电机与拖动(电子科技大学)

电动机负载(生产机械)的转速与负载转矩的关系 n=f(TF)称为负载的机械特性，简称负载特性。
一. 恒转矩负载特性
1. 反抗性恒转矩负载：TF大小恒定不变，方向总与转速 n方向相反，属于制动转矩，如摩擦性转矩。
n
制动转矩
TF
ΔT
Tf/j
O ΔT
Tf/j TF T
T n
TL
2. 位能性恒转矩负载：TF大小、方向恒定不变，与转速无 关。当方向与n相同时，为拖动转矩，当方向与n相反时为
j
下放重物时：
TF
Tf j
T Tf
j
效率关系：
下 放 重 物
2
1
提 升 重 物
下放重物的效率：
2 1 2 1 0.5
0.4
重物折合转矩：
Tf j
TF 15 0.4 6N m
下放重物折合转矩：
TF
Tf j
6 0.5
3N
m
传动机构损耗转矩：
T Tf j
TF
TF
Tf j
9N m
稳定恒速下放重物时的转矩关系：
T0 T
T
Tf j
n
【思考题2.2】电动机拖动金属切削机床切削金属时，传动机 构的损耗由电动机还是由负载负担？
【思考题2.3】起重机提升重物与下放重物时，传动机构损耗 由电动机还是重物负担？
n 恒转矩负载
C
C
AB A
恒功率 负载
TL
泵类
C 负载
电动 机
机械 特性
δ=0.2~0.3，如果还有其它部件，则δ的数值需要加大。
1.电动机经过速比 j=5 的减速器拖动工作机构，工作机构的 实际转矩为20Nm，飞轮矩为1Nm2，不计传动机构损耗，这 算到电动机轴上的工作机构转矩与飞轮矩分别为多少？
2. 恒速运行的电力拖动系统中，已知电动机电磁转矩为 80Nm，忽略空载损耗，传动机构效率为0.8，速比为10，未 折算前实际的负载转矩应为多少？
转矩与转速的方向问题
U
实际转矩和转速方向：
Ia 电动机
M
参考正方向 T
n TL TF T0
实际转矩和转速方向：
1.T与n同向，代数上同正同负；T 与n反向，代数上一正一负。 2.TL与n同向，代数上一正一负； TL与n反向，代数上同正同负。
负 载
1. 转矩与n同向，则称为“拖动性”转矩 2. 转矩与n反向，则称为“制动性”转矩
又由：
J m 2 GD 2 ; 2n
4g
60
m：系统转动部分的质量，kg
G：系统转动部分的重力，N
ρ ：系统转动部分的转动惯性半径，m
D：系统转动部分的转动惯性直径，m
g：重力加速度，m/s2
d GD 2 2 dn GD 2 dn
T TL J
dt
4g
60 dt
375 dt
GD2：系统转动部分的飞轮矩，N·m2
2.3.1 电力拖动系统稳定运行的条件
稳定运行工作点：(1)T=TL ；(2)当系统受到干扰时，电动机 转速会有变化，但在干扰消失后，仍能恢复到原来的工作点
运行。
稳定运行条件分析：
(1) 若系统遇到瞬时干扰，使转速 n 减小，即Δn<0，此时， 转矩的变化量必须 ΔT>ΔTL，使得 T>TL，转速才能恢复； (2) 若系统遇到瞬时干扰，使转速 n 增大，即Δn>0 ，此时， 转矩的变化量必须 ΔT<ΔTL，使得 T<TL ，转速才能恢复。 电力拖动系统工作点稳定运行的条件：
第二章 电力拖动系统动力学
2.1 电力拖动系统转动方程式 2.2 多轴电力拖动系统的简化 2.3 负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的 条件
2.1电力拖动系统转动方程式
一. 典型生产机械的运动形式 1. 单轴旋转系统
电动机
工作机构
2. 多轴旋转系统
电动机
工作机构
3. 多轴旋转运动加平移运动系统
齿轮 4
电动机
等效负载
GD2
T ,T0
TF
1.负载转矩的折算 考虑传动机构的损耗：
Fv 2n
Fv
TF
60
TF
9.55
n
T 9.55 Fv 9.55 Fv
n
n
2. 负载飞轮矩的折算
1 2
m
f
v
2
1 GD 2 F
2 4g
2n 2
60
1 Gf 2g
v2
1 GD 2
F
2 4g
2n 2
375 ：有单位的系数，m/min·s
由转动方程式可以分析系统运动状态：
T
TL
GD 2 375
dn dt
T-TL=0 ：系统静止或恒速运行，稳态； T-TL>0 ：系统加速运行，过渡过程； T-TL<0 ：系统减速运行，过渡过程。
电动机起动时，电磁转矩与负载转矩的关系？电动 机停车时，电磁转矩与负载转矩的关系？
机械 特性
T
【思考题2.4】电梯设计时，其传动机构的效率在上升时为 η<0.5。请计算 η=0.4 的电梯下降时，其效率是多大？若上升 时，负载转矩的折算值 TF=15N﹒m，则下降时负载转矩的折 算值为多少？ΔT为多大？
解2.4：根据提升和下放重物时的转矩关系特点
提升重物时：
TF
Tf j
T Tf
制动转矩，如起重机的提升机构和矿井卷扬机。
T0
n T
T
Tf j
T0 T
T
Tf j
n
n Tf/j
制动 转矩
ΔT
TF
O ΔT
TF T
拖动 转矩
二. 风机泵类负载：TF ∝n2，方向总与转速方向相反。如通风 机、水泵、油泵等流体机械。
n
O
TL
三. 恒功率负载：TF n=常数。如各种机床的主传动等。
n
O
TL
问题1：电机和变压器铁心通常采用何种铁磁材料？属 于软磁材料还是硬磁材料？
问题2：当恒定磁通通过变压器铁心时，铁心是否会发 热？当交变磁通通过变压器铁心时，铁心是否会发热？ 为什么？
电力拖动系统动力学分析
电力拖动系统转动方程：
GD 2 dn T TL 375 dt
多轴电力拖动系统简化：将负载转矩 和飞轮矩 折合到
(1) 提升重物时的转矩关系 (2) 下放重物时的转矩关系
T0
n
T
T
Tf
T0
j
T
T
Tf j
n
TF
Tf j
T
TF
Tf
j
T Tf Tf
j j
TF
Tf j
T
Tf j
TfjTf j NhomakorabeaTf j
2
1
Tf j
结论：
(1) 传动机构损耗转矩 ΔT 和电动机转轴空载损耗转矩 T0 均为摩擦性质的转矩，与转速 n 反向，为制动转矩；
(2) 考虑传动机构的损耗时
Tf f
TF TF
Tf f
Tf nf
n
Tf
j
η=η1η2η3…为传动机构总效率 等效的传动机构的转矩损耗为：
T Tf Tf
j j
2. 飞轮矩的折算——保持系统动能不变
系统转动部分动能表达式：
1 J2 1 GD2 2n 2
2
2 4g 60
负载飞轮矩折算(转动部分飞轮矩折算)：
2. 负载及系统的飞轮矩（折算到电动机轴上）
3. 以加速度a=0.1m/s2提升重物时，电动机输出的转矩。
j1 ,1
电动机
GD
2 a
j2 ,2 j3 ,3
GD
2 c
GDb2
GDd2
j1 3; j2 3.5; j3 4;
1 2 3 0.95;
GDa2 123N m2;GDb2 49N m2; GDc2 40N m2;GDd2 465N m2
A1
B B1 TL TL1 B点为不稳定运行点
B点稳定性分析：
负载受到干扰TL增大为TL1
TL T TL1 n T T0,n0 堵 转 干扰消失，恢复到TL T TL 电动机不能起动 在B点满足：
TB TLB
dTB dn
dTLB dn
n 恒转矩负载
C
AB
恒功率 负载
TL
泵类 负载
电动 机
dt d dt d
0.6
267.38r / min s
GD 2 dn T TF 375 dt
212.5 131.67 267.38 306.4N m 375
2.3 负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件
2.3.1 负载的转矩特性 2.3.2 电力拖动系统稳定运行的条件
2.3.1 负载的机械特性
T
绪论小结
铁磁材料的特性 磁导率、磁滞曲线、磁滞损耗、涡流损耗、铁损耗
基本电磁定律 安培环路定律、电磁力定律、电磁感应定律
磁路基本定律 磁路欧姆定律、磁路基氏第一定律、磁路基氏第二定 律
铁磁材料的基本特性
高导磁性——μ>>μ0 磁饱和性——μ≠常数 磁滞性——磁滞回线，B(或Φ)的变化总是滞后于H(或I)
1 GD2f 2 4g
2n f
60
2
1 GDF2 2 4g
2n
60
2
GDF2
GD2f j2
保持系统储存的动能不变，则系统总飞轮矩为：
GD2
GDa2
GDb2 j12
GD2f j1 j2 2
总的飞轮矩的估算：
GD 2
(1
)GD