电力拖动系统动力学

2.4电力传动系统稳定运行条件重点,第2章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,1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：单轴（重点介绍）多轴（可折算成单轴）运动形式：旋转运动直线运动：平移运动、升降运动,四种典型的电力拖动系统,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,2.单轴电力拖动系统的组成,T电磁转矩，Nmn电机转速，r/minTL负载转矩，Nm,工作过程：电动机M通过联轴器与生产机械相连由电动机M产生输出转矩T用来克服负载转矩TL拖动生产机械并以同一角速度（或转速n）旋转特点：拖动系统的负载与电动机轴直接相连负载的转速与电动机的转速相同，即：nLn（或L）,3单轴拖动系统运动方程式,1）运动方程的公式牛顿第二定律根据运动形式不同而不同：直线运动：平移运动、升降运动旋转运动：,图1.1单轴旋转拖动系统图,1）运动方程的公式,式中，T电动机的电磁转矩，NmTL负载转矩，Nm（TTL）系统的动态转矩或加速转矩，NmJ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,转动惯量J是物理学中常用的物理量工程上常用飞轮矩GD2代替转动惯量J来表示系统的机械惯性常用转速n代替角速度来表示系统转动速度它们之间的关系为：,式中，m系统转动部分的质量，kgG系统转动部分的重力，Ng重力加速度，一般取9.8m/s2系统转动部分的转动惯性半径，mD系统转动部分的转动惯性直径，mn电动机转速，r/min或rpm,分别将式(1-2)和(1-3)代入运动方程式(1-1)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,电力拖动系统的运动方程式注意：GD2可由产品样本或机械手册上查出系数375=4g602是个有单位的系数，单位为m/minsD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,运动状态,1,2,3,加速,动态,减速,动态,恒转速,或静止,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）,首先规定转速n的正方向电动机处于电动状态时的旋转方向然后确定各转矩的正、负号电磁转矩T：与转速n的正方向相同时为正，相反时为负负载转矩TL：与转速n的正方向相反时为正，相同时为负惯性转矩(TTL)：由T和TL的代数和决定,n,T,TL,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？,首先规定n的正方向然后确定各转矩的正、负号提升重物时nL0T与n的正方向相同TL与n的正方向相反下放重物时nL0,nL0,nL0,T,TL,T,特点,相同,相反,相同,相反,n的正方向,相反,相同,nL0,nL0,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：,电梯提升机起重机卷扬机,思考：反抗性恒转矩负载，与位能性恒转矩负载的区别,v,F=G,v,F=G,nL,T,TL,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：,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，燃煤锅炉出口泵类：水泵油泵,2.3.3恒功率负载特性,特点：负载转矩与转速成反比，即其中，k为比例系数，常数此时负载功率为,从上式可以看出：当转速变化时，负载功率保持不变故称之为恒功率负载特性顾名思义,恒功率负载应用场合：,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,摩擦恒转矩生产流水线起重行走,位能恒转矩电梯起重机提升,恒功率（速度越低，负载转矩越大）机床开卷机/收卷机,变转矩（速度越低，负载转矩越小）风机水泵,说明：,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实际的负载可能是以某种典型为主，或某几种典型的结合例如通风机：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，即工作机构转矩特性TLn(恒转矩负载、泵类负载、恒转矩负载)与电动机机械特性Tn之间有交点。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电力拖动系统稳定运行条件,“扰动”含义：一般是指电网电压的波动或负载的微小变化,如1：,0,T,Tem,n,A,B,B,1,1,如2：,电力拖动系统稳定运行的充分必要条件,结论：对于拖动系统其工作点（平衡状