课题直流电机电力拖动系统运动方程和负载机械特性

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1、青岛港湾职业技术学院授课教案编号：第3周第2次课题直流电机电力拖动系统运动方程及负载机械特性班级授课日期年月日星期目的与要求1、掌握直流电动机电力拖动系统基本运动方程，能够根据定义的正方向分析各参量之间的关系。2、掌握直流电机基本方程：电压、转矩、功率平衡方程及各个方程之间的关系。3、能够区分不同负载机械特性的特点，并能画出相应特性曲线。重点直流拖动系统运动方程；不同负载的机械特性难点负载机械特性授课方式课堂讲授教具多媒体教学过程设计1、复习第一章1.2.2及1.5节关于转矩、功率、反电动势的定义和公式。2、依次讲解直流拖动系统、运动方程、基本方程、功率流程。3、介绍一

2、下机械特性定义及物理意义。4、具体分析各具代表性负载的机械特性的特点和特性曲线。5、留课后思考题和布置作业教学过程3.1直流电动机2．电动机可逆运行反接制动控制电动机的机械特性与负载的转矩特性是研究电力拖动的基础。电动机的起动和制动特性是衡量电动机运行的性能的一项重要指标。3.1电力拖动系统的运动方程式3.1.1电力拖动系统简介1、概念：用各种原动机带动生产机械的工作机构运转，完成一定生产任务的过程称之为拖动。用电动机作为原动机的拖动称为电力拖动。2、电力拖动系统的组成电力拖动系统包括：电动机、传动机构、工作机构、控制设备和电源五个部分。电动机传动机构工作机构控制设备电

3、源图3-1电力拖动系统的组成3、电力系统的运动方程dtdnGDTTL=-3752T—电磁转矩TL—负载转矩n—电动机转速GD2—飞轮矩T-TL—动转矩系统旋转运动的三种状态：T图3-2单轴电力拖动1)当或时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态。LTT=2)当或时,系统处于加速运行状态，即处于动态。LTT>3)当或时,系统处于减速运行状态，即处于动态。LTT<正负及方向：首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后规定：（1）电磁转矩T与转速n的正方向相同时为正，相反时为负。（2）负载转矩TL与转速n的正方向相同时为负，相反时为正。（3）惯性转矩的大小

4、和正负号由TL和n的代数和决定。3.1.2直流电动机的基本方程一、他励直流电动机运行特性3图3-3为一台他励直流电动机的示意图。电枢旋转时，电枢导体切割气隙磁场，产生电枢电动势Ea，在电动机中，此电动势的方向与电枢电流Ia的方向相反，称为反电动势。当电动机稳态运行时，有几个平衡关系，分别用以下方程式表示：1、电动势平衡方程aaaRIUEa-=式中：U是外加电压；Ra是电枢回路电阻，其中包括电刷和换向器之间的接触电阻。*结论：发电机：；电动机：；即根据与U的大小判断直流电机的运行状态。⒉转矩平衡方程稳态运行时，作用在电动机转轴上的转矩有三个。电磁转矩T为驱动转矩，在电机稳

5、态运行时，必须与负载转矩及空载转矩相平衡，即T：电磁转矩、To：空载转矩、T2：负载阻转矩⒊功率平衡方程CuaMPPP+=1式中：P1=UIa——电动机从电源输入的电功率（kW）PM=EaIa——电磁功率PCua=Ia2Ra——电枢回路的铜损耗TΩ=T2Ω+T0Ω02PPPM+=式中：PM=TΩ为电磁功率；P2=T2Ω为转轴输出的机械功率；P0=T0Ω为包括机械摩擦损耗Pm和铁损耗PFe在内的空载损耗。总损耗ΣP=Pcua+Pm+PFe3.2负载的机械特性生产机械工作机构的负载转矩TL与转速n之间的关系，即n=f(TL)称为负载的机械特性。也就是负载的转矩特性，简称负载

6、特性。3.2.1恒转矩负载的机械特性恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩TL与转速n无关的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。1、反抗性恒转矩负载的机械特性特点：工作机构转矩的绝对值是恒定不变的，转矩的性质总是阻碍运动的制动性转矩。机械特性如图3-5所示。n﹥0时，TL﹥0（常数）；n﹤0时，TL﹤0（常数）。TL的绝对值相等，位于第一、三象限。轧钢机、电车平地行驶、行走机构等由摩擦力产生转矩的机械属于此类。TLn图3-5反抗性恒转矩负载的机械特性2、位能性恒转矩负载的机械特性特点：工作机构转矩的绝对值是恒定不变的，而且方向不变（与运动方向无关），总是重力作

7、用方向。机械特性如图3-6所示。n﹥0时，TL﹥0是阻碍运动的制动性转矩；n﹤0时，TL﹥0是帮助运动的拖动性转矩。位于第一、四象限。起重机提升和下放重物属于此类。TLn图3-6位能性恒转矩负载的机械特性3、泵类负载的机械特性负载的转矩TL基本上与转速n的平方成正比。负载特性为一条抛物线，如水泵、通风机和螺旋桨等。TLn图3-7泵类负载的机械特性4、恒功率负载的机械特性恒功率负载特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，即TL与n成反比，特性曲线为一条双曲线。TLn图3-8恒功率负载的机械特性