电力拖动第一章动力学基础

工作点：电动机的机械特性与负载特性画在同一坐标平面上，两 特性的交点 平衡状态：T=TL，系统以转速n恒速运行，表明系统处于平衡状态
稳定状态： 1、电力拖动系统在某一扰动作用下，离开平衡位置，在新的条件 下达到新的平衡。 2、当扰动消失后，系统能回到原来的平衡位置。
平衡是否稳定？
决定于生产机械与电动机两条特性的配合
文字表达式
数学表达式
在交点处，在交点所对应的转速之上应保证T<TL，而在这转 速之下则要求T>TL，
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1.工作机构为转动情况时，转矩与飞轮矩的折算
(1)转矩的折算
折算前负载功率 P2=Tmm 等效负载功率 P2´=Teq Tmm=Teq Teq= Tm m / =Tm/j
其中： 1、总转速比j=n/nm =各级转速比 的乘积=j1j2... 2、考虑传动损耗Teq=Tm/(jC) C=各级传动效率乘积= 12... 3、转矩损耗△T= Tm/(jC)- Tm/j
(1)转矩的折算 折算前切削功率：Pm=FmVm 折算后切削功率：P2´=Tmeq Tmeq =FmVm Tmeq =FmVm/ 由于 =2n/60 Tmeq =9.55FmVm/n 考虑传动损耗 Tmeq =9.55FmVm/nC
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(2)飞轮矩的折算 设做平移运动部分的物体重量为Gm，质量为m， 折算前动能：
2 2 GDm GD12 GD2 GD GD 2 ＋ 2 2 j1 ( j1 j2 ) j 2 eq 2 R
总飞轮矩估算：
2 2 GDeq (1 )GDD
是电动机转子的飞轮矩。一般 0.2 ~ 0.3
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2.工作机构为平移运动时，转矩与飞轮矩的折算
例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物 ，重力的作用总是方向朝下的即重力产生的负载转矩方向 固定不变， 故在第一和第四象限。
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2.恒功率负载特性 特点：负载转矩与转速成反比．即 TL k / nL 此时，负载的功率为：
PL TL L TL
n
2 nL k 常值 60 9.55
n
TL n
T
0 a轴的剖面图
TL b直角坐标系
T
转速n、转矩T、负载转矩TL的正方向
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根据旋转运动系统的牛顿第二定律，可得转动方程式： dΩ T TL J dt
则电力拖动系统的运动方程：
GD 2 dn T TL 375 dt
GD 为系统旋转部分的总飞轮矩，单位N· m2 系数375是个具有加速度量纲的系数，单位为m/min· s

适用于金属切削车床。 粗加工时，n 低，T 大； 精加工时，n 高， T小。
TL
0
T
图1-17 恒功率负载特性
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3.风机、泵类负载转矩特性 2 TL k nL 特点：负载转矩与转速的平方成正比，
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1.3.4电动机的机械特性及电力拖动系统稳定运行的条件
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(2)飞轮矩折算 折算前后系统动能不变 2 2 1 1 GD 2 n ∵ 2
2 J 2 4 g 60
1 2 3
以图所示的系统为例，负载飞轮矩折算的计算式为：
化简得： 一般形式：
2 GDm GD12 GD GD 2 j1 ( j1 j 2 ) 2 2 eq 2 R
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2

电力拖动系统的运动状态 ：
其中：
称为动态转矩或加速转矩
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1.3.2多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算
折算前提：以电动机轴为研究对象。 折算原则：保持系统的功率传递关系及系统的贮存动能不变。 负载转矩的折算：从已知的实际负载转矩求出等效的负载转矩。 系统飞轮矩的折算：从已知的各转轴上的飞轮矩求出系统的总 飞轮矩。
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1.3电力拖动系统的动力学基础
1.3.1电力拖动系统的运动方程 1、单轴电力拖动系统。
2、电力拖动系统正方向的规定 先规定转速n的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的 正方向相同，规定负载转矩的正方向与n的正方向相反。
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各量表示法
上述各量可用轴的剖面图或直角坐标系来表示
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电力拖动系统稳定运行分析
n n1
2
1 l '
nA
A
0
TL
T
图1-21 拖动系统的不稳定运行
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一个电力拖动系统能够稳定运行的充分必要条件是：
(1)电动机的机械特性与负载的机械特性必须相交，在交点处 T=TL，实现转矩平衡。 (2)在交点处 。
dT dTL dn dn
折算后动能：
折算前后的动能不变。 ∴ ∴
传动机构中其他轴上的GD2的折算，与前述相同 。
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3.工作机构做提升和下放重物运动时，转矩与飞轮矩的折算 (1)转矩的折算 1)提升重物时负载转矩的折算 重物对卷筒轴的负载转矩为GmR 不计传动机构的损耗，折算后的负载转矩为:
若考虑传动机构的损耗，折算后的负载转矩应为:
电力拖动
主讲：高宁宇
电气教研室709 电机与电力拖动基础教程 羌予践 主编
电力拖动系统绪论
1、拖动：原动机带动生产机械运转。 2、电力拖动：电动机作为原动机，生产机械是负载， 电动机带动生产机械运转的拖动方式称电力拖动。 3、电力拖动系统：用电动机作为原动机来拖动生产机械运行的 系统。将电能转换成机械能，并完成一定工艺要求的系统。 4、发展： （1）成组拖动 （2）单机拖动 （3）多电机拖动
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1.3.3 电力拖动系统的负载特性
负载的机械特性：n=f (TL) 1.恒转矩负载特性 特点： TL=常数 (1)反抗性恒转矩负载 特点：大小恒定，方向总是与运 动的方向相反。 例如轧机，机床刀架平移机构等
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(2)位能性恒转矩负载 特点：绝对值大小恒定，方向固定不变，与n方向无关
提升重物时系统损耗的转矩为：
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2)下放重物时负载转矩的折算 重物对卷筒轴的负载转矩为GmR 不计传动机构的损耗，折算后的负载转矩为: 若考虑传动机构的损耗，折算后的负载转矩应为: 此时系统损耗的转矩为： 两效率之间的关系 近似认为： (2)飞轮矩的折算 升降运动的飞轮矩折算与平移运动相同。故升降部分折算到 电动机轴上的飞轮矩为：
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5.电力拖动系统组成： 包括电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个 部分。
电源
控制设备
电动机
传动机构
生产机械
6.电力拖动系统分类： （1）直流电力拖动系统 （2）交流电力拖动系统
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现代化生产中，多数生产机械都采用电力拖动，主要原因是： 1. 电能的运输、分配、控制方便经济。 2. 电动机的种类和规格很多，它们具有各种各样的特性，能很好 的满足大多数生产机械的不同要求。 3. 电力拖动系统的操作和控制简便，可以实现自动控制和远距离 操作等等。