电力拖动课件(2)电力拖动系统动力学

第八章电力拖动系统动力学基础

内容提要

研究电力拖动系统动力学的目的是为介绍电力花动的机械特性与过渡过程等内容准备必要的理论基拙。第一节及第二节分析运动方程式，对方程式中各参数(力、转拒、质量和

飞轮惯量等)的折算方法进行分析研究;第三节介绍了电动机和工作机构!'}速比可变系统

的有关问题;第四节中讨论考虑传动机构损耗的简化折算方法与较准确的折其方法;最后，

在第五节中将介绍几种典型生产机械的负载转矩特性。

第一节电力拖动系统的运动方程式

“拖动”就是应用各种原动机使生产机械产生运动，以完成一定的生产任务。而用各种

电动机作为原动机的拖动方式称为“电力拖动”。

一般情况下，电力拖动装置可分为电动机、工

作机构、控制设备及电源四个组成部分，如图8-1

所示。电动机把电能转换成机械动力，用以拖动生

产机械的某一工作机构。工作机构是生产机械为执

行某一任务的机械部分。控制设备是由各种控制电

机、电器、自动化元件及工业控制计算机等组成

的，用以控制电动机的运动，从而对工作机构的运动实现自动控制。为了向电动机及一些电

气控制设备供电，在电力拖动系统中必须设有电源部分。

需要指出的是，在许多情况下，电动机与工作机构并不同轴，而是在二者之间有传动机

构，它把电动机的运动经过中间变速或变换运动方式后再传给生产机械的工作机构。

下面研究电力拖动系统中电动机带动负载的力学问题。

一、运动方程式

电动机在电力拖动系统中作直线运动(如直线电动机)或旋转运动时，由力学定律可

知，必须遵循下列两个基本的运动方程式:

对于直线运动，方程式为

式中F—拖动力(N);

—阻力(N);

惯性力 如果质量m的单位为kg，速度v的单位为m/s，时间t的单位为S，则惯性力的单位F .相同，为N。

与直线运动时相似，旋转运动的方程式为

式中 T 电动机产生的拖动转矩

第二节、电力拖动基础知识

1、电力拖动系统的定义和组成

定义：电力拖动系统是为一定的生产过程服务的，是以电动机为原动机，包括电动机、传动装置、生产机械以及电机控制设备等在内的机械电气系统，电力拖动系统组成如图2-1所示

图2-1所示

2、电动机的机械特性

定义：电动机的机械特性是指电动机的电磁转矩T与转速n之间的关系，

既n=ƒ (T)。 机械特性可以用机械特性方程式或机械特性曲线图表示。

分类：对于不同种类的电动机，在不同的运行条件下具有各自不同的机械特性。

１）、按机械特性的硬度分类

按的硬度机械特性分为：绝对硬特性、硬特性、软特性。

机械特性的硬度：特性曲线上某一点的硬度（）为该点转矩对转速的导数：

电动机 传动装置 生产机械 电源

控制器 dndT

图2-2中示出了具有不同硬度的机械特性曲线。多数电动机的机械特性是下降型的，即硬度是负值。

绝对硬特性：转矩增加转速不变的机械特性称为绝对硬性，例如同步电动机的机械特性；

硬特性：转矩增加转速略有下降的机械特性称硬特性，例如直流他励电动机以及异步电动机的机械特性；

软特性：转矩增加转速大幅度下降的机械特性称软特性，例如直流串励电动机的机械特性。

硬特性具有转速比较稳定，受外界干扰影响小的优点，适用于提升机、通风机、水泵和机床的电力拖动；而软特性具有在负载转矩增大是转速自动下降的特点，适用于电气机车等要求平稳起动的机械。

2）、按电动机运行条件分类

按电动机运行条件分类机械特性分为固有机械特性和人为机械特性。

运行条件：电动机的端电压、频率等电源参数，以及励磁电流、附加电阻等电机回路参数。

固有机械特性：又称自然机械特性，当电动机的端电压、交流电动机的频率、直流电动机的励磁电流为额定值，同时电动机的回路中无附加电阻时得到的机械特性。

人为机械特性：不具备上述条件的机械特性曲线统称为人为机械特性。

第一章 电力拖动系统的动力学基础

1-1 什么是电力拖动系统?它包括那几部分？都起什么作用？举例说明．

答：由原动机带动生产机械运转称为拖动。用各种电动机作为原动机带动生产机械运动，以完成一定的生产任务的拖动方式，称为电力拖动。电力拖动系统，一般由电动机、机械传动机构、生产机械的工作机构、控制设备和电源五部分组成。

其中，电动机作为原动机，通过传动机构带动生产机械的工作机构执行某一生产任务；机械传动机构用来传递机械能；控制设备则用来控制电动机的运动；电源的作用是向电动机和其他电气设备供电。

1-2 电力拖动系统运动方式中T，Tn 及n的正方向是如何规定的？如何表示它的实际方向？

答：设转速n对观察者而言逆时针为正，则转矩T与n的正方向相同为正；负载转矩TL与n的正方向相反为正。与正方向相同取正，否则取反。

1-3 试说明GD２的概念

答：J=gGD42即工程中常用表示转动惯量的飞轮惯量。

1-4 从运动方程式中如何看出系统是处于加速、减速、稳速或静止等运动状态？

答: 当LTT时，0dtdn，系统加速；当LTT时，0dtdn，系统减速。当LTT

时，0dtdn，转速不变，系统以恒定的转速运行，或者静止不动。

1-5 多轴电力拖动系统为什么要折算为等效单轴系统？

答: 多轴电力拖动系统，不同轴上有不同的转动惯量和转速，也有相应的反映电动机拖动的转矩及反映工作机构工作的阻转矩，这种系统比单轴拖动系统复杂，计算较为困难，为了简化计算，一般采用折算的办法，把多轴电力拖动系统折算为等小的单轴系统。

1-6 把多轴电力拖动系统折算为等效单轴系统时负载转矩按什么原则折算？各轴的飞轮力

矩按什么原则折算？

答:功率相等原则;能量守恒原则.

1-7 什么是动态转矩？它与电动机负载转矩有什么区别？

答:动态转矩是指转矩是时间的函数.

而负载转矩通常是转速的函数.

1-8 负载的机械特性有那几种类性？各有什么特点？

1调速范围和静差率的定义是什么？调速范围，静态速降和最小静差之间有什么

关系？为什么脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了？

答：生产机械要求电动机提供的最高转速 maxn和最低转速minn之比叫做调速范围，

用字母D表示，即：minmaxnnD

负载由理想空载增加到额定值时，所对应的转速降落Nn 与理想空载转速min0n之比，称为系统的静差率S,即：min0nnsN

调速范围，静差速降和最小静差之间的关系为：

)1(snsnDNN

由于在一定的Nn下，D越大，minn越小Nn 又一定，则S变大。所以，如果不考虑D，则S的调节也就会容易，

2．某一调速系统，测得的最高转速特性为min/1500max0rn，最低转速特性为min/150min0rn，带额定负载的速度降落min/15rnN，且不同转速下额定速降Nn不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多大？

解

1115150151500min0max0minmaxNNnnnnnnD

%1015015min0nns

3 闭环调速系统的调速范围是1500----150r/min，要求系统的静差 S<=2%,那末系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min则闭环系统的开环放大倍数应有多大？

1，min/06.3%)21(10%21500)1(101501500minmaxrSDSnnnnDN则

2，7.31106.31001KKnnclop则

4 转速单环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？

答：1）闭环调速系统可以比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围。为此，所需付出的代价是需增设电压放大器以及检测与反馈装置。