电机拖动-02

李发海 王岩 清华大学出版的《电机与拖动》课件。

第二章

电力拖动系统动力学

2．1 电力拖动系统转动方程式 2．1．1、电力拖动系统的组成

电源

控制设备 电动机 传动机构 工作机械

电力拖动系统组成方框图

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L1 L2 QS

电力拖动系统动力学

L3 L1 FU2 SB1 KM

FU1

KM FR KM M 3~ FR L2 SB2

三相交流电动机的起动、停止控制原理图

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电力拖动系统动力学

2．1．2、简单（单轴）电力拖动系统的组成 简单（单轴）电力拖动系统由电源、电动机、控制设备 和工作机械构成。电动机与负载同轴同速。

电源 T 电机 n TL 负载

M

若设： T——电动机电磁转矩（N· m） n——电动机转速（r/min） T0——电动机空载转矩 TF——机械（负载）转矩 TL——负载转矩

则有：TL = TF ＋ T0

由于 ：TF >> T0 ，故 TL ≈ TF 单轴电力拖动系统中电磁转矩T、负载转矩TL和电动机 转速n之间的关系为：

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d T TL J dt

电力拖动系统动力学

—— 转动方程式

其中：J —— 转动惯量（kg· 2 ）； m Ω—— 角速度（rad/s） 又因为

2 n 60

及

GD2 J 4g

GD2 ——飞轮矩/飞轮惯量（N· 2） m GD2 dn 所以，有： —— 简化的转动方程式 T TL

375 dt

系数375的单位为m/min· s 上式表明： 当动转矩： T-TL = 0 时，系统为恒转速运行状态； T-TL > 0 时，系统为加速运行过程； T-TL < 0 时，系统为减速运行过程。

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电力拖动系统动力学

2．2、多轴电力拖动系统的简化问题 多轴电力拖动系统的简化问题，需要考虑工作机械的 以下三种情形： 1、转动情况；2、平移情况； 3、升降情况 2．2．1 工作机械转动情况下，转矩与飞轮矩的折算 实际的大多数电力拖动系统是多轴连接的，如下图所示。 因此从电动机到负载之间的各轴需要折算，才能得到最终的 转矩方程式。

传动机构

电动机 工作机械

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电动机

电力拖动系统动力学

等效负载

1、转矩的折算 折算原则：折算前后功率不变。 设工作机械的实际负载转矩为Tf 及其转轴的角速度为Ωf ， 电动机的转轴角速度为Ω，工作机械负载转矩折算到电动机转 轴上的值为TF ，根据折算原则：

TfΩf = TFΩ 又因为：Ω∝n ，故：

TF Tf f Tf n f n Tf j

..……………………（1）

其中， j

为传动机构总的速比，它等于各级速比的乘积， 即 j=j1j2j3…

n nf

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电力拖动系统动力学

若设传动机构的传动效率为η，则： Tf TF ……………………………（2） j 其中，η为传动机构总效率，它等于各级传动效率的 乘积，即η=η1η2η3… 上述（1）、（2）式即为工作机构转矩的折算公式。 显然它们之间存在一个差值ΔT（传动机构转矩的损耗）：

T Tf j Tf j

2、飞轮矩的折算

折算原则：折算前后轴的动能不变。 由于飞轮矩GD2就是运动物体机械惯性的大小，而旋转物 体的动能W大小为： 1 W J 2 2

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2

整个拖动系统折算到电动机轴上的总飞轮矩GD2 为：

GD f GDb2 GDc2 2 2 GD GDa 2 2 2 j1 j j1 j2

例题1：教材P12例题2-1 3、工作机械平移运动和升降运动时，转矩与飞轮矩的折算 （自学） 2．3 负载的转矩特性与拖动系统稳定运行的条件 2．3．1 负载的转矩特性 负载的转矩特性指工作机构的负载转矩与转速之间的关系。 1、恒转矩负载特性 1） 反抗性恒转矩负载

特点：工作机构转矩的绝对值大小恒定不变； 转矩的性质：是阻碍运动的制动性转矩。

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皮带运输机、轧钢机、机床等就属于反抗性恒转矩负载 。

nf -Tf 0 Tf nf>0时， Tf>0 T 0 nf

nf>0时，提升 Tf>0

Tf nf<0时，下放 Tf>0 位能性恒转矩负载 T

nf<0时， Tf<0

反抗性负载恒转矩特性

2）位能性恒转矩负载 特点：工作机构转矩的绝对值大小恒定且方向不变；

转矩的性质：可以是阻碍运动的制动性转矩，也可以是帮助 运动的拖动性转矩。如：起重机等。

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电力拖动系统动力学

2、恒功率负载特性 在有些场合，负载高速运转时，要求的转矩小；而低 速时则要求大转矩，但负载的转速与转矩的乘积则为一个 常数。即恒功率负载的转矩特性。 2 n f P Tf f Tf 60 特点：负载功率恒定不变；负载转矩TF与转速n成反比关系。

n

0

TF

恒功率负载转矩特性

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电力拖动系统动力学

3、泵类负载转矩特性 泵类负载转矩TF的大小与转速n的平方成正比关系。

特点：既不是恒转矩，也不是恒功率特性。如各种泵类、 通风机等。

n

0

TF 泵类负载转矩特性

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电力拖动系统动力学

2．3．2 拖动系统稳定运行的条件 根据拖动系统转动方程式

GD2 dn T TL 375 dt

当T-TL = 0 时，系统为恒转速运行状态，因此，系统稳 定运行的必要条件为动转矩T-TL = 0。

下面以一台他励直流电动机为例，来讨论拖动系统稳 定运行的条件问题：

设负载具有恒转矩特性，如下图中曲线1所示。

n n0 2 1 工作点 A

0

Tf

T

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电力拖动系统动力学

他励直流电动机的机械特性（电动机的电磁转矩与转 速之间的关系）可描述为： n = n0 – βT （教材P56-57） 如上图中曲线2所示。

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第二章 结束

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