电机与拖动（第2版）教学课件作者程龙泉第2章.pptx

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1、第2章直流电动机的电力拖动基础2.1拖动基础2.2他励直流电动机的启动2.3他励直流电动机的制动2.4他励直流电动机的调速2.5直流发电机的基本特性本章小结2.1拖动基础2.1.1电力拖动系统的运动方程式如图2-2所示为电动机单轴拖动系统，电动机直接与生产机械的工作机构相连接，电动机输出轴直接拖动生产机械，电动机与负载用同一个轴，以同一转速运行。当转速、电磁转矩、负载转矩都为正值时，电动机的电磁转矩Tem通常与转速n同方向，属于驱动性质的转矩，而负载转矩TL通常是制动性质的。由于电动机负载运行时，一般情况下TL>>T0，如果忽略电动机的空载转矩T0，根据

2、牛顿第二定律可知，拖动系统旋转时的运动方程式为下一页返回2.1拖动基础式中J——运动系统的转动惯量（kg·m2）；Ω——系统旋转的角速度（rad／s）；——系统的动态转矩。在实际工程计算中，经常用转速n代替角速度Ω来表示系统的转动速度，用飞轮惯量或称飞轮矩GD2代替转动惯量J来表示系统的机械惯性。Ω与n、J与GD2的关系为上一页下一页返回2.1拖动基础式中n——转速（r／min）；m——旋转体的质量（kg）；G——旋转体的重力（N）；ρ——惯性半径（m）；D——惯性直径（m）；g——重力加速度，g=9.8m/s2。把式（2.1.2）、式（2.1.3）代入

3、式（2.1.1），可得运动方程的实用形式为上一页下一页返回2.1拖动基础式中GD2——旋转体的飞轮矩（N·m2）；反映物体旋转惯性的一个整体物理量，飞轮矩电动机和生产机械的GD2可从产品样本和有关设计资料中查到；375——系数，具有加速度量纲。由式（2.1.4）可知，系统的旋转运动可分为三种状态：（1）当Tem＞TL，dn/dt＞0时，系统处于加速运行状态，即处于瞬态过程；（2）当Tem＜TL，dn/dt＜0时，系统处于减速运行状态，即处于瞬态过程；（3）当Tem=TL，dn/dt=0时，n=0或n=c（c为常数），系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳

4、态。上一页下一页返回2.1拖动基础可见，当dn/dt≠0时，系统处于加速或减速运行状态，即处于动态，所以常把（GD2/375）·（dn/dt）或（Tem-TL）称为动态转矩，而TL为静负载转矩，运动方程式（2.1.4）就是动态的转矩平衡方程式。由上面的分析可以得出以下结论：电力拖动系统拖动生产机械稳定运行时，电动机输出转矩的大小由负载转矩的大小决定，并且与之相等。上一页下一页返回2.1拖动基础2.1.2负载转矩、飞轮矩的折算在图2-2所示的单轴系统中，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

5、矩就是作用在电动机轴上的阻转矩。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，如图2-3所示。上一页下一页返回2.1拖动基础图2-3是一个四轴系统，应分别对每一根轴列出运动方程，四个运动方程联立求解，便可以求出系统的运动状态。显然，研究多轴系统的运动问题要比研究单轴系统复杂得多，为了简化分析计算方法，通常把传动机构和工作机构看成一个整体，且等效成一个负载，直接作用在电动机的轴上，变多轴系统为单轴系统。上一页下一页返回2.1拖动基础1.负载转矩的折算如图2-3所示，折算前工作机构具有的功率为P′L=T′LΩL，折算后

6、其功率为PL=TLΩ。根据折算前后功率不变原则，存在下列关系式，即式中k——电动机与工作机构的转速比，k=Ω/ΩL=n/nL。上一页下一页返回2.1拖动基础当电动机拖动生产机械工作时，功率的传递方向由电动机到生产机械，传动损耗由电动机承担，电动机输出功率大于生产机械消耗的功率，这时的功率关系应为则当电动机处于某种制动状态时，功率的传递方向由生产机械到电动机，传动损耗由生产机械的负载承担。上一页下一页返回2.1拖动基础2.飞轮矩的折算折算的原则是折算前后系统所储存的总动能不变。以图2-3所示的拖动系统为例，飞轮矩的折算是指把图2-3中的工作机构轴连同传动机

7、构中不同转速各轴上的飞轮矩（或转动惯量）一并折算成一个等效的飞轮矩GD2（或转动惯量J）。由于图2-3所示的4轴系统所储存的动能与等效的单轴系统相等，故有上一页下一页返回2.1拖动基础考虑到J∝GD2，Ω∝n，可得等效的飞轮矩为式中GD2——折算后电动机轴上的等效飞轮矩；GD2M——电动机轴的飞轮矩；GD21，GD22…——传动机构各级传动轴的飞轮矩；GD21——工作机构轴的飞轮矩；k1，k2，k3…——各级传动机构的转速比；k——电动机轴与工作机构轴之间的总转速比，k=k1·k2·k3…。上一页下一页返回2.1拖动基础2.1.3直线工作机构负载力和运动

8、质量的折算1.负载力的折算龙门刨床工作台带动工件前进时，受到切削阻力，起重机提升