第2章 电力拖动的动力学基础.ppt

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1、第第2章电力拖动系统动力学章电力拖动系统动力学掌握拖动、电力拖动、负载机械特性、电力拖动系统掌握拖动、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、阻转矩以及转矩的转动惯量、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。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，并会利用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。其判断系统的工作状态。会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩等效成单轴系会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩等效成单轴系统。统。掌握典型的负载机械

2、特性。掌握典型的负载机械特性。本章要求本章要求：2.1电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式一、电力拖动系统的组成一、电力拖动系统的组成 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。以完成一定的生产任务。n电力拖动系统的组成电力拖动系统的组成:电动机电动机工作机构工作机构电电源源传动机构传动机构控制设备控制设备二二 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式n电动机电动机生产机械TTFT0TL轴Tn单轴电力拖动系统的运动方程单轴电力拖动系统的运动方程 以电动机的轴为研究对象，电以电动机的轴为研究对象，电动机运行时的轴受力如图示。动

3、机运行时的轴受力如图示。电力拖动系统正方向的规定：电力拖动系统正方向的规定：先规定转速先规定转速n的正方向，的正方向，然后规定然后规定:电磁转矩的正方向与电磁转矩的正方向与n的正方向相同，负载转矩的正的正方向相同，负载转矩的正方向与方向与n的正方向相反。的正方向相反。电动机运行时的轴受力如图示，由力学定律电动机运行时的轴受力如图示，由力学定律可知可知,其必须遵守下列方程式其必须遵守下列方程式:轴TLLTnT：电磁转矩；：电磁转矩；TL：负载转矩：负载转矩,N.m J：电动机轴上的总转动惯量，：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2 ：电动机角速度：电动机角速度,rad/s在工程计算中在工程计算中,

4、常用常用n代替代替 表示表示 系统速度系统速度,用飞轮力矩用飞轮力矩GD2代替代替J表示系统机械惯性表示系统机械惯性功率平衡方程功率平衡方程 得出功率平衡方程得出功率平衡方程 =2 n/60M：系统转动部分的质量，：系统转动部分的质量，KgG：系统转动部分的重量，：系统转动部分的重量，N ：系统转动部分的转动半径，：系统转动部分的转动半径，mD：系统转动部分的转动直径，：系统转动部分的转动直径，mg：重力加速度：重力加速度=9.8m/s所以：TTL=0TTL 0 TTL0,TL 0阻转矩阻转矩下放时：下放时：n0拖动转矩拖动转矩电动机轴如起重类型负载中的重物。如起重类型负载中的重物。二、风机负

5、载机械特性二、风机负载机械特性负载转矩与转速成平方关系负载转矩与转速成平方关系TL=kn 风力发电机风力发电机 2此类负载有通风机、水泵、油泵等。此类负载有通风机、水泵、油泵等。nTL0三、恒功率负载机械特性三、恒功率负载机械特性负载功率负载功率负载转矩与转速基本上成反比关系负载转矩与转速基本上成反比关系TL=k/n车床在粗加工时，切削量大，切削阻车床在粗加工时，切削量大，切削阻力大，开低速；力大，开低速；精加工时，切削量小，切削力小，开精加工时，切削量小，切削力小，开高速。高速。典型生产机械运动形式和转矩典型生产机械运动形式和转矩 1、离心式风机、离心式风机单轴旋转系统单轴旋转系统 负载转矩

6、负载转矩TL=kn22、车床主轴传动系统、车床主轴传动系统多轴旋转系统多轴旋转系统 负载转矩负载转矩TL与与n无关无关3、平移传动系统、平移传动系统多轴旋转系统多轴旋转系统 负载转矩负载转矩TL与与n无关无关4、提升传动系统、提升传动系统多轴旋转系统多轴旋转系统 负载转矩负载转矩TL与与n无关无关风机 起动机典型生产机械运动形式及转矩典型生产机械运动形式及转矩皮带运输机皮带运输机 电力机车电力机车 二二 电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统稳定运行的条件 稳定运行必须稳定运行必须满足满足T=TL，且能抗干扰。且能抗干扰。0nTn0TLA 判判断断电电力力拖拖动动系系统统稳稳定定工工作作点点的

7、的条条件件：1）电电动动机机的的机机械械特特性性与与负负载载机机械械特特性性有有交交点点；2）在交点处必须满足）在交点处必须满足:电动机电动机生产机械生产机械TnTLLTTL0nDCAU=U2TBTDBnC=nDU=U1nA=nB 为了分析电力拖动系统稳定运行的问题，将电动机的机械特性和负载的转矩特性曲线画在同一张坐标图上，如图所示。图（a）和图（b）表示了电动机的两种不同的机械特性。（a）稳定运行 （b）不稳定运行 电力拖动系统稳定运行条件 根据运动方程式，当电动机的电磁转矩 等于总负载转矩 时，即为一恒定值，说明系统在一个转速（匀速）下稳定运行，请大家来看图（a），系统原来运行在电动机机械

8、特性曲线1和负载特性曲线的交点A处。假设由于受外界因素的扰动，例如电网电压波动，当电网电压升高,机械特性由曲线1转为曲线2，扰动作用使原来平衡状态受到了破坏，但由于系统惯性的影响，转速还来不及变化，电动机的工作点瞬间从A点变到B点。这时电磁转矩将大于负载转矩，转速将沿机械特性曲线2由B点增加到C点。随着转速的升高，电动机转矩也逐渐减小，最后在C点得到新的平衡，在一个较高的转速下稳定运行。当扰动消失后，电网电压恢复到原来值,机械特性由曲线2恢复到原机械特性曲线1，同理，电动机的特性由C点瞬间过渡到D点，D点的电磁转矩小于负载转矩，故转速下降，最后恢复到原来稳定运行点A，所以A点为稳定运行点。反之

9、，如果电网电压波动使电网电压偏低，机械特性曲线由曲线1转为曲线3，则瞬间工作点将转到 点，电磁转矩小于负载转矩，转速将由 点降低到 点，在 点取得新的平衡；而当扰动消失后，工作点将又恢复到原工作点A。这种情况我们就称为系统在A点能稳定运行，而图（b）则是一种不稳定运行的情况，读者可自己分析。由以上分析，可得出如下结论：若两条特性曲线有交点（必要条件），且在工作点上满足 （1）在 处 （充分条件）则系统能稳定运行，式（1）即为稳定运行条件。对恒转矩负载,则 ，即电磁转矩的变化与转速的变化要异号,图示则为电动机的机械特性曲线应是往下倾斜的。显然在图（b）中的A点 ，因此不能稳定运行。同学们可以自行分析。由于大多数负载转矩都是随转速的升高而增大或者保持恒值，因此只要电动机具有下降的机械特性，就能满足稳定运行的条件。一般来说，电动机如果具有上升的机械特性，运行是不稳定的，但若拖动某种特殊负载，如通风机负载，那么只要能满足式（1）的条件，系统仍能稳定运行。应当指出，式（1）所表示的电力拖动稳定运行的条件，不论对直流电动机还是交流电动机都是适用的，因而具有普遍意义。直流电动机拖动3种负载的稳定性分析电力拖动 系统 的不稳定运行1234ABCDTnATLATn0TLB