电力拖动系统动力学课件.ppt

1、 电力拖动系统动力学电力拖动系统动力学l电力拖动电力拖动系统的基本概念系统的基本概念由原动机带动生产机械运转称为由原动机带动生产机械运转称为拖动拖动。以电动机为原动机带动生产机械运转的以电动机为原动机带动生产机械运转的拖动方式称为拖动方式称为电力拖动电力拖动。电力拖动系统的组成：电力拖动系统的组成：电源电源电动机电动机控制控制设备设备传动机构传动机构工作机构工作机构21电力拖动系统电力拖动系统运动方程式运动方程式l单轴电力拖动系统单轴电力拖动系统：电动机转轴直接拖动生产机械运转的系统电动机转轴直接拖动生产机械运转的系统l三部分在同一轴线上三部分在同一轴线上l三部分转速相同三部分转速相同 一般指

2、风机、水泵等一般指风机、水泵等电动机电动机传动装置传动装置（连接器）（连接器）生产机械生产机械TTL系统系统运动方程式运动方程式l在上图的在上图的单轴电力拖动系统中单轴电力拖动系统中若若T=TL说明系统静止、匀速运动加速度说明系统静止、匀速运动加速度 T TL说明系统加速说明系统加速(产生加速度产生加速度)加速度加速度系统运动方程式：系统运动方程式：在工程上往往不用转动惯量，而用飞轮矩在工程上往往不用转动惯量，而用飞轮矩GD2表示旋表示旋转体的惯性。转体的惯性。()回转直回转直(半半)径，与物体的半径不同，详见专表。径，与物体的半径不同，详见专表。0dtd0dtd0dtdLdTTJdtgGDD

3、gGmJ42222)(602n2375GDdnLdtTT各物理量正方向的规定各物理量正方向的规定l转速转速n规定某一旋转方向为正，反之为负；规定某一旋转方向为正，反之为负；lT与与n正方向相同为正，反之为负；正方向相同为正，反之为负；lTL与与n正方向相反为正，反之为负。正方向相反为正，反之为负。l例例22多轴电力拖动系统简化多轴电力拖动系统简化 l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；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。而电动机为了合理经济地使用材料，制造较高转速的电机。电机的电机的 P=2Tn/

4、60 P=2Tn/60 即即 P P T Tn n在在P P一定时一定时 n Tn T或或 n n T T 而电机的而电机的T Tm mIIa a若使若使T T (或或I Ia a)电机体积增大电机体积增大 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因而不可能用一个运动方程式来描述整个系统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，最后把这原则上可列出每根轴自身运动

5、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的运动代表整个系统的运行 一、负载转矩的折算l折算的实质：把系统各个部件的参数折算电动机轴上 l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）l设TL折

6、算到电机轴的等效负载转矩Tdx l则：TdxdTLL/cTdx=TLfz d c=TL/j clc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 lj为系统的传动比，且为各传动部件的转速比之乘积j=j1 j2 j3 j n二、转动惯量的折算l原则：系统的动能不变系统总的折算到电动机的动能dxd2/2 此总的动能应为各部件动能之和：l工程上用近似计算(认为电机和负载的动能大)l若生产机械负载的飞轮矩也未知,则更简单:2n2221jjj12fz2d2dxGDGDGD2nn2122221211212dd212ddx21JJJJJ电机轴第一轴第二轴负载轴g4GD2J60n2且代入上式化简为：2n

7、222122212jjj12njj122j1212d2dxGDGDGDGDGD2d2dxGDGD2n2221jjj12fz2d2dxGDGDGD取1.11.25=1.151.323负载的转矩特性负载的转矩特性l负载的转矩特性描述的是负载的转矩随转速变化TL=f(n)关系。l包括恒转矩、恒功率、风机类。1.恒转矩负载特性恒转矩负载特性包括反抗性和位能性恒转矩负载包括反抗性和位能性恒转矩负载反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载又称摩擦转矩、反作用转矩又称摩擦转矩、反作用转矩特点：特点：转矩的方向总是阻碍运动方向，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；当运动方向改变时，

8、反抗性转矩的方向随之改变；但大小（绝对值）不随转速变化；但大小（绝对值）不随转速变化；当当n=0时，反抗性转矩的大小、方向是不确定的；时，反抗性转矩的大小、方向是不确定的；机械特性位于机械特性位于、象限，且与纵轴平行的直线。象限，且与纵轴平行的直线。nT-TL+TLnTn23负载的转矩特性负载的转矩特性l位能性位能性负载特性负载特性特点：由重力作用产生的；由重力作用产生的；转矩的大小恒定不变；转矩的大小恒定不变；作用方向也保持不变作用方向也保持不变,当当n0时时TL0为阻碍运动的制动转矩，为阻碍运动的制动转矩，当当n0为帮助运动的拖动转矩；为帮助运动的拖动转矩；机械特性是穿过机械特性是穿过、象

9、限的直线。象限的直线。起重机的提升机构、矿井卷扬机等。nTLTLTLnnT23负载的转矩特性负载的转矩特性2.恒功率负载恒功率负载当当n变化时变化时,从电动机吸收的功率基本不变。从电动机吸收的功率基本不变。K TL=-n 即：即：P=T 常数常数3.风机类负载风机类负载鼓风机、水泵、输油泵等。鼓风机、水泵、输油泵等。其转矩与转速的其转矩与转速的二次方成正比。二次方成正比。即即 TL n2 写为：写为：TL=K n2l实际负载可能是几种典型的综合实际负载可能是几种典型的综合,如实际风机。如实际风机。nnTT电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统稳定运行的条件 l电动机机械特性与负载转矩特性在电动

10、机机械特性与负载转矩特性在 Tn 平面上有相交点，是电力拖动系统可能稳平面上有相交点，是电力拖动系统可能稳定的定的必要条件必要条件；（但不够充分）（但不够充分）l稳定运行稳定运行充分条件充分条件：若电力拖动系统原在：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，则称此系统是稳定到原来的平衡点位置，则称此系统是稳定的。的。电力拖动系统稳定运行的条件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：l原稳定工作在A点当电网电

11、压U下降，使机械特性偏移到B点,TTL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。lUTB点TTLnEa Ia=U-Ea/RT=CTIaT=TL稳定在A点。TTLnn0n0ABCD判断稳定的方法l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：UBTTLnTTLn飞车UCTTLnTTLn停车判断稳定的方法：交点转速之上：T TL时系统稳定LdTdTdndn0LdTdTdndn或在TTL处：TTLnABC怎样判断稳定？怎样判断稳定？l例3.试判断下例系统是否稳定?(a)表示电动机机械特性表示电动机机械特性T的硬度为负值的硬度为负值,而负载转矩而负载转矩TL硬度为正值；硬度为正值；(b)表示电动机机械特性表示电动机机械特性T和负载转矩和负载转矩TL硬度都为正值；硬度都为正值；(c)表示电动机机械特性表示电动机机械特性T和负载转矩和负载转矩TL硬度都为负值；硬度都为负值；上三系统的交点转速之上：TTL所以系统不稳定。(a)(b)(c)(d)(e)(f)TTTTTTTLTLTLTLTLTLTn