电力拖动基础演示文稿

电力拖动基础演示文稿2023/3/22大连理工大学电气工程系1当前1页，总共41页。22三月2023山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作2优选电力拖动基础当前2页，总共41页。本章基本要求1.掌握电力拖动系统的运动方程式，生产机械的负载转矩特性；电力系统稳定运行的条件。2.了解工作机构（力、飞轮距、质量、转矩）的折算方法。3.了解电力拖动系统调速的概念。当前3页，总共41页。7.1电力拖动系统的组成与分类

拖动：原动机带动生产机械运动。电力拖动：用电动机作为原动机的拖动方式。一、电力拖动系统的组成电动机传动机构工作机构控制设备电源1.电力拖动系统的优点(1)电能易于生产、传输、分配。(2)电动机类型多、规格全，具有各种特性，能满足各种生产机械的不同要求。当前4页，总共41页。(3)电动机损耗小、效率高、具有较大的短时过载能力。(4)电力拖动系统容易控制、操作简单、便于实现自动化。2.应用举例精密机床、重型铣床、初轧机、高速冷轧机、高速造纸机、风机、水泵……当前5页，总共41页。二、典型的电力拖动系统1.单轴旋转系统

电动机、传动机构、工作机构等所有运动部件均以同一转速旋转。2.多轴旋转系统

工作机构工作机构当前6页，总共41页。3.多轴旋转运动加平移运动系统4.多轴旋转运动加升降运动系统工作机构G当前7页，总共41页。7.2

电力拖动系统的运动方程式1.运动方程的形式：7.2.1电力拖动系统的运动方程式式中TL-总阻转矩;J-转动惯量;-机械角速度;运动方程的实用表达式：GD2-飞轮矩，单位N.m2所以因为当前8页，总共41页。2.系统旋转运动的三种状态当Te<TL或时,系统处于减速运行状态，即处于动态。当Te=TL或时，系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态。当Te>TL或时,系统处于加速运行状态，即处于动态。电力拖动系统的运动方程式当前9页，总共41页。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，然后规定：7.2.2运动方程式中转矩正、负号的规定电磁转矩Te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的正方向相同时为负，相反时为正。惯性转矩的大小和正负号由Te和TL的代数和决定。电力拖动系统的运动方程式当前10页，总共41页。电力拖动系统的运动方程式7.2.3工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算以电动机轴为折算对象，需要折算的参量为：工作机构转矩T'L

，系统中各轴（除电动机轴外）的转动惯量。对于某些作直线运动的工作机构，还要把进行直线运动的质量及运动所需克服的阻力折算到电动机轴上去。传动图等效折算图当前11页，总共41页。1.工作机构转矩Tg

的折算

折算的原则是系统的传送功率不变式中，j—电动机轴与工作机构轴间的转速比如果传动机构为多级齿轮或皮带轮变速，则总的速比应为各级速比的乘积。电力拖动系统的运动方程式当前12页，总共41页。2.工作机构直线作用力的折算

根据传送功率不变

3.传动机构与工作机构飞轮矩的折算

根据折算前后动能不变的原则

电力拖动系统的运动方程式当前13页，总共41页。4.工作机构直线运动质量的折算折算的原则是转动惯量Jg

中及质量mg中储存的动能相等，即所以因为折算到电机轴上的飞轮矩为

电力拖动系统的运动方程式当前14页，总共41页。例刨床传动系统如图所示。若电动机M

的转速为n=420r/min，其转子（或电枢）的飞轮矩GDd22，工作台重G1=12050N，工件重G2=17650N，各齿轮齿数及飞轮矩见表。齿轮8的节距t8=25.13mm。求刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮矩。电力拖动系统的运动方程式当前15页，总共41页。齿轮号12345678齿数Z2055306430783066飞轮矩4.1220.109.8128.4018.6041.2024.5063.75

解1）旋转部分电力拖动系统的运动方程式当前16页，总共41页。齿轮8转速2）直线运动部分电力拖动系统的运动方程式当前17页，总共41页。工作台速度3）刨床拖动系统在电机轴上总的飞轮惯量电力拖动系统的运动方程式当前18页，总共41页。7.2.4考虑传动机构损耗的简化方法一、工作机构转矩TL的简化折算1.电动机工作在电动状态2．电动机工作在发电制动状态使用多级传动时电力拖动系统的运动方程式当前19页，总共41页。二、工作机构直线作用力的简化折算1.电动机工作在电动状态2.电动机工作在发电制动状态在提升与下放时传动损耗相等的条件下，下放传动效率与提升传动效率之间有下列关系。电力拖动系统的运动方程式当前20页，总共41页。7.3

电力拖动系统的负载特性1.恒转矩负载恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩TL与转速n无关的特性。TLn7.3.1按照负载转矩的大小与转速的变化规律分2.恒功率负载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TL与n成反比，特性曲线为一条双曲线。3.通风机负载特性TLn当前21页，总共41页。电力拖动系统的负载特性1.反抗性恒转矩负载TLn2.位能性恒转矩负载TLn负载的转矩TL基本上与转速n的平方成正比。负载特性为一条抛物线。TLn12TL07.3.2按照负载转矩的方向是否随转速方向的变化分当前22页，总共41页。7.4电力拖动系统稳定运行条件处于某一转速下运行的电力拖动系统，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。若扰动使负载转矩增加到T'L，则TMA<TL，转速将降低，转速最终如何变化，与电动机的机械特性有关。例如当电动机在A点运行，TMA=TL，系统平衡。当前23页，总共41页。扰动消失后，负载转矩恢复到TL，则B点的电磁转矩TMB>TL，电机加速，加速到A点时，电磁转矩重新等于负载转矩，电机又稳定运行于A点。同理，若扰动使负载转矩减少，电机将升速到C点。所以A点是稳定运行点。nAABCT'LT''LTLnTeOn0nBnC电力系统稳定运行的条件扰动消失后，重新回到A点。在下图中，转速由nA

降到nB

，此时TMB=T'L

，电动机稳定运行与B点。当前24页，总共41页。电力拖动系统稳定运行的充分必要条件：若机械特性如图所示，在B

点，系统平衡，即

Te=TL，n=C当扰动使负载转矩减小，转速转速开始上升，电磁转矩也增加，使转速进一步加速，此时即使扰动消失，系统也将一直加速，不能回到B点运行。nTenBOTL电力系统稳定运行的条件当前25页，总共41页。或者说，在交点的转速以上存在Te<TL，在交点的转速以下存在Te>TL

。Te=TL在交点

Te=TL处满足充分条件:必要条件:电动机的机械特性与负载转矩特性有交点，即电力系统稳定运行的条件当前26页，总共41页。7.5电力拖动系统调速的基本概念电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气调速或二者配合调速。改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速；改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。当前27页，总共41页。7.5.1调速的基本概念1.无级调速和有级调速无级调速：电动机的转速可以平滑地调节。有级调速：电动机的转速只有有限的几种。

2.恒转矩调速和恒功率凋速

电动机在不同转速下满载运行时：如果允许输出的转矩相同，则为恒转矩调速。如果允许输出的功率相同，则为恒功率调速。3.向上调速和向下调速

向上调速：使转速向基速以上调节。向下调速：使转速向基速以下调节。当前28页，总共41页。调速的基本概念7.5.2调速系统的主要性能指标1.调速范围生产机械要求的调速范围D代表机械可能进行的最大转速nman与最小转速nmin之比，或最大与最小线速度之比。不同的生产机械要求的调速范围是不同的，D是指生产机械总的调速范围。当前29页，总共41页。例车床D=20~120，龙门刨床D=10~40，机床的进给机构D=5~200,轧钢机D=3~120，造纸机D=3~20等。电动机的最高转速受电机的机械强度、换向等方面的限制。一般在额定转速的范围，是不能太高的。要扩大调速范围，必须设法尽可能地提高最高转速与降低最低转速；降低最低转速受低速运行时的相对稳定性限制。调速的基本概念相对稳定性是指负载转矩变化时转速变化的程度，变化的越小，相对稳定性就越好，能得到最低转速越小，D也越高。当前30页，总共41页。生产机械对机械特性相对稳定性的程度是有要求的，显然若低速时机械特性较软，相对稳定性较差，低速就不稳定，负载变化时，电动机的转速可能变的接近于零，甚至可能使生产机械停下来，因此必须设法得到低速硬特性的机械特性以扩大调速范围。2.静差率（相对稳定性）指负载变化时，转速变化的程度。转速变化小，稳定性好。调速的基本概念当前31页，总共41页。δ%越小，相对稳定性越好；δ%与机械特性硬度和n0有关。D与δ%相互制约:δ越小，D越小，相对稳定性越好。调速范围与静差率的关系在保证一定的δ指标的前提，要扩大D，须减少Δn，即提高机械特性的硬度。调速的基本概念当前32页，总共41页。3.调速的平滑性越接近1，平滑性越好，当=1时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。4.调速的经济性在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数：主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。调速的基本概念当前33页，总共41页。本章结束当前34页，总共41页。7.5.3调速方式与负载类型的配合电动机在额定负载转速下容许的输出功率主要取决于电机的发热功率，而发热又主要取决于电流。一、电动机的允许输出与调速方法容许输出：电动机的允许输出是指在一定转速下，电机长期工作所能输出的最大转矩和功率。调速的基本概念在调速过程中，如果电机在不同转速下，电枢电流不超过额定值，电机便能够长期可靠地工作，不致因过热而损坏，因此电枢电流等于额定值是从发热观点充分利用电动机的条件。当前35页，总共41页。充分利用：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达到它的容许值，即电枢电流达到额定值。当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持为额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个问题与调速方式和负载类型的配合有关。以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速可分为恒转矩调速和恒功率调速。调速的基本概念当前36页，总共41页。电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒值----恒转矩调速。电枢串电阻调速和降压调速时，磁通=N保持不变，若在不同转速下保持电流Ia=IaN不变，