第04章-电力拖动系统的动力学基础

电力拖动系统动力学基础
电力拖动系统旋转时的运行方程：
Tem
d TL J dt
2
运动方程的实用形式
GD dn Tem TL 375 dt
1
系统旋转运动的三种状态
dn 1)当Tem TL或 0时 dt 系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态 dn 2)当Tem TL或 0时 dt 系统处于加速运行状态，即瞬态过程 dn 3)当Tem TL或 0时 dt 系统处于减速运行状态，即瞬态过程
2
多轴系统简化为单轴系统的 等效原则(等效成单轴系统)
' T 1、把旋转工作机构的负载转矩 L 或直线工 作机构的负载力 FL 折算到电动机轴上而成为 等效的负载转矩 T L ---保持系统传送的功率 不变。 2、把传动机构和工作机构各轴上的飞轮矩
2 2 2 GD1 , GD2 , , GDL （或转动惯量 J1, J 2,, J L）或 直线运动的质量 m L折算到电动轴上而成为等效的 2 飞轮矩 （或转动惯量 ）---保持系统储存
GD 的动能不变。
J
3
负载的转矩特性（机械特性）：
n f (恒转矩负载 2）位能性恒转矩负载
n TL TL
n
TL
4
2、恒功率负载特性
负载的转矩TL与转速n 的乘积为一常数，即负载 转矩TL与转速n成反比。
3.泵与风机类负载特性
负载的转矩TL基本上 与转速n的平方成正比。
n
n
1
2
TL
TL0
TL
5

解（3）不切削时，工作台及工件反向加速，
电动机以 dn 500r / min .s 恒加速度运行，计 dt
算此时系统的动转矩绝对值。
M
ML

GD 2 375
dn dt
动转矩：
GD 2 dn 375 dt
121.67 500 375
162.2N.m
第二节 负载的转矩特性及电力拖动系统稳定性的条件
n
0
ML
n
位能性恒转矩负载特性
（二）通风机负载特性
如通风机，水泵，油泵
n
M L Kn2
K 比例常数
0
ML
（三）恒功率负载特性
一些机床，如车床，在粗加工时，切削 量大切削阻力大，此时开低速，在精加工时， 切削量小，切削力小，往往开高速，因此在 不同转速下，负载转矩基本上与转速成反比
ML


5kg m2
GD42
GD
2 L
GD22
GD32
GD
2 M
M
GD12
VL
M
GL
起重机装置传动示意图
试求： （1）电动机等速提升重物时所产生的转矩 （2）整个拖动系统的等效飞轮矩
解（1）等效提升重物时电动机的转速 先求重物加到卷筒轴上的静转矩
M L

mgL

1 2
L
DL
20009.81 1 0.4
卷筒直径： DL 0.4m 齿轮的转速比： i1 6 i2 10 电动机的飞轮矩： GDM2 1.3kg m2
卷筒的飞轮矩： GDL2 1kg m2
各齿轮的飞轮矩为： GD12 0.1kg m2
GD32 0.5kg m2

n
n=f(TL)
0
TL
恒功率负载转矩特性
3风机泵类负载
阻力与转速平方成正 比，即有：
TL kn2 或 TL n2
如水泵，油泵等，如 图所示，虚线是在考 虑了轴承上的摩擦转 矩后得出的实际鼓风 机负载转矩。
n n=f(TL)
0
TL
T
位能性负载转矩特性
2 恒功率负载转矩特性
特点：当转速n变化时，负载功率基本不变。
根据 P2 TL 常数
1
TL
P2
P2
60
2n
TL n
如车床的主轴机构和轧钢机的主传动。
适用于金属切削车床。
恒功率负载转矩
适用于金属切削车 床。
粗加工时，n 低， T 大； 精加工时，n 高， T小。
g 2 4g
所以
T TL
GD 2 375
dn dt
Tg
（2-2） （2-3）
说明
375 4g 60
2
单位 :
米 秒分
GD2是一个整体，不是G与D2 的乘积， GD2 由产品样本或机械手册上查出。 GD2 中的 D 为回转直径，不是实际直径。
运动方程式的分析
各转矩正方向的规定： n的正方向：逆时针； T的正方向：当T与 n（+）相同时为正； TL的正方向：当TL 与n（+）方向相反时为
正； 惯性转矩 Tg的方向：由 T 与 TL的代数和来
决定
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
三、负载的机械特性
负载的机械特性是指生产机械的转矩与 转速之间的关系即：n=f(TL) 1 恒转矩负载特性
恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大 小与转速n无关。

他励直流电动机的调速
1、电枢回路串电阻调速
n n0 nN n1 n2
RS1>RS2
ϕ=
ϕ 越接近1，平滑性越好，当ϕ = 1时，称
为无级调速，即转速可以连续调节。调速不 连续时，级数有限，称为有级调速。 4、调速的经济性：主要指调速的投资、运行
效率及维修费用等。
5
ni ni − 1
A’
A B C Ra Ra+Rs1
）
Ra : R a = ( ~ )
1 2
2）计算 CeΦN 和CT ΦN : CeΦN =
(Tem = 0, n = n0)
2）额定运行点：
(Tem = TN , n = nN )
7
U N I N − PN nN CT Φ N = 9.55CeΦ N UN 3）计算理想空载点： em = 0, n0 = T CeΦ N
他励直流电动机的机械特性
1）电枢串电阻时的人为特性
保持 U = U N , Φ = Φ N不变，只在电枢回路中串入电 阻 RS 的人为特性： n
UN Ra n= − Tem CeΦ N CeCT Φ 2 N
n=
n0 UN R + RS − a Tem 2 C eΦ N CeCT Φ N
Ra Ra + RS
m
各级串联电阻的计算公式为：
R st 1 = ( β − 1) R a R st 2 = ( β − 1) β R a = β R st 1 R st 3 = ( β − 1) β 2 R a = β R st 2 ⋅⋅⋅ R stm = ( β − 1) β
m −1
R a = β R stm −1
R
b点 c点 d点 e点 f点 g点