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第二章电力拖动系统的动力学基础本章主要介绍电力拖动系统的运动方程；工作机构的转矩和飞轮矩的折算及负载转矩特性。为介绍电力拖动的机械特性与过渡过程等内容准备必要的理论基础。2.1电力拖动系统的运动方程•拖动：由原动

机带动生产机械运转•电力拖动：以电动机拖动生产机械运转的拖动方式•一般情况下，电力拖动系统由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备及电源5大部分组成。电源控制设备电动机传动和工作机构电力拖动系统示意图在许多情况下，电动机与工作机构之间有传动机构。通常把机械的传动机构及生产机械的工

作机构称为电动机的机械负载。电力拖动系统中电动机带动负载的力学问题是我们要讨论的主要问题。电力拖动系统中有的部件作直线运动、有的部件作旋转运动。采用古典动力学来分析。一.运动方程式1.直线运动时的运动方程式F--拖动力（N）；Fz--阻力（N）；m(dv/dt)--惯性力

。作直线运动的物体2.旋转运动时的方程式为：T--电动机产生的拖动转矩(N·m)；Tz--阻转矩（或称负载转矩）(N·m)；J(dΩ/dt)--惯性转矩（或称加速转矩）。旋转运动的物体3.转动惯量J表示为:m与G-

-旋转部分的质量（kg）与重量(N)；ρ与D--惯性半径与直径（m）；g=9.81m/s2--重力加速度。转动惯量J的单位为kg·m2或N·m2gGDDgGmJ42222===实际计算中常

将旋转运动方程式化为另一种形式即将角速度Ω（rad/s）化成用每分钟转数n(r/min)表示的形式这样有旋转运动方程式的实用形式4.旋转运动方程式的实用形式GD2--称为飞轮矩（N·m2）5.电动机的工作状态⚫稳定运转状态当T=TZ，

dn/dt=0，n=常值，电动机静止或等速旋转⚫加速状态当T>TZ，dn/dt>0⚫减速状态当T<TZ，dn/dt<0二.运动方程式中转矩的正负号分析应用运动方程式，通常以电动机轴为研究对象运动方程式写成下列一般形式旋转运动中的转矩如下图对T与Tz前带有的正负符号，作如下规定：

预先规定某一旋转方向为正方向，则⚫转矩T方向如果与所规定的旋转正方向相同，T前取正号，相反时取负号；⚫阻转矩Tz方向与所规定的旋转正方向相同时，Tz前取负号，相反时取正号；⚫加速转矩（GD2/375）(dn/dt)的大小及正负符号由转矩T及阻转矩Tz的代数

和来决定旋转运动中的转矩三、功率平衡方程将式写为电动机产生(T>0)或吸收的机械功率（T<0)生产机械吸收(TZ>0)或释放的机械功率(TZ<0)拖动系统动能的变化dtdJTTZ=−)21(2==−JdtddtdJTTZ2.2工作机构转矩、飞

轮矩的折算实际拖动系统的轴常是不止一根，这种系统显然比一根轴的系统要复杂，计算起来也较为困难；如要全面研究这个系统的问题，必须：对每根轴列出其相应的运动方程式；列出各轴间互相联系的方程式；最后把这些方程式联

系起来，全面地研究系统的运动。问题！这种方法研究系统太复杂！多轴系统到单轴的简化对电力拖动系统而言，通常把电动机轴作为研究对象即可解决途径：把实际的拖动系统等效为单轴系统等效原则：保持两个系统传送的功率及储存的动

能相同一.工作机构转矩Tz’的折算用电动机轴上的阻转矩Tz来反映工作机构轴上实际转矩Tz’的工作折算的原则：系统的传送功率不变多轴系统到单轴的简化若不考虑中间传动机构的损耗有如下关系：转速比，j=Ω/Ω

Z=n/nz解决问题的思路：将传动机构各轴的转动惯量J1、J2、J3...及工作机构的转动惯量Jz折算到电动机轴上，用电动机轴上一个等效的转动惯量J来反映整个拖动系统中转速不同的各轴的转动惯量二.飞轮矩的折算折算原则：实际系统与等效系统储存动能相等。有下列关系：考虑到

GD2=4gJ，Ω=2πn/60，得2.3考虑传动机构损耗的简化方法传动机构损耗的简化考虑方法可在折算公式中引入传动效率ηc一.工作机构转矩Tz’的简化折算1.电动机工作在电动状态电动机带动工作机构，功率由电动机向工作机构传送传动损耗由电动机承担电动机

发出的功率比生产机构消耗的功率大2.电动机工作在发电制动状态⚫工作机构带动电动机，功率传送方向与电动状态时相反⚫传动损耗功率由工作机构承担⚫传送到电动机轴上的功率较工作机构轴上的功率小ηc为传动机构总效率，在多级传

动时，如各级效率为ηc1、ηc2、ηc3...,则ηc应为：ηc=ηc1·ηc2·ηc3...每对齿轮（用滚动轴承）的满载效率为0.975~0.985；蜗轮蜗杆传动的满载效率为0.5~0.7，可由机械工程手册上查到。◆多轴系统➔➔➔单轴系统将其它轴上的转矩、飞轮矩折算

到电动机轴上TGD2等效负载电动机TZ电动机工作机构Tj1η1j2η2T´ZzGDd2GD12GDZ21二、旋转运动的转矩折算转矩折算的原则：系统传递的功率不变czzTzT='➔jczTzczTzT''==1.电动状态TGD2等效负载电

动机TZ电动机工作机构Tj1η1j2η2T´ZzGDd2GD12GDZ21......321321'jjjjTTczzz=−=−−−−−转动机构总速比转动机构总效率到电机轴上的负载转矩工作轴的负载转矩折算工作轴的负载转矩工作轴角速度电机轴角速度发电制动状态：功率由工作机构➔电

机czzTzT='➔cjzTczzTzT''==2.发电制动状态转矩折算的原则：系统传递的功率不变三、旋转运动的飞轮矩折算飞轮矩折算的原则：系统储存的动能不变221...21121221221zzJJdJJ+++=g42GD22DgG2mJ60/2====

n221...21121221221zzJJdJJ+++=g42GD22DgG2mJ60/2====n➔21...22211121112...222211zjzJjjJjJdJzzJJJdJJ+++=++

+=22...222122212122zjzGDjjGDjGDdGDGD+++=➔四、平

移运动的转矩与飞轮矩的折算总质量mz电动机刨刀TnVFTJz等效负载电动机TzFvP=切削功率1.转矩的折算ncFvncFvcFvzTcFvzT55.9260====折算前后功率不变四、平移运动的转矩与飞轮矩的折

算2.飞轮矩的折算26024221221221==ngzGDzJvzm223652602242nvzGnvzgmzGD==其它轴上的飞轮矩的折算按旋转运动的方法五、升降

运动的转矩与飞轮矩的折算TGD2等效负载电动机Tz电动机滚筒Tj1η1j2η2zGDd2GD12GD221mv提升运动：电动机为电动状态下降运动：电动机为发电状态1.提升运动：方法同平移运动(1).转矩的折算ncFvzT55.9=平移➔ncvzGn

cmgvzT55.955.9==提升2.下降运动'55.9cnvzGzT='cvzGvzGvzGcvzG−=−下降提升➔cccc12''111−=−=−当提升和下降的传动损耗相同飞轮矩

的折算按动能不变原则(2).飞轮矩的折算：不论提升还是下降运动223652nvzGzGD=平移➔223652nvzGzGD=提升2.4生产机械的负载转矩特性阻转矩（或称负载转矩）TZ与转速n的关系TZ=f(n)即为生产机械的负载转矩特性,分为三大类：⚫恒转矩负载反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩

负载⚫通风机负载⚫恒功率负载一、恒转矩负载特性特点：负载转矩TZ与转速n无关。即当转速变化时，负载转矩TZ保持常值。又可分为：1.反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载的特点：恒值转矩Tz总是反对运动方向摩擦负载转矩，如金属的压延、机床的平移机构等

2.位能性恒转矩负载⚫位能性恒转矩负载的特点：转矩Tz具有固定的方向，不随转速方向改变而改变⚫如起重机类型负载中的重物位能性恒负载转矩二.通风机负载⚫特点：负载转矩与转速有关，基本上与转速的平方成正比，即Tz=K·n2⚫此类负载有通风机、水泵、油泵等。三.恒功率负载⚫车床在

粗加工时，切削量大，切削阻力大，开低速；精加工时，切削量小，切削力小，开高速。⚫特点：负载转矩基本上与转速成反比，即负载转矩Tz与n的特性曲线呈现恒功率的性质。负载转矩的大小与速度无关，但其方向始终与转向相反Tn0四.负载的机械特性

反抗性恒转矩负载位能性恒转矩负载恒功率负载通风机型负载转矩具有固定的方向，不随转速方向的改变而改变nT0负载的功率为常数，不随转速的变化而改变负载的转矩与转速的平方成正比Tn0Tn0五.实际负载特性⚫实际生产机械的负载转矩特性是以上几种典型特性的综合。1.实际通风机负载2.机床刀架的

平移第二章完，谢谢！