电力拖动系统动力学.ppt

2.4 电力传动系统稳定运行条件重点 电力拖动系统动力学电力拖动系统动力学 2.1 电力拖动系统的运动方程式重点 2.2 负载转矩和飞轮矩的折算了解 2.2.1 旋转运动 2.2.2 平移运动 2.2.3 升降运动折算中最难 2.3 电力传动系统的负载特性重点 2.3.1 恒转矩负载特性 2.3.2 通风机与泵类的负载特性 2.3.3 恒功率负载特性 2.1 电力拖动系统的运动方程式 v1电力拖动系统运动形式的种类 生产机械种类繁多，运动形式也各不相同 电力拖动系统： v单轴（重点介绍） v多轴（可折算成单轴） 运动形式： v旋转运动 v直线运动：平移运动、升降运动 四种典型的电力拖动系统 M U+ 电动机 T TL n 负载 1）单轴旋转拖动系统2）多轴旋转拖动系统 3）多轴旋转加平移运动的拖动系统4）多轴旋转加升降运动的拖动系统 M ndT ngTg i1 i2 M nd nj vz Gz Fg M G1 G2 vg nd 2.单轴电力拖动系统的组成 T电磁转矩，Nm n 电机转速，r/min TL负载转矩，Nm v工作过程： l电动机M通过联轴器与生产机械相连 l由电动机M产生输出转矩T l用来克服负载转矩TL l拖动生产机械 l并以同一角速度（或转速n）旋转 v特点： l拖动系统的负载与电动机轴直接相连 l负载的转速与电动机的转速相同，即： l nL n（或L ） 3单轴拖动系统运动方程式 v1）运动方程的公式 l牛顿第二定律 l根据运动形式不同而不同： v直线运动：平移运动、升降运动 v旋转运动： M U+ 电动机 T TL n 负载 图1.1 单轴旋转 拖动系统图 1）运动方程的公式 v式中， T 电动机的电磁转矩，Nm TL负载转矩，Nm （TTL）系统的动态转矩或加速转矩，Nm J 旋转系统的转动惯量，Nms2 转子旋转机械角速度，rad/s 转子旋转机械角加速度，rad/s2 2）运动方程的实用公式 v转动惯量 J 是物理学中常用的物理量 v工程上 l常用飞轮矩 GD2 代替转动惯量 J 来表示系统的机械惯性 l常用转速 n 代替角速度 来表示系统转动速度 l它们之间的关系为： v式中， m 系统转动部分的质量，kg G 系统转动部分的重力，N g 重力加速度，一般取9.8m/s2 系统转动部分的转动惯性半径，m D 系统转动部分的转动惯性直径，m n 电动机转速，r/min或rpm v分别将式(1-2)和(1-3)代入运动方程式(1-1) v即可得到运动方程的实用公式 式中， GD2 系统转动部分的飞轮矩，Nm2 v电力拖动系统的运动方程式 v注意： lGD2可由产品样本或机械手册上查出 l系数 375 = 4g602 是个有单位的系数，单位为m/mins lD为系统转动部分的转动惯性直径 3）系统旋转运动的三种状态 系统运动系统运动运动状态运动状态 1 1 2 2 3 3 加速加速动态动态 减速减速动态动态 恒转速恒转速 或静止或静止 稳态稳态 因此，（TTL）被称为系统的动态转矩或加速转矩 4）运动方程式中各量参考方向（即规定的正方向） v首先规定转速n的正方向 l电动机处于电动状态时的旋转方向 v然后确定各转矩的正、负号 l电磁转矩T： l与转速n的正方向相同时为正，相反时为负 l负载转矩TL： l与转速n的正方向相反时为正，相同时为负 l惯性转矩(TTL)：由T和TL的代数和决定 n TTL M U+ 电动机 T TL n 负载 图1.1 单轴旋转 拖动系统图 方向 ？ 讨论： 起重机作升降运动时，电磁转矩T、 负载转矩TL的正、负号？ v首先规定n的正方向 v然后确定各转矩的正、负号 提升重物时 vnL 0 vT与n的正方向相同 vTL与n的正方向相反 下放重物时 vnL 0nL 0nL 0 T TL T 特点 相同 相反 相同 相反 n的正方向 相反相同 nL0nL0 TL大小恒定不变TL方向固定不变 T T 负载 特性 曲线 位于第象限位于第象限 TL阻碍运动 是制动性转矩 TL帮助运动 是拖动性转矩 T：摩擦性转矩，总与运动方向相 反 位能性恒转矩负载应用场合： v电梯 v提升机 v起重机 v卷扬机 思考： 反抗性恒转矩负载，与 位能性恒转矩负载的区别 G v F = G G v F = G nL TTL T TL nL T T 2.3.2 通风机与泵类负载特性 特点：负载转矩与转速平方成正 比，即有： 例如水泵，油泵等，如图所示， 虚线是在考虑了轴承上的摩擦转矩后 得出的实际鼓风机负载转矩。 图2.7 通风机、泵类 负载特性曲线 通风机与泵类负载应用场合： v通风机： 鼓风机或吹风机例如，燃煤锅炉入口 引风机或抽风机例如，燃煤锅炉出口 v泵类： 水泵 油泵 2.3.3 恒功率负载特性 v特点： 负载转矩与转速成反比，即 其中，k为比例系数，常数 v此时负载功率为 n 从上式可以看出： n当转速变化时，负载功率保持不变 n故称之为恒功率负载特性顾名思义 恒功率负载应用场合： v机床的切削加工 粗加工时，需要较大吃刀量和较低速度 精加工时，需要较小吃刀量和较高速度 v轧钢机轧制钢板 工件小，需要高速度小转矩 工件大，需要低速度大转矩 v从生产加工工艺要求的总体看 负载的转速与转矩之积为常数恒功率负载特性 电力拖动系统的负载特性 传动机构 电动机 生产机械 负载特性 摩擦恒转矩 l生产流水线 l起重行走 速度n T负载转矩 位能恒转矩 l电梯 l起重机提升 恒功率 （速度越低， 负载转矩越大） l机床 l开卷机/收卷机 变转矩 （速度越低，负载 转矩越小） l风机水泵 负载转矩大小于与转速无关 说 明： v以上所述各种负载都是从实际负载中概括出来的典型 负载形式 v实际的负载可能是以某种典型为主，或某几种典型的 结合 v例如 通风机：主要是泵类负载特性，但是轴承摩擦又是反抗性恒 转矩负载特性，只是运行时后者数值较小而已 起重机：在提升或下放重物时，主要是位能性恒转矩负载 v分析拖动系统时，负载转矩特性都作为已知量对待 电力拖动系统稳定运行必要条件： T=TL ，即工作机构转转 矩特性 TLn(恒转转矩负载负载 、泵类负载泵类负载 、恒转转矩负载负载 )与电电 动动机机械特性Tn 之间间有交点。 电力拖动系统稳定运行充分条件：若系统有扰动，系统建 立新的稳定工作点，干扰消失，重新回到原来的工作点，则 系统稳定；否则系统不稳定。 2.4 2.4 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件 “扰动”含义： u一般是指电网电压的波动或负载的微小变化 A A n1 n1 B C 1 1 T n TBTLTC 2 0 电力拖动系统稳定运行分析 如如1 1： 0 T Tem n A B B 1 1 如如2 2： 电力拖动系统稳定运行的电力拖动系统稳定运行的 充分必要条件充分必要条件 u结论： u对于拖动系统 u其