電機(jī)功率轉(zhuǎn)矩計(jì)算

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1、電機(jī)學(xué)詳細(xì)介紹電力拖動(dòng)就是應(yīng)用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以完成一定的生產(chǎn)任務(wù)。一般情況下，電力拖動(dòng)系統(tǒng)可分為電動(dòng)機(jī)、工作機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備及電源等四個(gè)組成部分，如圖2—1所示。電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力，用以拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的某—工作機(jī)構(gòu)，工作機(jī)構(gòu)是生產(chǎn)機(jī)械為執(zhí)行某一任務(wù)的機(jī)械部分。控制設(shè)備是由各種控制電機(jī)、電器、自動(dòng)化元件及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等組成的，用以控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。為了向電動(dòng)機(jī)及一些電氣控制設(shè)備供電，在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中還設(shè)有電源。要指出的是，在許多情況下，電動(dòng)機(jī)與工作機(jī)構(gòu)并不同軸，而在二者之間有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)中間變速或變換運(yùn)動(dòng)方式后再傳給生

2、產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)。圖2—1電力拖動(dòng)系統(tǒng)組成2.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程2.1.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程圖2—2為一單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須遵循下列基本的運(yùn)動(dòng)方程式。圖2—2單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方程式為（2—2）式中，為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩()；為負(fù)載轉(zhuǎn)矩()；為慣性轉(zhuǎn)矩(或稱(chēng)動(dòng)轉(zhuǎn)矩)，為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可用下式表示（2—3）16式中，、分別為旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量()與重量()；、分別為轉(zhuǎn)動(dòng)慣性半徑與直徑()；為重力加速度,；的單位為。需要說(shuō)明的是，式（2—2）中忽略了電動(dòng)機(jī)本身的損耗轉(zhuǎn)矩，認(rèn)為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩全部用來(lái)拖動(dòng)負(fù)載。這一點(diǎn)將在以后的內(nèi)容詳細(xì)介紹。在

3、實(shí)際計(jì)算中常用式（2—2）的另一種形式。即將角速度(的單位為，的單位為)代入式（2—2）得運(yùn)動(dòng)方程式實(shí)用形式：（2—4）式中，為飛輪矩()，；系數(shù)是具有加速度量綱的系數(shù)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子及其他轉(zhuǎn)動(dòng)部件的飛輪矩的數(shù)值可由相應(yīng)的產(chǎn)品目錄中查到，但是應(yīng)注意將單位化成國(guó)際單位制（乘以）。電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)可由運(yùn)動(dòng)方程式表示出來(lái)。分析式（2—4）可見(jiàn)（1）當(dāng)，，則常值，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；（2）當(dāng)，，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于加速過(guò)渡過(guò)程狀態(tài)中；(3)當(dāng)，，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于減速過(guò)渡過(guò)程狀態(tài)中。2.1.1運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)矩的符號(hào)分析應(yīng)用運(yùn)動(dòng)方程式，通常以電動(dòng)機(jī)軸為研究對(duì)象。由于電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的不同以及生

4、產(chǎn)機(jī)械負(fù)載類(lèi)型的不同，電動(dòng)機(jī)軸上的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩及負(fù)載轉(zhuǎn)矩不僅大小不同，方向也是變化的。運(yùn)動(dòng)方程式可寫(xiě)成下列一般形式：（2—5）式（2—5）中拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩及負(fù)載轉(zhuǎn)矩前均帶有正負(fù)符號(hào)，并作如下規(guī)定：如設(shè)定電力拖動(dòng)系統(tǒng)的正方向，則拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方向如果與所設(shè)定的正方向相同，前帶正號(hào)，相反時(shí)帶負(fù)號(hào)。在式（2—5）中，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩前已帶有負(fù)號(hào)，因此其正負(fù)號(hào)的規(guī)定恰與拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩的規(guī)定相反。即當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向與設(shè)定的16旋轉(zhuǎn)正方向相同時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩前取負(fù)號(hào)，相反時(shí)則取正號(hào)。本書(shū)的計(jì)算中，均規(guī)定電力拖動(dòng)系統(tǒng)的正向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向?yàn)橄到y(tǒng)的正方向?！惶樕厦娴囊?guī)定也可歸納為：拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩與規(guī)定正向相同取正，相反取負(fù)；負(fù)

5、載轉(zhuǎn)矩與規(guī)定正向相同取負(fù)，相反取正。慣性轉(zhuǎn)矩的大小及正負(fù)符號(hào)由拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩及負(fù)載轉(zhuǎn)矩的代數(shù)和來(lái)決定。2.2復(fù)雜電力拖動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化實(shí)際拖動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)軸常是多根，如圖2—3（a）所示，圖中采用三個(gè)軸把電動(dòng)機(jī)角速度變成符合于工作機(jī)構(gòu)需要的角速度。在不同的軸上各有其本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及轉(zhuǎn)速，也有相應(yīng)的反映電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩及反映工作機(jī)構(gòu)工作的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。通常只要把電動(dòng)機(jī)軸作為研究對(duì)象即可。因此，需要進(jìn)行折算，即把實(shí)際的拖動(dòng)系統(tǒng)等效為單軸系統(tǒng)。折算的原則是：保持折算前后系統(tǒng)傳送的功率及儲(chǔ)存的動(dòng)能不變。這樣圖2—3（a）所示的多軸系統(tǒng)就折算為圖2—3（b）所示的單軸拖動(dòng)系統(tǒng)，分析計(jì)算大為簡(jiǎn)化。如圖2—3

6、（a）中所示電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，以電動(dòng)機(jī)軸為折算對(duì)象，需要折算的參量為：工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。對(duì)于某些作直線運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)，還必須把進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量及運(yùn)動(dòng)所得克服的阻力折算到電動(dòng)機(jī)軸上去。（a）（b)圖2—3電力拖動(dòng)系統(tǒng)示意圖（a）傳動(dòng)圖；（b）等效折算圖2.2.1工作機(jī)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化一、工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩的折算設(shè)一個(gè)兩軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖2—4所示。折算前工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩為，折算前工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸的角速度為。折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸后工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩為，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的角速度為。折算的原則是系統(tǒng)的傳送功率不變。16圖2—4兩軸系統(tǒng)的折算示意圖若不考慮中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗。按傳送

7、功率不變的原則，應(yīng)有如下的關(guān)系：（2—7）（2—8）式中，為電動(dòng)機(jī)軸與工作機(jī)構(gòu)軸間的轉(zhuǎn)速比，。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如系多軸齒輪或帶輪變速，而已知每級(jí)速比為、、，…，則總的轉(zhuǎn)速比為各級(jí)速比的乘積，即（2—9）在一般設(shè)備上，電動(dòng)機(jī)多數(shù)是高轉(zhuǎn)速的，而工作機(jī)構(gòu)軸是低轉(zhuǎn)速的，故；在一些設(shè)備上，如高速離心機(jī)等，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比工作機(jī)構(gòu)軸的轉(zhuǎn)速低，這時(shí)。若考慮中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗，按傳送功率不變的原則，應(yīng)有如下的關(guān)系（2—10）式中，為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總效率，等于各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率乘積，即考慮中