电力拖动系统动力学..ppt

1、,第二章 电力拖动系统动力学多轴电力系统简化,2.1 电力拖动系统转动方程式,凡是由电动机作为动力，拖动各类生产机械，完成一定的生产工艺要求的系统，都称为电力拖动系统。电力拖动系统一般由电动机、传动机构、生产机械、电源和控制装置五部分组成。,2.1 电力拖动系统转动方程式,单轴电力拖动系统：电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连，工作机构是电动机的负载。 其中，T为电动机电磁转矩； n为电动机转速； T0为电动机空载转矩； TF为工作机构（负载）的转矩 TL=TF+T0，一般情况下， 单轴电力拖动系统的电磁转矩、负载转矩与转速 可用下式表示：,2.1 电力拖动系统转动方程式,其中， 为飞轮惯量

2、或飞轮矩； 单轴电力拖动系统的电磁转矩、负载转矩 与转速可用下式表示： （T-TL）称为动转矩。动转矩等于零，系统 处于恒转速稳定运行；动转矩大于零，系统 处于加速过渡过程；动转矩小于零，系统处于 减速过渡过程。,利用公式变换得：,多轴系统单轴系统，即把负载转矩Tf折算到电动机轴上变成TF，看成等效负载的负载转矩；把系统各轴上的飞轮转矩折算到电动机轴上变成一个总飞轮转矩GD2,2.1 电力拖动系统转动方程式,折算原则：保持系统的功率传递关系及系统的储存动能不变。 负载转矩的折算：从已知实际负载转矩Tf求出等效的负载转矩TF 飞轮矩的折算：从已知的各轴上的飞轮矩 ，求出系统的总飞轮矩GD2,2.

3、1 电力拖动系统转动方程式,单轴系统,多轴系统,一、工作机构为转动时，转矩与飞轮矩的折算,1、转矩折算的原则：系统传递的功率不变,2.1 多轴电力系统简化,若考虑到传动机构的传动效率，根据功率不变的原则，可得： 考虑到传动效率前后，转矩折合值之差为：,传动机构的总效率，等于各级传动效率乘积，即 传动机构总的速比，等于各级速比的乘积，即,2、旋转运动的飞轮矩折算,飞轮矩折算的原则：系统储藏的动能不变,旋转物体动能公式：,工作机构转轴的飞轮矩为 ，动能为： 折合到电动机轴上以后的飞轮矩为 ，折算后动能为 根据折算前后动能不变的原则：,2.2 多轴电力系统简化,由上面分析的结果可以得到整个电力系统折

4、算到电动机轴上的总飞轮转矩 ，也就是简化后的系统转轴的飞轮矩，为： 写成一般形式： 为了简化计算，一般采用下面的估算公式 是电动机转子的飞轮矩。一般取：,2.2 多轴电力系统简化,二、平移运动的转矩与飞轮矩的折算,1.转矩的折算,R,切削功率： 电动机轴上功率为： 若不考虑传动系统的损耗，根据功率不变的原则，有： 若考虑传动损耗，则：,2.2 多轴电力系统简化,2.飞轮矩的折算,其它轴上的飞轮矩的折算按旋转运动的方法,作平移运动部分的物体总重为： 其动能为： 折算到电动机轴上的动能为： 折算前后的动能不变，因此：,2.2 多轴电力系统简化,车床主传动,三、升降运动的转矩与飞轮矩的折算,提升运动

5、：电动机为电动状态；下降运动：电动机为发电状态,2.2 多轴电力系统简化,1.提升运动：方法同平移运动,(1).转矩的折算,不考虑损耗，折算到电动机轴上的负载转矩； 考虑传动机构损耗，折算到电动机轴上的负载转矩；,传动机构损耗的转矩：,2.2 多轴电力系统简化,2.下降运动,下放重物时，折算到电动机轴上的负载转矩不变，即为 但提升和下放重物时损耗转矩的大小相等但方向相反， 因此，提升重物时由电动机负担损耗转矩即： 下放重物时，负载负担了损耗转矩，即： 若用效率表示下放重物时考虑传动机构的转矩损耗，则折算到电动机轴上的负载转矩为：,2.2 多轴电力系统简化,2、飞轮矩的折算按动能不变原则,飞轮矩

6、的折算：不论提升还是下降运动,为下放重物时传动机构的效率，与提升同一重物，两者之间的关系为：,2.2 多轴电力系统简化,起重机提升机构传动系统,起重机传动机构示意图,2.3 负载的转矩特性,一、负载的转矩特性,负载的转矩特性是指生产机械的转矩与转速之间的关系即：n=f(TL) 1 恒转矩负载特性 恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大小与转速n无关。 恒转矩负载分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载。,（1）反抗性恒转矩负载特性,特点： 恒值负载转矩Tf总是与转速nf的方向相反，即作用方向总是阻碍运动的方向。 当正转时nf为正， Tf与nf方向相反，应为正，即在第一象限； 当反转时nf为负， Tf与

7、nf方向相反，应为负，即在第三象限； 当转速nf=0时，外加转矩不足以使系统运动。,2.3 负载的转矩特性,根据作用力与 反作用力原 理，这时反抗力负载转矩 大小和方向取决于外加转 矩的大小和方向。即与外 加转矩大小相等，方向相 反。负载转矩特性应与横 轴重合。例如轧机，机床 刀架平移机构等。,反抗性恒转矩负载特性 (a)实际特性 (b)折算后的特性,2.3 负载的转矩特性,（2）位能性恒转矩负载特性,特点： Tf的方向与nf的方向无关。 Tf具有固定不变的方向。 例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，重力的作用总是方向朝下的，即重力产生的负载转矩方向固定。 例如：起重机的提升机

8、构，不论是提升重物还是下放重物，重力的作用总是方向朝下的。即重力产生的负载转矩方向固定不变，故在第一和第四象限。,2.3 负载的转矩特性,位能性恒转矩负载特性 (a)实际特性 (b)折算后的特性,2.3 负载的转矩特性,风机、泵类负载的转矩特性,2、风机、泵类负载的转矩特性 特性： 转矩的大小与转速的平方成正比，即,2.3 负载的转矩特性,3. 恒功率负载转矩特性,特点：当转速n变化时，负载功率基本不变。 根据： 如车床的主轴机构和轧钢机的主传动。 适用于金属切削车床。,恒功率负载转矩特性,2.3 负载的转矩特性,2.4 电力拖动系统稳定运行条件,1、电力拖动系统的稳定运行的必要条件：动转矩为

9、零，即： n不变，T=TL 如右图，曲线1为他励直流电动机的机械特性，曲线2是恒转矩负载转矩特性曲线，TL=TF+T0，由于T0可忽略，因此，可认为TL=TF。系统稳定运行时，满足T=TL，两条特性曲线的交点A此条件， 称为稳定工作点。,系统稳定运行点,2.4 电力拖动系统稳定运行条件,2、电力拖动系统的稳定运行分析,某电力拖动系统原来处于平衡状态，由于受到某种扰动，导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来的转速下继续运行，则系统是 稳定平衡状态，否则系统是 不稳定的平衡状态。 说明：他励直流电机拖动泵类负载 运行，曲线1

10、是额定电压时的机械 特性，曲线 是电压降低时的机械 特性，当系统稳定运行在A点时，,2.4 电力拖动系统稳定运行条件,2、电力拖动系统的稳定运行分析,转速为nA，转矩为TA，若突然出现干扰，导致电压下降，系统如何变化呢？由两个过程发生： （1）电磁过渡过程：电压降低，转子电流变化，电磁转矩要改变机械特性从曲线1变成曲线 ，因为 转子回路由电感存在，此变化需要过程。 （2）机械过渡过程：机械特性改变， 电磁转矩变化，转矩平衡被破坏，系统 转速变化为 ，因为有机械惯性及飞轮 矩的存在，此变化也需要一个过程。,2.4 电力拖动系统稳定运行条件,2、电力拖动系统的稳定运行分析,相比较而言，电磁过程很快

11、，分析时可忽略，认为在电压改变的瞬间，由此引起的转子电流和转矩也瞬间完成，但转速n不能突变。,2.4 电力拖动系统稳定运行条件,3、电力拖动系统的稳定运行的充分必要条件 如图曲线1和 为他励直流电动机特定情况下的机械特性，当电磁转矩变大时，转速不但没有下降反而随T增大而上翘，曲线1为额定电压是的机械特性 曲线， 为电压略有下降时的机械特性， 当拖动恒转矩负载运行时，曲线1和 负载转矩特性2的交点A稳定运行， 转速为na。若电压向下波动，曲线1 变为曲线 ，转速不能突变，电磁 转矩为TB，而负载转矩仍为TA，,2.4 电力拖动系统稳定运行条件,3、电力拖动系统的稳定运行的充分必要条件 此时动转矩（TB-TA）0，则 ，系统开始加速，电动机的电磁转矩沿着曲线 随着n的升高而增大，负载转矩不变，转速越来越快，从而毁坏电动机。 因此，A点就不属于稳定点。综上所述， 可以得到电力