電力拖動(dòng)基礎(chǔ)演示文稿

電力拖動(dòng)基礎(chǔ)演示文稿2023/5/24大連理工大學(xué)電氣工程系1目前一頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)24五月2023山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作2優(yōu)選電力拖動(dòng)基礎(chǔ)目前二頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)本章基本要求1.掌握電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式，生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性；電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件。2.了解工作機(jī)構(gòu)（力、飛輪距、質(zhì)量、轉(zhuǎn)矩）的折算方法。3.了解電力拖動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速的概念。目前三頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)7.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成與分類

拖動(dòng)：原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。電力拖動(dòng)：用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式。一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)控制設(shè)備電源1.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1)電能易于生產(chǎn)、傳輸、分配。(2)電動(dòng)機(jī)類型多、規(guī)格全，具有各種特性，能滿足各種生產(chǎn)機(jī)械的不同要求。目前四頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)(3)電動(dòng)機(jī)損耗小、效率高、具有較大的短時(shí)過載能力。(4)電力拖動(dòng)系統(tǒng)容易控制、操作簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2.應(yīng)用舉例精密機(jī)床、重型銑床、初軋機(jī)、高速冷軋機(jī)、高速造紙機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵……目前五頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)二、典型的電力拖動(dòng)系統(tǒng)1.單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)等所有運(yùn)動(dòng)部件均以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。2.多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

工作機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)目前六頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)3.多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加平移運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)4.多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加升降運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)工作機(jī)構(gòu)G目前七頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)7.2

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1.運(yùn)動(dòng)方程的形式：7.2.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式式中TL-總阻轉(zhuǎn)矩;J-轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;-機(jī)械角速度;運(yùn)動(dòng)方程的實(shí)用表達(dá)式：GD2-飛輪矩，單位N.m2所以因?yàn)槟壳鞍隧?yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)2.系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的三種狀態(tài)當(dāng)Te<TL或時(shí),系統(tǒng)處于減速運(yùn)行狀態(tài)，即處于動(dòng)態(tài)。當(dāng)Te=TL或時(shí)，系統(tǒng)處于靜止或恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。當(dāng)Te>TL或時(shí),系統(tǒng)處于加速運(yùn)行狀態(tài)，即處于動(dòng)態(tài)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式目前九頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)首先確定電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檗D(zhuǎn)速的正方向，然后規(guī)定：7.2.2運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)矩正、負(fù)號(hào)的規(guī)定電磁轉(zhuǎn)矩Te與轉(zhuǎn)速n的正方向相同時(shí)為正，相反時(shí)為負(fù)。負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n的正方向相同時(shí)為負(fù)，相反時(shí)為正。慣性轉(zhuǎn)矩的大小和正負(fù)號(hào)由Te和TL的代數(shù)和決定。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式目前十頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式7.2.3工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩、力、飛輪矩和質(zhì)量的折算以電動(dòng)機(jī)軸為折算對(duì)象，需要折算的參量為：工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩T'L

，系統(tǒng)中各軸（除電動(dòng)機(jī)軸外）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。對(duì)于某些作直線運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)，還要把進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量及運(yùn)動(dòng)所需克服的阻力折算到電動(dòng)機(jī)軸上去。傳動(dòng)圖等效折算圖目前十一頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)1.工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩Tg

的折算折算的原則是系統(tǒng)的傳送功率不變式中，j—電動(dòng)機(jī)軸與工作機(jī)構(gòu)軸間的轉(zhuǎn)速比如果傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為多級(jí)齒輪或皮帶輪變速，則總的速比應(yīng)為各級(jí)速比的乘積。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式目前十二頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)2.工作機(jī)構(gòu)直線作用力的折算根據(jù)傳送功率不變3.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)飛輪矩的折算

根據(jù)折算前后動(dòng)能不變的原則

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式目前十三頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)4.工作機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的折算折算的原則是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jg

中及質(zhì)量mg中儲(chǔ)存的動(dòng)能相等，即所以因?yàn)檎鬯愕诫姍C(jī)軸上的飛輪矩為

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式目前十四頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)例刨床傳動(dòng)系統(tǒng)如圖所示。若電動(dòng)機(jī)M

的轉(zhuǎn)速為n=420r/min，其轉(zhuǎn)子（或電樞）的飛輪矩GDd22，工作臺(tái)重G1=12050N，工件重G2=17650N，各齒輪齒數(shù)及飛輪矩見表。齒輪8的節(jié)距t8=25.13mm。求刨床拖動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)機(jī)軸上總的飛輪矩。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式目前十五頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)齒輪號(hào)12345678齒數(shù)Z2055306430783066飛輪矩4.1220.109.8128.4018.6041.2024.5063.75

解1）旋轉(zhuǎn)部分電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式目前十六頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)齒輪8轉(zhuǎn)速2）直線運(yùn)動(dòng)部分電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式目前十七頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)工作臺(tái)速度3）刨床拖動(dòng)系統(tǒng)在電機(jī)軸上總的飛輪慣量電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式目前十八頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)7.2.4考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損耗的簡(jiǎn)化方法一、工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩TL的簡(jiǎn)化折算1.電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)2．電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)使用多級(jí)傳動(dòng)時(shí)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式目前十九頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)二、工作機(jī)構(gòu)直線作用力的簡(jiǎn)化折算1.電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)2.電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)在提升與下放時(shí)傳動(dòng)損耗相等的條件下，下放傳動(dòng)效率與提升傳動(dòng)效率之間有下列關(guān)系。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式目前二十頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)7.3

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性是指生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n無關(guān)的特性。TLn7.3.1按照負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律分2.恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載特點(diǎn)是：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù)，即TL與n成反比，特性曲線為一條雙曲線。3.通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性TLn目前二十一頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TLn2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TLn負(fù)載的轉(zhuǎn)矩TL基本上與轉(zhuǎn)速n的平方成正比。負(fù)載特性為一條拋物線。TLn12TL07.3.2按照負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向是否隨轉(zhuǎn)速方向的變化分目前二十二頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)7.4電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件處于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，由于受到某種擾動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開原來的平衡狀態(tài)，如果系統(tǒng)能在新的條件下達(dá)到新的平衡狀態(tài)，或者當(dāng)擾動(dòng)消失后系統(tǒng)回到原來的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)運(yùn)行，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。若擾動(dòng)使負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加到T'L，則TMA<TL，轉(zhuǎn)速將降低，轉(zhuǎn)速最終如何變化，與電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有關(guān)。例如當(dāng)電動(dòng)機(jī)在A點(diǎn)運(yùn)行，TMA=TL，系統(tǒng)平衡。目前二十三頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)擾動(dòng)消失后，負(fù)載轉(zhuǎn)矩恢復(fù)到TL，則B點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩TMB>TL，電機(jī)加速，加速到A點(diǎn)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩重新等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)又穩(wěn)定運(yùn)行于A點(diǎn)。同理，若擾動(dòng)使負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少，電機(jī)將升速到C點(diǎn)。所以A點(diǎn)是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。nAABCT'LT''LTLnTeOn0nBnC電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件擾動(dòng)消失后，重新回到A點(diǎn)。在下圖中，轉(zhuǎn)速由nA

降到nB

，此時(shí)TMB=T'L

，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行與B點(diǎn)。目前二十四頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件：若機(jī)械特性如圖所示，在B

點(diǎn)，系統(tǒng)平衡，即

Te=TL，n=C當(dāng)擾動(dòng)使負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速開始上升，電磁轉(zhuǎn)矩也增加，使轉(zhuǎn)速進(jìn)一步加速，此時(shí)即使擾動(dòng)消失，系統(tǒng)也將一直加速，不能回到B點(diǎn)運(yùn)行。nTenBOTL電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件目前二十五頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)或者說，在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以上存在Te<TL，在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以下存在Te>TL

。Te=TL在交點(diǎn)

Te=TL處滿足充分條件:必要條件:電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性有交點(diǎn)，即電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件目前二十六頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)7.5電力拖動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速的基本概念電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速可以采用機(jī)械調(diào)、電氣調(diào)速或二者配合調(diào)速。改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)就是人為地改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，使工作點(diǎn)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)速比進(jìn)行調(diào)速的方法稱為機(jī)械調(diào)速；改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)速的方法稱為電氣調(diào)速。如果機(jī)械特性不變，因負(fù)載變化而引起轉(zhuǎn)速的變化，則不能稱為調(diào)速。調(diào)速前后，電動(dòng)機(jī)工作在不同的機(jī)械特性上。目前二十七頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)7.5.1調(diào)速的基本概念1.無級(jí)調(diào)速和有級(jí)調(diào)速無級(jí)調(diào)速：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以平滑地調(diào)節(jié)。有級(jí)調(diào)速：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只有有限的幾種。

2.恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率凋速

電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下滿載運(yùn)行時(shí)：如果允許輸出的轉(zhuǎn)矩相同，則為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。如果允許輸出的功率相同，則為恒功率調(diào)速。3.向上調(diào)速和向下調(diào)速

向上調(diào)速：使轉(zhuǎn)速向基速以上調(diào)節(jié)。向下調(diào)速：使轉(zhuǎn)速向基速以下調(diào)節(jié)。目前二十八頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)調(diào)速的基本概念7.5.2調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.調(diào)速范圍生產(chǎn)機(jī)械要求的調(diào)速范圍D代表機(jī)械可能進(jìn)行的最大轉(zhuǎn)速nman與最小轉(zhuǎn)速nmin之比，或最大與最小線速度之比。不同的生產(chǎn)機(jī)械要求的調(diào)速范圍是不同的，D是指生產(chǎn)機(jī)械總的調(diào)速范圍。目前二十九頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)例車床D=20~120，龍門刨床D=10~40，機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)D=5~200,軋鋼機(jī)D=3~120，造紙機(jī)D=3~20等。電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速受電機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度、換向等方面的限制。一般在額定轉(zhuǎn)速的范圍，是不能太高的。要擴(kuò)大調(diào)速范圍，必須設(shè)法盡可能地提高最高轉(zhuǎn)速與降低最低轉(zhuǎn)速；降低最低轉(zhuǎn)速受低速運(yùn)行時(shí)的相對(duì)穩(wěn)定性限制。調(diào)速的基本概念相對(duì)穩(wěn)定性是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)轉(zhuǎn)速變化的程度，變化的越小，相對(duì)穩(wěn)定性就越好，能得到最低轉(zhuǎn)速越小，D也越高。目前三十頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)機(jī)械特性相對(duì)穩(wěn)定性的程度是有要求的，顯然若低速時(shí)機(jī)械特性較軟，相對(duì)穩(wěn)定性較差，低速就不穩(wěn)定，負(fù)載變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可能變的接近于零，甚至可能使生產(chǎn)機(jī)械停下來，因此必須設(shè)法得到低速硬特性的機(jī)械特性以擴(kuò)大調(diào)速范圍。2.靜差率（相對(duì)穩(wěn)定性）指負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化的程度。轉(zhuǎn)速變化小，穩(wěn)定性好。調(diào)速的基本概念目前三十一頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)δ%越小，相對(duì)穩(wěn)定性越好；δ%與機(jī)械特性硬度和n0有關(guān)。D與δ%相互制約:δ越小，D越小，相對(duì)穩(wěn)定性越好。調(diào)速范圍與靜差率的關(guān)系在保證一定的δ指標(biāo)的前提，要擴(kuò)大D，須減少Δn，即提高機(jī)械特性的硬度。調(diào)速的基本概念目前三十二頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)3.調(diào)速的平滑性越接近1，平滑性越好，當(dāng)=1時(shí)，稱為無級(jí)調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)速不連續(xù)時(shí)，級(jí)數(shù)有限，稱為有級(jí)調(diào)速。4.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級(jí)數(shù)越多，調(diào)速越平滑。相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比，為平滑系數(shù)：主要指調(diào)速設(shè)備的投資、運(yùn)行效率及維修費(fèi)用等。調(diào)速的基本概念目前三十三頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)本章結(jié)束目前三十四頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)7.5.3調(diào)速方式與負(fù)載類型的配合電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載轉(zhuǎn)速下容許的輸出功率主要取決于電機(jī)的發(fā)熱功率，而發(fā)熱又主要取決于電流。一、電動(dòng)機(jī)的允許輸出與調(diào)速方法容許輸出：電動(dòng)機(jī)的允許輸出是指在一定轉(zhuǎn)速下，電機(jī)長(zhǎng)期工作所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩和功率。調(diào)速的基本概念在調(diào)速過程中，如果電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下，電樞電流不超過額定值，電機(jī)便能夠長(zhǎng)期可靠地工作，不致因過熱而損壞，因此電樞電流等于額定值是從發(fā)熱觀點(diǎn)充分利用電動(dòng)機(jī)的條件。目前三十五頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)充分利用：指在一定的轉(zhuǎn)速下電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩和功率達(dá)到它的容許值，即電樞電流達(dá)到額定值。當(dāng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，在不同的轉(zhuǎn)速下，電樞電流能否總保持為額定值，即電動(dòng)機(jī)能否在不同轉(zhuǎn)速下都得到充分利用，這個(gè)問題與調(diào)速方式和負(fù)載類型的配合有關(guān)。以電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速都能得到充分利用為條件，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可分為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速。調(diào)速的基本概念目前三十六頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于三點(diǎn)電動(dòng)機(jī)的容許輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比，而容許輸出轉(zhuǎn)矩為恒值----恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。電樞串電阻調(diào)速和降壓調(diào)速時(shí)，磁通=N保持不變，若在不同轉(zhuǎn)速下保持電流Ia=IaN不變，即電動(dòng)機(jī)得到充