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1、最新【电气传动系统动力学基础】机电传动系统的动力学基础第一章 电气传动系统动力学基础 1.1电气传动系统的运动方程式 电力拖动装置通常由电动机、工作机构、控制设备和电源四部分组成。电动机和工作机构之间一般还有传动机构，把电动机的运动经过中间变速或变换运动方式后再传给生产机械的工作机构。 （一） 运动方程式 电动机 （M） 生产机械 TL TM M +TL M 图2.1 单轴拖动系统 对于直线运动，方程式为 FFZ= m (N) 式中 F拖动力 FZ阻力 m惯性力 m的单位为kg 对于旋转运动，方程式为 TTZ =J（Nm） 式中 T拖动转矩 TZ阻转矩（或称负载转矩） J惯性转矩（或称加速转矩
2、） 通常将转动惯量J用飞轮矩GD2来表示，它们之间的关系为 J=mp2= 式中 m与G转动部分的质量（kg）与重量（N）； 与D惯性半径与直径（m）； g=9.81m/s2 重力加速度 再将机械角速度用转速n表示，则可得运动方程式的实用形式 T TZ= 式中 GD2飞轮矩 Nm2 电动机的工作状态可由运动方程式判断 （1）当 T=TZ ， =0 ，则n=0 或 n=常值电动机静止或等速旋转，即拖动系统稳定运行。 （2）当 TTZ ，0 ，电力拖动系统加速运行。 （3）当 T n a，TM TL ，即n(干扰)， 消除后TM - TL 0，加速 第二章 直流电动机的传动特性 2.1直流电机的基本
3、工作原理及结构 一、直流电机的基本结构 1、 主磁极建立主磁场（N、S交替排列） a、 主极铁心磁路，由1.01.5mm厚钢板构成 b、 励磁绕组电路、由电磁线绕制 2、 机座磁路的一部分（支承）框架，钢板焊接或铸刚 3、 电枢铁心磁路，0.5mm厚硅钢片叠压而成（外圆冲槽） 4、 电枢绕组电路。电磁线绕制（闭合回路，由电刷分成若干支路） 5、 换向器换向片间相互绝缘（用云母或塑料） 6、 电刷装置 a、 电刷石墨或金属石墨 b、 刷握、刷杆、连线（铜丝辨） 换向极改善换向，由铁心、绕组构成（放置于主极之间或绕组与电枢绕组串联） 二、基本工作原理 直流电机的构成 （1）.定子：主磁极、换向磁极
4、、机座、端盖、电刷装置； （2）.转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴 （3）.气隙 *注意：同步电机旋转磁极式；直流电机旋转电枢式。 1.直流发电机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流发电机； （1） 原理：导体切割磁力线产生感应电动势 （2） 特点：e=BLV； a、 电枢绕组中电动势是交流电动势 b、 由于换向器的整流作用，电刷间输出电动势为直流（脉振）电动势 c、 电枢电动势原动势；电磁转矩阻转矩（与T、n反向） 2.直流电动机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流电动机； （1） 原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来 （2） 特点
5、：f=BiL a、 外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷和换向器再加到线圈 b、 电枢导体中的电流随其所处磁极极性的改变方向，从而使电磁转矩的方向不变。 c、 电枢电动势反电势（与I反向）；电磁转矩驱动转矩（与n同向） *说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。 7、 3、脉动的减小电枢绕组由许多线圈串联组成 三、励磁方式 1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式； 2.分类：以直流发电机为例 分为：他激式和自激式（包括并激式、串激式和复激式） 他激：激磁电流较稳定；并激：激磁电流随电枢端电压而变；串激：激磁电流随负载而变，由于激磁电流大，激磁绕组的匝数少而导线截面
6、积较大；复激：以并激绕组为主，以串激绕组为辅。 *说明：为了减小体积，小型直流电机采用永磁式。 四、直流电机的型号和额定值(type and rated values) 1.型号： Z 2-9 2 铁心长度代号 机座号 第二次改型设计 直流 2.额定值 额定功率：发电机PN：输出电功率；电动机PN：输出机械功率； 额定电压：UN； 额定电流：IN； 额定值之间的关系：发电机：PN= UN IN； 电动机：PN= UNINN。 2.2直流电动机的运行特性 1 转矩转速特性（机械特性）电磁转矩Te与转速n之间的关系曲线 n=f（Te）或Te= f（n） *（1）n=f（Te）与励磁方式有关 （2）
7、自然（固有）机械特性与人工（人为）机械特性 U=UN Rfj=0 Iaj=0 （3）硬特性与软特性 2 工作特性指U=UN= 常数Rfj=0时n,Te,与P2的关系曲线 (1) 转速特性n=f(P2)或n=f(Ia) (2) 转矩特性 Te=f(P2) (3) 效率特性=f(P2) 一、 并励直流电动机的运行特性 （一） 转矩转速特性指U=UN=常数,Rf=常数,n=f(Te) 1 接线图 2 表达式Ea=U-IaRa=Cen; Ia=Te/CT n=(U-IaRa)/Ce=U/Ce-RaIa/Ce=U/Ce-RaTe/CTCe2 =n0-RaTe/ CTCe2 3 N=f(Te)曲线 *特点
8、：硬特性 4 引起n下降的原因 T2TeIaIaRan n0Ra/ CTCe2n （二） 工作特性 1 转速特性n=f(Ia)或n=f(P2) （1） 表达式 （2） 分析：P2T2TeIan （3） 并励直流电动机的转速调整率n n=(n0-nN)/nN *n=(38)%励磁绕组不允许断开 2 转矩特性 （1）表达式 （2）分析 3 效率特性 同其它电机： 可变损耗等于不变损耗时， a) b) 2.3直流电动机的起动特性 直流电动机的起动 1 对起动性能的要求： Tst足够大 Ist尽量小（小于允许值） 2 起动方法 （1） 直接起动直接将电枢投入UN起动 （2） 电枢回路串变阻器起动起动时
9、在电枢回路串入起动电阻Rst （3） 降压起动起动降低电枢绕组电压 U（1） 调速范围大 （） （2） 调速平滑； （3） 经济性好 （4） 方法简便可靠 2 调速方法 因为 n=U/Ce-Ia(Ra+R)/CeCT2 所以 （1）电枢回路串电阻R （2）改变励磁电流 If （励磁回路串电阻） （3）改变电枢电压U 2.5直流电动机的制动特性 直流电动机的制动（电磁制动） 一般保持原磁场大小，方向不变，仅改变 1 能耗制动 2 反接制动 3 回馈制动 第三章 交流电动机的传动特性 3.1三相异步电动机的结构与转动原理 3.1.1三相异步电动机的基本构造 三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组
10、成，它们之间有空气隙。图15-40（a）所 示是一台鼠笼式三相异步电动机的组成部件。 1-定子 2-转子 3-风扇 4-罩壳 5-接线盒 6-端盖 1-定子 2-转子 3-空气隙 （a）三相异步电动机的组成部件 （b）定子转子铁心片 图15-40 三相异步电动机基本构造 （1）定子 三相异步电动机的定子是由装有对称三相绕组的定子铁心放置在机座内构成的。机座由铸铁或铸钢制成。铁心由0.5mm厚的硅钢片叠制而成，小型电机为圆形冲片，大中型电机为扇形冲片拼成，内表面有均匀分布的槽，片间涂以绝缘漆再迭压成圆筒形状。三相定子绕组AX、BY和CZ对称地安放于铁心的槽中，A、B、C称为三相绕组的始端，X、Y、Z称为末端。六个线端再引到机座外侧的接线盒上，就 可以根据三相电压的不同，方 图15-41 三相异步电动机的接线图 C C A A B B W2 W2 U1 U1 U2 U2 V2 V2 V1 V1 W1 W1 Z Z X X Y Y (a) Y联接 ( 第 6 页 共 6 页