电力拖动系统力学基础

GD 2 375
dn dt
的大小与符号由转矩T与阻转矩TL的代数和决定.
3.2 负载转矩及飞轮矩的折算
❖ 实际拖动中电机与工作机构之间的传动机构较多，则拖动系统 中的运动方程式研究就较复杂，为了简便起见，可对工作机构 进行各种折算。 （多轴电力拖动系统的折算示意图）
❖ 一、工作机构转矩的折算：
用电动机轴上的阻转矩TL 来反映工作机构轴上的转矩T'L。 折算原则是：系统的传送功率不变。
J 312
1 2
J4L2
1 2
J LL2
可得：
GD 2
GDd 2
GD12
GD2 2 (n
GD32 n1 ) 2
GD4 2 (n
GDL2 nL )2
❖ 四、工作机构直线运动质量的折算
用物电体动的机质轴量上的m一L 等个效转。动折惯算量原J L则 与：直动线能速不度变vL。运动的
1 2
J L
1 2
刨床电力拖动系统示意图
起重机的电力拖动系统示意图
❖ 以下折算先不考虑传动机构的损耗
❖ 则： TL TLL TL TL / (L ) TL / j
j－－电机轴与工作 机构轴的转速比
j j1 j2 j3... j1、j2、j3...为多级变速的每级转速比
3.2 负载转矩及飞轮矩的折算
❖ 实际拖动中电机与工作机构之间的传动机构较多，则拖动系统 中的运动方程式研究就较复杂，为了简便起见，可对工作机构 进行各种折算。 （多轴电力拖动系统的折算示意图）
电力拖动系统是由电动机与负载两部分组成的，把电动机 的机械特性与负载的转矩特性结合起来，就可以研究电力 拖动系统稳定运行的问题。 ❖ 电力拖动系统的平衡运行点（稳定运行的必要条件）： T=TL ，dn/dt=0 ❖ 交点A满足此条件，称为平衡工作点。
突然出现了微小扰动，系统能否 稳定运行？
扰动消失后，系统是否能够自行 回到原来工作点继续稳定运行？
二、工作机构直线作用力的折算
❖ 考虑传动机构的损耗，则有：
TL FLvL TL 9.55FLvL / n
（刨床电力拖动系统示意图） 动画
三、飞轮矩的折算 折算原则：系统储存的动能不变。
W
1
J2
在多轴系统中，各轴的角速度为 则：
2
，1， L
1 2
J2
1 2
Jd2
1 2
J12
1 2
J 212
1 2
❖ （1）两特性线有交点，即有： T=TL ； ❖ （2）在T=TL处， 满足： dT dTL 。
dn dn
2.三相同步电动机拖动系统
扰动来自机械负载时：
dPem dPT
d d
扰动来自电网电压波动时： dPem dPT
d d
本章结束 （进入后一章）
单轴电力拖动系统和多轴电力拖动系统的折算图
本章主要内容
❖3.1 电力拖动系统运动方程 ❖3.2 负载转矩及飞轮矩的折算 ❖3.3 典型负载转矩特性 ❖3.4 电力拖动系统稳定运行的判据
第2章 电力拖动系统的动力学理论
❖ 拖动：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。用电动机作为原动机则称为电 力拖动。
❖ 电力拖动的组成：电动机、控制设备、传动机构、 工作机构、电源。
负载的功率在运行过程中保持不变，则负载的转 矩随转速变化而变化，且二者成反比。
TL K / n ❖实际生产机械的负载特性有可能是这三种负载特
性的综合。
❖ 三种典型负载转矩特性
n
n
TL
反抗性恒转矩负载特性
n
TL
位能性恒转矩负载特性 n
TL 通风机负载特性
TL
恒功率负载特性
3.4 电力拖动系统稳定运行的判据
mLvL
(GDL2 )
365
GL v 2 L n2
五、位能性负载升降运动的折算问题
（起重机的电力拖动系统示意图） 动画
TL
TL'
j
GR 9.55 Gv
j
n
T
GR j
1
GR j
1
1
T GR GR GR 1
jj
j
2 1
3.3 典型负载转矩特性
❖负载的机械特性即负载转矩特性，是指： TL f (n) ❖ 负载转矩特性有三种：1）恒转矩负载；
拖动系统存在两种情况：
1）直流电动机和三相异步电动机的转矩随转速而 变化，功率随之变化。
2）三相同步电动机的转速是不变的，其转矩随功 率角的变化而变化，功率也随之正比变化。
1.直流电动机拖动和三相异步电动机拖动系统
dT dTL dn dn
dT dTL dn dn
❖ 此类拖动系统稳定运行的充分必要条件是：
2）恒功率负载 ；3）通风机负载 一、恒转矩负载特性 负载转矩保持常数，不随转速变化而变化。 TL const 1）反抗性恒转矩负载：负载转矩大小不变，但方向总
是与转速方向相反。 2）位能性恒转矩负载：负载转矩大小不变，方向也保
持不变。
二、通风机负载特性：
负载转矩随转速变化而变化，且基本为：
TL Kn2 三、恒功率负载特性：
❖ 一、工作机构转矩的折算： 用电动机轴上的阻转矩TL 来反映工作机构轴上的转矩T'L。 折算原则是：系统的传送功率不变。
❖ 若考虑传动机构的损耗，则
TL TLL
TL
TL
j
二、工作机构直线作用力的折算
❖ 先不考虑传动机构的损耗
传送功率不变，则有： TL FLvL
或TL 9.55FLvL / n
电源
控制设备
电动机
传动机构
图. 3－1 电力拖动系统示意图
工作机构
3.1 电力拖动系统运动方程
❖一、运动方程式 （单轴电力拖动系统示意图）
1、直线运动：
F
FL
ห้องสมุดไป่ตู้
m
dv dt
2、旋转运动
T
TL
J
d dt
其中：
J m 2 GD2 / 4g
J为转动惯量；
GD2 4gJ
GD2为飞轮转矩（N.m2）
又：
2n
60
T
TL
GD 2 375
dn dt
❖ 运动方程式所表达的电动机工作状态：
❖1）稳定运转状态： T TL , dn dt 0, n 0或n 常数 ❖2）加速状态： T TL , dn dt 0,
❖3）减速状态： T TL , dn dt 0
❖ 二、转矩正负符号确定：
预先规定某个方向为正，则转矩T 正向取正，反向 取负，阻转矩TL正向取负，反向取正