原來(lái)的平衡狀態(tài) 被破壞，系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程；當(dāng)干擾消失 后，系統(tǒng)若回到干擾產(chǎn)生前的狀態(tài)，則該系統(tǒng) 為穩(wěn)定的。,干擾使 TL ,n , Te , a 點(diǎn)。, a 點(diǎn)。,n ,Te ,干擾過(guò)后 TeTL,Te = TL,TL,36,a,a,TL,穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，若產(chǎn)生了干擾，原來(lái)的平衡狀態(tài) 被破壞，系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程；當(dāng)干擾消失 后，系統(tǒng)若回到干擾產(chǎn)生前的狀態(tài)，則該系統(tǒng) 為穩(wěn)定的。,干擾使 TL ,n , Te , a 點(diǎn)。, a 點(diǎn)。,n ,Te ,干擾

12、過(guò)后 TeTL,Te = TL,TL,干擾使 TL ,Te , a 點(diǎn)。,Te = TL,干擾過(guò)后 TeTL, n , Te ,Te = TL a 點(diǎn)。,37,b,TL,干擾使 TL ,n , Te n , 堵轉(zhuǎn)。,n ,干擾過(guò)后 TeTL,干擾使 TL ,Te n ,干擾過(guò)后 TeTL, n , 飛車。,38,電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件,Te = TL,39,7.5 電力拖動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速的基本概念,一、調(diào)速的基本概念,1. 無(wú)級(jí)調(diào)速和有級(jí)調(diào)速 無(wú)級(jí)調(diào)速：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以平滑地調(diào)節(jié)。 有級(jí)調(diào)速：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只有有限的幾種。 2. 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率凋速 電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下滿載運(yùn)行時(shí)： 如果允許輸出的轉(zhuǎn)矩相同，則為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 如果允許輸出的功率相同，則為恒功率調(diào)速。 3. 向上調(diào)速和向下調(diào)速 向上調(diào)速：使轉(zhuǎn)速向基速以上調(diào)節(jié)。 向下調(diào)速：使轉(zhuǎn)速向基速以下調(diào)節(jié)。,40,二、調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標(biāo),1. 調(diào)速范圍,車床：D 從幾到幾十。 精密機(jī)床：D 從幾百到 幾千。 風(fēng)機(jī)水泵類：D = 2 3。,2. 靜差率, 越小，電動(dòng)機(jī)的相對(duì)穩(wěn)定性就越高。 一般生產(chǎn)機(jī)械： (3040)。 精度高的生產(chǎn)機(jī)械： 0.1。,41,D、nN 的關(guān)系 (nN = nmax),例如：nN = 1 430 r/min， n