2-1、2、3运动方程、负载特性及稳定条件.ppt

1、第二章 电力拖动系统动力学,本章内容： 电力拖动系统中联系电动机和负载的运动方程式； 生产机械的负载转矩特性； 系统稳定运行的条件。,电力拖动系统是由电动机拖动并 通过传动机构带动生产机械 运转的一个动力学整体。,2020年9月15日,第2页,2.1 拖动系统运动方程式,一、运动方程式,GD2转动物体的飞轮矩（Nm2），反映了转动体的惯性大小。电动机和生产机械各旋转部分的飞轮矩可在相应的产品目录中查到。,直线运动,旋转运动,实用形式,2020年9月15日,第3页,电机工作状态,（1）当 时，dn/dt = 0， 电力拖动系统处于静止或匀速运行的稳定状态。 （2）当 时，dn/dt 0 电力拖动

2、系统处于加速状态。 （3）当 时，dn/dt 0， 电力拖动系统处于减速状态。,2.1 拖动系统运动方程式,2020年9月15日,第4页,对上述运动方程式，一般规定： （1）以电动机通常处于电动状态时的旋转方向为规定正方向。 （2）电磁转矩、转速的方向与规定正方向相同时为正，相反时为负。 （3）负载转矩与规定正方向相反时为正，相同时为负。,二、运动方程式的符号规定,2.1 拖动系统运动方程式,在运行过程中，电动机的电磁转矩和负载转矩的大小、方向有可能改变。,2020年9月15日,第5页,2.2 工作机构转矩、飞轮矩的折算,实际拖动系统是多轴多级传动变速组成，每个轴上的角速度、转动惯量不相同。

3、折算方法：把实际系统等效为单轴系统，研究一根轴的拖动问题。 折算原则:折算到电动机轴上，保持折算前后系统传递的功率不变。 折算参数：旋转运动-工作机构的转矩；飞轮矩或转动惯量。 直线运动工作机构的阻力；质量。,2020年9月15日,第6页,2.3 负载转矩特性与稳定运行的条件 2.3.1 生产机械负载转矩特性 2.3.2 拖动系统稳定运行的条件,2020年9月15日,第7页,2.3.1 生产机械负载转矩特性,1反抗性恒转矩负载,一、恒转矩负载特性,负载转矩特性负载的转速n与负载转矩TL之间的关系,2位能性恒转矩负载,恒转矩-负载转矩是常数，与负载的转速无关。,2020年9月15日,第8页,2.

4、3.1 生产机械的负载转矩特性,二、恒功率负载特性,负载消耗的功率是恒定的，负载转矩与转速成反比。,是双曲线性质，也是反抗性负载，在一、三相限。,2020年9月15日,第9页,2.3.1 生产机械的负载转矩特性,三、通风机、泵类负载特性,负载特性-介质对叶片产生的阻力基本上与转速的平方成正比。,负载特性是抛物线性质， 是反抗性负载。,2020年9月15日,第10页,2.3.1 生产机械的负载转矩特性,四、实际负载转矩特性,实际的负载转矩特性，多为以上几种基本特性共存的特性。 如：风机： 位能负载： 上升时 下放时,2020年9月15日,第11页,2.3.2 拖动系统稳定运行的条件,静态稳定性不

5、考虑电气过渡过程，只计机械过渡过程，可用一阶微分方程来描述动态系统的稳定性，可用静态特性来判断其稳定性。 系统稳定性同时考虑电气过渡过程和机械过渡过程，将在运动控制系统中讲述。,2020年9月15日,第12页,1. 静态稳定性 过渡过程拖动系统由一个稳定状态到另一个稳定状态的过程（机、电、热）。 机械过渡过程即就是转速不能突变。 电气过渡过程即就是线圈中的电流不能突变（电容上的电压不能突变）。 只考虑机械过渡过程，不计电气过渡过程。,2.3.2 拖动系统稳定运行的条件,2020年9月15日,第13页,2. 电动机特性与负载特性的配合 电动机拖动负载运行，两种特性同时存在，随着外界的扰动（电压波

6、动、负载波动、电枢电阻变化等），电动机作为拖动的主体，过渡过程沿着电机的特性变化，两个特性的配合能否使系统稳定运行，具备稳定运行的能力-即条件。 分析时两个特性画在一个坐标中，即,2.3.2 拖动系统稳定运行的条件,2020年9月15日,第14页,3.稳态时电动机电流由负载大小决定,(1)稳态运行 A点，转矩平衡。 (2)负载发生变化由 1 变为2，动态减速过程。 (3)新的稳态工作点。 结论：稳态下电动机发出转矩的大小是由负载转矩的数值所决定的。,2.3.2 拖动系统稳定运行的条件,2020年9月15日,第15页,电机拖着负载稳定运行于某点，则速度相同，由运动方程式即T-TL=0，T=TL方

7、向相反，即两个特性 有交点T=TL。 必要条件-电动机的机械特性和负载的机械特性有交点。,4、稳定运行的必要条件,2.3.2 拖动系统稳定运行的条件,2020年9月15日,第16页,5、稳定运行的充分条件,当拖动受到外界干扰后，具有到新平衡点或恢复到原运行点的能力。,电动机带恒转矩负载-负载转矩变化 稳定运行于A- 负载增大为T2时经过渡过程稳定运行于B 负载减为T1时恢复A点稳定运行-,2.3.2 拖动系统稳定运行的条件,2020年9月15日,第17页,电动机带风机类负载 电压波动，能稳定运行。 特性上翘带恒转矩负载 不能稳定运行。,电动机带恒转矩负载-电压波动 稳定运行于A； 电源电压增大时，经过渡过程稳定运行于C； 电源电压恢复时，恢复A点稳定运行。,2.3.2 拖动系统稳定运行的条件,2020年9月15日,第18页,以上分析看到：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于出现某种干扰作用使原来转矩T与 TL 的平衡被破坏，电动机转速便稍有变化，当干扰消除后，拖动系统有能力使转速恢复到干扰作用出现前原来交点处的数值 即交点