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1、第一讲 电力拖动系统的动力学基础,杜少武,第一讲 电力拖动系统的动力学基础,1、电力拖动系统的运动方程式 2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3、考虑传动机构损耗时的折算方法 4、生产机械的负载转矩特性,1、电力拖动系统的运动方程式,电力拖动装置的组成 电力拖动装置可分为电动机、工作机构、控制设备及电源等四个组成部分,在许多情况下，电动机与工作机构并不同轴，而在二者之间有传动机构，它把电动机的运动经过中间变速或变换运动方式后再传给生产机械的工作机构,1.电力拖动系统运动方程式 1.1 电力拖动装置的组成 1.2 运动方程式 1.3 运动方程式中转矩的符号 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质
2、量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 4.生产机械的负载转矩特性,1、电力拖动系统的运动方程式,运动方程式,单位为kg m2,对于旋转运动,转动惯量,式中 m旋转部分的质量（kg）; G 旋转部分的重量（N）; r 惯性半径（m）; D 惯性直径（m,1.电力拖动系统运动方程式 1.1 电力拖动装置的组成 1.2 运动方程式 1.3 运动方程式中转矩的符号 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 4.生产机械的负载转矩特性,对于直线运动,1、电力拖动系统的运动方程式,将,式中：GD2 = 4gJ 称为飞轮惯量（N m2,代入,得,和,T=TZ时，dn/
3、dt=0,电动机静止或等速旋转； TTZ时，dn/dt0,电动机处于加速状态； TTZ时，dn/dt0,电动机处于减速状态,1.电力拖动系统运动方程式 1.1 电力拖动装置的组成 1.2 运动方程式 1.3 运动方程式中转矩的符号 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 4.生产机械的负载转矩特性,1、电力拖动系统的运动方程式,运动方程式中转矩的符号 运动方程式的一般形式,规定某一转动方向为参考（正）方向， 电磁转矩T ：与参考方向一致取正，反之取负； 阻转矩Tz ：与参考方向一致取负，反之取正,1.电力拖动系统运动方程式 1.1 电力拖动装置的组成 1.2
4、 运动方程式 1.3 运动方程式中转矩的符号 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 4.生产机械的负载转矩特性,2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算,以电动机轴为折算对象，需要折算的参量为：工作机构转矩TZ，系统中各轴（除电动机轴外）的转动惯量。对于某些作直线运动的工作机构，还必须把进行直线运动的质量及运动所需克服的阻力折算到电动机轴上去,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 2.1 工作机构转矩T的折算 2.2 工作机构直线作用力折算 2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算 2.4 工作机构直线运动质量折算 2.5 例题
5、 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 4.生产机械的负载转矩特性,传动图,等效折算图,2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算,工作机构转矩T的折算 折算的原则是系统的传送功率不变,式中， j电动机轴与工作机构轴间的转速比，即,如果传动机构为多级齿轮或带轮变速，则总的速比应为各级速比的乘积，即,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 2.1 工作机构转矩T的折算 2.2 工作机构直线作用力折算 2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算 2.4 工作机构直线运动质量折算 2.5 例题 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 4.生产机械的负载转矩特性,2、工作机构转矩、力、飞轮
6、矩和质量的折算,工作机构直线作用力的折算,根据传送功率不变,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 2.1 工作机构转矩T的折算 2.2 工作机构直线作用力折算 2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算 2.4 工作机构直线运动质量折算 2.5 例题 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 4.生产机械的负载转矩特性,2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算,传动机构与工作机构飞轮惯量折算,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 2.1 工作机构转矩T的折算 2.2 工作机构直线作用力折算 2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算 2.4 工作机构
7、直线运动质量折算 2.5 例题 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 4.生产机械的负载转矩特性,2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算,工作机构直线运动质量的折算 折算的原则是转动惯量JZ中及质量mZ 中储存的动能相等，即,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 2.1 工作机构转矩T的折算 2.2 工作机构直线作用力折算 2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算 2.4 工作机构直线运动质量折算 2.5 例题 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 4.生产机械的负载转矩特性,例：刨床传动系统如图所示。若电动机M 的转速为n=420r/min，其转子（或电枢）的飞轮惯量G
8、Dd2=110.5Nm2，工作台重G1=12050N，工件重G2=17650N。各齿轮齿数及飞轮惯量见表。齿轮8的节距t8=25.13mm 。求刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮惯量,2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 2.1 工作机构转矩T的折算 2.2 工作机构直线作用力折算 2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算 2.4 工作机构直线运动质量折算 2.5 例题 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 4.生产机械的负载转矩特性,2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算,解： 1）旋转部分,1.电力拖动系统运动方程式 2.工
9、作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 2.1 工作机构转矩T的折算 2.2 工作机构直线作用力折算 2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算 2.4 工作机构直线运动质量折算 2.5 例题 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 4.生产机械的负载转矩特性,例：刨床传动系统如图所示。若电动机M 的转速为n=420r/min，其转子（或电枢）的飞轮惯量GDd2=110.5Nm2，工作台重G1=12050N，工件重G2=17650N。各齿轮齿数及飞轮惯量见表。齿轮8的节距t8=25.13mm 。求刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮惯量,2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算,2）直线运动部分 齿轮8转速,工作
10、台速度,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 2.1 工作机构转矩T的折算 2.2 工作机构直线作用力折算 2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算 2.4 工作机构直线运动质量折算 2.5 例题 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 4.生产机械的负载转矩特性,例：刨床传动系统如图所示。若电动机M 的转速为n=420r/min，其转子（或电枢）的飞轮惯量GDd2=110.5Nm2，工作台重G1=12050N，工件重G2=17650N。各齿轮齿数及飞轮惯量见表。齿轮8的节距t8=25.13mm 。求刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮惯量,2、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量
11、的折算,3）刨床拖动系统在电机轴上总的飞轮惯量,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 2.1 工作机构转矩T的折算 2.2 工作机构直线作用力折算 2.3 传动与工作机构飞轮惯量的折算 2.4 工作机构直线运动质量折算 2.5 例题 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 4.生产机械的负载转矩特性,3、考虑传动机构损耗时的折算方法,考虑传动机构损耗的简化方法 工作机构转矩TZ 的简化折算 电动机工作在电动状态,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 3.1考虑传动机构损耗简化方法 3.2考虑传动机构损耗
12、准确方法 4.生产机械的负载转矩特性,电动机工作在发电制动状态,使用多级传动时,3、考虑传动机构损耗时的折算方法,工作机构直线作用力的简化折算 电动机工作在电动状态,电动机工作在发电制动状态,在提升与下放时传动损耗相等的条件下，下放传动效率与提升传动效率之间有下列关系,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 3.1考虑传动机构损耗简化方法 3.2考虑传动机构损耗准确方法 4.生产机械的负载转矩特性,3、考虑传动机构损耗时的折算方法,考虑传动机构损耗的较准确方法 电力拖动系统处于稳定运转状态 折算到电动机轴上的阻转矩,Tz0不考虑传
13、动损耗时折算到电动机轴上的阻转矩（负载转矩） T 由于传动机构的摩擦所引起的附加转矩,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 3.1考虑传动机构损耗简化方法 3.2考虑传动机构损耗准确方法 4.生产机械的负载转矩特性,3、考虑传动机构损耗时的折算方法,提升时,下放时,其中,T0：空载时的摩擦转矩； DT0：负载转矩TZ0引起的附加摩擦转矩； c:摩擦系数,DTN：额定负载下传动机构总摩擦附加转矩,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 3.1考虑传动机构损耗简化方法
14、3.2考虑传动机构损耗准确方法 4.生产机械的负载转矩特性,3、考虑传动机构损耗时的折算方法,电力拖动系统处于加速运转状态 电力拖动系统处于加速运转状态时，附加摩擦转矩DT0不能认为与TZ0成正比，因为此时通过传动机构除了TZ0外，还有惯性转矩。 惯性转矩从系统的一个区段传送到另一个区段时，要发生变化。 在加速运转状态下，计算附加摩擦转矩时，除考虑阻转矩外，还必须考虑传动机构的惯性转矩,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 3.1考虑传动机构损耗简化方法 3.2考虑传动机构损耗准确方法 4.生产机械的负载转矩特性,3、考虑传动机
15、构损耗时的折算方法,以下图的等效拖动系统为例,Ti 第i个部件的总摩擦转矩 T0i 第i个部件的空载摩擦转矩 Ti 进入第i个传动机构的转矩,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 3.1考虑传动机构损耗简化方法 3.2考虑传动机构损耗准确方法 4.生产机械的负载转矩特性,3、考虑传动机构损耗时的折算方法,第i个部件的总摩擦转矩,传送到第i个部件的转矩,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 3.1考虑传动机构损耗简化方法 3.2考虑传动机构损耗准确方法 4.生产机械
16、的负载转矩特性,3、考虑传动机构损耗时的折算方法,第一个部件的转矩,即为电动机转矩,传送到第二个部件上的转矩,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 3.1考虑传动机构损耗简化方法 3.2考虑传动机构损耗准确方法 4.生产机械的负载转矩特性,3、考虑传动机构损耗时的折算方法,传送到第三个部件上的转矩,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 3.1考虑传动机构损耗简化方法 3.2考虑传动机构损耗准确方法 4.生产机械的负载转矩特性,3、考虑传动机构损耗时的折算方法,传送到第四个部件上的转矩,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 3.1考虑传动机构损耗简化方法 3.2考虑传动机构损耗准确方法 4.生产机械的负载转矩特性,3、考虑传动机构损耗时的折算方法,传送到最后第（m1）个部件上的转矩为,1.电力拖动系统运动方程式 2.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 3.考虑传动机构损耗时的折算方法 3.1
