1.5 电力拖动的基本知识（课件）-《电机与拖动基础》同步精品课堂（高等教育出版社）

电机与拖动基础 同步精品课堂（中职专业课） 1.5 电力拖动的基本知识 1 知识目标 熟悉和掌握旋转运动的基本物理量。 能力目标 对学会对电力拖动的动力学方程、单轴电力拖动系统以及转矩控制规律等内容进行掌握。 情感目标 培养学生利用电机拖动技术解决实际工程问题的能力。 三维目标 情境引入 电力拖动的基本知识 思考 拖动是指应用各种原动机使生产机械产生运动以完成一定的生产任务。电 力拖动(或电气传动)是以电动机为原动机，按照生产任务要求来拖动生产机 械，实现电能与机械能之间的能量转换。 情境引入 电力拖动的基本知识 思考 电力拖动系统一般由电动机、传动机 构、生产机械、控制设备和电源五部分组成，如图所示。控制设备通过控 制电动机的电压、电流、频率等输入量，对电动机的转速和转角进行调节，实现对 电动机的起动、制动和调速等控制，进而改变生产机械的转矩、转速、位移等机 械量。 情境引入 电力拖动的基本知识 思考 新知学习 一 、旋转运动的基本物理量 表征刚体转动位置的物理量称为角位置，也称为角坐标，通常用θ表示，单 位为°(度)或 rad(弧度)。如图所示，以极轴 Ox 为参考位置，当某质点 在转动平面内旋转至p 位置时，Op 与 Ox 之间的夹角θ即为该质点当前时刻的 角位置。角位置为标量，但有正负， 一般设极轴的正方向为水平向右，当极轴逆 时针旋转至p 点时，角位置为正值。 1. 角位置 新知学习 一 、旋转运动的基本物理量 1. 角位置 新知学习 一 、旋转运动的基本物理量 表征刚体角位置变化的物理量称为角位移，通常用△θ表示，单位为°(度)或 rad(弧度)。如图1-26(b) 所示，假设某质点做旋转运动，t时刻质点在p 点角位置为θ,t+△t时刻质点旋转至p'点，角位置为θ',则角位置的变化量△θ=θ'-θ为刚体在△t 时间内的角位移。为了避免引起混淆，下文中角位置和角位移的单位统一采用 rad。 2. 角位移 新知学习 一 、旋转运动的基本物理量 2. 角位移 新知学习 一 、旋转运动的基本物理量 表征刚体转动快慢和方向的物理量称为角速度，通常用Ω表示，单位为rad/s (弧度每秒)。角速度是矢量，其方向由右手螺旋定则确定，如图所示，弯曲的四指沿转动方向，伸直的拇指即为角速度的方向。当质点做逆时针旋转时，2向上；做顺时针旋转时，Ω向下。 3. 角速度 新知学习 一 、旋转运动的基本物理量 如图所示，假设某质点做旋转运动，在△t 时间内转过的角度为△θ(即角位移),则角速度的大小为 3. 角速度 新知学习 一 、旋转运动的基本物理量 表征角速度变化快慢和方向的物理量称为角加速度，通常用α表示，单位为 rad/s² (弧度每秒平方)。角加速度是矢量，其方向为角速度变化的方向。假设某质点做旋转运动，在△t时间内角速度的变化量为△2,则角加速度的大小为 4. 角加速度 新知学习 一 、旋转运动的基本物理量 (1)当α=0时，质点做匀速旋转运动。 (2)当α为不等于零的常数时，质点做匀变速旋转运动。 (3)当α随时间变化时，质点做一般的旋转运动。 4. 角加速度 新知学习 一 、旋转运动的基本物理量 线速度是表征刚体旋转快慢和方向的物理量，可用来描述质点的曲线运动，通常用符号v 表示，单位为m/s (米每秒)。线速度是矢量，其方向时刻改变并始终沿轨迹的切线方向，故又称为切向速度。假设某质点做旋转运动，在△t 时间 内通过的弧长为△L,则线速度的大小为 5. 线速度 新知学习 一 、旋转运动的基本物理量 刚体上角速度相同的质点，由于旋转半径的不同会具有不同的线速度。在匀速圆周运动中，线速度和角速度的数值关系为 t 为旋转周期 5. 线速度 新知学习 一 、旋转运动的基本物理量 当刚体做旋转运动时，单位时间内转过的圈数称为转速，通常用 n 表示，它 是描述物体旋转快慢的物理量。若采用工程单位制，转速以每分钟多少转来表示，单位为r/min(转每分钟或 RPM),其中RPM是 revolutions per minute 的缩 写。因此，在工程技术中，转速与角速度的关系为 6. 转速 新知学习 一 、旋转运动的基本物理量 使机械元件转动的力矩称为转动力矩，简称转矩，通常用T 表示。由于机械 元件在转矩作用下会产生一定程度的扭转变形，故转矩又称为扭矩。在国际单 位制中，转矩的单位为 N·m (牛[顿] · 米)。在电力拖动系统中，电动机轴端输出转矩等于转子输出的机械功率除以转子的机械角速度，即 7. 转矩 新知学习 二 、电力拖动的动力学方程 1. 单轴电力拖动系统 在图1-27所示的直线运动系统中，物体做直线运动，根据牛顿第二定律可 知，系统的动力学方程为 (1)牛顿运动定律 新知学习 二 、电力拖动的动力学方程 1. 单轴电力拖动系统 F₁ 为作用在物体上的驱动力，F₂ 为物体运动过程中所受到的阻力，二者的单位均为N(牛[顿]) ;m 为物体的质量，单位为 kg(千克) ;a 为线加速度，单位为m2(米每秒平方) 使物体加速的惯性力，单位为N(牛[顿])。 (1)牛顿运动定律 新知学习 二 、电力拖动的动力学方程 1. 单轴电力拖动系统 如图所示，当F₁>F₂ 时，物体向右做加速运动。 (1)牛顿运动定律 新知学习 二 、电力拖动的动力学方程 1. 单轴电力拖动系统 在图1-28所示的单轴电力拖动系统中，物体做的旋转运动与直线运动相似，系统的动力学方程为 (1)牛顿运动定律 新知学习 二 、电力拖动的动力学方程 1. 单轴电力拖动系统 式中：T 为电磁转矩，T, 为负载转矩；D 为阻尼转矩系数，K 为扭转弹性转矩系数；0、2和α分别为角位置、角速度和角加速度；J 为转动惯量，单位为 kg·m²; (1)牛顿运动定律 新知学习 二 、电力拖动的动力学方程 1. 单轴电力拖动系统 (2)转矩控制规律 新知学习 二 、电力拖动的动力学方程 1. 单轴电力拖动系统 在实际电力拖动系统中，电动机可以正转运行也可以反转运行，运行状态可 以是电动状态，也可以是制动状态。在转速n 和电磁转矩 T 的坐标系中，电力拖动系统的四象限运行状态如图所示。 (2)转矩控制规律 新知学习 二 、电力拖动的动力学方程 1. 单轴电力拖动系统 ① 对于电磁转矩 T, 选择其参考方向与转速的参考方向一致。当 T 为拖动转矩时，T 与 n 的符号相同；当 T 为制动转矩时，T 与 n 的符号相反； ② 对于负载转矩 T₁, 选择其参考方向与转速的参考方向相反。当 T, 为制动转矩时，T. 与 n 的符号相同；当T, 为拖动转矩时，T, 与 n 的符号相反。 (2)转矩控制规律 新知学习 二 、电力拖动的动力学方程 2. 多轴电力拖动系统 单轴电力拖动系统的动力学方程仅针对单电动机直接拖动生产机械的系统。对于实际的大多数电力拖动系统，为了满足工艺要求其生产机械需要较低的转速或者平移、升降、往复等不同的运动形式。但在制造电动机时， 一般都制成额定转速较高的旋转电动机，因此在电动机和生产机械之间必须加装齿轮减速箱、传动带、蜗杆等传动机构，构成多轴电力拖动系统，如图所示。 新知学习 二 、电力拖动的动力学方程 2. 多轴电力拖动系统 为了简化分析计算，工程上通常要需对多轴拖动系统的有关结构参数和负载进行折算，将多轴拖动系统等效为一个单轴拖动系统，再利用式进行计算。折算原则为： (1)折算前后系统传递的功率不变； (2)折算前后系统的动 能不变。 课堂练习 填空题 1、单轴电力拖动系统的动力学方程仅针对单电动机直接拖动生产机械的系统。 2、对于实际的大多数电力拖动系统，为了满足工艺要求其生产机械需要较低的转速或者平移、升降、往复等不同的运动形式。 3、在实际电力拖动系统中，电动机可以正转运行也可以反转运行，运行状态可 以是电动状态，也可以是制动状态。 课堂小结 小结 旋转运动的基本物理量 1 电力拖动的动力学方程 2 课堂小结 1. 简述旋转运动的基本物理量？ 2. 简述拖动？ 3. 简述电力拖动系统的结构？ 作业布置 感谢观看 $$