电力拖动系统动力学分析

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1、电力拖动系统动力学分析杨勇吉林电子信息职业技术学院机电工程学院吉林省吉林市132021【文章】在电力拖动系统中，电动机有不同的种类和特性，生产机械的负载性质也各不相同，运动形式各种各样，但从动力学的角度来看，它们都服从动力学的统一规律，所以在研究电力拖动系统时，必须先分析电力拖动系统的动力学问题。本文对电力拖动系统的动力学问题进行了分析和研究，为工矿企业合理地配置电力拖动系统提供了理论根据。【关键词】电力拖动系统；动力学；研究0引言在电力拖动系统中，电动机有不同的种类和特性，生产机械的负载性质也各不相同，运动形式各种各样，但从动力学的角度

2、来看，它们都服从动力学的统一规律，所以在研究电力拖动系统时，必须先分析电力拖动系统的动力学问题。1电力拖动系统的运动方程式1.1单轴电力拖动系统运动方程式单轴电力拖动系统就是电动机的轴与生产机械的轴直接连接的系统。作用在该连接轴上的转矩有电动机的电磁转矩、电动机的空载阻转矩及生产机械的负载转矩。设转轴的角速度为，系统的转动惯量为(包括电动机转子、联轴器和生产机械的转动惯量)，则根据动力学定律，可得到系统的运动方程为（公式1）式中，为电动机的电磁转矩，单位为N·m；为电动机的负载转矩，单位为N·m；为电动机轴上的总转动惯量，单位为kg·m2

3、；为电动机的角速度，单位为rad／s。公式1称为单轴电力拖动系统的运动方程式，它描述了作用于单轴拖动系统的转矩与速度之间的关系，是研究电力拖动系统各种运动状态的基础。在工程计算中，通常用转速代替角速度；用飞轮矩代替转动惯量J。可得电力拖动系统运动方程式的实用形式(公式2)式中，是系统转动部分的总飞轮矩，单位为；，是具有加速度量纲的系数。电动机和生产机械的可从产品样本和有关设计资料中查到。1.2运动方程式中转矩正、负号的规定在电力拖动系统中，随着生产机械负载类型和工作状况的不同，电动机的运行状态将发生变化，即作用在电动机转轴上的电磁转矩(拖

4、动转矩)和负载转矩(阻转矩)的大小和方向都可能发生变化。因此运动方程式中的转矩和是带有正、负号的代数量。在应用运动方程式时，必须注意转矩的正、负号。一般规定如下：首先选定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后按照下列规则确定转矩的正、负号。（1）电磁转矩与转速的正方向相同时为正，相反时为负。（2）负载转矩，与转速的正方向相反时为正，相同时为负。（3）惯性转矩的大小及正、负号由和代数和决定。转速的正方向可任意选取，即选顺时针或逆时针，但工程上一般对起重机械选取提升重物时的转速方向为正，龙门刨床工作台则以切削时的转速方向为正。2电

5、力拖动系统的运动状态分析公式2描述了电力拖动系统的转矩与转速变化率之间的关系，由此式可知电力拖系统的转速变化率(加速度)是由决定的，称为动态转矩，因此根据公式2可分析电力拖动系统的运动状态。首先规定某一旋转方向为转速的正方向，即。在此旋转方向下，根据公式2分析电力拖动系统的运动状态如下：（1）当时，，系统处于加速运行状态，即处于动态过程。（2）当时，，系统处于减速运行状态，即处于动态过程。（3）当时，，系统或以恒定的转速旋转或静止不动。即处于稳态。由分析可知，当时，系统处于稳定运转状态。但当受到外界的干扰时，如负载转矩的增加或减小，电源电

6、压的变化等影响时，平衡将被打破，转速将发生变化。对于一个稳定的电力拖动系统来说，当系统的平衡状态被打破后，应具有恢复新的平衡状态的能力，在新的平衡状态下稳定运行。3单轴与多轴电力拖动系统电动机和工作机构直接相连，这时工作机构的转速等于电动机的转速，若忽略电动机的空载转矩，则工作机构的负载转矩就是作用在电动机轴上的阻转矩，这种系统称为单轴系统。实际的电力拖动系统往往不是单轴系统，而是通过一套传动机构，把电动机和工作机构连接起来的多轴系统，如图1所示。电动机与负载之间装有变速装置，如齿轮减速箱、蜗轮蜗杆、带轮等。分析多轴的运动状态时，通常是把

7、实际的多轴系统折算为一个等效的单轴系统，折算的原则是保持拖动系统在折算前后，其传送的功率和储存的动能不变。如图1(b)所示，多轴多速的系统可简化等效为单轴系统。具体的折算方法在此不作阐述，可查阅其他的书籍。【