第一章 电力拖动系统的动力学基础

船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系第一节电力拖动系统定义及发展概况第二节单轴电力拖动系统第三节多轴电力拖动系统运动方程式第四节生产机械的负载转矩特性第五节电力拖动系统稳定运行条件第六节电力拖动系统调速第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系第一节电力拖动系统概念及发展概况2、电力拖动系统：是用电动机来拖动机械运行的系统。电力拖动构成：电动机和机械负载包括：电动机、机械传动机构、生产机械的工作机构、控制设备和电源五个部分。1、拖动：是指由原动机带动生产机械运转。电动、液压传动、气动一、电力拖动系统的概念第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系电动机传动机构工作机构控制设备电源（原动机）（机械负载）4、电力拖动系统的运动方程式：研究电动机和负载之间的运动规律。3、拖动方式：单轴电力拖动和多轴电力拖动第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系5、电力拖动系统的优点(1)电能易于生产、传输、分配；(2)电动机类型多、规格全，具有各种特性，能满足各种生产机械的不同要求；(3)电动机损耗小、效率高、具有较大的短时过载能力；(4)电力拖动系统容易控制、操作简单、便于实现自动化。第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系6、应用举例风机、水泵精密机床、重型铣床、初轧机、高速冷轧机、高速造纸机、……7、电力拖动系统相关实物图第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系传动机构第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系W系列螺旋平面减速电机第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系S系列斜齿轮蜗轮蜗杆减速电机第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系R系列斜齿轮减速电机第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系K系列斜齿轮伞齿轮减速电机第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系F系列平行轴斜齿轮减速机第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系蜗轮蜗杆第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系二、电力拖动系统发展概况电力拖动系统在我国经历以下三阶段：第一阶段：上世纪30-50年代。生产机械只限于起动、停止、调速等，采用电磁接触器和继电器控制系统。控制系统较简单，用于冶金轧钢设备、机床、起重运输机械等。第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系第二阶段：上世纪50-70年代生产工艺、效率要求提高。起动制动过程控制：要求加快动态响应；或者起动制动平稳、准确定位，如高速电梯、城市地铁；多台电机协调运转，如造纸机、塑料挤压机；功率变换器件：水银整流器、闸流管整流器、可控硅整流器。第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系第三阶段：上世纪70年代-至今。生产工艺、效率要求更高。要求制动时间最短、制动能量消耗最小等最优控制。引入现代控制理论。交流变频调速技术成为最有潜力的发展方向。第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系第二节单轴电力拖动系统运动方程式0mLTTTmRJJJTTL正方向定义：电动机转轴直接拖动生产机械运转的系统。电动机、传动机构、工作机构等所有运动部件均以同一转速旋转。TTmT0电动机RJ生产机械mJa)eTLTb)Te第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系eLddtTTJeT电磁转矩（N·m）LT负载转矩（N·m）J轴上总转动惯量（Kg·m3）角速度（rad/s）单轴电力拖动系统的运动方程式第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系222()24GDGDggJm260n260ddndtdt2375LeGDdndtTT22(Nm)GD—系统转动部分的总飞轮距旋转部分的质量（kg）回转半径(m)回转直径(m)飞轮矩(N·m2)第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系1)/0,eLTTdndt时，系统加速；2)/0,eLTTdndt时，系统减速；过渡状态3)/0,eLTTdndt时，转速不变；稳态电力拖动系统的运动状态第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系第三节多轴电力拖动系统多轴旋转系统电动机工作机构多轴旋转运动加平移运动系统电动机工作机构第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系多轴旋转运动加升降运动系统电动机G第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系z2z3z6效等电动机工作机构nTLn1n2nmTm电动机等效负载nTL第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系第四节生产机械的负载转矩特性负载转矩特性：生产机械工作机构的转矩与转速之间的函数关系，即LT()fn典型负载转矩特性恒转矩特性恒功率特性泵与风机型特性第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系一、恒转矩负载特性恒转矩负载：指负载转矩TL的大小为一定值，与转速n无关。TL=C据负载转矩的方向是否与转向有关反抗性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系1、反抗性恒转矩负载特性由摩擦阻力产生LnLTLTLTo机床的平移运动、带式运输机、轧钢机、起重机行走机构第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系2、位能性恒转矩负载特性由起重机械中位能负载的重力作用产生起重机提升机构、矿井卷扬机、电动车下坡时机车的位能对电动机起加速作用LnLTLTo第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系二、恒功率负载转矩特性nLTo负载转矩TL基本上与转速成反比LkTn例：车床、刨床的粗加工：低速高转矩精加工：高速低转矩第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系三、通风机型负载转矩特性负载转矩由周围介质（空气、水、油等）对工作机构产生阻力所引起的阻转矩通风机、水泵、液压泵2LTknnLTo0mT第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系LnLT0mTLToLTmT第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系第五节电力拖动系统稳定运行条件1、稳定运行：指受到外界扰动后，系统在新的条件下可以达到新的平衡或恢复到原转速下继续运行。TLTean`anana``TLTebn`bnbna``a)稳定运行b)不稳定运行第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：Te=TLdTedndTLdn第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系第六节电力拖动系统调速1、电动机调速：指在电力拖动系统中，人为地或自动地改变电动机转速，以满足工作机械对不同转速的要求。2、电动机调速的分类：无级调速有级调速恒转矩调速恒功率调速向上调速向下调速第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系1）无级调速：电动机的转速可以平滑地调节特点：转速变化均匀、适应性强、易实现调速自动化例如：异步电动机变频调速系统直流发电机—电动机调速系统晶体管整流器—直流电动机调速系统等有级调速：电动机的转速只有有限的几种（双速、三速、四速等）特点：简单方便、调速范围有限、不易实现调速自动化第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系例如：异步电动机变极调速直流电动机电枢电路串电阻调速等2）恒转矩调速：电动机在不同转速下满载运行时，其允许输出的转矩相同恒功率调速：电动机在不同转速下满载运行时，其允许输出的功率相同例如：机床粗精加工恒功率调速特性起重机、卷扬机恒转矩调速特性第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系3）向上调速：高于基速方向的调速，如：直流电机的弱磁调速向下调速：低于基速方向的调速，如：直流电机电枢串电阻调速3、调速系统的主要性能指标调速范围静差率调速平滑性调速的经济性第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系1）调速范围D：指电动机带额定负载调速时，其最高转速nmax和最低转速nmin之比，即：=nmaxnminD2）静差率：表示速度的变化程度=n0-nNn0100%=nn0100%静差率越小电动机的相对稳定性就越高一般，高精度(3040)%0.1%第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系船舶电气设备与系统2020/1/18课件轮机工程学院船电系1iinn3）调速平滑性：为相邻两级转速之比。调速级数越多，调速越平滑。第一章电力拖动系统的动力学基础电气工程与自动化学院电力系