1电力拖动基础PPT课件

Tl
l
j1 T1 2
m Fl
V
F
T2
整车质量ml
j2
车轮
车轮
（1）拖动力F的折算
a)
b)
有： F T( ) 根据功率相等原则： TFV
V
（2）运动质量m的折算 根据动能相等原则，系统储存的动能相等。
例，把电机轴的旋转动能折算为直线运动动能后，两者相等：
得直线运动质量为：
mM
JM
()2 V
12JM2 12mMV2
GD2 dn 375dt
GD2 4gJ 称为飞轮矩 (N m2) 375具有加速度量纲6
1.1.4 速度控制的本质是对转矩的控制
一、由运动方程式
J d
dt
可知：
当 T=Tl 时， dΩ/dt=0，电力拖动系统处在匀速旋转（含静止不动）的稳态中。
当 T>Tl
时，dΩ/dt>0，电力拖动系统处在加速（或反向减速）状态 。 ，
功率变换器 （主电路）
控制器 反馈
指令
电动 机
负载
2
1.1.2 机械传动机构与工作机械的折算
1．折算的概念及折算原则
1） 折算的概念：
折算——把一个多轴系统用一个单轴系统或单拖动（推动）系统 来取代。
M
T
JM
1
J1 Jl
j1 T1 l
工作 机构
多轴系统
j2 Tl
折算
J
M
负载
T Tl
单轴系统
2） 折算原则： a）保持折算前后两个系统传送的功率相同
2. 电力拖动： 用各种电动机作为原动机的拖动方式。
二、电力拖动系统的构成
（电气传动）
电源
控制 装置
电动 机
反馈
（ 负载 ）
机械 传动 机构
工作 机械
电力拖动系统,四个组成部分： 1. 电动机 2. 电机控制装置 3. 机械传动机构 4. 工作机械
三、电力拖动控制系统结构框图
电源
电力拖动控制系统： 1.电机及负载 2.电力电子变换器（主电路） 3.控制器 4.检测、反馈装置
J1 Jl
j1 T1 l
工作 机构
a)
j2 Tl
J
M
负载
T Tl
b)
传动效率η
根据功率相等原则： T Tll
得负载转矩折算式为
： l
l Nm
j
式中，速比 j n l nl
Ⅱ.电动机工作在发电制动状态时
传动损耗功率由工作机构承担
T Tll
得负载转矩折算式为 ：
l
lm
j
（2）转动惯量J的折算
根据动能相等原则，系统储存的动能相等。
工程上，习惯使用工程单位：转速为n(r/min)，转动惯量用飞轮矩GD2(Nm2)。
2n (rad/s)
60
Jm2G(D)2G2 D (kg2m )
g 2 4g
式中：G——重量（N）；g——重力加速度，g = 9.81m/s2 ； D——惯性直径（m）； ——惯性半径（m）
J
d
dt
的实用形式为
T
T
第1章 电力拖动基础
1.1 电力拖动系统的运动方程 1.2 电力拖动系统的机械特性 1.3 他励直流电动机的起动、调速与制动 1.4 异步电动机的起动、调速与制动
1
1.1 电力拖动系统的运动方程
1.1.1 电力拖动系统的构成
用各种原动机带动生产或工作机械（负载）
一、“电力拖动 ”的概念 1. 拖动： 产生运动，以完成一定的任务。
T
0
9
1.2.3 电动机的固有机械特性
n n0
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正电压
n n0 正序电压
n n0 正序电压
T 0
负电压
n0
a)
a）他励直流电动机
T 0
负序电压
n0
b) b）异步电动机
T 0
负序电压
n0
c)
e）同步电动机
10
1.2.4 电力拖动系统稳定运行条件
条件1. 电机机械特性曲线及负载机械特性曲线的交点
交点处满足
例，负载轴的动能在折算前后相等，有： 12Jll 212Jl2
得：
Jl
Jl
l
2 2
Jl j2
总转动惯量是J为： J J J 1 JJ j1 1 2 J j2 2 2 J j2 l(kg 2)4m
3. 折算到直线运动的工作机构上
车轮
车轮
以电动汽车为例，
把旋转的量折算到工作 机械方。
M
T
JM 1 J1 J2
三、重要结论：电动机速度控制的本质是对其输出转矩的控制。
四、例：他励直流电动机调压调速的物理过程
Ua EaIaRa Ea ken
kTIa
负载转矩 Tl 恒定
原状态：
Ua1,n1,Ea1,Ia,T
新状态：
Ua2,n2,Ea72,Ia,T
1.2 电力拖动系统的机械特性
1.2.1 机械特性
1. 机械特性是指转速与转矩之间的关系曲线，即 n f (T )
反向制动
T 0 n0
T 0 n 08
1.2.2 负载的机械特性
n
n
n
Tl
Tl
T
T0
0
0
Tl T
n
Tl
n
T
Tl T
0
0
a)
b)
c)
d)
e)
a)反抗性 b）位能性 c）粘滞摩擦力 d）流体阻力 e）恒功率阻力
实际的机械装置则是多种性质的负载转矩的组合
例：实际风机的负载机械特性：
l0Kl2n2
n
Tl
总拖动质量m是电动汽车总质量加上旋转部分的折算值
总拖动质量为：
m m J M (V )2 J 1 (V 1)2 J 2 (V 2)2 5
1.1.3 电力拖动系统的运动方程
➢ 对直线运动，运动方程为 F F m dV dt
两式中的 三项都是 有方向的
➢ 对旋转运动，运动方程为
J
d
dt
机械特性 负载机械特性 n f (Tl ) 固有机械特性 电动机机械特性 n f (T )
人为机械特性
转速n 、转矩T都有正、负值 ,要选定参考正方向。
2. 运行状态： 电动：转矩与转速的方向一致 制动：转矩与转速的方向相反
3. 四象限运行：
n
正向制动
T 0 n0
0
反向电动
正向电动
T 0 n0
T
b）保持折算前后两个系统储存的动能相同
能量守恒
3） 折算的物理物量理：量： 转矩（力）、转速（速度）、转动惯量（质量）
单位： Nm （N ）、rad/s（m/s)、 kg/m2 ( kg) 3
2.折算到电机旋转轴上
（1）负载转矩Tl 的折算
Ⅰ.电动机工作在电动状态时
传动损耗由电动机承担，
M
JM
T 1
，所以
d 0
dt
n 条件2. 且在交点处满足
d d
dn dn
n0
Tl A
稳定点
判别方法：
B 不稳定点 T
0
11
1.3 他励直流电动机的起动、调速与制动
当 T<Tl 时，dΩ/dt<0，电力拖动系统处在减速（或反向加速）状态 。
二、电力拖动自动控制系统（调速系统）控制的目标是速度
要想使系统稳定运行在某一个转速n1时，必须在n1转速下使T=Tl 。 若要使系统稳定在一个更高的转速时，则首先在原转速下使 T>Tl ，电机加速。
当到达新转速后，再使 T=Tl ，则电机就在新的转速下稳定运行。