直流电机的电力拖动

习题二1、已知切削力F=2000N ，工件直径d=1500mm ，电动机转速n=1450转/分，传动机构的各级速度比为：j 1=2，j 2=1.5，j 3=2。

各转轴的飞轮转矩分别为：()225.3m N GD M ⋅=，()2212m N GD ⋅=，()2227.2m N GD ⋅=，()2239m N GD ⋅=。

各级传动效率分别为：η=0.9，试求：（1） 切削功率 （2） 电动机输出功率 （3） 系统总的飞轮转矩（4） 忽略电动机的空载制动转矩时，电动机的电磁转矩 （5） 车床开车未切削时，若电动机转速加速度dn/dt =800r/min s ，忽略电动机的空载制动转矩，但不忽略传动机构的损耗转矩时，求电动机的电磁转矩。

解：由于上述问题都与电动机有关，所以，首先将各种参数折算到电动机轴上，等效为一简单的单轴系统。

由图可知，系统为4轴变速系统。

于是有： 系统总的飞轮转矩为：()()()()223212322122212122 4.5536997.25.05.3111m N j j j GD j j GD j GD GD GD M ⋅=+++=⋅⋅+⋅++=等效()m N 24225.121450321⋅=⨯⨯=⋅⋅=j j j n n m L()()m N 3450.72925.122/5.120002/11321⋅=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅⋅⋅=⋅=D F j j j T j T C L C C L ηη等效于是切削功率为：()()kW 38105.024275.0200060/22/≈⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=Ω⋅=L L L L n D F T P π 电动机输出功率为：()kW 52.12629.0383===CLm P P η 如电动机的空载制动转矩视为T 0，电机处于平稳状态时的电磁转矩则为：()m N 4530⋅=+=等效L em T T T当电动机处于加速状态，但仍为空载时，由牛顿第二定律可知：C L em dt dn GD T T T η/37520⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=--等效等效此时的电磁转矩为： ()m N 13.3150.729/8003754.55/37502⋅=⎪⎭⎫⎝⎛⨯=++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=等效等效L C emT T dt dn GD T η 2、已知龙门刨传动机构如图所示。

TL t TL L
根据上式，折算后的负载转矩为：
(功率不变，单位:N.m/s)
TL
式中，j
n 为传动机构总的转速比； L 为工作机构输出轴的机械角速度； TL 为工作 nL
TL TL T L n t ( ) t ( ) t j L nL
（3-4）
机构的实际负载转矩； t 为传动机构的总效率。 （2）当生产机械驱动电动机时，传动机构的损耗是由生产机械承担的。于是有：
（3-9）
GD2 将 J 4 g 代入上式，则折算后的飞轮矩为：
2 2 G1 D12 G2 D2 GL DL GD GD n 2 n 2 n 2 （ ） （ ） （ ） n1 n2 nL 2 2 M
G D2 G D2 G D2 2 GD2 GDM 1 1 2 2 L L n 2 n 2 n 2 （ ）（ ） （ ） n1 n2 nL
特点：
1 TL k n
图3.9给出了恒功率负载的转矩特性。
如车床等生产机械，切削加工中， 粗加工时切削量大，阻转矩较大，电 机在低速状态下运行；精加工时，切 削量小，阻转矩小，电机在高速状态 下运行。即负载转矩与转速成反比关 系，功率基本保持不变。 如恒张力卷取机，随卷取直径增大， 力矩增大。为保持张力恒定，线速度 必须不变，相应转速降低，即负载功 率恒定。
60FL vLt FL vLt TL 9.55 2 n n 式中，t 为重物下放时传动机构的效率。
（3-7）
重物下放时传动机构的效率t 与同一重物提升时传动机构的效率 t 之间满足下列关 系式： 1 t 2 （3-8） t
证明：重物提升时，传动机构的损耗 pH
恒转矩负载
大多数生产机械可归纳为：

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3.1 电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
❖ 1.运动方程式
+
U
-
J
d
dt
Tem
TL
❖ 转动惯量：
J GD2 mD2 4g 4
M
Tem n
TL
图3.1.1 电动机与工作机构
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❖ 2.负载的转矩特性 ❖ a.恒转矩负载
n n
o
TL
o
TL
3.1.2 反抗性恒转矩负载特性
图3. 1. 3 位能性恒转矩负载特性
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0
T
图3. 2. 4
电动机不同电压机械特性
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❖ 减弱励磁磁通时的人为特性：
❖ 当 U UN R Ra 只减弱励磁磁通
n
UN Ce
Ra Ce
Ia
n
n02 2 n01 1 2 1 N
第3章 直流电动机的电力拖动基础
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❖ 电力拖动的定义：用各种电动机作为原动机拖动生产机械， 产生运动，电力拖动也称为电力传动。直流电力拖动是由直 流电动机来实现的。
电源
控制设备
电动机
工作机构
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※ Ia 和
n n0
b
a
1
O
c d
TL
T
T 始终没有改变方向。
制动运 行状态
2
大连理工大学电气工程系
8.4 他励直流电动机的制动
制动效果 Rb →特性 2 斜率 →下放速度 。
n n0
a
b
1
Rb 的选择 (各量取绝对值) Ua＋Ed Ra＋Rb = Iad Ua＋CEΦ nL 稳定运行 d 点 = T / CTΦ 的 E 和 Ia CTΦ = (Ua＋CEΦ nL) TL－T0
a
1
TL
T 能耗制 动运行 2
c
大连理工大学电气工程系
8.4 他励直流电动机的制动
＋ Ia Ua －
T
TL M
＋ Uf － Rb
Ia E

T TL
M
＋ Uf
E
n

n
制动过程 Ia T

－
电动状态 TL M ＋ Uf －
Rb
E
n 能耗制动运行 反向起动
大连理工大学电气工程系
8.4 他励直流电动机的制动
大连理工大学电气工程系
8.4 他励直流电动机的制动
制动效果 Rb →特性 2 斜率 →制动转矩 →制动快。
（各量取绝对值）
2' (Rb小) 2 (Rb大) n b n0 b'
a
1
T'
T
O
TL
T
Rb 的选择 Ra＋Rb≥
－n0
Ua ＋Eb
Iamax
制动瞬间 b 点的 E
－ Ia Rb
＋
M
Ua
＋
c点