第2章电力拖动系统动力学.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,*,电机与拖动基础,范国伟,安徽工业大学,第,2,章 电力拖动系统动力学,电力拖动,系统的基本概念,由原动机带动生产机械运转称为,拖动,。,以电动机为原动机带动生产机械运转的拖动方式称为,电力拖动,。,电力拖动系统的组成：,电源,电动机,控制,设备,传动机构,工作机构,2,1,电力拖动系统,运动方程式,单轴电力拖动系统：,电动机转轴直接拖动生产机械运转的系统,三部分在同一轴线上,三部分转速相同,一般指风机、水泵等,电动机,传动装置,（连接器）,生产机械,M,d,Mz,系统,运动方程式,在上图的,单轴电力拖动系统中,若,Md,=,Mfz,说明系统静止、匀速运动加速度,Md,Mfz,说明系统加速,(,产生加速度,),加速度,系统运动方程式：,在工程上往往不用转动惯量，而用飞轮矩,GD,2,表示旋转体的惯性。,(),回转直,(,半,),径，与物体的半径不同，详见专表。,各物理量正方向的规定,转速,n,规定某一旋转方向为正，反之为负；,M,与,n,正方向相同为正，反之为负；,M,fz,与,n,正方向相反为正，反之为负。,例,2,2,多轴电力拖动系统简化,在实际应用中：,为了满足生产工艺的要求，生产机械的运行速度一般很低；,而电动机为了合理经济地使用材料，制造较高转速的电机。,电机的,P=2Mn/60,即,P,M,n,在,P,一定时,n,或,n,而电机的,m,I,s,若使,(,或,I,s,),电机体积增大,因此电动机不直接与生产机械联接,(,单轴系统,),而,需在两者之间加减速机构,如减速齿轮箱,蜗轮蜗杆,或皮带轮等传动装置,构成多轴系统,.,多轴电力拖动系统,由于不同转轴上具有不同的转动惯量和转速,因而不可能用一个运动方程式来描述整个系统,原则上可列出每根轴自身运动方程式，再列出各轴间互相联系的方程式，最后把这些方程式联立求解，才能分析研究整个系统的运动状况,为了方便起见：我们力图用某一轴的运动来代表整个系统的运动,在工程应用中：通常是把整个系统折算电动机轴上，用电动机轴的运动代表整个系统的运行,一,、负载转矩的折算,折算的实质：把系统各个部件的参数折算电动机轴上,折算的原则：要求折算前后系统在能量关系和动力学性能方面是等效的,一、负载转矩的折算,（原则：传送功率不变）,设,fz,折算到电机轴的等效负载转矩,dx,则：,dx,d,fz,fz,/,c,dx,=,fz,fz,d,c,=,fz,/j,c,c,为整个系统的传动效率，且为各传动部件的传动效率之积,c,j,为系统的传动比，且为各传动部件的转速比之乘积,j=j,1,j,2,j,3,j,n,二、转动惯量的折算,原则：系统的动能不变,系统总的折算到电动机的动能,dx,d,2,/2,此总的动能应为各部件动能之和：,工程上用近似计算,(认为电机和负载的动能大,),若生产机械负载的飞轮矩也未知,则更简单,:,电机轴,第一轴,第二轴,负载轴,且,代入上式化简为：,取,1.11.25,=1.151.3,2,3,负载的转矩特性,负载的转矩特性描述的是负载的转矩随转速变化,M,fz,=,f(n,),关系。,包括恒转矩、恒功率、风机类。,1.,恒转矩负载特性,包括反抗性和位能性恒转矩负载,反抗性恒转矩负载,又称摩擦转矩、反作用转矩,特点：,转矩的方向总是阻碍运动方向，,当运动方向改变时，反抗性转矩的方向随之改变；,但大小（绝对值）不随转速变化；,当,n=0,时，反抗性转矩的大小、方向是不确定的；,机械特性位于,、,象限，且与纵轴平行的直线。,n,M,-,M,fz,+,M,fz,n,M,D,n,2,3,负载的转矩特性,位能性,负载特性,特点：,由重力作用产生的；,转矩的大小恒定不变；,作用方向也保持不变,当,n0,时,M,fz,0,为阻碍运动的制动转矩，,当,n0,为帮助运动的拖动转矩；,机械特性是穿过,、,象限的直线。,起重机的提升机构、,矿井卷扬机等。,n,M,fz,M,fz,M,fz,n,n,2,3,负载的转矩特性,2.,恒功率负载,当,n,变化时,从电动机吸收的功率基本不变。,K,M,fz,=-,n,即：,P=M,常数,3.,风机类负载,鼓风机、水泵、输油泵等。,其转矩与转速的,二次方成正比。,即,M,fz,n,2,写为：,M,fz,=K n,2,实际负载可能是几种典型的综合,如实际风机。,n,n,M,电力拖动系统稳定运行的条件,电动机的机械特性与负载转矩特性在,M,n,平面上有相交点，是电力拖动系统可能稳定的,必要条件,；,（但不够充分）,稳定运行,充分条件,：若电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于某种干扰使转速变化，可达到新的平衡。干扰消除后，可回到原来的平衡点位置，则称此系统是稳定的。,电力拖动系统稳定运行的条件,例,1:,如右图他励直流电机拖动恒转矩,负载时受到电网电压的变化干扰：,原稳定工作在,A,点,当电网电压,U,下降，使机械特性偏,移到,B,点,M,D,M,fz,系统加速，,沿,DA,上升恢复到,A,点稳定工作。,此系统属稳定系统。,UM,D,B,点,M,D,M,fz,nE,s,I,s,=U-E,s,/RM=,C,m,I,s,M,D,=,M,fz,稳定在,A,点。,M,M,fz,n,n,0,n,0,A,B,C,D,判断稳定的方法,不稳定运行的系统,例,2,：,图示差复励电动机机械特性,原在,A,点平衡运转，因电网电压,扰动引起机械特性变化,平衡点,离开,A,点：,UBM,D,M,fz,nM,D,M,fz,n,飞车,UCM,D,M,fz,nM,D,M,fz,n,停车,判断稳定的方法：,交点转速之上：,M,fz,时系统稳定,或,在,fz,处：,fz,n,A,B,C,怎样判断稳定？,例,3.,试判断下例系统是否稳定,?,(a),表示电动机机械特性,M,D,的硬度为负值,而负载转矩,M,fz,硬度为正值；,(b),表示电动机机械特性,M,D,和负载转矩,M,fz,硬度都为正值；,(c),表示电动机机械特性,M,D,和负载转矩,M,fz,硬度都为负值；,上三系统的交点转速之上：,M,fz,所以系统不稳定。,(a),(b),(c),(d),(e),(f),M,D,M,D,M,D,M,D,M,D,M,D,M,fz,M,fz,M,fz,M,fz,M,fz,M,fz,M,n,