第03章 直流电机的电力拖动(第1部分)PPT课件

（1）首先取转速的方向为正方向； （2）对于电磁转矩，若与相同，则取“+”；反之，若与方
向相反，则取“-”； （3）对负载转矩而言，若与方向相反，则取 “+”；方向相
同则取“-”；
根据上述正负号选取规则，式（3-3）运算结果存在下列三种情况：
1.若 Tem 时TL，则 =常n 值，系统稳态运行；
2.若 Tem 时TL，则
式中，j
n nL
TL
t
TL ( ) L
t
TL (n nL
)
TL
t j
为传动机构总的转速比； L 为工作机构输出轴的机械角速度； T L
（3-4） 为工作
机构的实际负载转矩； t 为传动机构的总效率。
（2）当生产机械驱动电动机时，传动机构的损耗是由生产机械承担的。于是有：
根据上式，折算后的负载转矩为：
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图3.9 恒功率负载的转矩特性
实际生产机械大都是上述典型负载特性的组合。如实际的通风机负载转矩特性可表示
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3.2 各类生产机械的负载转矩特性
定义： 生产机械的负载转矩与转速之间的关系 n 即f (T为L)生产机械的负
载转矩特性，它与电动机的机械特性相对应。
大多数生产机械可归纳为：
恒转矩负载 风机与泵类负载
恒功率负载
A、恒转矩负载的转矩特性
特点： 负载转矩不受转速变化的影响。在任何转速下，负载转矩总是保
，dd n电t 机0 处于加速状态；
3.若 Tem 时TL，则
，dd n电t 机0 处于减速状态。
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考虑到对实际的大多数拖动系统而言，在电机和生产机械之间存在诸如减速箱、皮 带等传动机构，构成了所谓的多轴拖动系统。在使用式（3-3）时需进行多轴系统到单轴 系统的折算，具体折算方法介绍如下：
B、多轴电力拖动系统的折算
直流电机的电力拖动
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整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
图3.1 典型电力拖动系统的组成框图
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内容简介
❖ 电力拖动系统的基本问题，包括：电力拖动 的动力学方程式及相关问题、电力拖动系统 的稳定运行条件；
❖ 各类典型机械的负载转矩特性； ❖ 由他励直流电动机组成电力拖动系统的起、
按照折算前后储存的动能保持不变的原则，有：
12JM 2 12mLvL2
将
J M
（
G
D
M
2）
4g
，
2 n 60
代入上式，则有：
(G D M 2)(60)2G n Lv 2L2365G n Lv 2L2
（3-11）
通过上述折算，便可以将多轴拖动系统（包括旋转及直线运动）折算为单轴拖动系 统。然后借助于单轴拖动系统的动力学方程式对多轴拖动系统的静、动态问题进行分析研 究。
a、折算的概念
图3.3 多轴电力拖动系统的简化
折算的原则是：确保折算前后系统所传递的功率或系统储存的动能 不变。
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b、折算的方法
1) 机械机构的转矩折算
折算时需考虑电动机和生产机械的工作状态。现分析如下：
（1）当电动机驱动机械负载时，传动机构的损耗是由电动机承担的。于是有：
TLt TLL
根据上式，折算后的负载转矩为：
系式：
t
2
1 t
（3-8）
3）惯量与飞轮矩 G D 2 的折算
按照折算前后系统储存的动能保持不变的原则，于是有：
1 2 J 2 1 2 J M 2 1 2 J 1 1 2 1 2 J 2 2 2 1 2 J L L 2
则折算后的转动惯量为：
J J M J （ 1 1 ） 2 J （ 2 2 ） 2 J （ L L ） 2
Tem
TL
GD2 375
dn dt
(3-1)
(3-2)
(3-3)
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对于实际电力拖动系统，考虑到 （1）电机可能正、反转运行； （2）电机可能运行在电动机或发电机运行状态； （3）负载转矩也可能由上升过程中的制动性变为下降过程中的驱动性转矩。因此，使用 上式时需注意正、负号问题。正负号一般按如下惯例选取：
TL
60FLvL
2nt
9.55FLvL
nt
式中， t 为重物提升时传动机构的效率。
（2）当重物下放时，传动机构的损耗由工作机构承担。于是有：
TLFLvLt
（3-6）
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将角速度与转速的关系代入上式得：
TL
60FLvLt 2n
9.55FLvLt
n
（3-7）
式中，
t
为重物下放时传动机构的效率。
重物下放时传动机构的效率 t 与同一重物提升时传动机构的效率 t 之间满足下列关
持恒定或大致恒定。
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反抗性恒转矩பைடு நூலகம்载 恒转矩负载
位能性恒转矩负载 反抗性恒转矩负载的转矩特性如图3.6所示。
图3.6 反抗性恒转矩负载的转矩特性
由图3.6可见，反抗性恒转矩负载的转矩与转速的方向总是相反 ，亦即负载转矩总是阻碍电机的运动。
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位能性恒转矩负载的转矩特性如图3.7所示。
图3.7 位能性恒转矩负载的转矩特性
将 J G D 2 代入上式，则折算后的飞轮矩为：
4g
GD2GDM2G (1nD1 )2G (2nD2 )2G (LnDL )2
n1
n2
nL
（3-9）
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即：
G D 2G D M 2G 1 jD 1 21 2(G j1 2D j22 )2 2G L jD 2L 2
4）直线运动的质量折算
（3-10）
由图3.7可见，位能性恒转矩负载的转矩不随转速方向的改变而 改变。无论电机正、反转，负载转矩始终为单一方向。
B、风机与泵类负载的转矩特性
特点：TL Kn2
图3.8给出了通风机类负载的转矩特性。
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图3.8 通风机类负载的转矩特性
C、恒功率负载的转矩特性
特点：T L
k
1 n
图3.9给出了恒功率负载的转矩 特性。
制动与调速方法及分析。
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3.1 电力拖动系统的动力学方程式
A、单轴电力拖动系统的动力学方程式
图3.2 单轴电力拖动系统的示意图
单轴电力拖动系统的动力学方程式可由下式给出：
TemTL
J
d dt
其中，转动惯量 J 由下式给出：
Jm2 GD2 GD2
g 4 4g
考虑到机械角速度与转速 之间的关系：2n/60，于是有：
TLTLLt
TL
TL t ()
TL t j
L
（3-85）
2）直线作用力的折算
折算时同样应考虑功率的流向问题。 图3.4给出了电机拖动起重机负载实现升降运动的示意图。
图3.4 电机带动起重机负载的示意图
（1）当重物提升时，传动机构的损耗自然由电动机承担。于是有：
2 n
TLt FLvL
又 60
，则上式变为：