转动惯量和飞轮矩

转动惯量和飞轮矩演示文稿当前1页，总共56页。（优选）转动惯量和飞轮矩当前2页，总共56页。第1章电气传动基础

1.1电气传动的动力学基础1.2直流他励电动机的机械特性及运行方法1.3异步电动机的机械特性及运行方法当前3页，总共56页。1.1电气传动的动力学基础1.1.1基本运动方程式1.1.2转矩、飞轮矩的折算1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性当前4页，总共56页。1.1.1基本运动方程式（1.1）图1.1电气传动系统

如图1.1所示,电动机带动工作机械的电气传动系统的运动规律取决于电机的输出转矩和负载转矩之间的关系,并符合刚体旋转的运动定律,即式(1.1)当前5页，总共56页。1.1.1基本运动方程式（1.2）省略空载转矩时，旋转运动方程式如(1.2)所示。Te—电动机的电磁转矩(N*m)TL—负载转矩(N*m)J—拖动系统折算到电动机轴上的总转动惯量(kg*m)

ω—电动机的角速度(rad/s)当前6页，总共56页。（1.4）1.1.1基本运动方程式当转动惯量为常数时，式（1.2）可以简化为（1.3）工程计算中，往往不用转动惯量J，而用飞轮矩，两者之间的关系如式（1.4）式中：当前7页，总共56页。1.1.1基本运动方程式当Te＞TL

时，d/d＞0，系统加速当Te＜TL

时，d/d＜0，系统减速当Te≠TL

时，系统处于加速或减速运动状态（动态）当Te=TL时，系统以恒速运动，即稳态运动。稳态时，电动机的电磁转矩大小由工作机械即电动机的负载转矩所决定。（1.5）式（1.2）的实用表达式如式（1.5）所示当前8页，总共56页。1.1.1基本运动方程式规定转矩的正方向电动机电磁转矩的方向与所设定电动机旋转的正方向相同时为正，相反时为负。负载转矩与所设定电动机旋转的正方向相同时为负，相反时为正。图1.2轴端图当前9页，总共56页。

1.1.2转矩、飞轮矩的折算实际的电气传动系统中,在电机与工作机械之间往往要经过多轴传动，如图1.3所示。图1.3多轴传动系统(a)双轴传动系统;(b)起重传动系统当前10页，总共56页。1.1.2转矩、飞轮矩的折算按照能量守恒，折算到电机轴上的负载功率应等于工作机械的负载功率加上传动机构中的损耗，则：1．转矩的折算两种运动负载折算到电机轴上的转矩为（用于直线运动负载）（用于旋转运动负载）式中——传动效率，<1——主动轴与从动轴的转速比，当前11页，总共56页。

1.1.2转矩、飞轮矩的折算

2．飞轮矩的折算（旋转负载）按照能量守恒等效转动惯量和飞轮矩为（1.6）（1.7）（1.8）当前12页，总共56页。

1.1.2转矩、飞轮矩的折算3.飞轮矩的折算（直线负载）按照能量守恒等效转动惯量和飞轮矩为（1.9）（1.10）（1.11）当前13页，总共56页。1．电动机机械特性电动机的机械特性是指电动机的转速和电磁转矩之间的关系，表示为=。

图1.4电机的机械特性1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性当前14页，总共56页。2．负载转矩特性

工作机械的负载转矩与转速的关系

=即为负载转矩特性。（1）恒转矩负载特性

图1.5恒转矩负载转矩特性（a）反抗性（b）位能性1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性当前15页，总共56页。（2）通风机负载特性（曲线1）（3）恒功率负载转矩特性（曲线2）图1.6通风机和恒功率负载转矩特性1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性当前16页，总共56页。

3．电力拖动系统稳定运行的条件

分析电气传动的运行问题可以将电动机的机械特性和工作机械的负载转矩特性画在同一个坐标图上。

图1.7机械特性与负载特性的配合1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性当前17页，总共56页。电气传动系统稳定运行条件特性和特性有交点，并且在该交点对应的转速之上保证＜，而在该交点对应的转速之下则要求＞。1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性当前18页，总共56页。图1.8机械特性与负载特性配合的两种情况（a）稳定（b）不稳定1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性电气传动系统稳定运行条件当前19页，总共56页。1.2直流他励电动机的机械特性及运行方法1.2.1直流他励电动机的机械特性1.2.2直流他励电动机的调速1.2.3直流他励电动机的启动1.2.4直流他励电动机的制动1.2.5直流他励电动机的动态特性当前20页，总共56页。1.2.1直流他励电动机的机械特性直流电动机按励磁方式分类

图1.9直流电机按励磁方式分类（a）他励式（b）并励式（c）串励式（d）复励式当前21页，总共56页。

1.2.2直流他励电动机的调速1．调速的性能指标

(1)静差率电动机运行在某一机械特性上时，额定负载下转速降与理想空载转速之比，称为静差率，常用百分数表示(2)调速范围

调速范围指工作机械要求的最高转速和最低转速之比（1.12）（1.13）当前22页，总共56页。1.2.2直流他励电动机的调速调速范围和静差率的关系调速系统最低速时的静差率为因为所以（1.14）（1.15）（1.16）当前23页，总共56页。

1.2.2直流他励电动机的调速（3）调速的平滑性通常用两个相邻调速级的转速比来衡量。在一定调速范围内，调速级数越多，则平滑性越好；当调速级数达无穷多时，称为无级调速，即转速连续可调。当前24页，总共56页。2．调速方法（1.17）

1.2.2直流他励电动机的调速图1.10三种调速方法的机械特性（a）调节电枢电压U（b）调节励磁磁通（c）调节电枢附加电阻当前25页，总共56页。1.2.3直流他励电动机的启动直流他励电动机启动时应该先建立磁场，再加电枢电压。1.电枢串电阻启动

2.降压启动3.启动速度和平稳性图1.11电枢串电阻启动当前26页，总共56页。1.2.4直流他励电动机的制动

制动运行状态：电磁转矩与转速方向相反回馈制动能耗制动反接制动当前27页，总共56页。1．回馈制动图1.12回馈制动特性1.2.4直流他励电动机的制动

当前28页，总共56页。2．能耗制动图1.13电阻能耗制动（a)线路；（b)机械特性1.2.4直流他励电动机的制动

当前29页，总共56页。3．反接制动（电源反接）

图1.14电源反接的反接制动（a)线路；（b)机械特性1.2.4直流他励电动机的制动

当前30页，总共56页。3．反接制动（转速反向）

图1.15转速反向的反接制动（a)线路；（b)机械特性1.2.4直流他励电动机的制动

当前31页，总共56页。电动机运行状态总结：1.电动机有电动和制动两种运行状态，它们的机械特性可用统一形式的方程式表示。2.可在-平面的四个象限内画出各种运行状态对应的机械特性。图1.17电机运行状态（1.18）1.2.4直流他励电动机的制动

当前32页，总共56页。例1.21.思路2.注意的问题：机械特性负载转矩转速的正和负电动和制动图1.18转速特性（1.19）1.2.4直流他励电动机的制动

当前33页，总共56页。1.2.5直流他励电动机传动的动态特性

1．直流他励电动机的传动系统动态特性的数学分析过渡过程动态特性当前34页，总共56页。1.2.5直流他励电动机传动的动态特性

1．直流他励电动机的传动系统动态特性的数学分析（1.20）（1.21）（1.22）（1.23）当前35页，总共56页。描绘出系统动态特性的三要素：初始值、稳态值和系统的机电时间常数（1.24）（1.25）（1.26）1.2.5直流他励电动机传动的动态特性当前36页，总共56页。2．直流他励电动机启动动态特性图1.19启动时的动态特性（a)机械特性；(b)Te(t)曲线；(c)n(t)曲线1.2.5直流他励电动机传动的动态特性当前37页，总共56页。3．直流他励电动机制动动态特性能耗制动电源反接制动（位能负载）电源反接制动（反抗性负载）1.2.5直流他励电动机传动的动态特性当前38页，总共56页。图1.20能耗制动机械特性和动态特性（a)机械特性；(b)Te(t)曲线；(c)n(t)曲线能耗制动1.2.5直流他励电动机传动的动态特性当前39页，总共56页。电源反接制动（位能负载）

图1.21位能性负载反接制动特性（a)机械特性；(b)n(t)曲线；(c)I(t)曲线1.2.5直流他励电动机传动的动态特性当前40页，总共56页。电源反接制动（反抗性负载）图1.22反抗性负载反接制动特性（a)机械特性；(b)n(t)曲线；(c)I(t)曲线1.2.5直流他励电动机传动的动态特性当前41页，总共56页。1.3异步电动机的机械特性及运行方法1.3.1异步电动机的机械特性1.3.2异步电动机的调速1.3.3异步电动机的启动1.3.4异步电动机的制动当前42页，总共56页。1.3.1异步电动机的机械特性机械特性推导同步角速度转差率电磁功率转子电流则电磁转矩（1.27）（1.28）（1.29）（1.30）（1.31）当前43页，总共56页。图1.23异步电机等值电路和相量图（a)等值电路；(b)相量图1.3.1异步电动机的机械特性当前44页，总共56页。1.3.1异步电动机的机械特性机械特性分析最大转矩时的临界转差率为

最大电磁转矩为

图1.24异步电机机械特性（1.32）（1.33）（1.34）当前45页，总共56页。1.3.2异步电动机的调速根据转差率的定义异步调速方法图1.25异步电机调速方式变转差率变极对数（笼型转子）变频交-交变频交-直-交变频调定子电压调转子电路电阻（绕线转子）串级调速（绕线转子）而当前46页，总共56页。1．改变定子电压调速图1.26改变定子电压调速(a)线路；(b)机械特性1.3.2异步电动机的调速当前47页，总共56页。1．改变定子电压调速图1.27高转子电阻电机在不同电压下的机械特性1.3.2异步电动机的调速当前48页，总共56页。2．改变转子电路电阻调速图1.28改变转子电阻调速(a)线路；(b)机械特性1.3.2异步电动机的调速当前49页，总共56页。3．变极调速图1.29变极调速时的机械特性1.3.2异步电动机的调速当前50页，总共56页。4．变频调速图1.30变频调速时的特性(a)机械特性；（b)保持Tem为常数的Us-fs关系1.3.2异步电动机的调速当前51页，总共56页。1.3.3异步电动机的启动1.降压启动定子回路串电阻或电抗器启动调压器启动Y-△启动转子串附加电阻2.升频启动图1.31转子串电阻启动(a)线路；(b)启动特性当前52页，总共56页。1.3.4异步电