电机与电力拖动基础教程第1章.ppt

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1、电机原理与拖动基础电机原理与拖动基础下 页主讲人：包主讲人：包 蕾蕾宁波工程学院宁波工程学院第第1章章 磁路及动力学基础知识磁路及动力学基础知识磁路和磁路基本定律磁路和磁路基本定律1.1铁磁材料及其特性铁磁材料及其特性1.2电力拖动系统的动力学基础电力拖动系统的动力学基础1.3下 页第第1章章本章重点本章重点n磁路的基本定律磁路的基本定律n铁磁材料的特性铁磁材料的特性n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下 页第第1章章1.1.1 1.1.1 描述磁场的基本物理量描述磁场的基本物理量下 页上 页返 回1.1 1.1 磁路和磁路基

2、本定律磁路和磁路基本定律磁场的特性可用磁场的特性可用磁感应强度、磁通、磁导率、磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度磁场强度等几个物理量表示等几个物理量表示。磁感应强度磁感应强度表示磁场内某点的表示磁场内某点的磁场强弱和方向磁场强弱和方向的物理量的物理量。B的的单位单位：特：特斯拉斯拉（T）1T104Gs 的单位：韦伯（的单位：韦伯（Wb）S的单位：平方米（的单位：平方米（m2）矢量矢量数值上等于与数值上等于与磁场方向相垂直磁场方向相垂直的单位面积上通的单位面积上通过的过的磁通量，磁通量，又称磁通密度。又称磁通密度。第第1章章磁通磁通磁感应强度磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积与垂直于磁场方向的面

3、积S的的乘积乘积，称为称为通过该面积通过该面积的的磁通磁通。如如 磁场内各点的磁感应强度的磁场内各点的磁感应强度的大小相等大小相等，方向方向相同相同，这样的磁场则称为，这样的磁场则称为均匀磁场均匀磁场。BS 的单位：的单位：伏伏 秒，通称为韦秒，通称为韦 伯伯 Wb或麦克斯韦或麦克斯韦Mx1Wb108Mx下 页上 页返 回第第1章章磁导率磁导率磁导率磁导率 是一个用来表示是一个用来表示磁场媒质磁性磁场媒质磁性和衡量和衡量物质导磁能力物质导磁能力的物理量的物理量。物质分类物质分类顺磁性物质：磁导率略大于真空，如空气、铝顺磁性物质：磁导率略大于真空，如空气、铝逆磁性物质：磁导率略小于真空，如氢、铜

4、逆磁性物质：磁导率略小于真空，如氢、铜铁磁性物质铁磁性物质：磁导率是真空磁导率的几百倍甚：磁导率是真空磁导率的几百倍甚至几千倍，如铁、钴、镍至几千倍，如铁、钴、镍真空的磁导率为常数真空的磁导率为常数铁磁性物质的磁导率不是常数铁磁性物质的磁导率不是常数 的单位的单位下 页上 页返 回电机中常用的铁磁材料的磁导率电机中常用的铁磁材料的磁导率Fe=(20006000)0。第第1章章一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空磁导率和真空磁导率 0 0的比值，称为的比值，称为该物质的相对磁导率该物质的相对磁导率 r r 下 页上 页返 回第第1章章磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度是计算磁场所用的物理量，其

5、大小等是计算磁场所用的物理量，其大小等于磁场中某点的于磁场中某点的磁感应强度磁感应强度与该点上的与该点上的磁导率磁导率之之比比。H的单位：安米的单位：安米B的单位：的单位：特斯拉特斯拉 的单位：亨米的单位：亨米矢量矢量下 页上 页返 回讨论讨论磁场内某一点的磁场强度磁场内某一点的磁场强度H与与 有关吗有关吗？磁场内某一点的磁场内某一点的H只与电流大小、线圈匝数只与电流大小、线圈匝数及及该点的几何该点的几何位置位置有关，有关，而与而与(磁介质的磁性磁介质的磁性)无关。无关。问问磁场内某一点的磁感应强度磁场内某一点的磁感应强度B与与 有关吗有关吗？第第1章章下 页上 页返 回1.1.2本课程中常用

6、的基本电磁定律本课程中常用的基本电磁定律复习复习电路定律电路定律1.电路欧姆定律电路欧姆定律2.基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律第第1章章变变压压器器、电机电机磁磁场场耦合耦合电流电流全电流定律全电流定律铁心铁心小电流小电流大磁通大磁通铁心增磁功能铁心增磁功能铁心铁心饱和饱和铁心中铁心中的气隙的气隙制约制约制约制约电磁转矩电磁转矩电磁力电磁力定律定律电磁感电磁感应定律应定律感应感应电势电势能量转换能量转换变压器、发电机、电动机变压器、发电机、电动机电电机机知知识识结结构构下 页上 页返 回第第1章章1.1.电磁感应定律电磁感应定律 e常用

7、的基本电磁定律常用的基本电磁定律n一匝数为一匝数为N的线圈，在变化的的线圈，在变化的磁场中产生的感应电动势的大磁场中产生的感应电动势的大小与线圈匝数小与线圈匝数N和线圈所交和线圈所交链的磁通对时间的变化率链的磁通对时间的变化率d/dt成正比，成正比，当感应电动势正方向当感应电动势正方向与产生他的磁通正方向符合右与产生他的磁通正方向符合右手螺旋定则手螺旋定则时，则有时，则有下 页上 页返 回第第1章章运动电势的方向习惯用右手定则确定，如图所示。运动电势的方向习惯用右手定则确定，如图所示。n若导线切割磁力线的速度为若导线切割磁力线的速度为 ，导线导线处的磁感应强度为处的磁感应强度为 ，且且 不随时

8、间变不随时间变化时，假设磁力线、导线与导线运动方化时，假设磁力线、导线与导线运动方向三者垂直，则导线中感应电势为运动向三者垂直，则导线中感应电势为运动电势，其大小为电势，其大小为 下 页上 页返 回第第1章章I1I2I3电流方向和磁场强度的方向电流方向和磁场强度的方向符合符合右手定则右手定则，电流取，电流取正正；否则否则取取负负。下 页上 页返 回2.安培环路定律（全电流定律）：安培环路定律（全电流定律）：磁场中磁场中任何闭合回路任何闭合回路磁场强度的磁场强度的线积分线积分,等于等于通通过这个闭合路径内过这个闭合路径内电流的代数和电流的代数和.即即L L第第1章章其中其中l x2 x是是半径为

9、半径为x的圆周长的圆周长Hx是半径是半径x处的处的磁场强度磁场强度NI F即线圈匝数与电流的乘积，称即线圈匝数与电流的乘积，称磁动势或磁势磁动势或磁势单位为安匝单位为安匝（A）下 页上 页返 回在无分支的均匀磁路在无分支的均匀磁路（磁（磁路的材料和截面积相同，各路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，如处的磁场强度相等）中，如环形线圈，安培环路定律可环形线圈，安培环路定律可写成：写成：第第1章章3.电磁力定律电磁力定律 载流导体在磁场中要受到力的作用，当磁场与导体相互载流导体在磁场中要受到力的作用，当磁场与导体相互垂直作用时，垂直作用时，若导体中电流为若导体中电流为I，导体长度为导体长度

10、为l，导体所在处导体所在处的磁通密度为的磁通密度为B，则则作用在载流导体的电磁力为作用在载流导体的电磁力为 注：电磁力方向由左手定则决定注：电磁力方向由左手定则决定下 页上 页返 回第第1章章1.1.3磁路及磁路欧姆定律磁路及磁路欧姆定律单相变压器单相变压器1 1、电机中的典型磁路、电机中的典型磁路N1N2电能电能i1输入电能输入电能电能电能i2输出电能输出电能磁磁 场场下 页上 页返 回第第1章章磁磁 场场电能电能机械能机械能磁路磁路:被约束在限定的铁芯范围内的磁通所走的路径。被约束在限定的铁芯范围内的磁通所走的路径。旋转电机旋转电机下 页上 页返 回第第1章章2.磁路的欧姆定律磁路的欧姆定

11、律 B=H 设一个材料相同、截面积相等的设一个材料相同、截面积相等的无分支闭合磁路无分支闭合磁路全电流定律全电流定律 BSl-磁路的平均长度磁路的平均长度(m)N-线圈的匝数线圈的匝数S-磁路的截面积磁路的截面积(m2)下 页上 页返 回第第1章章磁路欧姆定律磁路欧姆定律或或或或 磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：在无分支的磁路中，磁通在无分支的磁路中，磁通 与磁动势与磁动势F F大小大小成正比，与磁路中的总磁阻的大小成反比成正比，与磁路中的总磁阻的大小成反比定义：定义：Rm:磁路的磁阻，磁路的磁阻，A/Wb :磁路的磁导，磁路的磁导，Wb/A注意注意铁磁材料的磁阻不是常数，是非线性的。铁磁材料的磁

12、阻不是常数，是非线性的。Ni F相应的相应的模拟电路图模拟电路图下 页上 页返 回第第1章章 定律内容定律内容:穿出穿出(或进入或进入)任一任一闭和面闭和面的总磁通量恒等的总磁通量恒等于零于零(或者说或者说,进入任一进入任一闭合面闭合面的磁通量恒等于穿出的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量该闭合面的磁通量),),这就是磁通连续性定律。这就是磁通连续性定律。公式公式:又称磁路的并联定律又称磁路的并联定律上式中一般将穿出闭合面的磁通取正号，上式中一般将穿出闭合面的磁通取正号，穿入闭合面的磁通取负号。穿入闭合面的磁通取负号。1.1.磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律1.1.4磁路的基尔霍夫定

13、律磁路的基尔霍夫定律下 页上 页返 回第第1章章例：例：A AN Ni下 页上 页返 回第第1章章2.2.磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律定律背景定律背景:磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，从而磁场强度亦处处相等。从而磁场强度亦处处相等。定律内容定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁压降的代数和。压降的代数和。公式公式:又称磁路的串联定律又称磁路的串联定律定义定义Hl为一段磁为一段磁路的

14、磁压降路的磁压降下 页上 页返 回第第1章章I I 例：例：整个磁路分三部分整个磁路分三部分下 页上 页返 回第第1章章结论：在励磁磁势相同的情况下，带气隙铁心磁路只能得到较结论：在励磁磁势相同的情况下，带气隙铁心磁路只能得到较少的磁通。少的磁通。例：设励磁磁势相同，比较磁路中磁通？例：设励磁磁势相同，比较磁路中磁通？(假设铁心假设铁心长度长度l远远大于气隙长度远远大于气隙长度d d ，认为铁心柱中的磁通等于气隙，认为铁心柱中的磁通等于气隙中的磁通中的磁通)下 页上 页返 回第第1章章1.铁磁物质的磁化铁磁物质的磁化铁磁物质包括铁镍钴以及它们的合金。铁磁物质包括铁镍钴以及它们的合金。铁磁材料放

15、入磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁材料放入磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁物质的磁化铁磁物质的磁化。磁畴磁畴示意图示意图。1.2 1.2 铁磁材料及其特性铁磁材料及其特性1.2.1 1.2.1 铁磁材料的高导磁性铁磁材料的高导磁性 下 页上 页返 回第第1章章B BH H铁磁材料的起始磁化曲线铁磁材料的起始磁化曲线a ab bc cd d 起始磁化曲线基起始磁化曲线基本上可分为四段本上可分为四段2.起始磁化曲线起始磁化曲线定义定义:将一块尚未磁化的铁磁将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通密度由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大，曲线

16、将随之增大，曲线B=f(H)就就称为起始磁化曲线称为起始磁化曲线.非铁磁材料非铁磁材料的磁化特性的磁化特性下 页上 页返 回第第1章章下 页上 页返 回第第1章章分析磁化曲线分析磁化曲线 在在oa段段：当：当H增大增大B增增大，但大，但B增大速度较慢；增大速度较慢；在在bc段段：B随随H增大的增大的速度又较慢；速度又较慢；在在cd段段：为磁饱和区：为磁饱和区（又呈直线段）。其中，（又呈直线段）。其中，a点点称为跗点；拐弯点称为跗点；拐弯点b称为膝点；称为膝点；c点为饱和点。点为饱和点。过了饱和点过了饱和点c，铁磁材料的磁导率趋近，铁磁材料的磁导率趋近0。在在ab段段：当：当H增大增大B增大，增

17、大，B增大速度快；增大速度快；n铁磁材料具有如下特点：铁磁材料具有如下特点：它的磁化曲线具有它的磁化曲线具有饱和性，饱和性，磁导率磁导率Fe不是常数，且随不是常数，且随B的变化而变化。的变化而变化。下 页上 页返 回第第1章章应用应用:设计电机和变压器时，为使主磁路内设计电机和变压器时，为使主磁路内 得到较大的磁通量而又不过分增大励得到较大的磁通量而又不过分增大励 磁磁动势，通常把铁心内的工作磁通磁磁动势，通常把铁心内的工作磁通 密度选择在膝点附近。密度选择在膝点附近。下 页上 页返 回第第1章章磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。3磁滞回线磁滞回线铁磁材料被反复磁

18、化时，铁磁材料被反复磁化时，B-H曲线不是单值曲线不是单值的，是一条磁滞回线。的，是一条磁滞回线。矫顽力矫顽力 剩磁剩磁剩磁剩磁:去掉外磁场去掉外磁场(H=0)之后，铁之后，铁磁材料内仍然保留的磁材料内仍然保留的Br磁通密度。磁通密度。矫顽力矫顽力:要使要使B值从减小到零，值从减小到零，必须加上相应的反向外磁场，必须加上相应的反向外磁场，此反向磁场强度此反向磁场强度Hc称为矫顽力。称为矫顽力。磁滞磁滞:铁磁材料所具有的这铁磁材料所具有的这种磁通密度种磁通密度B的变化滞后于的变化滞后于磁场强度磁场强度H变化的现象。变化的现象。下 页上 页返 回第第1章章基本磁化曲线基本磁化曲线基基本本磁磁化化曲

19、曲线线H HB B 说明说明1:基本磁化曲线基本磁化曲线 n不同的铁磁物不同的铁磁物质其磁滞回线质其磁滞回线宽窄是不同的，宽窄是不同的，当铁磁材料的当铁磁材料的磁滞回线较窄磁滞回线较窄时，可用它的时，可用它的平均磁化曲线，平均磁化曲线，即基本磁化曲即基本磁化曲线进行计算线进行计算定义定义:对同一铁磁材料，选择对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回可得一系列大小不同的磁滞回线线,再将各磁滞回线的顶点联再将各磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线。接起来，所得的曲线。下 页上 页返 回第第1章章说明说明2 根据磁滞回线形状的不同，铁磁材料

20、可分为硬根据磁滞回线形状的不同，铁磁材料可分为硬磁材料和软磁材料。硬磁材料的磁滞回线胖宽，剩磁材料和软磁材料。硬磁材料的磁滞回线胖宽，剩磁、矫顽力大，如钨钢、钴钢等；软磁材料的磁滞磁、矫顽力大，如钨钢、钴钢等；软磁材料的磁滞回线瘦窄，剩磁、矫顽力小，如硅钢片、铸钢等。回线瘦窄，剩磁、矫顽力小，如硅钢片、铸钢等。由于电机铁芯采用软磁材料制成，其磁滞由于电机铁芯采用软磁材料制成，其磁滞回线瘦窄，在进行磁路计算时，为了简化计算，不回线瘦窄，在进行磁路计算时，为了简化计算，不考虑磁滞现象，而用基本磁化曲线来表示考虑磁滞现象，而用基本磁化曲线来表示B B与与H H之间之间的关系，故通常所讲的铁磁材料的磁

21、化曲线是指基的关系，故通常所讲的铁磁材料的磁化曲线是指基本磁化曲线。本磁化曲线。下 页上 页返 回第第1章章软磁材料的磁滞曲线软磁材料的磁滞曲线B BH H 下 页上 页返 回第第1章章硬磁材料的磁滞曲线硬磁材料的磁滞曲线B BH H下 页上 页返 回第第1章章应用应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较小，故电机和变压器由于硅钢片磁滞回线的面积较小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。的铁心常用硅钢片叠成。1.2.2 1.2.2 磁滞损耗磁滞损耗 定义定义:铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相互间不停地铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。摩擦、消耗能

22、量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。磁滞损耗与交变磁场的频率磁滞损耗与交变磁场的频率f、铁芯的体积、铁芯的体积V、磁滞回、磁滞回线的面积成正比。磁滞损耗功率可用下式表示：线的面积成正比。磁滞损耗功率可用下式表示：式中式中Ch磁滞损耗系数，它的大小取决于材料性质；磁滞损耗系数，它的大小取决于材料性质；对一般电工钢片对一般电工钢片n=1.62.3；下 页上 页返 回第第1章章应用应用:为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅量为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅量较高的薄硅钢片叠成。较高的薄硅钢片叠成。1.2.3 1.2.3 涡流损耗涡流损耗 涡流涡流:铁芯是有阻值的，当通过铁心的磁通随时

23、间变化时铁芯是有阻值的，当通过铁心的磁通随时间变化时,根根据电磁感应定律据电磁感应定律,铁心中将产生感应电动势铁心中将产生感应电动势,在导电的铁芯中在导电的铁芯中就会产生环流，环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动称为就会产生环流，环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动称为涡流。涡流。示意图示意图。定义定义:涡流在铁心中引起的损耗涡流在铁心中引起的损耗,涡流损耗功率可用下式表示。涡流损耗功率可用下式表示。式中式中kw与材料有关的比例系数。与材料有关的比例系数。下 页上 页返 回第第1章章铁心损耗与频率的铁心损耗与频率的1.3次方次方,磁通密度的平方和磁通密度的平方和铁心重量成正比。铁心重量成正比。铁心

24、损耗铁心损耗 定义定义:铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。下 页上 页返 回第第1章章1.3 1.3 电力拖动系统的动力学基础电力拖动系统的动力学基础电力拖动系统的基本概念电力拖动系统的基本概念1.1.电力拖动电力拖动拖动：原动机带动生产机械运转叫拖动：原动机带动生产机械运转叫拖动拖动。电力拖动：电动机作为原动机，生产机械是负载，电动机带动电力拖动：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生产机械运转的拖动方式称电力拖动电力拖动。2.电力拖动系统：在现代化工业生产过程中，为了实现各种生电力拖动系统：在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工

25、艺过程，需要使用各种各样的生产机械。各种生产机械产工艺过程，需要使用各种各样的生产机械。各种生产机械的运转，一般采用电动机来拖动，用电动机将电能转换成机的运转，一般采用电动机来拖动，用电动机将电能转换成机械能，拖动生产机械，并完成一定工艺要求的系统。械能，拖动生产机械，并完成一定工艺要求的系统。这种用这种用电动机作为原动机来拖动生产机械运行的系统，称为电力拖电动机作为原动机来拖动生产机械运行的系统，称为电力拖动系统动系统。下 页上 页返 回第第1章章3.电力拖动系统组成电力拖动系统组成电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源电动机电动机传动机构传动机

26、构生产负载生产负载控制设备控制设备电源电源4.采用电力拖动主要原因采用电力拖动主要原因现代化生产中，多数生产机械都采用电力拖动，主要原因是现代化生产中，多数生产机械都采用电力拖动，主要原因是：u电能的运输、分配、控制方便经济。电能的运输、分配、控制方便经济。u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。足大多数生产机械的不同要求。u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。等等。下 页上 页返 回第第1章章5.典型生

27、产机械运动形式及转矩典型生产机械运动形式及转矩n电力拖动系统：单轴（重点介绍）、多轴（可折算成单轴）。电力拖动系统：单轴（重点介绍）、多轴（可折算成单轴）。n运动形式：旋转、平移、升降。运动形式：旋转、平移、升降。n机械转矩形式：摩擦力产生、重力产生。机械转矩形式：摩擦力产生、重力产生。6.单轴指生产机械与电动机同轴单轴指生产机械与电动机同轴单轴电力拖动系统单轴电力拖动系统 nM=nL=nM=L=T-电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩TL-生产机械的转矩生产机械的转矩下 页上 页返 回第第1章章1.3.1单轴单轴电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式下 页上 页返 回单轴电力拖动系统单

28、轴电力拖动系统 1.由牛顿第二定律知作直线运动的物体存在由牛顿第二定律知作直线运动的物体存在同理，对于作旋转运动的物体：同理，对于作旋转运动的物体：J为电动机轴上总转动惯量单位为电动机轴上总转动惯量单位kgm2第第1章章2、实用表达式、实用表达式通常将转动惯量通常将转动惯量J用飞轮矩用飞轮矩GD2来表示，它们之间的关系为来表示，它们之间的关系为J=mr r2;角速度角速度用转速用转速n表示，表示，式中式中m与与G转动部分的质量与重量；转动部分的质量与重量；r r与与D惯性半径与直径（惯性半径与直径（m）；）；g=9.8m/s2重力加速度；重力加速度；下 页上 页返 回GD2是一个整体，由产品样

29、是一个整体，由产品样本或机械手册上查出本或机械手册上查出第第1章章3、系统旋转运动的三种状态、系统旋转运动的三种状态1)1)当当 或或 时时,系统处于系统处于静止静止或或恒转速恒转速运行状态，运行状态，即处于稳态。即处于稳态。2)2)当当 或或 时时,系统处于系统处于加速加速运行状态，即处于运行状态，即处于动态。动态。3)3)当当 或或 时时,系统处于系统处于减速减速运行状态，即处于运行状态，即处于动态。动态。下 页上 页返 回(T-TL)称为动态转矩或加速转矩称为动态转矩或加速转矩第第1章章运动方程式中转矩正方向的规定运动方程式中转矩正方向的规定 首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速

30、的正方首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后规定：向，然后规定：（1 1）电磁转矩）电磁转矩 与转速与转速 的正方向相同时为正，相反时为负。的正方向相同时为正，相反时为负。（2 2）负载转矩）负载转矩 与转速与转速 的正方向相同时为负，相反时为正。的正方向相同时为负，相反时为正。(3)(3)惯性转矩惯性转矩 的大小和正负号由的大小和正负号由 和和 的代数和决定。的代数和决定。下 页上 页返 回第第1章章各量表示法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上述各量可用轴的剖面图或直角坐标系来表示下 页上 页返 回第第1章章1.3.2多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩折算多轴

31、电力拖动系统转矩及飞轮矩折算n工程上为了节省材料，电动机转速都较高。工程上为了节省材料，电动机转速都较高。输出功率一定输出功率一定时，时，即即P=T=常数，当常数，当T，由于，由于T=CTIa，则，则Ia和和，Ia导线粗；导线粗；铁磁材料多。铁磁材料多。n一般设计电动机速度高，通过提高一般设计电动机速度高，通过提高降低降低T,节省材料。节省材料。n生产机械要求低速生产机械要求低速，而电动机设计的转速较高，二者之间，而电动机设计的转速较高，二者之间必有减速装置，故一般电力拖动系统多为多轴拖动系统。必有减速装置，故一般电力拖动系统多为多轴拖动系统。下 页上 页返 回第第1章章多轴系统折算多轴系统折

32、算分析多轴系统采用的方法是：分析多轴系统采用的方法是：用一个等用一个等效的单轴系统代替原来实际的多轴系统。效的单轴系统代替原来实际的多轴系统。这这种方法称为种方法称为“折算折算”。折算原则折算原则：折算前后系统传递功率不折算前后系统传递功率不变变(折算负载转矩折算负载转矩)，系统的动能不变，系统的动能不变(折算负载折算负载飞轮矩飞轮矩)。折算方向折算方向：一般是从生产机械轴向电动：一般是从生产机械轴向电动机轴折算。原因是研究对象是电动机。且电机轴折算。原因是研究对象是电动机。且电动机轴一般是高速。根据传送功率不变的原动机轴一般是高速。根据传送功率不变的原则，高速轴上的负载转矩数值小。则，高速轴

33、上的负载转矩数值小。下 页上 页返 回第第1章章1.3.3 负载的机械特性负载的机械特性1.恒转矩负载特性恒转矩负载特性n恒转矩负载是指负载转矩恒转矩负载是指负载转矩TL为常数，为常数，其大小其大小与转与转速速n无关。无关。n根据根据负载转矩的方向是否与转向有关负载转矩的方向是否与转向有关，恒转矩负，恒转矩负载分：反抗性负载特性和位能性负载特性。载分：反抗性负载特性和位能性负载特性。负载的机械特性是指生产机械的负载转矩与转负载的机械特性是指生产机械的负载转矩与转速之间的关系即：速之间的关系即：n=f(TL)下 页上 页返 回第第1章章反抗性恒转矩负载特性反抗性恒转矩负载特性n特点：恒值负载转矩

34、特点：恒值负载转矩TL的方向总是与转速的方向总是与转速n的方向相反，的方向相反，即作用方向总是阻碍运动的方向，如摩擦类型的负载。即作用方向总是阻碍运动的方向，如摩擦类型的负载。n当正转时当正转时n为正，为正，TL与与n方向相反，应为正，即在第方向相反，应为正，即在第一象限一象限n当反转时当反转时n为负，为负，TL与与n方向相反，应为负，即在第方向相反，应为负，即在第三象限。三象限。负载转矩负载转矩 与转速与转速 的正方向相同时为负，相反时为正。的正方向相同时为负，相反时为正。复习转矩正方向的规定复习转矩正方向的规定下 页上 页返 回第第1章章反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载 当转速当转速n=0

35、时，时，外加外加转矩不足以使系统运动。转矩不足以使系统运动。根据作用力与根据作用力与 反作用力原反作用力原理，这时反抗力负载转矩理，这时反抗力负载转矩大小和方向取决于外加转大小和方向取决于外加转矩的大小和方向。即与外矩的大小和方向。即与外加转矩大小相等，方向相加转矩大小相等，方向相反，反，负载转矩特性应与横负载转矩特性应与横轴重合。轴重合。例如轧机，机床例如轧机，机床刀架平移机构等。刀架平移机构等。下 页上 页返 回第第1章章位能性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性n特点：负载转矩特点：负载转矩TL的方向与转速的方向与转速n的方向无关，的方向无关，TL具有固定不变具有固定不变的方向。的方向。n

36、例如：起重机的提升机构，不论例如：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，即重力的作用总是方向朝下的，即重力产生的负载转矩方向固定。产生的负载转矩方向固定。n当当n0时，时，TL0是阻碍运动的制是阻碍运动的制动性转矩；动性转矩；n0是帮助是帮助运动的拖动性转矩。转矩特性位运动的拖动性转矩。转矩特性位于一、四象限。于一、四象限。下 页上 页返 回第第1章章2.恒功率负载转矩特性恒功率负载转矩特性n特点：当转速特点：当转速n变化时，负载功率基本不变。变化时，负载功率基本不变。n根据根据 粗加工时，切削量大，粗加工时，切削量大，n低，低，T

37、大；大；精加工时，切削量小，精加工时，切削量小，n高，高，T小。小。n适用于金属切削车床。适用于金属切削车床。TL的大小基本上与的大小基本上与转速转速n成反比成反比下 页上 页返 回第第1章章3.通风机、泵类负载转矩特性通风机、泵类负载转矩特性n如风机、水泵，油泵等，如风机、水泵，油泵等，如图所示，如图所示，虚线虚线是在考虑是在考虑了轴承上的摩擦转矩了轴承上的摩擦转矩(为恒转为恒转矩矩)后得出的实际鼓风机负载后得出的实际鼓风机负载转矩。转矩。虚线：虚线：TL=TL0+kn2nTL的大小基本上与转速平方成正比，即有：的大小基本上与转速平方成正比，即有：理想的通理想的通风机特性风机特性实际通风实际

38、通风机特性机特性实际生产机械的负载转矩实际生产机械的负载转矩特性可能是以上几种典型特性可能是以上几种典型特性的综合。特性的综合。下 页上 页返 回第第1章章1.3.4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n稳定运行的概念稳定运行的概念 电力拖动系统在某种扰动作用下，电力拖动系统在某种扰动作用下，离开原来的平离开原来的平衡状态，但仍能在新的条件下达到平衡状态衡状态，但仍能在新的条件下达到平衡状态，或者在扰动或者在扰动消失后仍能自动恢复原平衡状态，消失后仍能自动恢复原平衡状态，则该系统是稳定的。则该系统是稳定的。当当 或或 时时,系统处于系统处于静止静止或或恒转速恒转速运行状态，运行

39、状态，即处于稳态。即处于稳态。n稳定运行的条件稳定运行的条件回顾回顾任何一个电力拖动系统都可以简化为电动机与负载两部分组任何一个电力拖动系统都可以简化为电动机与负载两部分组成。成。电动机的电磁转矩与转速关系称为电动机的机械特性电动机的电磁转矩与转速关系称为电动机的机械特性n=f(T)，为使拖动系统能稳定运行，要求为使拖动系统能稳定运行，要求电动机的机械特性电动机的机械特性和生产机械的负载特性和生产机械的负载特性必须配合得当。必须配合得当。运动方程式运动方程式下 页上 页返 回第第1章章n稳定运行的必要条件：当稳定运行的必要条件：当T=TL，即电动机的机械特性即电动机的机械特性n=f(T)与负载

40、的转矩特性与负载的转矩特性n=f(TL)有交点称有交点称静态平衡静态平衡，这是稳，这是稳定运行的必要条件定运行的必要条件T=TL是平衡稳定运行的一个必要条件。是平衡稳定运行的一个必要条件。下 页上 页返 回第第1章章答答:根据稳定运行的概念根据稳定运行的概念(1)要看系统出现干扰后在新的条件下能否平衡。要看系统出现干扰后在新的条件下能否平衡。(2)干扰消失后，能否回到原来的平衡点。干扰消失后，能否回到原来的平衡点。如果能如果能满足以上两条件，才为稳定运行。满足以上两条件，才为稳定运行。问题问题有了交点即平衡了是否一定为稳定运行有了交点即平衡了是否一定为稳定运行?下 页上 页返 回第第1章章例例

41、.电网电压波动电网电压波动系统原工作在平衡点系统原工作在平衡点A，转速，转速nA，转矩，转矩TA=TL；n这时电网电压向下波动，从这时电网电压向下波动，从UN降到降到U，在此瞬间由于机，在此瞬间由于机械惯性，转速来不及变化，从械惯性，转速来不及变化，从A点过渡到点过渡到B点。负载转矩点。负载转矩TL没没变，则变，则TBTL系统加速；系统沿系统加速；系统沿CA特性加速到特性加速到A点，点，n=nA时，时，T=TL，达到原来平衡点，达到原来平衡点A。结论：结论：当当UTL，由拖动系统的运动方程，由拖动系统的运动方程可知，电动机将继续加速，而电动可知，电动机将继续加速，而电动机的转矩又随转速升高而增

42、大，使机的转矩又随转速升高而增大，使电动机进一步加速，直至电动机进一步加速，直至“飞车飞车”。反之转速由于外界扰动稍有减小，反之转速由于外界扰动稍有减小，会导致停车。因此，会导致停车。因此，这个系统没有这个系统没有恢复到原来平衡运行的能力，所以恢复到原来平衡运行的能力，所以这样的拖动系统运行是不稳定的。这样的拖动系统运行是不稳定的。下 页上 页返 回第第1章章平衡稳定运行充分必要条件平衡稳定运行充分必要条件1.必要条件：电动机机械特性与负载特性必须相交，在交必要条件：电动机机械特性与负载特性必须相交，在交点点T=TL处实现转矩平衡。处实现转矩平衡。2.充分条件：在交点处有充分条件：在交点处有在

43、交点所对应的转速之上（在交点所对应的转速之上（），应保证），应保证TTL（使电动机加速）。（使电动机加速）。下 页上 页返 回第第1章章本章小结本章小结n 电力拖动系统由电动机、传动机构、生产机械、控制电力拖动系统由电动机、传动机构、生产机械、控制设备等组成，它的运行状态与电动机机械特性及负载特性设备等组成，它的运行状态与电动机机械特性及负载特性有关。电动机的典型负载分：位能性和反抗性恒转矩负载、有关。电动机的典型负载分：位能性和反抗性恒转矩负载、恒功率负载以及通风机类负载。恒功率负载以及通风机类负载。n 磁路的基本定律包含电磁感应定律、全电流定律、电磁路的基本定律包含电磁感应定律、全电流定律

44、、电磁力定律；铁磁材料具有高导磁性、饱和性、磁滞性，铁磁力定律；铁磁材料具有高导磁性、饱和性、磁滞性，铁磁材料的磁化曲线呈非线性。磁材料的磁化曲线呈非线性。下 页上 页返 回第第1章章作业：作业：n1.铁磁材料的特点是什么？铁磁材料的特点是什么？n2.铁损包括哪些损耗？铁损包括哪些损耗？n3.P201.7、1.8n4.复习本课程所用到的基本电磁定律。复习本课程所用到的基本电磁定律。n5.预习预习n注：注：1、2、3题做在作业本上。题做在作业本上。上 页返 回第第1章章无分支铁心磁路无分支铁心磁路S SN Ni返 回第第1章章模拟电路图模拟电路图F F返 回第第1章章磁畴磁畴(A)未磁化(B)磁化外加磁场外加磁场H 返 回磁畴无序排列磁畴无序排列，磁效应，磁效应互抵，对外不呈磁性互抵，对外不呈磁性放入外加磁场后，磁畴形成放入外加磁场后，磁畴形成一个附加磁场一个附加磁场第第1章章硅钢片中的涡流B B 返 回第第1章章