电机原理与电力拖动 教学课件 作者 范国伟 第2章 电力拖动系统动力学.ppt

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1、第2章电力拖动系统动力学电力拖动系统的基本概念★由原动机带动生产机械运转称为拖动。★以电动机为原动机带动生产机械运转的拖动方式称为电力拖动。电力拖动系统的组成：电源电动机控制设备传动机构工作机构2－1电力拖动系统运动方程式单轴电力拖动系统：电动机转轴直接拖动生产机械运转的系统三部分在同一轴线上三部分转速相同一般指风机、水泵等电动机传动装置（连接器）生产机械TTL系统运动方程式在上图的单轴电力拖动系统中若T=TL说明系统静止、匀速运动加速度TTL说明系统加速(产生加速度)加速度∴系统运动方程式：▲在工程上往往不用转动惯量Ｊ，而用飞轮矩GD2表示

2、旋转体的惯性。▲Ｄ(ρ)回转直(半)径，与物体的半径Ｒ不同，详见专表。各物理量正方向的规定转速n规定某一旋转方向为正，反之为负；T与n正方向相同为正，反之为负；TL与n正方向相反为正，反之为负。例2－2多轴电力拖动系统简化在实际应用中：①为了满足生产工艺的要求，生产机械的运行速度一般很低；②而电动机为了合理经济地使用材料，制造较高转速的电机。∵电机的P=2πTn/60即P∝T×n在P一定时nT或nT而电机的T＝ＣmΦIa若使TΦ(或Ia)电机体积增大因此电动机不直接与生产机械联接(单轴系统)而需在两者之间加减速机构—如减速齿轮箱,蜗轮蜗杆或皮带轮等传动装置—构成多轴系统.

3、多轴电力拖动系统★由于不同转轴上具有不同的转动惯量和转速,因而不可能用一个运动方程式来描述整个系统．★原则上可列出每根轴自身运动方程式，再列出各轴间互相联系的方程式，最后把这些方程式联立求解，才能分析研究整个系统的运动状况．为了方便起见：我们力图用某一轴的运动来代表整个系统的运动▲在工程应用中：通常是把整个系统折算电动机轴上，用电动机轴的运动代表整个系统的运行．一、负载转矩的折算折算的实质：把系统各个部件的参数折算电动机轴上折算的原则：要求折算前后系统在能量关系和动力学性能方面是等效的一、负载转矩的折算（原则：传送功率不变）设TL折算到电机轴的等效负载转矩Tdx则：Tdx

4、Ωd＝TLΩL/ηc∴Tdx=TLΩfz／Ωdηc=TL/jηcηc－为整个系统的传动效率，且为各传动部件的传动效率之积ηc＝η１η２η２……ηｎj－为系统的传动比，且为各传动部件的转速比之乘积j=j1·j2·j3·……·jn二、转动惯量的折算原则：系统的动能不变系统总的折算到电动机的动能Ｗ∑＝ＪdxΩd2/2此总的动能应为各部件动能之和：工程上用近似计算(认为电机和负载的动能大)若生产机械负载的飞轮矩也未知,则更简单:电机轴第一轴第二轴负载轴且代入上式化简为：δ取1.1~1.25δ=1.15~1.32－3负载的转矩特性负载的转矩特性描述的是负载的转矩随转速变化TL=f(

5、n)关系。包括恒转矩、恒功率、风机类。1.恒转矩负载特性包括反抗性和位能性恒转矩负载⑴反抗性恒转矩负载又称摩擦转矩、反作用转矩特点：①转矩的方向总是阻碍运动方向，当运动方向改变时，反抗性转矩的方向随之改变；②但大小（绝对值）不随转速变化；③当n=0时，反抗性转矩的大小、方向是不确定的；④机械特性位于Ⅰ、Ⅲ象限，且与纵轴平行的直线。nT-TL+TLnTn2－3负载的转矩特性⑵位能性负载特性特点：①由重力作用产生的；②转矩的大小恒定不变；③作用方向也保持不变,当n>0时TL>0为阻碍运动的制动转矩，当n<0时TL>0为帮助运动的拖动转矩；④机械特性是穿过Ⅰ、Ⅳ象限的直线。起重

6、机的提升机构、矿井卷扬机等。nTLTLTLnnT2－3负载的转矩特性2.恒功率负载当n变化时,从电动机吸收的功率基本不变。KTL=-----n即：P=TΩ≈常数3.风机类负载鼓风机、水泵、输油泵等。其转矩与转速的二次方成正比。即TL∝n2写为：TL=Kn2实际负载可能是几种典型的综合,如实际风机。nnTT电力拖动系统稳定运行的条件电动机机械特性与负载转矩特性在T－n平面上有相交点，是电力拖动系统可能稳定的必要条件；（但不够充分）稳定运行充分条件：若电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于某种干扰使转速变化，可达到新的平衡。干扰消除后，可回到原来的平衡点位置，则称此系统是稳定的

7、。电力拖动系统稳定运行的条件例1:如右图他励直流电机拖动恒转矩负载时受到电网电压的变化干扰：原稳定工作在A点▲当电网电压U下降，使机械特性偏移到B点,TTL系统加速，沿DA上升，恢复到A点稳定工作。∴此系统属稳定系统。U↓→T↓→B点→TTL→n↑→Ea↑→Ia↓=U-Ea/R→T↓=CTΦIa→T=TL→稳定在A点。TTL