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1、电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础Page 1第 二 章 电 力 拖 动 系 统 基 础 电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础Page 2本章教学基本要求1.了解电力拖动系统的基本组成；2. 掌握电力拖动系统运动方程式；3. 熟悉转矩与飞轮矩的折算方法；4. 掌握生产机械的负载转矩特性的分类；5. 掌握电力拖动系统稳定运行的条件。 重点生产机械的负载转矩特性的分类；电力拖动系统稳定运行的条件。 电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础Page 32.1电力拖动系统运动方程式电力拖动：是指以电动机为原动机使生产机械产生运动 ，完成一定的生产任务。电力拖动系统一般是由电动机、生 产机械的传动机
2、构、控制设备和电源组成，如图所示。图2-1 电力拖动系统组成传递动力，实现 速度和运动方向 的变换。电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础Page 42.1电力拖动系统运动方程式图2-2 单轴电力拖动系统最简单的电力拖动系统使电动机转轴与生产机械的工作机构直接 相连（单轴电力拖动系统），电动机与负载同一个轴，同一转速。图中标注的物理量主要有 ：电动机的转速n，电动 机电磁转矩T，电动机空 载转矩T0，工作机构（负 载）的转矩TL。 通常称 为负载转矩 正方向规定中，若转速、电 磁转矩、负载转矩都为正值 ，那么电磁转矩是拖动性质 的转矩，负载转矩是制动性 质的转矩。电动机负载运行 时，一般情况下
3、TFT0，可 以忽略T0，认为TL=TFTf为工作机构转矩电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础Page 5如图所示，单轴电力拖动系统中电磁转矩、负载转矩与 转速变化的关系用转动方程来描述，为化简后得(动转距)2.1电力拖动系统运动方程式图2-2 单轴电力拖动系统电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础Page 6讨论 1. 当T-TL=0,dn/dt=0则,n=0或n= 常数,即电动机静止或恒速旋转 。电力拖动系统处于稳定运行状 态，简称稳态。 2当T-TL0, dn/dt0,动转矩大 于零时，电力拖动系统处于加速 运行状态，即处于过渡过程或称 动态。 3当T-TL0时，T0(也是常数)，且T
4、L（工作机构的负载转矩）的绝对值相 等。其转矩特性如图所示，位于第、象限内。折算到电动 机轴上的负 载转矩TL， 损耗转矩 T折算到电动机轴上的负载转矩特性 电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础Page 18恒转矩负载的转矩特性(a)实际特性 (b)折算后特性图位能性恒转矩负载的转矩特性2)位能性恒转矩负载 这类负载的特点是工作机构的转矩绝对值大小是恒定的，而 且方向不变，当时n0，T0，是阻碍运动的制动性转矩，当时 n0，是帮助运动的拖动性转矩，其转矩特性如图所示， 位于第、象限内。起重机提升下放 重物就属于位能 性恒转矩负载 电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础Page 19泵类负载的
5、转矩特性 图2-10 泵类转矩负载的转矩特性2泵类负载的转矩特性水泵、油泵、通风机和螺旋桨等，其转矩的大小与转速的 平方成正比，即TLn2，电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础Page 20恒功率负载的转矩特性 图2-11 恒功率转矩负载的转矩特性（双曲线） 3恒功率负载的转矩特性 车床进行切削加工，具体到每次切削的切削转矩都是恒转矩负载。但是当 我们考虑精加工时，需要较小吃刀量和较高速度；粗加工时，需要较大吃 刀量和较低速度，这种加工工艺要求，体现为负载的转速与转矩之积为常 数，即机械功率常数 负载的转速与转矩之积为是常数，即机械功率P=T=常数，称之为恒功率 负载。轧钢机轧制钢板时，工件
6、 小需要高速度低转矩，工 件大需要低速度高转矩， 这种工艺要求的负载也是 恒功率负载。电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础Page 212.4电力拖动系统稳定运行的条件图2-13 拖动系统稳定运行从电力转动系统转动方程式知道，系统稳定运行即恒速不变的必 要条件是动转矩为零，即n不变，T=TL,为了分析方便，往往把电 动机机械特性与负载转矩特性画在同一个坐标平面上。系统在点 A能稳定运行。 是一台他励直 流电动机的机 械特性 是恒转矩负载 转矩特性 两条特性曲线的交点A满足动转矩 为零这个条件，称为工作点 从转动方程分析，电力拖动系统运行在工作点上。就是稳定运行状态。但是 ，实际运行的电力拖动
7、系统，经常会出现一些小的干扰，比如电源电压或负 载转矩波动等。这样就存在下面的问题：系统在工作点上稳定运行时，若突 然出现了干扰，该系统是否仍能够稳定运行？待干扰消失后，该系统是否仍 能够回到原来工作点上继续稳定运行?电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础Page 222.4电力拖动系统稳定运行的条件 图2-12 电动机机械特性与负载特性一台他励直流电动机拖动 恒转矩负载运行在A点，系统平 衡，即T=TL；扰动使转速有微 小增量，若转速由nA上升到nA ， TTL；扰动消失，系统加速， 能回到点A运行。 所谓稳定运行，是指电力拖动系统在某种扰动作用下 虽偏离原平衡状态，但能在新的条件下达到新的
8、平衡，或者 当外界扰动消失后系统仍能恢复到原来的平衡状态。 电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础Page 232.4电力拖动系统稳定运行的条件 图2-14 拖动系统不稳定运行电动机的机械特性和生产机械的负载特性的任意配合，有时 会使拖动系统不能稳定运行。例如一台电动机具有上翘的机械特 性，拖动一恒转矩负载，其特性曲线如图所示。 曲线l和1为他励直流电动机特定情况下的机械特性，当电磁 转矩较大时，转速不但没有下降反而随T增加而增大，机械特性 上翘。 曲线1对应着额 定电压 曲线1是电压略有 下降时的特性 曲线2为恒转矩 负载转矩特性。 当他励直流电动机拖动恒转矩 负载运行时，若运行在电动机 机
9、械特性1与负载转矩特性2的 交点A上，转速则为nA。但是 ，若出现干扰，如电源电压向 下波动，电压降低的瞬间，电 动机的机械特性由曲线1突变 为曲线1，而这时转速nA不能 突变，这样一来，电磁转矩为 TB，负载转矩仍为TA，破坏 了转矩平衡关系，动转矩0 ，系统开始加速。在加速过程 中，电动机的电磁转矩沿着机 械特性曲线1，随着n升高而 加大，但负载转矩始终不变。 继续使动转距上升，转速n上 升得越来超快。直到系统转速 过高，毁坏电动机为止。 也就是说，系统不 能在原来交点A的 附近继续稳定运行 ，那么A点的运行 情况就不属于稳定 运行之列。干扰是 经常出现的，因此 ，这个电力拖动系 统就不会
10、稳定运行 在图中所示的A点 上。电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础Page 242.4电力拖动系统稳定运行的条件也就是说T=TL仅是稳定运行的必要条件，但还不是充分条件 。要想稳定运行，还需要电动机与负载的两条特性在交点T TL处配合得好。对于一个电力拖动系统，系统稳定运行 的必要和充分的条件是：交点处T=TL,转速升高时TTL，此点才是稳定运行的。或者说，在交点 处，有这才是稳定运行的充分必要条件。 从以上分析看出，电力拖动系统在电动机机械特性与负载转 矩特性的交点上，并不一定都能够稳定运行电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础例1、在所示的起重机中，减速箱的速比j=30，提升重物时的效
11、率n=0.91卷筒直径d=0.30m,空钩重量G0=1540N，所吊重物重G=9000N，电动机的飞轮矩GD2=10Nm2,当提升速度 v=0.3 m/s，求（1）电动机的转速（2）忽略空载转矩时电动机所带的负载转矩（3）当以速度 v=0.3 m/s下放该重物时，电动机的负载转矩n解（1）电动机转速的计算：先求卷筒的转速：n电动机的转速：（2）提升时电动机负载转矩的计算：提升重物时负载实际转矩为：电动机的负载转矩为：电力拖动与控制第二章 电力拖动系统基础例1、在所示的起重机中，减速箱的速比j=30，提升重物时的效率n=0.91卷筒直径d=0.30m,空钩重量G0=1540N，所吊重物重G=9000N，电动机的飞轮矩GD2=10Nm2,当提升速度 v=0.3 m/s，求（1）电动机的转速（2）忽略空载转矩时电动机所带的负载转矩（3）当以速度 v=0.3 m/s下放该重物时，电动机的负载转矩（3）下放重物时以v=0.3 m/s的速度电动机负载转矩的计算：传动机构损耗转矩为：电动机的负载转矩为：
