電力拖動系統(tǒng)動力學

1、2.4 電力傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件電力傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件重點重點2.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式重點重點2.2 負載轉矩和飛輪矩的折算負載轉矩和飛輪矩的折算了解了解2.2.1 旋轉運動旋轉運動2.2.2 平移運動平移運動2.2.3 升降運動升降運動折算中最難折算中最難2.3 電力傳動系統(tǒng)的負載特性電力傳動系統(tǒng)的負載特性重點重點2.3.1 恒轉矩負載特性恒轉矩負載特性2.3.2 通風機與泵類的負載特性通風機與泵類的負載特性2.3.3 恒功率負載特性恒功率負載特性2.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式v1電力拖動系統(tǒng)運動形式的種類電力拖動系統(tǒng)運動形式的種類

2、 生產(chǎn)機械種類繁多，運動形式也各不相同生產(chǎn)機械種類繁多，運動形式也各不相同 電力拖動系統(tǒng)：電力拖動系統(tǒng)：v單軸（重點介紹）單軸（重點介紹）v多軸（可折算成單軸）多軸（可折算成單軸） 運動形式：運動形式：v旋轉運動旋轉運動v直線運動：平移運動、升降運動直線運動：平移運動、升降運動 四種典型的電力拖動系統(tǒng)四種典型的電力拖動系統(tǒng)mu+電動機電動機ttln負載負載1）單軸旋轉拖動系統(tǒng)）單軸旋轉拖動系統(tǒng)2）多軸旋轉拖動系統(tǒng)）多軸旋轉拖動系統(tǒng)3）多軸旋轉加平移運動的拖動系統(tǒng)）多軸旋轉加平移運動的拖動系統(tǒng)4）多軸旋轉加升降運動的拖動系統(tǒng)）多軸旋轉加升降運動的拖動系統(tǒng)21gd22gd23gd24gd2ggdm

3、ndtngtgi1i21indmndnjvzgzfgmg1g2vgnd2.2.單軸電力拖動系統(tǒng)的組成單軸電力拖動系統(tǒng)的組成t t電磁轉矩，電磁轉矩，n nm mn n 電機轉速，電機轉速，r/minr/mint tl l負載轉矩，負載轉矩，n nm mv工作過程：工作過程：l電動機電動機m通過聯(lián)軸器與生產(chǎn)機械相連通過聯(lián)軸器與生產(chǎn)機械相連l由電動機由電動機m產(chǎn)生輸出轉矩產(chǎn)生輸出轉矩tl用來克服負載轉矩用來克服負載轉矩tll拖動生產(chǎn)機械拖動生產(chǎn)機械l并以同一角速度并以同一角速度（或轉速（或轉速n）旋轉）旋轉v特點：特點：l拖動系統(tǒng)的負載與電動機軸直接相連拖動系統(tǒng)的負載與電動機軸直接相連l負載的轉速

4、與電動機的轉速相同，即：負載的轉速與電動機的轉速相同，即：l nl n（或（或l ）3單軸拖動系統(tǒng)運動方程式單軸拖動系統(tǒng)運動方程式v1）運動方程的公式）運動方程的公式l牛頓第二定律牛頓第二定律l根據(jù)運動形式不同而不同：根據(jù)運動形式不同而不同：v直線運動：平移運動、升降運動直線運動：平移運動、升降運動v旋轉運動：旋轉運動：mu+電動機電動機ttln負載負載madtdvmff21ltt 圖圖1.1 單軸旋轉單軸旋轉 拖動系統(tǒng)圖拖動系統(tǒng)圖) 11 ( dtdj1）運動方程的公式）運動方程的公式v式中，式中，t 電動機的電磁轉矩，電動機的電磁轉矩，nmtl負載轉矩，負載轉矩，nm（ttl）系統(tǒng)的動態(tài)轉

5、矩或加速轉矩，系統(tǒng)的動態(tài)轉矩或加速轉矩，nmj 旋轉系統(tǒng)的轉動慣量，旋轉系統(tǒng)的轉動慣量，nms2 轉子旋轉轉子旋轉機械角速度機械角速度，rad/s 轉子旋轉轉子旋轉機械角加速度機械角加速度，rad/s2) 11 ( dtdjttldtd2）運動方程的實用公式）運動方程的實用公式v轉動慣量轉動慣量 j 是是物理學物理學中常用的物理量中常用的物理量v工程上工程上l常用常用飛輪矩飛輪矩 gd2 代替代替轉動慣量轉動慣量 j 來表示系統(tǒng)的機械慣性來表示系統(tǒng)的機械慣性l常用常用轉速轉速 n 代替代替角速度角速度 來表示系統(tǒng)轉動速度來表示系統(tǒng)轉動速度l它們之間的關系為：它們之間的關系為：2mj )31 (

6、602ngg22 d)21 (42ggd)11( dtdjttlv式中，式中，m 系統(tǒng)轉動部分的質量，系統(tǒng)轉動部分的質量，kgg 系統(tǒng)轉動部分的重力，系統(tǒng)轉動部分的重力，ng 重力加速度，一般取重力加速度，一般取9.8m/s2 系統(tǒng)轉動部分的系統(tǒng)轉動部分的轉動慣性半徑轉動慣性半徑，md 系統(tǒng)轉動部分的系統(tǒng)轉動部分的轉動慣性直徑轉動慣性直徑，mn 電動機轉速，電動機轉速，r/min或或rpm)31 (602n)21 (42222ggddggmjv分別將式分別將式(1-2)和和(1-3)代入運動方程式代入運動方程式(1-1)v即可得到運動方程的實用公式即可得到運動方程的實用公式 式中，式中，gd2

7、 系統(tǒng)系統(tǒng)轉動部分轉動部分的飛輪矩，的飛輪矩，nm2) 11 ( dtdjttl)21 (422ggdmj)31 (602ndtdjttlggd42dtdn602)41 (3752dtdngddtdnggd26042v電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式v注意：注意：lgd2可由產(chǎn)品樣本或機械手冊上查出可由產(chǎn)品樣本或機械手冊上查出l系數(shù)系數(shù) 375 = 4g602 是個是個有單位有單位的系數(shù)，單位為的系數(shù)，單位為m/minsld為系統(tǒng)轉動部分的為系統(tǒng)轉動部分的轉動慣性直徑轉動慣性直徑)41 (3752dtdngdttl3）系統(tǒng)旋轉運動的三種狀態(tài)）系統(tǒng)旋轉運動的三種狀態(tài)dtdngdt

8、tl3752ltt ltt ltt 0dtdn0dtdn0dtdn因此，（因此，（ttl）被稱為系統(tǒng)的動態(tài)轉矩或加速轉矩）被稱為系統(tǒng)的動態(tài)轉矩或加速轉矩4）運動方程式中各量參考方向（即規(guī)定的正方向）運動方程式中各量參考方向（即規(guī)定的正方向）v首先規(guī)定首先規(guī)定轉速轉速n的的正方向正方向l電動機處于電動機處于電動電動狀態(tài)時的旋轉方向狀態(tài)時的旋轉方向v然后確定各轉矩的正、負號然后確定各轉矩的正、負號l電磁轉矩電磁轉矩t：l與轉速與轉速n的的正方向相同正方向相同時為正，時為正，相反相反時為負時為負l負載轉矩負載轉矩tl：l與轉速與轉速n的的正方向相反正方向相反時為正，時為正，相同相同時為負時為負l慣性

9、轉矩慣性轉矩(ttl)：由由t和和tl的代數(shù)和決定的代數(shù)和決定nttlmu+電動機ttln負載圖1.1 單軸旋轉 拖動系統(tǒng)圖方向 ？討論：討論： 起重機作升降運動時，電磁轉矩起重機作升降運動時，電磁轉矩t、負載轉矩負載轉矩tl的正、負號？的正、負號？v首先規(guī)定首先規(guī)定n的正方向的正方向v然后確定各轉矩的正、負號然后確定各轉矩的正、負號提升重物時提升重物時vnl 0vt與與n的的正方向正方向相同相同vtl與與n的的正方向正方向相反相反下放重物時下放重物時vnl 0nl 0nl 0ttlt特點特點相同相同相反相反0t0lt0t0lt0t0t相同相同相反相反n的正方向的正方向相反相反相相同同nl00

10、lttnl00ltttl大小恒定不變大小恒定不變tl方向固定不變方向固定不變tt負載負載特性特性曲線曲線位于第位于第象限象限位于第位于第象限象限 tl阻礙阻礙運動運動是是制動性制動性轉矩轉矩 tl幫助幫助運動運動是是拖動性拖動性轉矩轉矩t：摩擦性轉矩，總與運動方向：摩擦性轉矩，總與運動方向相反相反位能性恒轉矩負載應用場合：位能性恒轉矩負載應用場合：v電梯電梯v提升機提升機v起重機起重機v卷揚機卷揚機思考：思考： 反抗性恒轉矩負載，與反抗性恒轉矩負載，與位能性恒轉矩負載的區(qū)別位能性恒轉矩負載的區(qū)別gvf = ggvf = gnl ttlttlnltt2.3.2 2.3.2 通風機與泵類負載特性通

11、風機與泵類負載特性 特點：特點：負載轉矩與轉速平方成正負載轉矩與轉速平方成正比，即有：比，即有： 例如水泵，油泵等，如圖所示，例如水泵，油泵等，如圖所示，虛線是在考慮了軸承上的摩擦轉矩后虛線是在考慮了軸承上的摩擦轉矩后得出的實際鼓風機負載轉矩。得出的實際鼓風機負載轉矩。 圖2.7 通風機、泵類 負載特性曲線2llnkt2llnt 通風機與泵類負載應用場合：通風機與泵類負載應用場合：v通風機：通風機：鼓風機或吹風機鼓風機或吹風機例如，燃煤鍋爐入口例如，燃煤鍋爐入口引風機或抽風機引風機或抽風機例如，燃煤鍋爐出口例如，燃煤鍋爐出口v泵類：泵類：水泵水泵油泵油泵2.3.3 2.3.3 恒功率負載特性恒

12、功率負載特性ntln=f(tl)0恒功率負載轉矩特性v特點：特點：負載轉矩與轉速成負載轉矩與轉速成反比反比，即，即其中，其中，k為比例系數(shù)，為比例系數(shù)，常數(shù)常數(shù)v此時負載功率為此時負載功率為lnkt llltp602llnt602llnnk260k常數(shù)55. 9kn 從上式可以看出：從上式可以看出：n當轉速變化時，當轉速變化時，負載功率負載功率保持保持不變不變n故稱之為故稱之為恒功率恒功率負載特性負載特性顧名思義顧名思義恒功率負載應用場合：恒功率負載應用場合：v機床的切削加工機床的切削加工粗粗加工時，需要較加工時，需要較大大吃刀量和較吃刀量和較低低速度速度精精加工時，需要較加工時，需要較小小吃

13、刀量和較吃刀量和較高高速度速度v軋鋼機軋制鋼板軋鋼機軋制鋼板工件工件小小，需要，需要高高速度速度小小轉矩轉矩工件工件大大，需要，需要低低速度速度大大轉矩轉矩v從生產(chǎn)加工工藝要求的總體看從生產(chǎn)加工工藝要求的總體看負載的負載的轉速與轉矩之積為常數(shù)轉速與轉矩之積為常數(shù)恒功率恒功率負載特性負載特性電力拖動系統(tǒng)的負載特性傳動機構電動機生產(chǎn)機械負載特性 摩擦恒轉矩l生產(chǎn)流水線l起重行走速度nt負載轉矩 位能恒轉矩l電梯l起重機提升 恒功率 （速度越低，速度越低， 負載轉矩越大）負載轉矩越大）l機床l開卷機/收卷機 變轉矩 （速度越低，負載速度越低，負載 轉矩越?。┺D矩越小）l風機水泵負載轉矩大小于與轉速無

14、關說說 明：明：v以上所述各種負載都是從實際負載中概括出來的典型以上所述各種負載都是從實際負載中概括出來的典型負載形式負載形式v實際的負載可能是實際的負載可能是以某種典型為主以某種典型為主，或，或某幾種典型的某幾種典型的結合結合v例如例如通風機：主要是通風機：主要是泵類泵類負載特性，但是軸承摩擦又是負載特性，但是軸承摩擦又是反抗性恒反抗性恒轉矩轉矩負載特性，只是運行時后者數(shù)值較小而已負載特性，只是運行時后者數(shù)值較小而已起重機：在提升或下放重物時，主要是起重機：在提升或下放重物時，主要是位能性位能性恒轉矩負載恒轉矩負載v分析拖動系統(tǒng)時，負載轉矩特性都作為分析拖動系統(tǒng)時，負載轉矩特性都作為已知量已

15、知量對待對待 電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行必要條件穩(wěn)定運行必要條件： t=tt=tl l ，即工作機構轉，即工作機構轉矩特性矩特性 t tl ln(n(恒轉矩負載、泵類負載、恒轉矩負載恒轉矩負載、泵類負載、恒轉矩負載) )與電動與電動機機械特性機機械特性t tn n 之間有交點。之間有交點。 電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行充分條件穩(wěn)定運行充分條件：若系統(tǒng)有擾動，系統(tǒng)建：若系統(tǒng)有擾動，系統(tǒng)建立新的穩(wěn)定工作點，干擾消失，重新回到原來的工作點，則立新的穩(wěn)定工作點，干擾消失，重新回到原來的工作點，則系統(tǒng)穩(wěn)定；否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。系統(tǒng)穩(wěn)定；否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。 “擾動擾動”含義：含義：u一般是指電網(wǎng)電壓的波動或負載的微小變化一般是指電網(wǎng)電壓的波動或負載的微小變化aan1n1bc11tntbtltc20電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行分析0ttemnabb11u結論：結論：u對于拖動系統(tǒng)對于拖動系統(tǒng)u其工作點（平衡狀態(tài)）穩(wěn)定運行的其工作點（平衡狀態(tài)）穩(wěn)定運行的u充分必