第1章 电力拖动系统动力学基础

电力拖动技术的发展： 电力拖动技术的发展：
蒸汽或水力拖动 电力拖动（成组拖动） 电力拖动（成组拖动） 单电动机拖动系统 多电动机拖动系统
一台电动机拖动一组生产机械 一台电动机拖动一台生产机械 多台电动机拖动台生产机械 电动机、 电动机、自动控制设备
自动化电力拖动系统（继电器 接触型 接触型） 自动化电力拖动系统（继电器-接触型） 发电机-电动机组 发电机 电动机组 交流电力拖动
n
1 2
n
0
T0
TZ
0
TZ
电力拖动系统主要研究电动机和生产机械之间的 关系，即电磁转矩T与负载转矩TZ的关系。 关系， 电磁转矩T 负载转矩T 的关系。 用电力拖动运动方程式表示如下: 用电力拖动运动方程式表示如下:
GD 2 dn ± T − ±）TZ = （ 375 dt
n = f (T ) 的方程式和曲线称为电动机的机械特性。 的方程式和曲线称为电动机的机械特性 电动机的机械特性。
转矩T正向取 转矩T正向取正，反向取负； 反向取 阻转矩T 正向取 阻转矩TZ正向取负，反向取正。 反向取
2
Tz
GD 2 dn 加速转矩 的大小和正负号由T和TZ的代数和 375 dt
决定。
1.2 生产机械的负载转矩特性
阻转矩（负载转矩） 阻转矩（负载转矩）T Z 与转速 n 的关系 n = f (TZ ) 称为生产机械的负载转矩特性 负载转矩特性。 称为生产机械的负载转矩特性。
GD 2 dn T − TZ = 375 dt
电动机的工作状态可由运动方程式表示出来： 电动机的工作状态可由运动方程式表示出来： 1）当T＝TZ， 运行状态，即处于稳态。 运行状态，即处于稳态。
dn dn 系统处于静止 静止或 ＝0，系统处于静止或恒转速 dt
2）当T >TZ， >0，系统处于加速运行状态， >0，系统处于加速运行状态， 加速运行状态 dt 即处于动态。 即处于动态。
区域降压变压器 10KV 35KV 380/220 低压 用电设备 配电网
2. 在工业企业中 大量应用电动机作为原动机去拖动各种生产机械。 3. 在自动控制系统中 控制电机广泛地被作为检测、放大、执行和解算 单元。 4. 在家用电器 中 空调、电冰箱、洗衣机等。
电机在拖动系统中是一种综合性的装置或元件。 统
自动化电力拖动系统（计算机控制） 自动化电力拖动系统（计算机控制）
0.2 本课程的性质、任务与内容 本课程的性质、
本课程是电气工程专业的一门专业基础课。 本课程是电气工程专业的一门专业基础课。 专业基础课 本课程的任务是让学生掌握电力拖动系统的运行性能、 本课程的任务是让学生掌握电力拖动系统的运行性能、 分析计算、实验方法； 分析计算、实验方法；掌握部分电机控制的工作原理 及用途。 及用途。 本课程的内容有电力拖动系统的动力学基础、 本课程的内容有电力拖动系统的动力学基础、直流电 动机的电力拖动、 动机的电力拖动、三相异步电动机的电力拖动及电机 控制几个部分。 控制几个部分。
第一章 电力拖动系统的动力学基础
1.1 电力拖动系统的运动方程式 1.2 生产机械的负载转矩特性
本章要求
掌握电力拖动、负载机械特性、 掌握电力拖动、负载机械特性、电力拖动系统的 转动惯量、飞轮力矩、拖动转矩、 转动惯量、飞轮力矩、拖动转矩、阻转矩以及转 矩正方向规定的基本概念。 矩正方向规定的基本概念。 掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。 掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。 熟练掌握单轴电力拖动系统的运动方程式， 熟练掌握单轴电力拖动系统的运动方程式，并会 利用其判断系统的工作状态。 利用其判断系统的工作状态。 掌握典型的负载机械特性。 掌握典型的负载机械特性。
n = f (TZ ) 的方程式和曲线称为负载转矩特性。 的方程式和曲线称为负载转矩特性 负载转矩特性。
利用电动机和负载的两种特性可以清楚的分析 电力拖动系统的稳态和各种过渡过程， 电力拖动系统的稳态和各种过渡过程，包括起动和 制动过程。 制动过程。
为了学好本门课程，必须做到以下几点： 为了学好本门课程，必须做到以下几点：
1、抓住重点，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性； 、抓住重点，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性； 2、要有良好的学习方法，运用对比或比较的方法，分析电机 、要有良好的学习方法，运用对比或比较的方法， 的共性和特点，加深对原理和性能的理解； 的共性和特点，加深对原理和性能的理解； 3、理论联系实际，重视科学实验和工程实践； 、理论联系实际，重视科学实验和工程实践； 4、充分预习和复习。 、充分预习和复习。
dv F－FZ= m － dt
F－拖动力 FZ－阻力 － m
dv －惯性力 dt
2. 对于旋转运动，方程式为 运动， T－TZ= －
T－拖动转矩 －
dΩ Ω J dt
dΩ Ω TZ－阻转矩 J dt －惯性转矩
转动惯 量
GD 2 J＝m ρ = 4g
2
2π n Ω＝ 60
GD2 － 飞轮力矩
实用形式的运动方程式为： 实用形式的运动方程式为：
电磁机械装置
旋转电机的能量转换和控制电机的信号变换， 都是通过电磁感应作用而实现的。 电机同时也是一种机械，除电磁规律以外，还 涉及到结构、工艺、材料等方面问题。
电机的发展方向： 电机的发展方向：
1.在制造上 1.在制造上 大型、巨型；多用途、多品种，高效节能 2.在应用上 2.在应用上 计算机控制电机，使无人化工厂成为可能。 3.在理论上 3.在理论上 使电力电子学、计算机、电机学和控制理论结合 发展成新学科。
课程简介
课程名称： 课程名称：电力拖动与传动控制 课程性质： 课程性质：必修课 课程学时： 课程学时：32 课程学分： 课程学分：2.0 考核方式： 30％ 考核方式：平时成绩 30％ （作业、考勤、提问、答疑等） 作业、考勤、提问、答疑等） 考试成绩 70％ 70％
0 绪论
0.1 电机及电力拖动技术的发展概况 0.2 本课程的性质、任务与内容 本课程的性质、 0.3 本课程的特点及学习方法 0.4 参考书目
一、恒转矩负载特性
恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩TZ 与转速 n 无关 的特性。 反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种 恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。 的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。 1.反抗性恒转矩负载 1.反抗性恒转矩负载
如金属的压延、机床的平移机构等。 如金属的压延、机床的平移机构等。
dn 3）当T <TZ， <0，系统处于减速运行状态， <0，系统处于减速运行状态， 减速运行状态 dt 即处于动态。 即处于动态。
三、运动方程中转矩的正负符号分析
+ U −
GD 2 dn T − TZ = 375 dt
M
T
n
GD dn ± T − ± TZ）= （ 375 dt
方向规定： 方向规定：
0.1 电机及电力拖动技术的发展概况
电能是现代大量应用的能量形式， 电能是现代大量应用的能量形式，这种能量 形式有多种优点： 形式有多种优点： 1）传输和分配容易 ） 2）使用控制方便 ） 3）无污染 ） 4）生产和变换比较经济 ）
电能成为国民经济各部门中动力的主要来源。 电能成为国民经济各部门中动力的主要来源。
2.位能性恒转矩负载 2.位能性恒转矩负载
如重物的提升与下放等。 如重物的提升与下放等。
n TZ
n TZ
二、通风机负载特性
负载的转矩TZ 基本上与转 速 n 的平方成正比。负载特性 的平方成正比。 为一条抛物线。 为一条抛物线。 如风机、水泵、油泵等。 如风机、水泵、油泵等。
三、恒功率负载特性
恒功率负载特点是： 恒功率负载特点是：负载转 矩与转速的乘积为一常数， 矩与转速的乘积为一常数，即TZ 成反比， 与 n 成反比，特性曲线为一条双 曲线。如切削机床、轧钢机等。 曲线。如切削机床、轧钢机等。
1.1 电力拖动系统的运动方程式
一、电力拖动系统的基本概念
电力拖动是用电动机带动生产机械运动， 电力拖动是用电动机带动生产机械运动，以完成 一定的生产任务。 一定的生产任务。 电力拖动系统的组成： 电力拖动系统的组成： 电 源 控制设备 电动机 工作机构
二、运动方程式
1. 对于直线运动，方程式为 运动，
0.4 参考书目
1.顾绳谷 电机及拖动基础（下册），机械工业出版社 顾绳谷.电机及拖动基础 下册），机械工业出版社. ），机械工业出版社 顾绳谷 电机及拖动基础（ 2.李发海 朱东起 电机学（第四版），科学出版社 李发海,朱东起 电机学（第四版），科学出版社. ），科学出版社 李发海 朱东起.电机学
电能的生产、变换、传输、分配、 电能的生产、变换、传输、分配、使用和 生产 控制等，都必须利用电机作为能量转换或 控制等 都必须利用电机作为能量转换或 电机 信号变换的机电装置。 信号变换的器是电站和变电所的主要设备。
水电厂
♀
110KV 输电线路 升压变压器 10KV 火电厂（汽轮机） 火电厂（汽轮机）
0.3 本课程的特点及学习方法
电机及拖动涉及的基础理论和实际知识面广， 电机及拖动涉及的基础理论和实际知识面广，用理论分析 电机及拖动的实际问题时，必须结合电机的具体结构， 电机及拖动的实际问题时，必须结合电机的具体结构，采用工 程观点和分析方法。掌握基本理论的同时， 程观点和分析方法。掌握基本理论的同时，还要注意培养实验 操作技能和计算方法。 操作技能和计算方法。