单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 电力拖动系统的动力学,2.1,电力拖动系统传动方程式,电力拖动系统一般是由电动机、生产机械的传动机构、工作机,构、控制设备和电源组成。如图,2.1,所示。,图,2.1,电力系统的组成,最简单的电力拖动系统是单轴电力拖动系统，电动机与负载为,同一轴，同一转速。图,2.2,为同轴电力拖动系统。图中所示的,物理量有：,n,为电动机转速；,T,为电动机电磁转矩；为电动,第二章 电力拖动系统的动力学图2.1,机空载转矩；为工作机构的转矩。,为负载转矩。分析电力系,统通时，所指负载转矩就是 。通,常,，认为,=,。图中转速的,单位为转,/,分（,r/min,）,转矩的单位为,牛米（,N,M,）。用转动方程式来描绘,图,2.2,中的转矩、转速关系时，有：,图,2.2,单轴电力拖动系统,式中：,机空载转矩；为工作机构的转矩。图2.2 单轴电力拖,其中：,m,为系统转动部分的质量，单位为,;,G,为系统转动部分的重力，单位为,N;,为,系统转动部分的转动惯量半径，单位为,m,；,D,为,系统转动部分的转动惯量直径，单位为,m,；,g,为重力加速度，一般取,g=9.80 m/,将上两式代入转动方程，化简后得：,（,2-1,）,式中：,GD,为转动部分的飞轮矩，单位为,N,;,系数,375,为有单位的系数，单位为,m/min s;,转矩的单位为,Nm,，转速的单位为,r/min,。,其中：m 为系统转动部分的质量，单位为;（2-1）式中：,（,2-1,）式为电力拖动中常用的转动方程式，称为动,态转矩。动态转矩等于零时，系统 稳态恒速运行；,动态转矩不,等于零时，系统处于变速过渡过程中。,2.2,多轴电力拖动电力简化,图,2.3,电力拖动系统的简化,（2-1）式为电力拖动中常用的转动方程式，,当传动机构带有减速齿轮箱时，形成多轴拖动系统。如图,2.3(a),所示。为了简化多轴系统的分析计算，通常把负载转矩,与系统飞轮矩折算到电动机轴上来，变多轴为单轴系统。,2.2.1,工作机构为转动情况时，转矩与飞轮矩的折算,1.,转矩折算,按折算前后功率不变的原则，有,（,2-2,）,当传动机构带有减速齿轮箱时，形成多轴拖动系统。,式中,:,为工作机构转轴的角速度；,为电动机转轴的角速度；,为工作机构的负载转矩；,为工作机构的负载转矩折算到电机轴上的折算值；,为传动系统的总速比。图,2.3,（,a,）系统中 。,(2-2),说明，,转矩按速比的反比来折算。,若,考虑到传动机构的效率，则有,为传动机构效率。在图,2.3,所示系统中，,（,2-3,）,式中:为工作机构转轴的角速度；,式（,2-2,）与式（,2-3,）的差为,2.,飞轮矩折算,旋转物体的动能大小为,式中 为飞轮矩。,按折算前后转轴动能不变的原则，对图,2.3,（,a,）有,（为传动机构损耗转矩）,式（2-2）与式（2-3）的差为 2.飞,化简得,（,2-4,）,飞轮比的折算是按照,速比平方的反比,进行的。,同理，将 轴折合到电机轴的飞轮矩为,（,2-5,）,则整个电力拖动系统折算到电机轴上的总飞轮矩为：,考虑到传动机构的飞轮矩远比电机转子的飞轮矩小，常用以,化简得,下公式估算总飞轮矩。,式中：是电动机转子的飞轮矩，,为系数，,=0.2,0.3,2.2.2,工作机构为平移运动时，转矩与飞轮矩的折算,1.,转矩折算,切削时的切削功率为：,P=F v,而切削力反应到电动机上转,矩为：,图,2.4,刨床典礼拖动示意图,下公式估算总飞轮矩。切削时的切削功率为：图2.4 刨床典,不考虑损耗时，按功率不变的折算原则，有,可推得：（,2-6,）,计入传动系统损耗，则 （,2-7,）,两式之差 为传动机构转矩损耗，由电动机负担。,2.,飞轮矩折算,按照折算前后动能不变的原则，有,不考虑损耗时，按功率不变的折算原则，有,等式左边为平移物体的动能，等式右边为折算到电机轴上,的动能。最后求得,传动机构中其他轴的 的折算与前述相同。,2.2.3,工作机构作提升和下放重物运动时，转矩与飞轮矩的折算,1.,负载转矩的折算,（,1,）提升重物时负载转矩的折算,等式左边为平移物体的动能，等式右边为折算到电机轴上,不计入损耗，折算到电动机轴上的,负载转矩为,计入损耗，折算到电动机轴上的负,载转矩为,传动机构的损耗转矩为,图,2.5,升降匀动的店里拖动系统,2.,下放重物时负载转矩的折算,不计入损耗时，下放重物折算到电动机轴上的负载转矩仍为,但 的归属发生了变化。,不计入损耗，折算到电动机轴上的图2.5 升降匀动的店里拖动,损耗转矩是摩擦性的，其方向永远和转动方向相反。由图,2.6,可知：,提升时电动机负担了,折算转矩为,下放时，负载负担了,折算转矩为,图,2.6,起重机转矩关系,（,a,）提升重物（,b,）下放重物,即 若用效率下放转矩损耗，则有,为重物下放时传动机构的效率。,损耗转矩是摩擦性的，其方向永远和转动方向相反。由图2.,2.3,负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件,2.3.1,负载的转矩特性,1.,恒转矩负载的转矩特性,（,1,）反抗性,恒转矩负载,特点：,0,时，,0(,常数,),，,0,时，,0,时，,0,；制动性转矩,0,；拖动性转矩,转矩绝对值大小恒定，方向,不变，如图,2.9,（,a,）。,图,2.9,（,b,为考虑传动机构损耗,后，折算到轴上的转矩特性。,图,2.9,位能性恒转矩负载的转矩特性,（,a,）实际特性 （,b,）折算后特性,2.,泵类负载的转矩特性,特点：转矩大小与转速平方成正比。特性如图,2.10,所示。,(2)位能性恒转矩负载 图2.9 位能性恒转矩负载,3.,恒功率负载的转矩特性,因生产工艺要求，加工过程中，负载转矩与转速之乘积需保,持常数的负载称之为恒功率负载。如图,2.11,所示。,图,2.10,泵类负载转矩特性 图,2.11,恒功率负载的转矩特性,2.3.2,电力拖动系统稳定运行的条件,系统稳定运行（恒速不变）的必要条件是动转矩为零。,即,T=(,忽略空载转矩,),。在图,2.12,中两条曲线的交点,A,满足该,3.恒功率负载的转矩特性 图 2,条件，,A,点称为工作点。,当干扰出现时，系统能否稳定运行？干扰消失后，系统能否,回到原来的工作点上继续运行？,能则为稳定系统，否则为不稳,定系统。,图,2.13,为直流电动机拖动泵类负载运行的情况。,（,1,）出现干扰，电压降低：,机械特性从曲线,1,变为 ，而工作点由,A,、,B,到 。且稳定在 。,图,2.12,系统稳定运行工作点 图,2.13,电力拖动系统稳定运行分析,条件，A点称为工作点。图2.13为直流电动机拖动泵类负载运行,（,2,）干扰消失，电压恢复到原值：,机械特性仍回到曲线,1,，工作点由 、,C,回到,A,，并在,A,点继,续稳定运行。,图,2.14,为不稳定运行的例子。,当电压向下波动时，机械特性,由曲线,1,变为曲线 ，工作点,由,A,到,B,，,电机继续加速，无法与负载转矩,图,2.14,电力系统的不稳定运行,相交。故该系统不稳定。,因此：,稳定运行的充要条件是：,（2）干扰消失，电压恢复到原值：,且,在 处，,第二章完,