电机学 第二章 电力拖动的动力学基础.ppt

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,2,章电力拖动系统动力学,掌握拖动、电力拖动、负载机械特性、电力拖动系统的转动惯量、飞轮力矩、拖动转矩、阻转矩以及转矩正方向规定的基本概念。,掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。,熟练掌握单轴电力拖动系统的运动方程式，并会利用其判断系统的工作状态。,会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩等效成单轴系统。,掌握典型的负载机械特性。,本章要求,：,2.1,电力拖动系统的运动方程式,一、电力拖动系统的组成,电力拖动是用电动机带动生产机械运动,，,以完成一定的生产任务。,电力拖动系统的组成,:,电动机,工作机构,电源,传动机构,控制设备,二,电力拖动系统的运动方程式,n,电动机,生产,机械,T,T,F,T,0,T,L,轴,T,n,单轴电力拖动系统的运动方程 以电动机的轴为研究对象，电动机运行时的轴受力如图示。,电力拖动系统正方向的规定：,先规定转速,n,的正方向，,然后规定,:,电磁转矩的正方向与,n,的正方向相同，负载转矩的正方向与,n,的正方向相反。,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,:,轴,T,L,L,T,n,T,：电磁转矩；,T,L,：负载转矩,N.m,J,：电动机轴上的总转动惯量，,kg.m,2,：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,GD,2,代替,J,表示系统机械惯性,功率平衡方程,得出功率平衡方程,=2,n/60,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/s,所以：,T,T,L,=0,T,T,L,0,T,T,L,0,T,L,0,阻转矩,下放时：,n0,拖动转矩,电动,机轴,如起重类型负载中的重物。,二、风机负载机械特性,负载转矩与转速成平方关系,T,L,=,kn,风力发电机,2,此类负载有通风机、水泵、油泵等。,n,T,L,0,三、恒功率负载机械特性,负载功率,负载转矩与转速基本上成反比关系,T,L,=,k/n,车床在粗加工时，切削量大，切削阻力大，开低速；,精加工时，切削量小，切削力小，开高速。,典型生产机械运动形式和转矩,1,、离心式风机,单轴旋转系统 负载转矩,T,L,=kn,2,2,、车床主轴传动系统,多轴旋转系统 负载转矩,T,L,与,n,无关,3,、平移传动系统,多轴旋转系统 负载转矩,T,L,与,n,无关,4,、提升传动系统,多轴旋转系统 负载转矩,T,L,与,n,无关,风机 起动机,典型生产机械运动形式及转矩,皮带运输机,电力机车,二 电力拖动系统稳定运行的条件,稳定运行必须,满足,T=T,L,，,且能抗干扰。,0,n,T,n,0,T,L,A,判断电力拖动系统稳定工作点的条件：,1,）电动机的机械特性与负载机械特性有交点；,2,）在交点处必须满足,:,电动机,生产机械,T,n,T,L,L,T,T,L,0,n,D,C,A,U=U,2,T,B,T,D,B,n,C,=,n,D,U=U,1,n,A,=,n,B,为了分析电力拖动系统稳定运行的问题，将电动机的机械特性和负载的转矩特性曲线画在同一张坐标图上，如图所示。图（,a,）,和图（,b,）,表示了电动机的两种不同的机械特性。,（,a,）,稳定运行 （,b,）,不稳定运行,电力拖动系统稳定运行条件,根据运动方程式，当电动机的电磁转矩 等于总负载转矩 时，即,为一恒定值，说明系统在一个转速（匀速）下稳定运行，请大家来看图（,a,），系统原来运行在电动机机械特性曲线,1,和负载特性曲线的交点,A,处。,假设由于受外界因素的扰动，例如电网电压波动，当电网电压升高,机械特性,由曲线,1,转为曲线,2,，扰动作用使原来平衡状态受到了破坏，但由于系统惯性的影响，转速还来不及变化，电动机的工作点瞬间从,A,点变到,B,点。这时电磁转矩将大于负载转矩，转速将沿机械特性曲线,2,由,B,点增加到,C,点。随着转速的升高，电动机转矩也逐渐减小，最后在,C,点得到新的平衡，在一个较高的转速下稳定运行。当扰动消失后，电网电压恢复到原来值,机械特性由曲线,2,恢复到原机械特性曲线,1,，同理，电动机的特性由,C,点瞬间过渡到,D,点，,D,点的电磁转矩小于负载转矩，故转速下降，最后恢复到原来稳定运行点,A,，所以,A,点为稳定运行点。,反之，如果电网电压波动使电网电压偏低，机械特性曲线由曲线,1,转为曲线,3,，则瞬间工作点将转到 点，电磁转矩小于负载转矩，转速将由 点降低到 点，在 点取得新的平衡；而当扰动消失后，工作点将又恢复到原工作点,A,。,这种情况我们就称为系统在,A,点能稳定运行，而图（,b,）,则是一种不稳定运行的情况，读者可自己分析。,由以上分析，可得出如下结论：若两条特性曲线有交点（必要条件），且在工作点上满足,（,1,）,在 处,（充分条件）则系统能稳定运行，式（,1,）即为稳定运行条件。对恒转矩负载,则 ，即电磁转矩的变化与转速的变化要异号,图示则为电动机的机械特性曲线应是往下倾斜的。,显然在图（,b,）中的,A,点 ，因此不能稳定运行。同学们可以自行分析。,由于大多数负载转矩都是随转速的升高而增大或者保持恒值，因此只要电动机具有下降的机械特性，就能满足稳定运行的条件。一般来说，电动机如果具有上升的机械特性，运行是不稳定的，但若拖动某种特殊负载，如通风机负载，那么只要能满足式（,1,）的条件，系统仍能稳定运行。,应当指出，式（,1,）所表示的电力拖动稳定运行的条件，不论对直流电动机还是交流电动机都是适用的，因而具有普遍意义。,直流电动机拖动,3,种负载的稳定性分析,电力拖动 系统 的不稳定运行,1,2,3,4,A,B,C,D,T,n,A,T,LA,T,n,0,T,LB,