3-电力拖动系统力学基础

,第3章电力拖动系统动力学原理,本章主要内容,3.1电力拖动系统运动方程3.2负载转矩及飞轮矩的折算3.3典型负载转矩特性3.4电力拖动系统稳定运行的判据,第2章电力拖动系统的动力学理论,拖动：应用各种原动机使生产机械产生运动，以完成一定的生产任务。用电动机作为原动机则称为电力拖动。电力拖动的组成：电动机、控制设备、传动机构、工作机构、电源。,控制设备,电动机,传动机构,工作机构,电源,图.31电力拖动系统示意图,3.1电力拖动系统运动方程,一、运动方程式（单轴电力拖动系统示意图）1、直线运动：2、旋转运动其中：,J为转动惯量；GD2为飞轮转矩（N.m2）,运动方程式所表达的电动机工作状态：1）稳定运转状态：2）加速状态：3）减速状态：二、转矩正负符号确定：预先规定某个方向为正，则转矩T正向取正，反向取负，阻转矩TL正向取负，反向取正,3.2负载转矩及飞轮矩的折算,实际拖动中电机与工作机构之间的传动机构较多，则拖动系统中的运动方程式研究就较复杂，为了简便起见，可对工作机构进行各种折算。（多轴电力拖动系统的折算示意图）一、工作机构转矩的折算：用电动机轴上的阻转矩TL来反映工作机构轴上的转矩TL。折算原则是：系统的传送功率不变。以下折算先不考虑传动机构的损耗则：,j电机轴与工作机构轴的转速比,3.2负载转矩及飞轮矩的折算,实际拖动中电机与工作机构之间的传动机构较多，则拖动系统中的运动方程式研究就较复杂，为了简便起见，可对工作机构进行各种折算。（多轴电力拖动系统的折算示意图）一、工作机构转矩的折算：用电动机轴上的阻转矩TL来反映工作机构轴上的转矩TL。折算原则是：系统的传送功率不变。若考虑传动机构的损耗，则,二、工作机构直线作用力的折算先不考虑传动机构的损耗传送功率不变，则有：,二、工作机构直线作用力的折算考虑传动机构的损耗，则有：（刨床电力拖动系统示意图）动画三、飞轮矩的折算折算原则：系统储存的动能不变。在多轴系统中，各轴的角速度为则：可得：,四、工作机构直线运动质量的折算用电动机轴上的一个转动惯量与直线速度运动的物体的质量等效。折算原则：动能不变。五、位能性负载升降运动的折算问题（起重机的电力拖动系统示意图）动画,3.3典型负载转矩特性,负载的机械特性即负载转矩特性，是指：负载转矩特性有三种：1）恒转矩负载；2）恒功率负载；3）通风机负载一、恒转矩负载特性负载转矩保持常数，不随转速变化而变化。1）反抗性恒转矩负载：负载转矩大小不变，但方向总是与转速方向相反。2）位能性恒转矩负载：负载转矩大小不变，方向也保持不变。,二、通风机负载特性：负载转矩随转速变化而变化，且基本为：三、恒功率负载特性：负载的功率在运行过程中保持不变，则负载的转矩随转速变化而变化，且二者成反比。实际生产机械的负载特性有可能是这三种负载特性的综合。,三种典型负载转矩特性,反抗性恒转矩负载特性,位能性恒转矩负载特性,通风机负载特性,恒功率负载特性,3.4电力拖动系统稳定运行的判据,电力拖动系统是由电动机与负载两部分组成的，把电动机的机械特性与负载的转矩特性结合起来，就可以研究电力拖动系统稳定运行的问题。电力拖动系统的平衡运行点（稳定运行的必要条件）：T=TL，dn/dt=0交点A满足此条件，称为平衡工作点。,突然出现了微小扰动，系统能否稳定运行？扰动消失后，系统是否能够自行回到原来工作点继续稳定运行？,拖动系统存在两种情况：1）直流电动机和三相异步电动机的转矩随转速而变化，功率随之变化。2）三相同步电动机的转速是不变的，其转矩随功率角的变化而变化，功率也随之正比变化。,1.直流电动机拖动和三相异步电动机拖动系统,此类拖动系统稳定运行的充分必要条件是：（1）两特性线有交点，即有：T=TL；（2）在T=TL处，满足：。,2.三相同步电动机拖动系统,扰动