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1、电气传动第1页，共34页，编辑于2022年，星期日 直流可调电源途径直流可调电源途径：旋转旋转发电机组发电机组 静止静止电力电子器件电力电子器件半控器件半控器件相位控制电源相位控制电源全空器件全空器件脉宽调制电源脉宽调制电源2、本课程主要研究内容：、本课程主要研究内容：电气传动的基础电气传动的基础 晶闸管晶闸管电动机传动系统电动机传动系统 闭环控制的传动系统闭环控制的传动系统 闭环控制系统调节器的设计闭环控制系统调节器的设计 （5 5）异步电动机变频调速）异步电动机变频调速 （6 6）其它交流调速系统）其它交流调速系统第2页，共34页，编辑于2022年，星期日3 3、参考书参考书(1)廖晓钟编
2、，电力电子技术与电气传动，北京理工大学出版社廖晓钟编，电力电子技术与电气传动，北京理工大学出版社(2)陈伯时陈伯时 陈敏逊编，交流调速系统，机械工业出版社陈敏逊编，交流调速系统，机械工业出版社(3)李李 夙编，异步电动机直接转矩控制，机械工业出版社夙编，异步电动机直接转矩控制，机械工业出版社 4、要求：要求：认真听课，课后复习，课程的关联性较大。认真听课，课后复习，课程的关联性较大。该课是后续课的基础。该课是后续课的基础。5、考试：、考试：闭卷闭卷 成绩：卷面成绩成绩：卷面成绩 平时成绩平时成绩(作业、测验作业、测验)第3页，共34页，编辑于2022年，星期日第一章第一章 电气传动基础电气传动
3、基础 电气传动电气传动 直流电气传动直流电气传动 交流电气传动交流电气传动第一节第一节 电气传动的动力学基础电气传动的动力学基础一、基本运动方程式一、基本运动方程式 1、方程式推导、方程式推导 Td-TL=d(J)/dt第4页，共34页，编辑于2022年，星期日Te=To+Td忽略忽略To、则：、则：Te-TL=d(J)/dt=J d/dt+dJ/dt （1-1）式中式中 Te 电动机的电磁转矩（电动机的电磁转矩（NM）TL 负载转矩负载转矩 （NM）J 总转动惯量总转动惯量 （Kgm）电动机的角速度电动机的角速度 （rad/s)总转动惯量为常数时，式（总转动惯量为常数时，式（1-1）可简化为
4、：）可简化为：Te-TL=J d/dt （1-2）第5页，共34页，编辑于2022年，星期日含义：电气传动系统的运动状态是由作用在轴上的所有转矩含义：电气传动系统的运动状态是由作用在轴上的所有转矩 的代数和决定的。的代数和决定的。飞轮矩飞轮矩 GD和转动惯量和转动惯量J的关系的关系式中，式中，,D 惯性半径与直径惯性半径与直径 m 旋转部分的质量旋转部分的质量 G 旋转部分的重量旋转部分的重量 g 重力加速度重力加速度 转速转速 n：r/min 角速度角速度 ：rad/s则，则，=2n/60将将 =2n/60 ,代入（代入（1-2）式）式（1-3）第6页，共34页，编辑于2022年，星期日（1
5、-4）375是具有加速度量纲的数，是具有加速度量纲的数，式（式（1-4）是实用表达式。）是实用表达式。2、动态、稳态的概念动态、稳态的概念 由式（由式（1-2）：当）：当TeTL，0,系统加速系统加速 当当TeTL，0,系统减速系统减速TeTL时，系统处于加速或减速的运动状态叫动态。时，系统处于加速或减速的运动状态叫动态。Te=TL时，系统以恒速运行，叫稳态。时，系统以恒速运行，叫稳态。稳态时，电机的电磁转矩由负载转矩决定。稳态时，电机的电磁转矩由负载转矩决定。3、Te、TL符号的规定符号的规定：轴端图轴端图：nTe(+)Te(-)nTL(-)TL(+)第7页，共34页，编辑于2022年，星期
6、日二、转矩、飞轮矩的折算二、转矩、飞轮矩的折算 多轴系统介绍多轴系统介绍 针对多轴系统需对惯量及转矩进行折算，针对多轴系统需对惯量及转矩进行折算，折算到同一根轴上，才能用运动方程式。折算到同一根轴上，才能用运动方程式。第8页，共34页，编辑于2022年，星期日1、转矩的折算、转矩的折算按照能量守恒定律，折算后负载功率等于原负载功率减去传动的损按照能量守恒定律，折算后负载功率等于原负载功率减去传动的损耗。耗。其中：其中：Te，dn/dt 0减速到 na 加速到 na-n，TL 0第12页，共34页，编辑于2022年，星期日 稳定条件稳定条件：特性特性 Te（n）和和 TL（n）有交点，并且在该交
7、点对应的转速之上保证）有交点，并且在该交点对应的转速之上保证TL Te，而在该，而在该交点对应的转速之下要求交点对应的转速之下要求TL -n 0时，时，E U，I 变成正，而电源仍是反接，所以变成正，而电源仍是反接，所以 电流流入电源正端，电动机具有发电并向电源回馈的性质。此时，电流流入电源正端，电动机具有发电并向电源回馈的性质。此时，Te 为正，为正，n 为负为负制动状态。制动状态。降压过程中出现降压过程中出现 E U，I 反向，流入电源正端，且反向，流入电源正端，且Te 为负，为负，n 为正为正制动状态。制动状态。4、电机运行状态小结、电机运行状态小结 机械特性通式机械特性通式 、象限，象
8、限，n 与与 Te 同向，电动同向，电动 、象限，象限，n 与与 Te 反向，制动反向，制动 制动状态特点：制动状态特点：n n0，再生发电制动，再生发电制动 n0=0，能耗制动能耗制动 n 与与 n0 反向，反接制动反向，反接制动第25页，共34页，编辑于2022年，星期日制动时，电机转为发电机运行，将动能或位能制动时，电机转为发电机运行，将动能或位能 电能电能 电阻发热或回电阻发热或回馈电网。馈电网。例例1-2:P.21五、直流他励电动机传动的动态特性五、直流他励电动机传动的动态特性 过渡过程过渡过程 动态特性动态特性1、动态特性的数学分析动态特性的数学分析 运动方程式：运动方程式：机械特
9、性方程机械特性方程：（1-21）将（将（1-20）代入）代入（1-21）得）得：（1-20）22（1-22）第26页，共34页，编辑于2022年，星期日当当 Te=TL 时，稳态电流为时，稳态电流为Is，稳态转速是稳态转速是ns,即即：并令并令：动态过程的机电时间常数动态过程的机电时间常数则（则（1-22）可以写成）可以写成：（1-23）设设 t=0 时时,电动机初始转速为电动机初始转速为nini，初始电流为，初始电流为Iini。解微分方。解微分方程式（程式（1-23）可得）可得：（1-24）同样可推得同样可推得：（1-26）（1-27）2第27页，共34页，编辑于2022年，星期日 初始值、
10、稳态值、机电时间常数为描述动态过程的三要素。2、启动的动态特性启动的动态特性 讨论串一级电阻的起动过程讨论串一级电阻的起动过程初始值：初始值：nini=na=0稳态值：稳态值：ns=nb 机电常数：机电常数：Tm=分析：分析：理论上讲，电机要经过无限长时间才能达到稳态值理论上讲，电机要经过无限长时间才能达到稳态值nb，实际上，实际上，当当t=4Tm 时，时，e =e =0.0183 n=0.9817nb，可以，可以 近似认为动态过程结束。近似认为动态过程结束。-4第28页，共34页，编辑于2022年，星期日动态过程的长短，取决于机电时间常数动态过程的长短，取决于机电时间常数Tm，而而Tm又取决
11、于又取决于GD 和和R的大小。的大小。GD 越大表示拖动系统的惯性越大，加速时间越长；越大表示拖动系统的惯性越大，加速时间越长；R越大，电动机产生的启动电流和启动转矩越小，加速时间越长，越大，电动机产生的启动电流和启动转矩越小，加速时间越长，启动时间越长。启动时间越长。22电气传动系统的机械特性和动态特性之间存在着对应关系。可以通电气传动系统的机械特性和动态特性之间存在着对应关系。可以通过机械特性上对应的点来求动态特性的初始值和稳态值。过机械特性上对应的点来求动态特性的初始值和稳态值。动态过程中参数发生变化时，则应分段处理。例如：动态过程中参数发生变化时，则应分段处理。例如：稳态工作点的求法：
12、稳态工作点的求法：n =f（Te）与 n=f（TL）的交点的交点第29页，共34页，编辑于2022年，星期日3、制动的过渡过程、制动的过渡过程举例：反接制动过程举例：反接制动过程第30页，共34页，编辑于2022年，星期日第31页，共34页，编辑于2022年，星期日第一章小结第一章小结1、传动系统的运动状态是由作用在轴上的所有转矩的代数和决定的、传动系统的运动状态是由作用在轴上的所有转矩的代数和决定的 运动方程式的实用表达式为：运动方程式的实用表达式为：加速、减速、动态、稳态加速、减速、动态、稳态2、多轴系统要将转矩与飞轮矩折算到电机轴上、多轴系统要将转矩与飞轮矩折算到电机轴上 3、用、用n
13、Te 平面图分析传动系统平面图分析传动系统 稳态运行点、稳定的稳态运行点、稳定运行的条件稳态运行点、稳定的稳态运行点、稳定运行的条件 4、他励电动机的机械特性、他励电动机的机械特性 n=n0、n、固有特性、额定转速、额定转速降、固有特性、额定转速、额定转速降第32页，共34页，编辑于2022年，星期日5、调速、调速 性能指标：静差率：性能指标：静差率：s=%调速范围调速范围：D=nmax/nnin关系：关系：恒功率、恒转矩调速方法的概念。恒功率、恒转矩调速方法的概念。6、启动、制动、启动、制动7、动态特性、动态特性 根据根据 n-Te 平面的特性，列出动态特性表达式平面的特性，列出动态特性表达式第33页，共34页，编辑于2022年，星期日第34页，共34页，编辑于2022年，星期日