32362《电力拖动与控制(第2版)》李岚第一章

电力拖动与控制

第一章 电力拖动系统的 动力学基础

主要内容 单轴电力拖动系统的运动方程 多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩

的折算 生产机械的负载转矩特性

原动机带动生产机械运转称为拖动。 用各种电动机作为原动机带动生产机械运 动，以完成一定的生产任务的拖动方式， 称为电力拖动。 电力拖动系统，一般由电动机、机械传动 机构、生产机械的工作机构、控制设备和 电源五部分组成。

图1-1

电力拖动系统示意图

要研究电力拖动系统，不仅要研究电动机 自身的运行性能，还要研究电动机和负载之间 的运动规律—电力拖动系统的运动方程式。

第一节 单轴电力拖动系统的运动方程式电动机输出轴直接拖动生产机械运转的系 统——单轴电力拖动系统。

(a) 单轴电力拖动系统 (b) 各量的参考方向 图 1-2 单轴电力拖动系统及各量的参考方向

根据力学中刚体转动定律得到单轴电力拖 动系统的运动方程式 :

d T TL J dtT —电动机的电磁转矩(N· m)TL —电动机的负载转矩(N· m) J —电动机轴上的总转动惯量(kg· 2) m

在实际的电力拖动工程中则采用飞轮惯量 (即飞轮矩)GD2代替转动惯量J ;用转速 n代替角速度Ω。n与Ω的关系为2 n 60

则

d 2 dn = 60 dt dt

J与GD2之间的关系为：G D 2 GD 2 J m 2 ( ) g 2 4g

m —系统转动部分的质量(㎏) G —系统转动部分的重力(N) ρ—系统转动部分的回转半径(m) D —系统转动部分的回转直径(m) g —重力加速度，可取g = 9.81m/s

由此可得：GD 2 dn T TL 375 dtGD2—系统转动部分的总飞轮矩(N· 2) m

375=4g 60 / 2 —具有加速度量纲的系数

稳态：

转或停转，视运动初始状态而定。动态：

dn T TL 0, 0, n 常数(或0),系统稳定运 dtdn T TL 0, 0, n不断增加，系统加速运转； dt dn T TL 0, 0, n不断降低，系统减速运转。 dt

注意：式中的T、TL及n都是有方向的。在 规定了n的方向后，T与n的方向一致时为正， TL与n的方向相反时为正。 在代入具体数值时，如果其实际方向与规 定的正方向相同，就用正数，否则应当用负 数。

第二节

多轴电力拖动系统转矩及飞 轮矩的折算

多轴电力拖动系统，就是在电动机与工作 机构之间增设传动机构的系统。 一般采用折算的办法，把多轴电力拖动系统 折算为等效的单轴系统，然后按单轴电力拖动 系统的运动方程式来分析。注意：在使用单轴运动方程式进行分析时, 式中的TL应是折算后的等效负载转矩Tmeq , GD2是折算后系统总的等效飞轮矩 GDeq2。

(a) 传动图 图 1-3

(b) 等效折算图

多轴电力拖动

系统示意图

本节重点研究负载转矩和飞轮矩的具体折 算方法。 折算的原则： 按照能量守恒定律，系统在折算前和折 算后应具有相等的机械功率和动能。

一、工作机构旋转运动转矩和飞轮矩的折算 1. 转矩的折算设工作机构负载转矩为：Tm 对应角速度为：Ωm=2πnm / 60 功率为: Pm= TmΩm 折算后的负载转矩为：Tmeq

折算后的对应角速度为：Ω

图1-4 某电力拖动系统示意图