电力拖动基础-讲义1
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电力拖动基础
讲课人：xxxx 培训对象：xxx
绪论
• 一、基本概念
– 电力拖动是电气与机械综合的系统：
• 电动机及其供电电源：电能→机械能 • 传动机构：机械能→各种运动形式 • 执行机构：完成工艺任务 • 电气控制装置：自动控制工艺，保护
• 二、发展前景
• 低级到高级，简单到复杂：如多轴拖动，交直流 拖动，广泛采用新型元件，现代控制理论。
必要条件：
T＝J
d ＝0 dt
T
TL
对恒转矩负载：
稳定运行于A时因扰动n下 降到B。扰动消失后，因B 点电动机转矩大于负载转
矩，电动机加速，工作点
可回到A。即扰动使dn<0
时，若 dT dTL ,可返回。
若因扰动n上升到C。扰动消失后，因C点电动机转矩 小于负载转矩，电动机减速，工作点也可回到A。即扰
T TL
2、充分条件：在交点处满足于：
dT dn
dTL dn
或者说：在交点的转速以上存在： T TL
在交点的转速以下存在： T TL
1.5 多轴电力拖动系统折算成等效的单轴 电力拖动系统
1、静态转矩的折算
T
原则：折算前后
电动机
功率保持不变
J mech mech
Tmech
方法：将作用在 负载上的转矩折 算到电机轴上
转动惯量是物体绕定轴旋转时转动惯性的度量
J
mi
2
ri
r2dm
即J =m2
GD2=4gJ=4gm2=4G 2
=2n/60 J =m2=(G/g)(D2 )/4=GD2/4g
d T-TL=J dt
M：系统转动部分的质量，Kg G：系统转动部分的重量，N ：系统转动部分的转动半径，m D ：系统转动部分的转动直径，m g ：重力加速度=9.8m/s2
n Tm
0
风力发电机
车床主轴传动系统机械特性
特点:负载转矩TL与n无关 多轴旋转系统，不可逆拖动系统。
平移传动系统机械特性
特点:负载转矩TL与n无关 多轴旋转系统，可逆拖动系统。
位能性恒转矩负载特性 负载转矩由重力产生（如起重机，电梯）
其特点：绝对值大小恒定；作用方向与n无关， 百度文库变。
n Tm
2. 转动惯量的折算
JM
电动机
T 1J1 k Tk Jk
T 9.55 P (N m) n
负载转矩
负载转矩与运动正方向相反为正， 与运动正方向相反为负。
1、恒转矩负载特性：生产机械的负载转矩与转速
无关的特性.
1）反抗性恒转矩负载
2）位能性恒转矩负载
Ω
Ω
TL TL
TL
2、恒功率负载特性： 3、泵与风机类负载特性：
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。
1.2 典型工作机械及其机械传动图
– 典型生产机械运动形式和转矩
• 离心式风机 负载转矩TL=kn2 单轴旋转系统
• 车床主轴传动系统 负载转矩TL与n无关 多轴 旋转系统
• 平移传动系统 旋转系统
负载转矩TL与n无关 多轴
• 提升传动系统 负载转矩TL与n无关 旋转系统
多轴
风机负载机械特性
负载转矩与转速成 平方关系TL=kn2。不可 逆拖动系统。
生产机械
T TL JL
电动机
等效负载
折算前负载功率P2=Tmechmech
等效负载功率P2´=TL
Tmechmech =TL 等效转矩TL为 TL= Tmechmech / TL=Tmech mech / =Tm/j 总转速比j= / mech =各级转速比的乘积=j1j2... 考虑传动损耗Tmeq=Tm/(j) 传动效率=各级传动效率乘积= 12...
GD2 2 dn GD2 dn T-TL= 4g 60 dt = 375 dt
系统作直线运动（平面运动）
F
F
FL
ma
m
dv dt
F:主动力
FL:阻力
1.4电力拖动系统运动的分析
电动机转矩
正方向的规定：当电动机作为电动机工作时 ， 产生正转矩 ，在制动状态时产生负转矩。
转矩的计算
T
P
(N
m)
P：为电动机轴上的功率（W) Ω：为电动机的角速度(rad/s)
0 Tm
提升时： nm >0 ,Tm >0阻转矩 下放时： nm <0 ,Tm >0拖动转矩
电力拖动负载转矩与速度的关系：
1.负载转矩与速度无关。摩擦力，重物的重 力，切削力等
2.负载转矩与速度成比例：粘磨擦负载 3.负载转矩与速度平方成比例：如通风机、 水泵的有效负载。
1.3电力拖动系统的基本运动方程
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
动态转矩
1)当 T T L 或
dn dt
0时
系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态
2 )当 T
TL或
dn dt
0时
系统处于加速运行状态，即瞬态过程
3 )当 T T L 或
dn dt
0时
系统处于减速运行状态，即瞬态过程
系统工作的稳定性
电动机运行时的轴受力如
图示，由力学定律可知,其必须
遵守下列方程式: d
T
TL
轴
T-TL=J dt T：电磁转矩； TL：负载转矩,N.m
n
J：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2
：电动机角速度,rad/s
在工程计算中,常用n代替表示系统速度,
用飞轮力矩GD2代替J表示系统机械惯性。
转动惯量及飞轮惯量（飞轮矩）
• 三、课程的性质任务和内容 – 电力拖动动力学 – 直流、交流拖动系统的静态特性 – 电力拖动的动态特性 – 电机容量的选择
第一章 电力拖动系统的动力学基础
1.1引言 运动形式多样 速度变化：负载变化，电压波动，启动、 制动、调速的要求
• 研究问题
– 稳定状态 – 过渡过程：电气参数，质量的存在
即扰动使dn<0时，若 dT dTL ,不可返回 。
A为不稳定工作点。
稳定充分条件
dT dTL dn dn
tg1 tg2
ψ1ψ2 分别为电动机特性与负载特性各自的切线与
转速轴的夹角。
对于恒转矩负载，一般要求tgψ 1为负值。
电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：
1、必要条件：电动机的机械特性与负载的 转矩特性开发利用在有交点，即存在：
动使dn>0时，若dT dTL ,可返回 。
A为稳定工作点。
因扰动n下降到B。扰动消失后， 因B点电动机转矩大于负载转矩， 电动机加速，工作点背离A，越 升越高；即扰动使dn>0时，
若 dT dTL ,不可返回 。
若因扰动n上升到C。扰动消失后，因C点电动机转矩小于 负载转矩，电动机减速，工作点也背离A。
讲课人：xxxx 培训对象：xxx
绪论
• 一、基本概念
– 电力拖动是电气与机械综合的系统：
• 电动机及其供电电源：电能→机械能 • 传动机构：机械能→各种运动形式 • 执行机构：完成工艺任务 • 电气控制装置：自动控制工艺，保护
• 二、发展前景
• 低级到高级，简单到复杂：如多轴拖动，交直流 拖动，广泛采用新型元件，现代控制理论。
必要条件：
T＝J
d ＝0 dt
T
TL
对恒转矩负载：
稳定运行于A时因扰动n下 降到B。扰动消失后，因B 点电动机转矩大于负载转
矩，电动机加速，工作点
可回到A。即扰动使dn<0
时，若 dT dTL ,可返回。
若因扰动n上升到C。扰动消失后，因C点电动机转矩 小于负载转矩，电动机减速，工作点也可回到A。即扰
T TL
2、充分条件：在交点处满足于：
dT dn
dTL dn
或者说：在交点的转速以上存在： T TL
在交点的转速以下存在： T TL
1.5 多轴电力拖动系统折算成等效的单轴 电力拖动系统
1、静态转矩的折算
T
原则：折算前后
电动机
功率保持不变
J mech mech
Tmech
方法：将作用在 负载上的转矩折 算到电机轴上
转动惯量是物体绕定轴旋转时转动惯性的度量
J
mi
2
ri
r2dm
即J =m2
GD2=4gJ=4gm2=4G 2
=2n/60 J =m2=(G/g)(D2 )/4=GD2/4g
d T-TL=J dt
M：系统转动部分的质量，Kg G：系统转动部分的重量，N ：系统转动部分的转动半径，m D ：系统转动部分的转动直径，m g ：重力加速度=9.8m/s2
n Tm
0
风力发电机
车床主轴传动系统机械特性
特点:负载转矩TL与n无关 多轴旋转系统，不可逆拖动系统。
平移传动系统机械特性
特点:负载转矩TL与n无关 多轴旋转系统，可逆拖动系统。
位能性恒转矩负载特性 负载转矩由重力产生（如起重机，电梯）
其特点：绝对值大小恒定；作用方向与n无关， 百度文库变。
n Tm
2. 转动惯量的折算
JM
电动机
T 1J1 k Tk Jk
T 9.55 P (N m) n
负载转矩
负载转矩与运动正方向相反为正， 与运动正方向相反为负。
1、恒转矩负载特性：生产机械的负载转矩与转速
无关的特性.
1）反抗性恒转矩负载
2）位能性恒转矩负载
Ω
Ω
TL TL
TL
2、恒功率负载特性： 3、泵与风机类负载特性：
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。
1.2 典型工作机械及其机械传动图
– 典型生产机械运动形式和转矩
• 离心式风机 负载转矩TL=kn2 单轴旋转系统
• 车床主轴传动系统 负载转矩TL与n无关 多轴 旋转系统
• 平移传动系统 旋转系统
负载转矩TL与n无关 多轴
• 提升传动系统 负载转矩TL与n无关 旋转系统
多轴
风机负载机械特性
负载转矩与转速成 平方关系TL=kn2。不可 逆拖动系统。
生产机械
T TL JL
电动机
等效负载
折算前负载功率P2=Tmechmech
等效负载功率P2´=TL
Tmechmech =TL 等效转矩TL为 TL= Tmechmech / TL=Tmech mech / =Tm/j 总转速比j= / mech =各级转速比的乘积=j1j2... 考虑传动损耗Tmeq=Tm/(j) 传动效率=各级传动效率乘积= 12...
GD2 2 dn GD2 dn T-TL= 4g 60 dt = 375 dt
系统作直线运动（平面运动）
F
F
FL
ma
m
dv dt
F:主动力
FL:阻力
1.4电力拖动系统运动的分析
电动机转矩
正方向的规定：当电动机作为电动机工作时 ， 产生正转矩 ，在制动状态时产生负转矩。
转矩的计算
T
P
(N
m)
P：为电动机轴上的功率（W) Ω：为电动机的角速度(rad/s)
0 Tm
提升时： nm >0 ,Tm >0阻转矩 下放时： nm <0 ,Tm >0拖动转矩
电力拖动负载转矩与速度的关系：
1.负载转矩与速度无关。摩擦力，重物的重 力，切削力等
2.负载转矩与速度成比例：粘磨擦负载 3.负载转矩与速度平方成比例：如通风机、 水泵的有效负载。
1.3电力拖动系统的基本运动方程
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
动态转矩
1)当 T T L 或
dn dt
0时
系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态
2 )当 T
TL或
dn dt
0时
系统处于加速运行状态，即瞬态过程
3 )当 T T L 或
dn dt
0时
系统处于减速运行状态，即瞬态过程
系统工作的稳定性
电动机运行时的轴受力如
图示，由力学定律可知,其必须
遵守下列方程式: d
T
TL
轴
T-TL=J dt T：电磁转矩； TL：负载转矩,N.m
n
J：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2
：电动机角速度,rad/s
在工程计算中,常用n代替表示系统速度,
用飞轮力矩GD2代替J表示系统机械惯性。
转动惯量及飞轮惯量（飞轮矩）
• 三、课程的性质任务和内容 – 电力拖动动力学 – 直流、交流拖动系统的静态特性 – 电力拖动的动态特性 – 电机容量的选择
第一章 电力拖动系统的动力学基础
1.1引言 运动形式多样 速度变化：负载变化，电压波动，启动、 制动、调速的要求
• 研究问题
– 稳定状态 – 过渡过程：电气参数，质量的存在
即扰动使dn<0时，若 dT dTL ,不可返回 。
A为不稳定工作点。
稳定充分条件
dT dTL dn dn
tg1 tg2
ψ1ψ2 分别为电动机特性与负载特性各自的切线与
转速轴的夹角。
对于恒转矩负载，一般要求tgψ 1为负值。
电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：
1、必要条件：电动机的机械特性与负载的 转矩特性开发利用在有交点，即存在：
动使dn>0时，若dT dTL ,可返回 。
A为稳定工作点。
因扰动n下降到B。扰动消失后， 因B点电动机转矩大于负载转矩， 电动机加速，工作点背离A，越 升越高；即扰动使dn>0时，
若 dT dTL ,不可返回 。
若因扰动n上升到C。扰动消失后，因C点电动机转矩小于 负载转矩，电动机减速，工作点也背离A。