電力拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

1、2.4 電力傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件電力傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件重點(diǎn)重點(diǎn)2.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式重點(diǎn)重點(diǎn)2.2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩和飛輪矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩和飛輪矩的折算了解了解2.2.1 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)2.2.2 平移運(yùn)動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)2.2.3 升降運(yùn)動(dòng)升降運(yùn)動(dòng)折算中最難折算中最難2.3 電力傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性電力傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性重點(diǎn)重點(diǎn)2.3.1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性2.3.2 通風(fēng)機(jī)與泵類(lèi)的負(fù)載特性通風(fēng)機(jī)與泵類(lèi)的負(fù)載特性2.3.3 恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載特性2.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式v1電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)形式的種類(lèi)電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)形式的種類(lèi)

2、 生產(chǎn)機(jī)械種類(lèi)繁多，運(yùn)動(dòng)形式也各不相同生產(chǎn)機(jī)械種類(lèi)繁多，運(yùn)動(dòng)形式也各不相同 電力拖動(dòng)系統(tǒng)：電力拖動(dòng)系統(tǒng)：v單軸（重點(diǎn)介紹）單軸（重點(diǎn)介紹）v多軸（可折算成單軸）多軸（可折算成單軸） 運(yùn)動(dòng)形式：運(yùn)動(dòng)形式：v旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)v直線運(yùn)動(dòng)：平移運(yùn)動(dòng)、升降運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)：平移運(yùn)動(dòng)、升降運(yùn)動(dòng) 四種典型的電力拖動(dòng)系統(tǒng)四種典型的電力拖動(dòng)系統(tǒng)mu+電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)ttln負(fù)載負(fù)載1）單軸旋轉(zhuǎn)拖動(dòng)系統(tǒng)）單軸旋轉(zhuǎn)拖動(dòng)系統(tǒng)2）多軸旋轉(zhuǎn)拖動(dòng)系統(tǒng)）多軸旋轉(zhuǎn)拖動(dòng)系統(tǒng)3）多軸旋轉(zhuǎn)加平移運(yùn)動(dòng)的拖動(dòng)系統(tǒng)）多軸旋轉(zhuǎn)加平移運(yùn)動(dòng)的拖動(dòng)系統(tǒng)4）多軸旋轉(zhuǎn)加升降運(yùn)動(dòng)的拖動(dòng)系統(tǒng)）多軸旋轉(zhuǎn)加升降運(yùn)動(dòng)的拖動(dòng)系統(tǒng)21gd22gd23gd24gd2ggdm

3、ndtngtgi1i21indmndnjvzgzfgmg1g2vgnd2.2.單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成t t電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩，n nm mn n 電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/minr/mint tl l負(fù)載轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩，n nm mv工作過(guò)程：工作過(guò)程：l電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)m通過(guò)聯(lián)軸器與生產(chǎn)機(jī)械相連通過(guò)聯(lián)軸器與生產(chǎn)機(jī)械相連l由電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)m產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩tl用來(lái)克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩用來(lái)克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩tll拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械l并以同一角速度并以同一角速度（或轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)速n）旋轉(zhuǎn)）旋轉(zhuǎn)v特點(diǎn)：特點(diǎn)：l拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載與電動(dòng)機(jī)軸直接相連拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載與電動(dòng)機(jī)軸直接相連l負(fù)載的轉(zhuǎn)速

4、與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相同，即：負(fù)載的轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相同，即：l nl n（或（或l ）3單軸拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式單軸拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式v1）運(yùn)動(dòng)方程的公式）運(yùn)動(dòng)方程的公式l牛頓第二定律牛頓第二定律l根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式不同而不同：根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式不同而不同：v直線運(yùn)動(dòng)：平移運(yùn)動(dòng)、升降運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)：平移運(yùn)動(dòng)、升降運(yùn)動(dòng)v旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：mu+電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)ttln負(fù)載負(fù)載madtdvmff21ltt 圖圖1.1 單軸旋轉(zhuǎn)單軸旋轉(zhuǎn) 拖動(dòng)系統(tǒng)圖拖動(dòng)系統(tǒng)圖) 11 ( dtdj1）運(yùn)動(dòng)方程的公式）運(yùn)動(dòng)方程的公式v式中，式中，t 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，nmtl負(fù)載轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩，nm（ttl）系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)

5、矩或加速轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩或加速轉(zhuǎn)矩，nmj 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，nms2 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機(jī)械角速度機(jī)械角速度，rad/s 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機(jī)械角加速度機(jī)械角加速度，rad/s2) 11 ( dtdjttldtd2）運(yùn)動(dòng)方程的實(shí)用公式）運(yùn)動(dòng)方程的實(shí)用公式v轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 j 是是物理學(xué)物理學(xué)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(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 j 來(lái)表示系統(tǒng)的機(jī)械慣性來(lái)表示系統(tǒng)的機(jī)械慣性l常用常用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n 代替代替角速度角速度 來(lái)表示系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)表示系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)速度l它們之間的關(guān)系為：它們之間的關(guān)系為：2mj )31 (

6、602ngg22 d)21 (42ggd)11( dtdjttlv式中，式中，m 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量，kgg 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重力，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)部分的系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性半徑轉(zhuǎn)動(dòng)慣性半徑，md 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性直徑轉(zhuǎn)動(dòng)慣性直徑，mn 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)方程式代入運(yùn)動(dòng)方程式(1-1)v即可得到運(yùn)動(dòng)方程的實(shí)用公式即可得到運(yùn)動(dòng)方程的實(shí)用公式 式中，式中，gd2

7、 系統(tǒng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)部分的飛輪矩，的飛輪矩，nm2) 11 ( dtdjttl)21 (422ggdmj)31 (602ndtdjttlggd42dtdn602)41 (3752dtdngddtdnggd26042v電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式v注意：注意：lgd2可由產(chǎn)品樣本或機(jī)械手冊(cè)上查出可由產(chǎn)品樣本或機(jī)械手冊(cè)上查出l系數(shù)系數(shù) 375 = 4g602 是個(gè)是個(gè)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(zhuǎn)動(dòng)部分的為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性直徑轉(zhuǎn)動(dòng)慣性直徑)41 (3752dtdngdttl3）系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的三種狀態(tài)）系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩或加速轉(zhuǎn)矩）被稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩或加速轉(zhuǎn)矩4）運(yùn)動(dòng)方程式中各量參考方向（即規(guī)定的正方向）運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n的的正方向正方向l電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向狀態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向v然后確定各轉(zhuǎn)矩的正、負(fù)號(hào)然后確定各轉(zhuǎn)矩的正、負(fù)號(hào)l電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩t：l與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的的正方向相同正方向相同時(shí)為正，時(shí)為正，相反相反時(shí)為負(fù)時(shí)為負(fù)l負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl：l與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的的正方向相反正方向相反時(shí)為正，時(shí)為正，相同相同時(shí)為負(fù)時(shí)為負(fù)l慣性

9、轉(zhuǎn)矩慣性轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)ttln負(fù)載圖1.1 單軸旋轉(zhuǎn) 拖動(dòng)系統(tǒng)圖方向 ？討論：討論： 起重機(jī)作升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩起重機(jī)作升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩t、負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl的正、負(fù)號(hào)？的正、負(fù)號(hào)？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(zhuǎn)矩的正、負(fù)號(hào)然后確定各轉(zhuǎn)矩的正、負(fù)號(hào)提升重物時(shí)提升重物時(shí)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(shí)下放重物時(shí)vnl 0nl 0nl 0ttlt特點(diǎn)特點(diǎn)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(fù)載負(fù)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(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)是是制動(dòng)性制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 tl幫助幫助運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)是是拖動(dòng)性拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩t：摩擦性轉(zhuǎn)矩，總與運(yùn)動(dòng)方向：摩擦性轉(zhuǎn)矩，總與運(yùn)動(dòng)方向相反相反位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)用場(chǎng)合：位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)用場(chǎng)合：v電梯電梯v提升機(jī)提升機(jī)v起重機(jī)起重機(jī)v卷?yè)P(yáng)機(jī)卷?yè)P(yáng)機(jī)思考：思考： 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，與反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，與位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的區(qū)別位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的區(qū)別gvf = ggvf = gnl ttlttlnltt2.3.2 2.3.2 通風(fēng)機(jī)與泵類(lèi)負(fù)載特性通

11、風(fēng)機(jī)與泵類(lèi)負(fù)載特性 特點(diǎn)：特點(diǎn)：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩后虛線是在考慮了軸承上的摩擦轉(zhuǎn)矩后得出的實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。得出的實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 圖2.7 通風(fēng)機(jī)、泵類(lèi) 負(fù)載特性曲線2llnkt2llnt 通風(fēng)機(jī)與泵類(lèi)負(fù)載應(yīng)用場(chǎng)合：通風(fēng)機(jī)與泵類(lèi)負(fù)載應(yīng)用場(chǎng)合：v通風(fēng)機(jī)：通風(fēng)機(jī)：鼓風(fēng)機(jī)或吹風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)或吹風(fēng)機(jī)例如，燃煤鍋爐入口例如，燃煤鍋爐入口引風(fēng)機(jī)或抽風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)或抽風(fēng)機(jī)例如，燃煤鍋爐出口例如，燃煤鍋爐出口v泵類(lèi)：泵類(lèi)：水泵水泵油泵油泵2.3.3 2.3.3 恒功率負(fù)載特性恒

12、功率負(fù)載特性ntln=f(tl)0恒功率負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性v特點(diǎn)：特點(diǎn)：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)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(shí)負(fù)載功率為此時(shí)負(fù)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(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，負(fù)載功率負(fù)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(fù)載特性負(fù)載特性顧名思義顧名思義恒功率負(fù)載應(yīng)用場(chǎng)合：恒功率負(fù)載應(yīng)用場(chǎng)合：v機(jī)床的切削加工機(jī)床的切削加工粗粗加工時(shí)，需要較加工時(shí)，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(shí)，需要較加工時(shí)，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(jī)軋制鋼板軋鋼機(jī)軋制鋼板工件工件小小，需要，需要高高速度速度小小轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩工件工件大大，需要，需要低低速度速度大大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)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(fù)載的負(fù)載的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之積為常數(shù)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之積為常數(shù)恒功率恒功率負(fù)載特性負(fù)載特性電力拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載特性 摩擦恒轉(zhuǎn)矩l生產(chǎn)流水線l起重行走速度nt負(fù)載轉(zhuǎn)矩 位能恒轉(zhuǎn)矩l電梯l起重機(jī)提升 恒功率 （速度越低，速度越低， 負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大）負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大）l機(jī)床l開(kāi)卷機(jī)/收卷機(jī) 變轉(zhuǎn)矩 （速度越低，負(fù)載速度越低，負(fù)載 轉(zhuǎn)矩越?。┺D(zhuǎn)矩越?。﹍風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小于與轉(zhuǎn)速無(wú)

14、關(guān)說(shuō)說(shuō) 明：明：v以上所述各種負(fù)載都是從實(shí)際負(fù)載中概括出來(lái)的典型以上所述各種負(fù)載都是從實(shí)際負(fù)載中概括出來(lái)的典型負(fù)載形式負(fù)載形式v實(shí)際的負(fù)載可能是實(shí)際的負(fù)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(jié)合結(jié)合v例如例如通風(fēng)機(jī)：主要是通風(fēng)機(jī)：主要是泵類(lèi)泵類(lèi)負(fù)載特性，但是軸承摩擦又是負(fù)載特性，但是軸承摩擦又是反抗性恒反抗性恒轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，只是運(yùn)行時(shí)后者數(shù)值較小而已負(fù)載特性，只是運(yùn)行時(shí)后者數(shù)值較小而已起重機(jī)：在提升或下放重物時(shí)，主要是起重機(jī)：在提升或下放重物時(shí)，主要是位能性位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載v分析拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性都作為分析拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性都作為已知量已

15、知量對(duì)待對(duì)待 電力拖動(dòng)系統(tǒng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行必要條件穩(wěn)定運(yùn)行必要條件： t=tt=tl l ，即工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)，即工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩特性矩特性 t tl ln(n(恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、泵類(lèi)負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、泵類(lèi)負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載) )與電動(dòng)與電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性機(jī)機(jī)械特性t tn n 之間有交點(diǎn)。之間有交點(diǎn)。 電力拖動(dòng)系統(tǒng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行充分條件穩(wěn)定運(yùn)行充分條件：若系統(tǒng)有擾動(dòng)，系統(tǒng)建：若系統(tǒng)有擾動(dòng)，系統(tǒng)建立新的穩(wěn)定工作點(diǎn)，干擾消失，重新回到原來(lái)的工作點(diǎn)，則立新的穩(wěn)定工作點(diǎn)，干擾消失，重新回到原來(lái)的工作點(diǎn)，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(dòng)擾動(dòng)”含義：含義：u一般是指電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的微小變化一般是指電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的微小變化aan1n1bc11tntbtltc20電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行分析0ttemnabb11u結(jié)論：結(jié)論：u對(duì)于拖動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于拖動(dòng)系統(tǒng)u其工作點(diǎn)（平衡狀態(tài)）穩(wěn)定運(yùn)行的其工作點(diǎn)（平衡狀態(tài)）穩(wěn)定運(yùn)行的u充分必