第1章电力拖动系动力学

1、第1章 电力拖动系统动力学1.1 电力拖动系统的运动方程 本章主要介绍电力拖动系统的组成、电力拖动系本章主要介绍电力拖动系统的组成、电力拖动系统的运动方程以及负载转矩特性和电力拖动系统稳定统的运动方程以及负载转矩特性和电力拖动系统稳定运行的条件。运行的条件。1.3 典型负载转矩特性与拖动系统的稳定运行条件1.3.1 生产机械的典型负载转矩特性1.3.2 电力拖动系统稳定运行条件第1章 电力拖动系统动力学1.1电力拖动系统的运动方程1.1.1 电力拖动系统的组成电力拖动系统概述 电力拖动系统是用电动机来拖动生产机械运行的系统。包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。它们之间的关

2、系如下： 电动机传动机构生产负载控制设备电源第1章 电力拖动系统动力学1.1电力拖动系统的运动方程 电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机上的各种力（电动机作直线运动）或原动机转轴上的各种转矩（电动机作旋转运动）。1.1.2 电力拖动系统的运动方程一、运动方程式 根据如图给出的系统（忽略空载转矩），可写出拖动系统的运动方程式：其中 为系统的惯性转矩。dtdJMnUMzMzdMMJdt第1章 电力拖动系统动力学运动方程的实用形式：224GDJmg转动惯量260n 角速度24GDgJ式中-飞轮力矩（ ）2N m1.1电力拖动系统的运动方程1.1.2 电力拖动系

3、统的运动方程一、运动方程式zdMMJdt2375zGDdnMMdt第1章 电力拖动系统动力学运动方程的实用形式：系统旋转运动的三种状态：1.1电力拖动系统的运动方程1.1.2 电力拖动系统的运动方程一、运动方程式2375zGDdnMMdt1)当 ， 时, ，则电动机处于静止静止或等速等速运行状态，电力拖动系统即处于稳态。0dn dt 0nn或常值zMM2)当 ， 时,电力拖动系统处于加速加速运行状态，即处于过渡过程。0dtdnzMM3)当 ， 时,电力拖动系统处于减速减速运行状态，也处于过渡过程。0dtdnzMM第1章 电力拖动系统动力学 首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，

4、然后规定：二、运动方程式中转矩正、负符号的规定1.1电力拖动系统的运动方程1.1.2 电力拖动系统的运动方程（1）电磁转矩 与转速 的正方向相同时为正，相反时为负。nM（2）负载转矩 与转速 的正方向相同时为负，相反时为正。nzM（3）惯性转矩 的大小和正负号由 和 的代数和决定。dtdnGD3752MzM第1章 电力拖动系统动力学1.3典型负载转矩特性与拖动系统的稳定运行条件1.3.1 生产机械的典型负载转矩特性一、恒转矩负载特性1.反抗性恒转矩负载M MZ Zn 在运动方程式中，负载转矩 与转速 的关系 ，即为生产机械的负载转矩特性。 nzMznf M 恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩

5、 与转速 无关的特性，即当转速变化时，负载转矩 保持恒值。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。nzMzM特点：恒值转矩 总是反对运动的方向。zM第1章 电力拖动系统动力学一、恒转矩负载特性2.位能性恒转矩负载T TZ Zn特点：恒值转矩 具有固定的方向，不随转速方向改变而改变。不论重物提升（n为正）或下放（n为负），负载转矩始终为反方向，即Mz始终为正。提升时，转矩Mz反对提升；下放时， Mz 却帮助下放。1.3典型负载转矩特性与拖动系统的稳定运行条件1.3.1 生产机械的典型负载转矩特性zM第1章 电力拖动系统动力学二、恒功率负载特性M Mn三、泵类负载特性T Tn12T01.3典型负

6、载转矩特性与拖动系统的稳定运行条件1.3.1 生产机械的典型负载转矩特性 恒功率负载特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，即 与 成反比，特性曲线为一条双曲线。nzMzKMn22609.559.55zzzM nnKPMM 负载的转矩 基本上与转速 的平方成正比。负载特性为一条抛物线。n2zMKnzM第1章 电力拖动系统动力学1.3典型负载转矩特性与拖动系统的稳定运行条件1.3.2 电力拖动系统稳定运行条件 在生产机械运行时，电动机的机械特性与生产机械的负载转矩特性是同时存在的。左图示出由他励直流电动机带恒转矩负载的两种特性： 、()nf M()znf MnAAn0zMM 当 ， 时,则电动机处

7、于静止或等速运行状态，电力拖动系统即处于稳态。图中交点A表示了电力拖动系统的某一稳态运行点。0dn dt zMM第1章 电力拖动系统动力学此时，系统转为稳定状态，Bnn1.3典型负载转矩特性与拖动系统的稳定运行条件1.3.2 电力拖动系统稳定运行条件在 点，系统平衡 ，转速为 。AAnzMMAn当负载转矩特性由1变为2， 由 增为 ，此时由于惯性作用，转速仍为 ，此时 ，平衡被破坏， ，系统进入减速过渡状态。0dn dt zM1zM2zM12zzMMM2()aeaaaTaznECnIUERMCIMM AnnA0Bn12B1zM2zMM第1章 电力拖动系统动力学 处于某一转速下运行的电力拖动系统

8、，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，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。1.3典型负载转矩特性与拖动系统的稳定运行条件1.3.2 电力拖动系统稳定运行条件AnnAAn0An zMM在 点，系统平衡AzMM扰动使转速有微小增量，转速由 上升到 ， ，扰动消失，系统减速，回到 点运行。AAnAnzMM扰动使转速由 下降到 ， ， 扰动消失，系统加速，回到 点运行。AAnAn zMM第1章 电力拖动系统动力学 可见，对于恒转矩负载，要得到稳定运行，电动机需要具有向下倾斜的机械特性。如果电动机的机械特性向上翘，不能稳定运行。1.3典型负载转矩特性与拖动系统的稳定运行条件1.3.2 电力拖动系统稳定运行条件n0BnB12BnBnzMM在B点，系统平衡zMM 扰动使转速从 上升到 ，使 ，即使扰动消失，系统也将一直加速，不能回到B点运行。BnBnzMM 扰动使转速从 下降到 ，使 ，即使扰动消失，系统也将一直减速，不能回到B点运行。BnBnzMM第1章 电力拖动系统动力学1.3典型负载转矩特性与拖