第3章 直流電機(jī)拖動-機(jī)工20111017(最后版)

1、3.1 3.1 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ); ;3.2 3.2 各類生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性；各類生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性；3.3 3.3 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件；電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件；3.4 3.4 直流電力拖動系統(tǒng)的動態(tài)分析；直流電力拖動系統(tǒng)的動態(tài)分析；3.5 3.5 他勵(lì)直流電動機(jī)的起動；他勵(lì)直流電動機(jī)的起動；3.6 3.6 他勵(lì)直流電動機(jī)的調(diào)速；他勵(lì)直流電動機(jī)的調(diào)速；3.7 3.7 他勵(lì)直流電動機(jī)的制動；他勵(lì)直流電動機(jī)的制動；3.8 3.8 工程中的實(shí)例分析。工程中的實(shí)例分析。 3.1.13.1.1單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式直線

2、運(yùn)動：直線運(yùn)動：F 由物理學(xué)知，質(zhì)量為由物理學(xué)知，質(zhì)量為 的物體作直線運(yùn)動時(shí)，當(dāng)加在物體上的拖動力的物體作直線運(yùn)動時(shí)，當(dāng)加在物體上的拖動力為為 ，阻力為，阻力為 ，速度為，速度為 時(shí)，在圖時(shí)，在圖3-1所示正方向下，描述此直線運(yùn)所示正方向下，描述此直線運(yùn)動的方程式為動的方程式為dtdvmFFLLFmv圖圖3-1 3-1 直線運(yùn)動系統(tǒng)直線運(yùn)動系統(tǒng) 單軸電力拖動系統(tǒng)：單軸電力拖動系統(tǒng)：dtdJTTLem(3-1)圖3-2 單軸電力拖動系統(tǒng) 與直線運(yùn)動相對應(yīng)，轉(zhuǎn)動慣量為與直線運(yùn)動相對應(yīng)，轉(zhuǎn)動慣量為 的鋼體做定軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，當(dāng)加的鋼體做定軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，當(dāng)加在鋼體上的拖動轉(zhuǎn)矩為在鋼體上的拖動轉(zhuǎn)矩為 ，阻

3、轉(zhuǎn)矩為，阻轉(zhuǎn)矩為 ，角速度為，角速度為 時(shí)，在時(shí)，在圖圖3-23-2所示正方向下，描述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的的方程式為所示正方向下，描述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的的方程式為JLTemT 在單軸電力拖動系統(tǒng)中，電動機(jī)直接與生產(chǎn)機(jī)械相連，構(gòu)成了一個(gè)定軸在單軸電力拖動系統(tǒng)中，電動機(jī)直接與生產(chǎn)機(jī)械相連，構(gòu)成了一個(gè)定軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其運(yùn)行狀態(tài)仍可用旋轉(zhuǎn)方程式（旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其運(yùn)行狀態(tài)仍可用旋轉(zhuǎn)方程式（3-13-1）來描述。）來描述。3.1.13.1.1單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量 與飛輪慣量與飛輪慣量 的換算關(guān)系為的換算關(guān)系為JgGDDgGmJ44222(3-2)2375emLGD dnTTdt

4、(3-3)機(jī)械角速度機(jī)械角速度 與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速 之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為 旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量 ; 旋轉(zhuǎn)體的慣性半徑旋轉(zhuǎn)體的慣性半徑, m2D60/2 nn2GD將式（將式（3-2）及（）及（3-3）代入式（）代入式（3-1），得），得(3-4)3.1.13.1.1單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式（1 1） 是表征整個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的慣量的物理量，是一個(gè)符號，切不可是表征整個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的慣量的物理量，是一個(gè)符號，切不可將它割裂開而理解為將它割裂開而理解為 與與 的乘積，通常稱為飛輪慣量或飛輪距。的乘積，通常稱為飛輪慣量或飛輪距。單位為單位為 。(2) 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，忽略時(shí)，忽略

5、，這時(shí)，這時(shí) 。 2GD02TTTL02TT 0TLTT 2(3)運(yùn)動參考向及轉(zhuǎn)矩的符號規(guī)定：運(yùn)動參考向及轉(zhuǎn)矩的符號規(guī)定：首先取一正方向；首先取一正方向；對轉(zhuǎn)速而言，對轉(zhuǎn)速而言， 與正方向一致規(guī)定為正，反之為負(fù)與正方向一致規(guī)定為正，反之為負(fù) ；對于電磁轉(zhuǎn)矩而言，對于電磁轉(zhuǎn)矩而言， 與正方向一致規(guī)定為正，反之為負(fù)；與正方向一致規(guī)定為正，反之為負(fù)；對負(fù)載轉(zhuǎn)矩而言，對負(fù)載轉(zhuǎn)矩而言， 與正方向一致與正方向一致規(guī)定為負(fù)規(guī)定為負(fù)，反之為正。，反之為正。 nemTLT2NmG2D3.1.13.1.1單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式（1 1）若）若 時(shí)，則時(shí)，則 = =常值，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)

6、行；常值，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行；（2 2）若）若 時(shí)，則時(shí)，則 ，正向加速或反向減速；，正向加速或反向減速；（3 3）若）若 時(shí)，則時(shí)，則 ，正向減速或反向加速。，正向減速或反向加速。 emLTTnemLTT0dndtemLTT0dndt正方向正方向LTemTn為正為正emTLT0dtdn正方向正方向LTemTn為正為正n3.1.13.1.1單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式問題的提出：問題的提出： 在工業(yè)企業(yè)中，為了滿足工業(yè)過程的要求，在很多場合電機(jī)不直接在工業(yè)企業(yè)中，為了滿足工業(yè)過程的要求，在很多場合電機(jī)不直接和工作機(jī)構(gòu)相聯(lián)，而是中間通過一些減速機(jī)構(gòu)，如齒輪箱、皮帶輪、蝸和工

7、作機(jī)構(gòu)相聯(lián)，而是中間通過一些減速機(jī)構(gòu)，如齒輪箱、皮帶輪、蝸輪蝸桿等，這樣就構(gòu)成了多軸系統(tǒng)。輪蝸桿等，這樣就構(gòu)成了多軸系統(tǒng)。 為了簡化計(jì)算，把多軸復(fù)雜系統(tǒng)等效成一個(gè)單軸簡單系統(tǒng)，方法是為了簡化計(jì)算，把多軸復(fù)雜系統(tǒng)等效成一個(gè)單軸簡單系統(tǒng)，方法是把電機(jī)軸后面的傳動機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)部分（如下圖中虛線框部分所示）把電機(jī)軸后面的傳動機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)部分（如下圖中虛線框部分所示）都都折算到折算到電機(jī)軸上，用一個(gè)等效負(fù)載來代替它，這樣就可以用單軸系統(tǒng)電機(jī)軸上，用一個(gè)等效負(fù)載來代替它，這樣就可以用單軸系統(tǒng)的運(yùn)動方程式來研究多軸系統(tǒng)，這時(shí)運(yùn)動方程式為的運(yùn)動方程式來研究多軸系統(tǒng)，這時(shí)運(yùn)動方程式為 3.1.23.1.2多

8、軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式dtdnGDTTLem3752(a)等效前的實(shí)際多軸系統(tǒng)等效前的實(shí)際多軸系統(tǒng) (b)等效后的等效單軸系統(tǒng)等效后的等效單軸系統(tǒng) 折算折算 發(fā)電制動運(yùn)行狀態(tài)的功率傳遞方向發(fā)電制動運(yùn)行狀態(tài)的功率傳遞方向電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的功率傳遞方向電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的功率傳遞方向1 1、多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算（指工作機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動）、多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算（指工作機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動） dtdnGDTTLem3752現(xiàn)將圖現(xiàn)將圖3-3(a)3-3(a)中的多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)折算成折算成（b b）中的等效單軸系統(tǒng)。）中的等效單軸系統(tǒng)。折算折算 (a)(a)等效前的實(shí)際多軸旋

9、轉(zhuǎn)系統(tǒng)等效前的實(shí)際多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) (b)(b)等效后的單軸系統(tǒng)等效后的單軸系統(tǒng) 圖圖3-33-3多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動系統(tǒng)的等效多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動系統(tǒng)的等效2GDLT3.1.23.1.2多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式（1 1）工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩）工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩 的折算的折算 電動狀態(tài)：電動狀態(tài)： 電動機(jī)驅(qū)動機(jī)械負(fù)載，傳動機(jī)構(gòu)的損耗是由電動機(jī)承擔(dān)。電動機(jī)驅(qū)動機(jī)械負(fù)載，傳動機(jī)構(gòu)的損耗是由電動機(jī)承擔(dān)。由圖由圖3-33-3可知可知: : 折算前電機(jī)發(fā)出的功率為折算前電機(jī)發(fā)出的功率為 折算后電機(jī)發(fā)出的功率為折算后電機(jī)發(fā)出的功率為 作用在實(shí)際系統(tǒng)的負(fù)載軸上，把它折算到電機(jī)軸上，用電動機(jī)作用在實(shí)際系統(tǒng)的負(fù)載

10、軸上，把它折算到電機(jī)軸上，用電動機(jī)軸上等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩軸上等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 來代替。來代替。 折算原則：折算原則：折算前后系統(tǒng)的傳送功率不變，中間傳動機(jī)構(gòu)的損耗折算前后系統(tǒng)的傳送功率不變，中間傳動機(jī)構(gòu)的損耗 在傳動效率中考慮。在傳動效率中考慮。LTLTLTLTcLLTPDLTP根據(jù)折算原則，折算前后電動機(jī)發(fā)出的功率相等，有根據(jù)折算原則，折算前后電動機(jī)發(fā)出的功率相等，有DLcLLTT3.1.23.1.2多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式（3-5）式中，式中， 傳動機(jī)構(gòu)總的轉(zhuǎn)速比；傳動機(jī)構(gòu)總的轉(zhuǎn)速比； 、 電機(jī)軸和工作機(jī)構(gòu)軸的機(jī)械角速度；電機(jī)軸和工作機(jī)構(gòu)軸的機(jī)械角速度； 工作機(jī)構(gòu)軸上

11、的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；工作機(jī)構(gòu)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 傳動機(jī)構(gòu)的總效率。傳動機(jī)構(gòu)的總效率。 LnjnLLTtLT從而得等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為從而得等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 cLcLDLLjTTTD3.1.23.1.2多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式生產(chǎn)機(jī)械驅(qū)動電動機(jī)，傳動機(jī)構(gòu)的損耗是由生產(chǎn)機(jī)械承擔(dān)。生產(chǎn)機(jī)械驅(qū)動電動機(jī)，傳動機(jī)構(gòu)的損耗是由生產(chǎn)機(jī)械承擔(dān)。（3-6）折算前電機(jī)得到的功率折算前電機(jī)得到的功率 折算后電機(jī)得到的功率折算后電機(jī)得到的功率 根據(jù)折算原則，可得折算后的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：根據(jù)折算原則，可得折算后的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：關(guān)于效率的說明：關(guān)于效率的說明：對于多級傳動，總效率應(yīng)為各級效率的乘積對于多級傳

12、動，總效率應(yīng)為各級效率的乘積; 常數(shù)，某一具體的生產(chǎn)機(jī)械，負(fù)載大小不同，效率也不相同，常數(shù)，某一具體的生產(chǎn)機(jī)械，負(fù)載大小不同，效率也不相同，一般輕載比滿載低，近似取：一般輕載比滿載低，近似取： （額定功率）。（額定功率）。tcNc發(fā)電制動狀態(tài)：發(fā)電制動狀態(tài)：cLLTPDLTPcLLjTT3.1.23.1.2多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式根據(jù)折算原則，可得根據(jù)折算原則，可得 將傳動機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)的飛輪慣量都折算到電機(jī)軸上，用一個(gè)將傳動機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)的飛輪慣量都折算到電機(jī)軸上，用一個(gè)等效的飛輪慣量來代替。因?yàn)楦鬏S轉(zhuǎn)動慣量對運(yùn)動的過程影響直等效的飛輪慣量來代替。因?yàn)楦鬏S轉(zhuǎn)動

13、慣量對運(yùn)動的過程影響直接反應(yīng)在各軸所儲存的動能上，所以折算原則為：接反應(yīng)在各軸所儲存的動能上，所以折算原則為：折算前后系統(tǒng)折算前后系統(tǒng)儲存的動能不變。儲存的動能不變。折算后系統(tǒng)儲存的動能為折算后系統(tǒng)儲存的動能為折算前系統(tǒng)儲存的動能為折算前系統(tǒng)儲存的動能為（2）傳動機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)飛輪慣量的折算）傳動機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)飛輪慣量的折算2222211221212121LLDDJJJJA221DJA2222211)()()(LDLDDDJJJJJ3.1.23.1.2多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式（3-7）推廣到一般系統(tǒng)，可得折算后的飛輪慣量為推廣到一般系統(tǒng)，可得折算后的飛輪慣量為將

14、將 及及 代入上式，可得代入上式，可得（3-8）gDJ442n602222222212122)()()(LDLDDDnnGDnnGDnnGDGDGD22222222212122 LDLiDiDDDnnGDnnGDnnGDnnGDGDGD式中，式中， 第第 軸的飛輪慣量；軸的飛輪慣量； 電機(jī)軸后第電機(jī)軸后第 軸的轉(zhuǎn)速。軸的轉(zhuǎn)速。2iGDinii 一般情況下，在系統(tǒng)總的飛輪慣量中，電機(jī)本身的飛輪慣量占主要部一般情況下，在系統(tǒng)總的飛輪慣量中，電機(jī)本身的飛輪慣量占主要部分，傳動軸和工作機(jī)構(gòu)軸上的飛輪慣量折算到電機(jī)軸上數(shù)值不大。分，傳動軸和工作機(jī)構(gòu)軸上的飛輪慣量折算到電機(jī)軸上數(shù)值不大。 3.1.23.1

15、.2多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式（1 1）靜態(tài)力矩）靜態(tài)力矩 的折算的折算圖圖3-4 3-4 多軸直線運(yùn)動系統(tǒng)的等效多軸直線運(yùn)動系統(tǒng)的等效 2 2、直線運(yùn)動系統(tǒng)的折算（指工作機(jī)構(gòu)作直線運(yùn)動）、直線運(yùn)動系統(tǒng)的折算（指工作機(jī)構(gòu)作直線運(yùn)動） 3.1.23.1.2多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式(a)(a)等效前的實(shí)際多軸系統(tǒng)等效前的實(shí)際多軸系統(tǒng) (b)(b)等效后的單軸系統(tǒng)等效后的單軸系統(tǒng) LF物體提升物體提升折算原則：折算原則：折算前后系統(tǒng)傳送功率不變。折算前后系統(tǒng)傳送功率不變。 當(dāng)重物提升時(shí)，傳動機(jī)構(gòu)的損耗由電動機(jī)承擔(dān)，電動機(jī)工作在電動狀態(tài)，當(dāng)

16、重物提升時(shí)，傳動機(jī)構(gòu)的損耗由電動機(jī)承擔(dān)，電動機(jī)工作在電動狀態(tài)，由圖由圖3-43-4可得可得折算折算 需要折算的參量為需要折算的參量為: :等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 及等效系統(tǒng)總的飛輪慣量及等效系統(tǒng)總的飛輪慣量 。LT2GD式中，式中， 物體上升時(shí)傳動機(jī)構(gòu)的效率；物體上升時(shí)傳動機(jī)構(gòu)的效率； 電機(jī)軸的機(jī)械角速度。電機(jī)軸的機(jī)械角速度。3.1.23.1.2多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式DLcLLTVF根據(jù)折算原則，有根據(jù)折算原則，有從而可得從而可得DcLLDcLLLnVFVFT55. 9（3-10）折算前電機(jī)發(fā)出的功率折算前電機(jī)發(fā)出的功率 折算后電機(jī)發(fā)出的功率折算后電機(jī)發(fā)出的

17、功率 cLLVFPDLTPcDDn602將 代入上式得代入上式得（3-11）式中，式中， 為重物下放時(shí)傳動機(jī)構(gòu)的效率，一般為重物下放時(shí)傳動機(jī)構(gòu)的效率，一般 ，可以證明，可以證明， 。 當(dāng)重物下放時(shí)，電動機(jī)工作于制動狀態(tài)，傳動機(jī)構(gòu)的損耗由工作機(jī)構(gòu)當(dāng)重物下放時(shí)，電動機(jī)工作于制動狀態(tài)，傳動機(jī)構(gòu)的損耗由工作機(jī)構(gòu)承擔(dān)。承擔(dān)。同理，根據(jù)折算原則，有同理，根據(jù)折算原則，有260n 物體下放物體下放 3.1.23.1.2多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式cLLDLVFTcDLLLnVFT55. 9ccccc2（2 2）工作機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動質(zhì)量）工作機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動質(zhì)量 的折算的折算將將 、 及及

18、 代入上式，則有：代入上式，則有：（3-11） 表征直線運(yùn)動的慣性是用質(zhì)量表征直線運(yùn)動的慣性是用質(zhì)量 來表示的。重物提升或下方時(shí)，在來表示的。重物提升或下方時(shí)，在其質(zhì)量其質(zhì)量 中儲存著動能，是整個(gè)系統(tǒng)的一部分，因此必須把速度為中儲存著動能，是整個(gè)系統(tǒng)的一部分，因此必須把速度為 的質(zhì)量的質(zhì)量 折算到電機(jī)軸上，用電機(jī)軸上一個(gè)轉(zhuǎn)動慣量為折算到電機(jī)軸上，用電機(jī)軸上一個(gè)轉(zhuǎn)動慣量為 的轉(zhuǎn)動體與的轉(zhuǎn)動體與之等效。之等效。折算原則：折算原則：轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量 中與質(zhì)量中與質(zhì)量 中儲存的動能相等。中儲存的動能相等。LmLmLVLmLm3.1.23.1.2多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式L

19、JLJLm工作機(jī)構(gòu)做直線運(yùn)動時(shí)，其質(zhì)量工作機(jī)構(gòu)做直線運(yùn)動時(shí)，其質(zhì)量 中儲存的動能為中儲存的動能為 Lm221LLVm折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量 中儲存的動能為中儲存的動能為 LJ222121DLLLJVmgGDJL42DDn602gGmLL22365DLLLnVGGD（3-12）式中，式中， 做直線運(yùn)動的工作機(jī)構(gòu)及吊鉤的重量；做直線運(yùn)動的工作機(jī)構(gòu)及吊鉤的重量； 工作機(jī)構(gòu)做直線運(yùn)動的速度；工作機(jī)構(gòu)做直線運(yùn)動的速度； 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速；電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速； 為一常數(shù)。為一常數(shù)。（3-13） LV3.1.23.1.2多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式等效系統(tǒng)

20、的總飛輪慣量為：等效系統(tǒng)的總飛輪慣量為：LGDn26036522222212122365DLLDDDnVGnnGDnnGDGDGD 綜上所述，通過對系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩（或作用力）和飛輪慣量的折算，綜上所述，通過對系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩（或作用力）和飛輪慣量的折算，就可把一個(gè)多軸運(yùn)動系統(tǒng)折算成一個(gè)單軸運(yùn)動系統(tǒng)，從而可用單軸就可把一個(gè)多軸運(yùn)動系統(tǒng)折算成一個(gè)單軸運(yùn)動系統(tǒng)，從而可用單軸系統(tǒng)的運(yùn)動方程式分析實(shí)際多軸系統(tǒng)中電動機(jī)的運(yùn)行狀況。系統(tǒng)的運(yùn)動方程式分析實(shí)際多軸系統(tǒng)中電動機(jī)的運(yùn)行狀況。定義：定義： 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系 即為即為生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，它與電動機(jī)的機(jī)械特性

21、相對應(yīng)。生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，它與電動機(jī)的機(jī)械特性相對應(yīng)。()Lnf T典型的負(fù)載特性為典型的負(fù)載特性為：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性及恒功率負(fù)載特性。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性及恒功率負(fù)載特性。 3.2.13.2.1恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性特點(diǎn)：特點(diǎn)： 凡是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小不隨轉(zhuǎn)速的變化而變化的生產(chǎn)機(jī)械都具有恒轉(zhuǎn)矩凡是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小不隨轉(zhuǎn)速的變化而變化的生產(chǎn)機(jī)械都具有恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。負(fù)載特性。 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向是否隨轉(zhuǎn)速變化，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又分為反抗性恒轉(zhuǎn)矩根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向是否隨轉(zhuǎn)速變化，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又分為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。1 1、反抗性恒轉(zhuǎn)

22、矩負(fù)載特性、反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小不隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，但其方向總是與運(yùn)動的方向負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小不隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，但其方向總是與運(yùn)動的方向相反。例相反。例: :電機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩。 將負(fù)載特性畫在平面坐標(biāo)圖上，根據(jù)將負(fù)載特性畫在平面坐標(biāo)圖上，根據(jù)3.1.13.1.1節(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的符號規(guī)定法，節(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的符號規(guī)定法，反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性在第反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性在第和第和第象限，如圖象限，如圖3-5a3-5a所示。所示。圖圖3-63-6（a a）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 3.2.13.2.1恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性2、位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特

23、性特點(diǎn)：特點(diǎn)： 負(fù)載轉(zhuǎn)矩具有固定的大小和方向，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩具有固定的大小和方向，即 的大小和方向改變時(shí)，的大小和方向改變時(shí)， 的大的大小和方向都不變。屬于這一類的生產(chǎn)機(jī)械有起重機(jī)的提升和下放機(jī)構(gòu)、高小和方向都不變。屬于這一類的生產(chǎn)機(jī)械有起重機(jī)的提升和下放機(jī)構(gòu)、高爐料車卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)等。爐料車卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)等。 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性在第位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性在第和第和第象限，如圖象限，如圖3-5b3-5b所示所示 圖圖3-6 3-6 （b b）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性3.2.13.2.1恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性nLT圖圖3-73-7通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性3.2.3 3.2.3 恒功率

24、負(fù)載特性恒功率負(fù)載特性圖圖3-83-8恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載特性2LTKn3.2.2 3.2.2 通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性特點(diǎn)特點(diǎn): : 負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上和轉(zhuǎn)速的平方成正比，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上和轉(zhuǎn)速的平方成正比，即例：通風(fēng)機(jī)、水泵及油泵等，負(fù)載轉(zhuǎn)動時(shí)，例：通風(fēng)機(jī)、水泵及油泵等，負(fù)載轉(zhuǎn)動時(shí)，其中空氣、水、油等介質(zhì)對機(jī)器葉片的其中空氣、水、油等介質(zhì)對機(jī)器葉片的阻力基本上和阻力基本上和 成正比。成正比。2n特點(diǎn)特點(diǎn): :負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速n n成反比。即成反比。即這時(shí)對應(yīng)的負(fù)載功率為這時(shí)對應(yīng)的負(fù)載功率為例：機(jī)床加工例：機(jī)床加工nKTL常數(shù)KnnKTPLL602602 實(shí)際負(fù)載特性可能以某

25、種典型負(fù)載為主的是幾種典型特性的組合。如：實(shí)際負(fù)載特性可能以某種典型負(fù)載為主的是幾種典型特性的組合。如：實(shí)際的通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)起來后，除了主要是通風(fēng)機(jī)特性外（葉片阻力），其電實(shí)際的通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)起來后，除了主要是通風(fēng)機(jī)特性外（葉片阻力），其電機(jī)內(nèi)部還有一定的摩擦等轉(zhuǎn)矩，因而實(shí)際的通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性為機(jī)內(nèi)部還有一定的摩擦等轉(zhuǎn)矩，因而實(shí)際的通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性為 20LTTKn其特性曲線如圖其特性曲線如圖3-18所示所示。3.2.43.2.4實(shí)際的負(fù)載特性實(shí)際的負(fù)載特性圖圖3-93-9實(shí)際通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性實(shí)際通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性空載特性空載特性通風(fēng)機(jī)負(fù)載通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性特性實(shí)際通風(fēng)機(jī)實(shí)際通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性負(fù)載特性And-63.3.13

26、.3.1電力拖動系統(tǒng)平衡運(yùn)轉(zhuǎn)的概念電力拖動系統(tǒng)平衡運(yùn)轉(zhuǎn)的概念定義：定義： 由電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式由電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式 可知，當(dāng)可知，當(dāng) 時(shí)，時(shí)，為恒速，稱這時(shí)電力拖動系統(tǒng)處于為恒速，稱這時(shí)電力拖動系統(tǒng)處于平衡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)平衡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 若將電動機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性繪制在同一坐標(biāo)平面上，則若將電動機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性繪制在同一坐標(biāo)平面上，則兩條曲線的交點(diǎn)必為電力拖動系統(tǒng)的兩條曲線的交點(diǎn)必為電力拖動系統(tǒng)的平衡運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)平衡運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)（見下圖中的（見下圖中的A A和和 點(diǎn)）。點(diǎn)）。 2375emLGD dnTTdtemLTT圖圖3-103-10電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)

27、行在交點(diǎn)處，在交點(diǎn)處， 穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)在交點(diǎn)之上，在交點(diǎn)之上， 系統(tǒng)減速系統(tǒng)減速在交點(diǎn)之下，在交點(diǎn)之下， 系統(tǒng)加速系統(tǒng)加速 只有機(jī)械特性和負(fù)載特性的交點(diǎn)為平衡運(yùn)轉(zhuǎn)只有機(jī)械特性和負(fù)載特性的交點(diǎn)為平衡運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)。點(diǎn)。LemTTAnn LemTT0dtdnLemTT0dtdnnA定義：定義： 所謂穩(wěn)定運(yùn)行，是指電力拖動系統(tǒng)原來處于平衡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在某種干擾所謂穩(wěn)定運(yùn)行，是指電力拖動系統(tǒng)原來處于平衡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在某種干擾下，離開了原來的平衡狀態(tài)，若系統(tǒng)有能力達(dá)到新的平衡運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)；或者當(dāng)下，離開了原來的平衡狀態(tài)，若系統(tǒng)有能力達(dá)到新的平衡運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)；或者當(dāng)干擾消除后，能夠回到原平衡狀態(tài)點(diǎn)，就說系統(tǒng)原來處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)

28、。干擾消除后，能夠回到原平衡狀態(tài)點(diǎn)，就說系統(tǒng)原來處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。aTemaaaaaLemICTREUIEndtdnTT02 直至直至 ，系統(tǒng)有能力達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)點(diǎn)，系統(tǒng)有能力達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)點(diǎn)，所以所以A點(diǎn)是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)點(diǎn)是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。系統(tǒng)原在系統(tǒng)原在A A點(diǎn)平衡運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)平衡運(yùn)轉(zhuǎn) ， 突加干擾，假定突加干擾，假定 ，由于機(jī)械慣性，由于機(jī)械慣性，開始時(shí)，開始時(shí)， 不能突變，不能突變， 不變，不變， 不變，不變， 不變，這時(shí)不變，這時(shí)Ann 21LLTTaaaaREUI2LemTT2LT1LT1LemTTaTemICT圖圖3-103-10電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行例例3-23-2： 用穩(wěn)

29、定運(yùn)行的概念判斷圖用穩(wěn)定運(yùn)行的概念判斷圖3-93-9中的中的A A點(diǎn)是否為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)？點(diǎn)是否為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)？nnCEeaAAnn 當(dāng)干擾消除后，當(dāng)干擾消除后， 直至直至 ，系統(tǒng)能夠回到，系統(tǒng)能夠回到A點(diǎn)，所以點(diǎn)，所以A點(diǎn)是穩(wěn)定點(diǎn)是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)運(yùn)行點(diǎn)。2LT1LTemaaaaaLemTREUIEndtdnTT011LemTTAnn 假定原狀態(tài)假定原狀態(tài) 突加干擾突加干擾 ，由于機(jī)械慣性轉(zhuǎn)速不能，由于機(jī)械慣性轉(zhuǎn)速不能突變，電磁轉(zhuǎn)矩突變，電磁轉(zhuǎn)矩 也不變，這時(shí)也不變，這時(shí)系統(tǒng)不能達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)，所以系統(tǒng)不能達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)，所以A A點(diǎn)是不點(diǎn)是不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。nTndtdnTTemLem

30、02Ann 1LemTT21LLTTaTemICT 當(dāng)干擾消除后，當(dāng)干擾消除后， ，由于這，由于這時(shí)時(shí) 系統(tǒng)不能回到系統(tǒng)不能回到A點(diǎn)。點(diǎn)。所以所以A點(diǎn)為不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。點(diǎn)為不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。12LLTTnTTLem1圖圖3-113-11電力拖動系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行電力拖動系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行例例3-33-3： 判斷圖判斷圖3-103-10中的中的B B點(diǎn)是否為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)？點(diǎn)是否為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)？LLALememAemATTTTTTnnnLAemATTdtndGDTTLem3752考慮到微小增量為在考慮到微小增量為在A A點(diǎn)的偏導(dǎo)數(shù)點(diǎn)的偏導(dǎo)數(shù)乘上乘上 ，上式為，上式為ndtndGDnnTnnTAAnLnem375

31、2則有則有 dtnndGDTTTTALLAememA3752當(dāng)電機(jī)工作在當(dāng)電機(jī)工作在A點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)時(shí)， 假定原系統(tǒng)在假定原系統(tǒng)在A A點(diǎn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，加干擾后偏離了點(diǎn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，加干擾后偏離了A A點(diǎn)，當(dāng)干擾消除后，點(diǎn)，當(dāng)干擾消除后，這時(shí)各個(gè)參量為：這時(shí)各個(gè)參量為：圖3-12電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行的條件 dtndGDTTLem)(3752dtndnGDnTnTAAnLnem3752整理為線性微分方程整理為線性微分方程sttnn0求解并考慮到初始條件為：求解并考慮到初始條件為： 其解為：其解為： tGDnTnTstAnemAnemenn375/2當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) ， （按指數(shù)規(guī)律下降）（按指數(shù)規(guī)律下降） ，擾動

32、消失，擾動消失后經(jīng)過一段時(shí)間，后經(jīng)過一段時(shí)間， 系統(tǒng)回到系統(tǒng)回到A點(diǎn)，點(diǎn)，A點(diǎn)為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。點(diǎn)為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。AAnLnemnTnTnt0n當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) ， （按指數(shù)規(guī)律上升）（按指數(shù)規(guī)律上升） ， 不可能使系不可能使系統(tǒng)回到統(tǒng)回到A點(diǎn)點(diǎn) ，A點(diǎn)為不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。點(diǎn)為不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。AAnLnemnTnTnt整理為線性微分方程整理為線性微分方程電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件為：電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件為：AAnLnemnTnT（3-14）機(jī)械特性和負(fù)載特性必須有交點(diǎn)機(jī)械特性和負(fù)載特性必須有交點(diǎn)(如：如：A點(diǎn)點(diǎn))在交點(diǎn)處，若在交點(diǎn)處，若 則交點(diǎn)為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，否則就不是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。則交點(diǎn)為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，否則就

33、不是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。 例例3-43-4：判斷圖：判斷圖3-123-12中中A A、B B、C C各點(diǎn)是否為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。各點(diǎn)是否為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。A點(diǎn)：點(diǎn)：0AnemnT0AnLnTAAnLnemnTnT因?yàn)橐驗(yàn)樗运訟點(diǎn)是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)點(diǎn)是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。B點(diǎn)：點(diǎn)：BBnLnemnTnT因?yàn)橐驗(yàn)樗运訠點(diǎn)不是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。點(diǎn)不是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。BC點(diǎn)：點(diǎn)：0CnemnT0CnLnT因?yàn)橐驗(yàn)镃CnLnemnTnT所以所以C點(diǎn)是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。點(diǎn)是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。0BnemnT0BnLnT圖圖3-133-13判斷穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)判斷穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)動態(tài)過程動態(tài)過程: : 當(dāng)人為的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的某些參數(shù)或負(fù)載波動時(shí)，引起系統(tǒng)從某一穩(wěn)態(tài)過當(dāng)人

34、為的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的某些參數(shù)或負(fù)載波動時(shí)，引起系統(tǒng)從某一穩(wěn)態(tài)過渡到另一穩(wěn)態(tài)，這個(gè)過程叫做動態(tài)過程渡到另一穩(wěn)態(tài)，這個(gè)過程叫做動態(tài)過程, ,也稱作過渡過程。也稱作過渡過程。 研究動態(tài)過程的意義：研究動態(tài)過程的意義：研究過渡過程可以分析各物理量隨時(shí)間是如何變化的，而其變化規(guī)律為研究過渡過程可以分析各物理量隨時(shí)間是如何變化的，而其變化規(guī)律為電力拖動運(yùn)行的負(fù)載圖，這些負(fù)載圖是正確選擇與校驗(yàn)電動機(jī)功率的依據(jù)；電力拖動運(yùn)行的負(fù)載圖，這些負(fù)載圖是正確選擇與校驗(yàn)電動機(jī)功率的依據(jù)；研究過渡過程可以分析如何縮短過渡過程的時(shí)間以提高生產(chǎn)率；研究過渡過程可以分析如何縮短過渡過程的時(shí)間以提高生產(chǎn)率；探討減少過渡過程能耗的途徑，

35、以提高電動機(jī)的利用率；探討減少過渡過程能耗的途徑，以提高電動機(jī)的利用率；研究如何改善電力拖動的運(yùn)行情況，使設(shè)備能安全運(yùn)行。研究如何改善電力拖動的運(yùn)行情況，使設(shè)備能安全運(yùn)行。電力拖動系統(tǒng)一般存在有電力拖動系統(tǒng)一般存在有三種慣性三種慣性：（1）機(jī)械慣性機(jī)械慣性：由于系統(tǒng)有轉(zhuǎn)動慣量，或者說系統(tǒng)有飛輪慣量，使得：由于系統(tǒng)有轉(zhuǎn)動慣量，或者說系統(tǒng)有飛輪慣量，使得n不不能突變能突變;（2）電磁慣性電磁慣性：由于電樞回路和勵(lì)磁回路都存在著電感，使得電樞電流，：由于電樞回路和勵(lì)磁回路都存在著電感，使得電樞電流，勵(lì)磁電流等都不能突變勵(lì)磁電流等都不能突變;（3）熱慣性熱慣性：使電機(jī)的溫度不能突變，由于溫度變化比轉(zhuǎn)速

36、及電流等物：使電機(jī)的溫度不能突變，由于溫度變化比轉(zhuǎn)速及電流等物理量的變化要慢得多，因此一般不考慮熱慣性。理量的變化要慢得多，因此一般不考慮熱慣性。 假定系統(tǒng)由某一穩(wěn)定狀態(tài)假定系統(tǒng)由某一穩(wěn)定狀態(tài)A A向另一穩(wěn)定狀態(tài)向另一穩(wěn)定狀態(tài)B B過渡過渡（見圖（見圖3-14b3-14b），推導(dǎo)動態(tài)過程中電樞電流與轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的），推導(dǎo)動態(tài)過程中電樞電流與轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化規(guī)律，即：變化規(guī)律，即： 與與 。3.4.13.4.1電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程( )aIf t( )nf t電力拖動系統(tǒng)的過渡過程分為：電力拖動系統(tǒng)的過渡過程分為：（1 1）機(jī)械過渡過程：只考慮機(jī)械慣性對各參量的影響

37、，而忽略電磁慣性。）機(jī)械過渡過程：只考慮機(jī)械慣性對各參量的影響，而忽略電磁慣性。（2 2）電氣）電氣機(jī)械過渡過程：同時(shí)考慮機(jī)械慣性和電磁慣性的影響。機(jī)械過渡過程：同時(shí)考慮機(jī)械慣性和電磁慣性的影響。本節(jié)重點(diǎn)討論機(jī)械過渡過程。本節(jié)重點(diǎn)討論機(jī)械過渡過程。1 1、轉(zhuǎn)速動態(tài)特性、轉(zhuǎn)速動態(tài)特性電樞電流為電樞電流為電磁轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩為將上式代入運(yùn)動方程式將上式代入運(yùn)動方程式,整理得整理得簡化為簡化為圖3-14b)機(jī)械特性3.4.13.4.1電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程RRIEUaaa電壓平衡方程式為電壓平衡方程式為 RRnCURREUIaeaaaRRnCUCICTaeTaTemLTe

38、anndtdnCCRRGD22375LMnndtdnT tfn （3-15） 圖3-14a)電氣原理圖 若系統(tǒng)從靜止開始起動，即當(dāng)若系統(tǒng)從靜止開始起動，即當(dāng) 時(shí)，轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速 。將。將 代入代入（3-163-16）式，得）式，得考慮到初始條件考慮到初始條件 ，得，得式中，式中， 起動完畢時(shí)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；起動完畢時(shí)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速； 初始轉(zhuǎn)速；初始轉(zhuǎn)速； 機(jī)電時(shí)間常數(shù)，具有時(shí)間量綱，單位為機(jī)電時(shí)間常數(shù)，具有時(shí)間量綱，單位為 秒秒 。因?yàn)榧扰c機(jī)械參量有關(guān)，又與電氣參量有關(guān)，所以稱作機(jī)電時(shí)間常數(shù)。因?yàn)榧扰c機(jī)械參量有關(guān)，又與電氣參量有關(guān)，所以稱作機(jī)電時(shí)間常數(shù)。 上式為一階常系數(shù)線性微分方程，其解的形式為上式為

39、一階常系數(shù)線性微分方程，其解的形式為3.4.13.4.1電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程LTtnCenM0tstnnMMMTtstTtLTtLstLenenennnn)1 ()(eaLaLCRRIUn)(eastastCRRIUn)(22375TeaMCCRRGDT（3-16） 0t0n0stn)1 (MTtLenn（3-17） 2 2、電樞電流動態(tài)特性和電磁轉(zhuǎn)矩動態(tài)特性、電樞電流動態(tài)特性和電磁轉(zhuǎn)矩動態(tài)特性 圖圖3-153-15起動過程中的轉(zhuǎn)速變化特性起動過程中的轉(zhuǎn)速變化特性 與式（與式（3-163-16）和（）和（3-173-17）相對應(yīng)的特性曲線）相對應(yīng)的特性曲線如圖如

40、圖3-143-14所示。所示。3.4.13.4.1電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程（3-16） 由圖由圖3-143-14可見，他勵(lì)直流電動機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載可見，他勵(lì)直流電動機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載起動時(shí)，其轉(zhuǎn)速隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律增長。起動時(shí)，其轉(zhuǎn)速隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律增長。將將 代入運(yùn)動方程式，得代入運(yùn)動方程式，得MTtMeTCdtdn對（對（3-153-15）求導(dǎo)，得）求導(dǎo)，得dtdnLTtMemTeTCGDTM)(3752將初始條件將初始條件 代入上式，整理得代入上式，整理得 式式(3-19)(3-19)及（及（3-203-20）中，）中， 及及 電磁轉(zhuǎn)矩及電樞電流的穩(wěn)態(tài)值；電磁轉(zhuǎn)矩及電

41、樞電流的穩(wěn)態(tài)值； 及及 電磁轉(zhuǎn)矩及電樞電流的初始值。電磁轉(zhuǎn)矩及電樞電流的初始值。將（將（3-193-19）式兩邊同除以）式兩邊同除以 ，得，得（3-19）3.4.13.4.1電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程圖3-16起動過程中的轉(zhuǎn)速變化特性 起動過程中的電樞電流隨時(shí)間的變化起動過程中的電樞電流隨時(shí)間的變化規(guī)律對應(yīng)的特性曲線如圖規(guī)律對應(yīng)的特性曲線如圖3-163-16所示。電磁所示。電磁轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間的變化規(guī)律與電樞電流相似。轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間的變化規(guī)律與電樞電流相似。0temstTTMMTtstTtLemeTeTT)1 (MMTtstTtLaeIeII)1 (TC（3-20）LTLIst

42、TstI3 3、過渡過程的時(shí)間和加速度、過渡過程的時(shí)間和加速度從而可得過渡過程的時(shí)間為從而可得過渡過程的時(shí)間為 3.4.13.4.1電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程（1 1）過渡過程的時(shí)間）過渡過程的時(shí)間MxTtLstLxennnn)(將已知條件代入轉(zhuǎn)速特性（將已知條件代入轉(zhuǎn)速特性（2-162-16），得），得LxLstMxnnnnTtln（3-21） 同理，由式（同理，由式（3-193-19）和（）和（3-203-20），可得），可得LxLstMxTTTTTtlnLxLstMxIIIITtln（3-22） （3-23） 當(dāng)轉(zhuǎn)速從當(dāng)轉(zhuǎn)速從 到到 時(shí)，理論上時(shí)，理論上 ,實(shí)際

43、上，當(dāng)實(shí)際上，當(dāng) 時(shí)，認(rèn)為過渡過程基本結(jié)束；這時(shí)時(shí)，認(rèn)為過渡過程基本結(jié)束；這時(shí) 分析：分析：xt3.4.13.4.1電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程Lxnn 0stnLLLMxnnnTt0lnLxnn95. 0MLLLMxTnnnTt395. 00ln當(dāng)當(dāng) 時(shí)，認(rèn)為過渡過程基本結(jié)束，這時(shí)時(shí)，認(rèn)為過渡過程基本結(jié)束，這時(shí) 。Lxnn98. 0MxTt4所以一般取所以一般取 ，認(rèn)為，認(rèn)為 ，過渡過程結(jié)束。，過渡過程結(jié)束。MxTt)43(Lxnn 過渡過程的時(shí)間過渡過程的時(shí)間 與機(jī)電時(shí)間常數(shù)與機(jī)電時(shí)間常數(shù) 成正比，當(dāng)成正比，當(dāng) 增大時(shí)，增大時(shí)， 增增加，過渡過程進(jìn)行的慢。要想縮短過

44、渡時(shí)間以提高生產(chǎn)率，要盡量使減加，過渡過程進(jìn)行的慢。要想縮短過渡時(shí)間以提高生產(chǎn)率，要盡量使減小小 。由。由 可知，縮短過渡過程的時(shí)間的有效方法是盡可知，縮短過渡過程的時(shí)間的有效方法是盡量減小系統(tǒng)的飛輪慣量量減小系統(tǒng)的飛輪慣量 。MTxtMTxtMT22375TeaMCCRRGDT2GD若從若從 一直按最大加速度加速到一直按最大加速度加速到 ，（見圖，（見圖3-173-17），則轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律為），則轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律為對式（對式（3-163-16）求導(dǎo)數(shù)，得過渡過程中的加速度為）求導(dǎo)數(shù)，得過渡過程中的加速度為從從 加速到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速加速到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 所用的時(shí)間為所用的時(shí)間為MTLnLnMTstn將將 代

45、入上式，可得最大加速度為代入上式，可得最大加速度為（2 2）過渡過程的加速度）過渡過程的加速度3.4.13.4.1電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程MxTtMstLxeTnndtdn0 xtMstLtxTnndtdn00 xtxtxstxtdtdnnn0stnn LnMMstLstLtxstLxTTnnnndtdnnnt0圖圖3-173-17起動過程中的加速度起動過程中的加速度式（式（3-163-16）、（）、（3-193-19）、（）、（3-203-20）及（）及（3-213-21） （3-243-24）都是從基本方）都是從基本方程式中推導(dǎo)出來的，故為普遍表達(dá)式。它們適用于

46、起動、制動、調(diào)速及負(fù)程式中推導(dǎo)出來的，故為普遍表達(dá)式。它們適用于起動、制動、調(diào)速及負(fù)載突變等各種過渡過程的情況。應(yīng)用時(shí)只要把起始值、穩(wěn)態(tài)值、機(jī)電時(shí)間載突變等各種過渡過程的情況。應(yīng)用時(shí)只要把起始值、穩(wěn)態(tài)值、機(jī)電時(shí)間常數(shù)正確代入即可。常數(shù)正確代入即可。3.4.13.4.1電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程電力拖動系統(tǒng)的機(jī)械過渡過程4 4、加快過渡過程的途徑、加快過渡過程的途徑3752GDTTdtdnLem由電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式知由電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式知加快過渡過程措施如下加快過渡過程措施如下 ：（1 1）減少系統(tǒng)的飛輪慣量）減少系統(tǒng)的飛輪慣量 2GD（2 2）改善起動電流波形）改善起動電流波形 電

47、動機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開始加速到以某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的整個(gè)過程電動機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開始加速到以某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的整個(gè)過程叫作起動過程，簡稱起動。叫作起動過程，簡稱起動。 對他勵(lì)直流電動機(jī)起動的一般對他勵(lì)直流電動機(jī)起動的一般要求是要求是：電動機(jī)的初始起動電流不能過大，一般要求電動機(jī)的初始起動電流不能過大，一般要求 。起動過程中電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩應(yīng)足夠大，應(yīng)滿足起動過程中電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩應(yīng)足夠大，應(yīng)滿足 , , 以保證電動機(jī)能正常起動起來。以保證電動機(jī)能正常起動起來。起動設(shè)備與控制方式力求簡單、經(jīng)濟(jì)與可靠、操作方便。起動設(shè)備與控制方式力求簡單、經(jīng)濟(jì)與可靠、操作方便。NstII2LstTT NstII)2010(危

48、害：危害：（1）導(dǎo)致?lián)Q向困難，換向器表面產(chǎn)生強(qiáng)烈火花或環(huán)火可能燒毀電機(jī)；）導(dǎo)致?lián)Q向困難，換向器表面產(chǎn)生強(qiáng)烈火花或環(huán)火可能燒毀電機(jī)；（2）產(chǎn)生過大的）產(chǎn)生過大的 ，可能損壞機(jī)械傳動部件；，可能損壞機(jī)械傳動部件；（3）引起電網(wǎng)電壓波動，影響接于同一電網(wǎng)的其他電器設(shè)備的正常）引起電網(wǎng)電壓波動，影響接于同一電網(wǎng)的其他電器設(shè)備的正常 運(yùn)行。運(yùn)行。 所以所以dtdnIGTstNst 若要直接起動（電樞回路不串電阻），首先將電動機(jī)的勵(lì)磁繞組通若要直接起動（電樞回路不串電阻），首先將電動機(jī)的勵(lì)磁繞組通以勵(lì)磁電流以勵(lì)磁電流 ，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié) 使磁通使磁通 ，再將電樞回路加額定電壓，再將電樞回路加額定電壓 這時(shí)轉(zhuǎn)速這

49、時(shí)轉(zhuǎn)速 ，感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢 。起動電流為起動電流為一般電樞電阻一般電樞電阻 很小，導(dǎo)致起動電流很小，導(dǎo)致起動電流 ，通常，通常 。fIfINNU0n0nCEeaaNstRUINstIIaR1 1、利用可調(diào)直流電源降壓起動、利用可調(diào)直流電源降壓起動圖圖3-203-20利用可調(diào)直流電源降壓起動利用可調(diào)直流電源降壓起動a a）接線圖）接線圖RUIast 由起動電流方程式由起動電流方程式可知，限制起動電流的方式有兩種：可知，限制起動電流的方式有兩種：降低電源電壓起動；降低電源電壓起動；增加電樞回路的總電阻起動。增加電樞回路的總電阻起動。在圖在圖3-20a3-20a中，起動時(shí)，逐步從低到高調(diào)中，起動時(shí)

50、，逐步從低到高調(diào)節(jié)可調(diào)電源電壓，使得起動過程中的電樞節(jié)可調(diào)電源電壓，使得起動過程中的電樞電流限制在電流限制在 范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。NaII)25 . 1 (優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：起動過程中平滑性好，能量起動過程中平滑性好，能量 損耗小，易于實(shí)現(xiàn)自動控制。損耗小，易于實(shí)現(xiàn)自動控制。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：要求有一可調(diào)直流電源，初要求有一可調(diào)直流電源，初 投資大。投資大。注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：調(diào)節(jié)電源調(diào)節(jié)電源電壓時(shí)不能升電壓時(shí)不能升 得太快，避免電流升的得太快，避免電流升的 太快以超過最大電流。太快以超過最大電流。圖3-21電樞回路串電阻二級起動2 2、電樞回路串電阻分級起動、電樞回路串電阻分級起動以電樞回路串電阻二級起動（

51、外串接電阻為兩段）為例以電樞回路串電阻二級起動（外串接電阻為兩段）為例 起動開始時(shí)，首先將磁通調(diào)至額定值，將兩段電阻都串入，將起動開始時(shí)，首先將磁通調(diào)至額定值，將兩段電阻都串入，將 閉閉合，通入合，通入 ，對應(yīng)圖，對應(yīng)圖3-21b3-21b機(jī)械特性機(jī)械特性1 1中的中的a a點(diǎn)，轉(zhuǎn)速沿著特性點(diǎn)，轉(zhuǎn)速沿著特性1 1上升到達(dá)上升到達(dá)b b點(diǎn)時(shí)，將點(diǎn)時(shí)，將 切除掉，相應(yīng)的機(jī)械特性為特性切除掉，相應(yīng)的機(jī)械特性為特性2 2，由于機(jī)械慣性，切換瞬，由于機(jī)械慣性，切換瞬間轉(zhuǎn)速不能突變，工作點(diǎn)從間轉(zhuǎn)速不能突變，工作點(diǎn)從b b點(diǎn)過渡到點(diǎn)過渡到c c點(diǎn)。轉(zhuǎn)速沿著特性點(diǎn)。轉(zhuǎn)速沿著特性1 1上升，到達(dá)上升，到達(dá)d d

52、點(diǎn)時(shí)，切除掉點(diǎn)時(shí)，切除掉 ，對應(yīng)于圖中特性，對應(yīng)于圖中特性3 3（即固有特性），工作點(diǎn)從（即固有特性），工作點(diǎn)從d d過渡到過渡到e e，然后轉(zhuǎn)速沿著固有特性上升，直至，然后轉(zhuǎn)速沿著固有特性上升，直至g g點(diǎn)，電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動過程點(diǎn)，電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動過程結(jié)束。結(jié)束。 KNU2R1R（1 1）起動過程）起動過程a)原理圖b)機(jī)械特性 電樞串電阻起動時(shí)能量損耗較大，經(jīng)濟(jì)性較差。常用于容量不大，電樞串電阻起動時(shí)能量損耗較大，經(jīng)濟(jì)性較差。常用于容量不大，對起動調(diào)速性能要求不高的場合。對起動調(diào)速性能要求不高的場合。（2 2）各級起動電阻的計(jì)算（解析法）各級起動電阻的計(jì)算（解析法）在圖在圖3-20

53、b3-20b中，各級切換瞬間，由于機(jī)械慣性轉(zhuǎn)速不能突變，電流從中，各級切換瞬間，由于機(jī)械慣性轉(zhuǎn)速不能突變，電流從 突變到突變到 。當(dāng)工作點(diǎn)當(dāng)工作點(diǎn) 切換時(shí)：切換時(shí)：cb 2I1I在在b b點(diǎn)點(diǎn), ,電流電流 ； 在在c c點(diǎn)，電流點(diǎn)，電流 。22REUIbN11REUICN由于由于 , ,兩式相除，可得兩式相除，可得cbcbEEnn所以,1221RRII同理同理 切換時(shí)，有切換時(shí)，有 ed aRRII121綜合以上兩式，可得綜合以上兩式，可得aRRRRII11221推廣到推廣到m m級起動的一般情況，則有級起動的一般情況，則有 ammmmRRRRRRRRII11221121式中，式中， 對應(yīng)電

54、阻最大的一級電樞回路總電阻；對應(yīng)電阻最大的一級電樞回路總電阻； 起動電流比。起動電流比。從而可得從而可得m m級起動時(shí)各級電樞回路總電阻為級起動時(shí)各級電樞回路總電阻為由式（由式（3-333-33）最后一項(xiàng)，得）最后一項(xiàng)，得 對式（對式（3-353-35）兩邊取對數(shù)，得）兩邊取對數(shù)，得 式中，式中，mR21IIaaRRRRR2121ammmammmRRRRRR1121 mamRR（3-353-35） lglgamRRm （3-363-36） 1IURNm（3-333-33） 現(xiàn)分以下兩種情況計(jì)算起動電阻：現(xiàn)分以下兩種情況計(jì)算起動電阻：1 1）起動級數(shù)）起動級數(shù)m m已知，選定已知，選定 ，計(jì)算，

55、計(jì)算 ，將，將 代入式代入式（3-353-35）求出）求出 ，校核切換電流，校核切換電流 是否在規(guī)定范圍內(nèi)，若不滿足要是否在規(guī)定范圍內(nèi)，若不滿足要求則調(diào)整求則調(diào)整 ，最后將，最后將 代入式代入式(3-33)(3-33)或式（或式（3-343-34）求出起動電阻。）求出起動電阻。mamRR1IURNmNII25 . 11mR2I1I2 2）起動級數(shù)）起動級數(shù)m m未知，初選未知，初選 和和 （在規(guī)定的范圍內(nèi)），計(jì)（在規(guī)定的范圍內(nèi)），計(jì)算算 ，將，將 和和 代入式（代入式（3-363-36）算出）算出 ，將將m m加大到相鄰整數(shù)加大到相鄰整數(shù) ，將，將 代入到式代入到式(3-35)(3-35)求出

56、求出 ，修正，修正 的值（的值（ ），最后將），最后將 代入式代入式(3-33)(3-33)或式（或式（3-343-34）求出起動電阻。）求出起動電阻。211IIIURNm和1I2IlglgamRRm mRmmmamRR2I12II3.6 直流電動機(jī)的調(diào)速 機(jī)械調(diào)速機(jī)械調(diào)速調(diào)速措施：調(diào)速措施： 電氣調(diào)速電氣調(diào)速 機(jī)械機(jī)械- -電氣調(diào)速電氣調(diào)速轉(zhuǎn)速的自然變化：轉(zhuǎn)速的自然變化： 是指生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生是指生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速跟著發(fā)生變變化時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速跟著發(fā)生變化。系統(tǒng)工作在同一條機(jī)械特性上。化。系統(tǒng)工作在同一條機(jī)械特性上。 圖圖3-22轉(zhuǎn)速的自然變化與調(diào)速轉(zhuǎn)速的自然變

57、化與調(diào)速調(diào)速：調(diào)速： 是指通過人為的改變電機(jī)的參數(shù)是指通過人為的改變電機(jī)的參數(shù)（如（如 ）來實(shí)現(xiàn)速度改變的。）來實(shí)現(xiàn)速度改變的。系統(tǒng)工作在不同的機(jī)械特性上。系統(tǒng)工作在不同的機(jī)械特性上。 ,RUa1 1、調(diào)速的技術(shù)指標(biāo)、調(diào)速的技術(shù)指標(biāo)（1 1）調(diào)速范圍）調(diào)速范圍D D：定義：定義：在額定負(fù)載下，電動機(jī)可能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)在額定負(fù)載下，電動機(jī)可能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍，用速范圍，用D表示，即表示，即（3-37）（2）靜差率靜差率 ：定義：定義：電動機(jī)在某一條機(jī)械特性上運(yùn)行時(shí)，其電動機(jī)在某一條機(jī)械特性上運(yùn)行時(shí)，其額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降與其理想空載轉(zhuǎn)速之比的百額定負(fù)載下

58、的轉(zhuǎn)速降與其理想空載轉(zhuǎn)速之比的百分比，稱為該特性的靜差率。用分比，稱為該特性的靜差率。用 表示，即表示，即000100%100%NNnnnnnNTNnn0nNnNTemTnNn0（3-38）式中：式中：3.6.13.6.1調(diào)速的性能指標(biāo)調(diào)速的性能指標(biāo)NTnnDminmax 與兩個(gè)因素有關(guān)系：與兩個(gè)因素有關(guān)系：圖圖3-233-23靜差率與機(jī)械特性的關(guān)系靜差率與機(jī)械特性的關(guān)系12（1）n0一定時(shí)一定時(shí)，機(jī)械特性越軟，機(jī)械特性越軟， 就越大，就越大， 越大。這種情況下對應(yīng)串電阻調(diào)速，越大。這種情況下對應(yīng)串電阻調(diào)速，所串電阻越大，所串電阻越大， 越大（越大（ ）。）。Nn 如果在所串電阻較大（如特性如

59、果在所串電阻較大（如特性2）的一）的一條人為特性上的剛好滿足要求條人為特性上的剛好滿足要求 ，則其他各條所串電阻比它小的機(jī)械特性則其他各條所串電阻比它小的機(jī)械特性上的靜差率都能滿足要求上的靜差率都能滿足要求( )，而其，而其他各條所串電阻比它大的特性上的都不他各條所串電阻比它大的特性上的都不能滿足要求能滿足要求( ）。）。22minn這條機(jī)械特性（特性這條機(jī)械特性（特性2）上的）上的轉(zhuǎn)速就是滿足轉(zhuǎn)速就是滿足 時(shí)的最小時(shí)的最小轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 。 2213.6.13.6.1調(diào)速的性能指標(biāo)調(diào)速的性能指標(biāo)21213 如果電壓比較低一條機(jī)械特性上（如特性如果電壓比較低一條機(jī)械特性上（如特性3）的靜差率滿足某一

60、靜差率）的靜差率滿足某一靜差率要求要求 ，而其他各條電壓比它低的特性上的靜差率都不能滿足要求，而其他各條電壓比它低的特性上的靜差率都不能滿足要求( )。那么，這條機(jī)械特性（特性。那么，這條機(jī)械特性（特性3）上的轉(zhuǎn)速就是滿足）上的轉(zhuǎn)速就是滿足 時(shí)的時(shí)的最小轉(zhuǎn)速最小轉(zhuǎn)速 。33minn3（2）機(jī)械特性硬度一定時(shí)機(jī)械特性硬度一定時(shí) ， 越小，越小， 越大（越大（ ） ，對應(yīng)，對應(yīng)降壓調(diào)速。降壓調(diào)速。 一定0n3.6.13.6.1調(diào)速的性能指標(biāo)調(diào)速的性能指標(biāo) 調(diào)速范圍和靜差率是互相有聯(lián)系，并相互制約的兩項(xiàng)指標(biāo)，推導(dǎo)它們調(diào)速范圍和靜差率是互相有聯(lián)系，并相互制約的兩項(xiàng)指標(biāo)，推導(dǎo)它們之間的關(guān)系式如下：之間的