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1、第一章电力拖动系统的动力学基础本讲稿第一页，共五十九页一、一、电力拖动系统的组成电力拖动系统的组成第一节第一节电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式本讲稿第二页，共五十九页单轴电力拖动系统：单轴电力拖动系统：v电动机转轴与生产机械工作机构直接相连，电动机转轴与生产机械工作机构直接相连，工作机构是电动机的负载；工作机构是电动机的负载；多轴电力拖动系统：多轴电力拖动系统：v电动机与工作机构之间还有传动机构。电动机与工作机构之间还有传动机构。本讲稿第三页，共五十九页v生产机械与电动机同轴，即生产机械与电动机同轴，即:二、二、电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式v以单轴电力系统为
2、例：以单轴电力系统为例：本讲稿第四页，共五十九页1.1.物理量及单位物理量及单位vn:n:电动机转速电动机转速vT:T:电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩vT TL L:阻转矩阻转矩本讲稿第五页，共五十九页2.2.运动方程式运动方程式（2 2）运动方程）运动方程（根据力学中刚体转动定律）（根据力学中刚体转动定律）：（1 1）正方向的规定：）正方向的规定：v先规定转速先规定转速n n的正方向作为参考方向（一般逆时针）的正方向作为参考方向（一般逆时针）v电磁转矩电磁转矩T T 的方向与的方向与n n的正方向相同，为正的正方向相同，为正v负载转矩负载转矩T TL L 的方向与的方向与n n的正方向相反
3、，为正的正方向相反，为正本讲稿第六页，共五十九页T：电磁转矩：电磁转矩,电动机产生的拖动转矩；电动机产生的拖动转矩；TL：负载转矩：负载转矩,N.m J：电动机轴上的总转动惯量，：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2 ：电动机角速度：电动机角速度,rad/s在工程计算中在工程计算中,常用常用n n代替代替 表示系统速度表示系统速度,=2=2 n/60n/60本讲稿第七页，共五十九页vM M：系统转动部分的质量，：系统转动部分的质量，KgKgvG G：系统转动部分的重力，：系统转动部分的重力，N Nv ：系统转动部分的转动半径，：系统转动部分的转动半径，m mvD D：系统转动部分的转动直径，：系
4、统转动部分的转动直径，m mvg g：重力加速度重力加速度用飞轮力矩用飞轮力矩GDGD2 2代替代替J J表示系统机械惯性表示系统机械惯性 本讲稿第八页，共五十九页所以：所以：T=TLTTLTTsTTs时，时，n0n0，机械特性在第四象限；，机械特性在第四象限；v7 7）当）当T0Tnnn0 0，这种情况是电磁转矩，这种情况是电磁转矩T T与转与转速方向相反，转矩由拖动变成制动，这时速方向相反，转矩由拖动变成制动，这时Ia0IaFFN 降低励磁电压或在励磁回降低励磁电压或在励磁回路串接电阻路串接电阻R R ，使励磁电流，使励磁电流I If f 减小，由于磁通与励磁电流在减小，由于磁通与励磁电流
5、在额定磁通以下时基本成正比，额定磁通以下时基本成正比，所以主极磁通减小。所以主极磁通减小。本讲稿第四十九页，共五十九页（三）、机械特性的绘制（三）、机械特性的绘制1.1.固有机械特性的绘制固有机械特性的绘制其中其中固有机械特性是一条直线，只要求出线上两个点的数据，就可固有机械特性是一条直线，只要求出线上两个点的数据，就可绘出这条直线。一般选择绘出这条直线。一般选择理想空载点理想空载点及及额定运行点额定运行点两点较为方便。两点较为方便。理想空载点理想空载点:IN，UN及及nN 为已知，为已知，Ra可以估算可以估算额定运行点额定运行点:本讲稿第五十页，共五十九页2.2.人为机械特性的绘制人为机械特
6、性的绘制 各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值代入相各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值代入相应的人为机械特性方程式即可。应的人为机械特性方程式即可。例例1 13 3 一台他励直流电动机的铭牌数据为：一台他励直流电动机的铭牌数据为：绘制其固有机械特性曲线。绘制其固有机械特性曲线。解：解：理想空载点理想空载点额定点额定点本讲稿第五十一页，共五十九页v(2)(2)电枢回路外串电阻电枢回路外串电阻 RsRs0.70.7欧，画出人欧，画出人为机械特性曲线为机械特性曲线本讲稿第五十二页，共五十九页二、电力拖动系统稳定运行的条件二、电力拖动系统稳定运行的条件 简化的电力拖动系统
7、：简化的电力拖动系统：v电动机：机械特性电动机：机械特性v负载：负载转矩特性负载：负载转矩特性v将两者画在同一坐标系中：将两者画在同一坐标系中：当转矩当转矩T 与与TL方向相反，大小相等而相互平衡时，转方向相反，大小相等而相互平衡时，转速为某一稳定值，拖动系统处于稳态，或称静态速为某一稳定值，拖动系统处于稳态，或称静态,A A点：点：恒速点恒速点本讲稿第五十三页，共五十九页v两种特性有交点仅是稳定运行的两种特性有交点仅是稳定运行的必要条件必要条件。v稳定运行的稳定运行的充分条件充分条件是：如果电力拖动系统原在交点是：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于出现某种处稳定运行，由于出现某种干扰干
8、扰作用（如电网电压波作用（如电网电压波动、负载转矩的微小变化等），使原来两种特性的平衡动、负载转矩的微小变化等），使原来两种特性的平衡变成不平衡，电动机转速便有变化，系统能否变成不平衡，电动机转速便有变化，系统能否稳定运行稳定运行；v当当干扰消除干扰消除后，拖动系统必须有能力使后，拖动系统必须有能力使转速恢复转速恢复到原来交到原来交点处的数值，继续稳定运行；点处的数值，继续稳定运行；v电力拖动系统如能满足这样的条件，则该电力拖动系统如能满足这样的条件，则该系统是稳定系统是稳定的，否则是不稳定的。的，否则是不稳定的。本讲稿第五十四页，共五十九页分析稳定运行的条件分析稳定运行的条件例例1 1：例例2 2：本讲稿第五十五页，共五十九页v结论结论1 1：对恒转矩负载，电动机的机械特性向对恒转矩负载，电动机的机械特性向下，电力拖动系统稳定；机械特性曲线向上，下，电力拖动系统稳定；机械特性曲线向上，系统不稳定。系统不稳定。本讲稿第五十六页，共五十九页结论结论2：对于某一点（交点），系统稳定运行的对于某一点（交点），系统稳定运行的条件条件:方法一：在交点所对应的转速之上应保证方法一：在交点所对应的转速之上应保证TTL。方法二：方法二：本讲稿第五十七页，共五十九页2个例题：个例题：本讲稿第五十八页，共五十九页作业：v思考题：11、2、3、8v习题：15、6本讲稿第五十九页，共五十九页