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1、处京理xxfBEIJING INSTITUTE QF TECHNOLOGY电眾传劭及披制基舷处京理工火学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY第1章电气传动基础1.1电气传动的动力学基础 12直流他励电动机的机械特性及运行方法13异步电动机的机械特性及运行方法BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1.1电气传动的动力学基础1-1-1基本运动方程式 1.1. 2转矩、飞轮矩的折算 1-1. 3电动机的机械特性和负载转矩特性BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1.1.1基本运动方程式Fl6图1.1电气传动系统如图1.1所示，
2、电动机 带动工作机械的电气传动 系统的运动规律取决于电 机的输出转矩和负载转矩 之间的关系，并符合刚体 旋转的运动定律，即式 (1.1)Tm 7 = d(J co) I dt(1.1)处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1.1.1基本运动方程式处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY省略空载转矩时，旋转运动方程式如(1. 2)所示。二 dJ(o)l dt Jdol dt + c
3、odJ / dt(1.2)兀一电动机的电磁转矩Tl-负载转矩("切7拖动系统折算到电动机轴上的总转动惯量(kg*43 电动机的角速度(rad/s)1. 1.1基本运动方程式7当转动惯量为常数时，式（1.2）可以简化为 Te-TLJdcoldt （1.3） 工程计算中，往往不用转动惯量J,而用飞轮 矩GO?,两者之间的关系如式（1.4）J = mp2mD2/4GD2/4g（1.4）式中：p,D惯性半径与直径（加）；加-旋转部分的质量（kg）；G-旋转部分的重量（N）;g重力加速度,g = 9.81m/s1处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1.1.
4、1基本运动方程式式（1. 2 ）的实用表达式如式（1. 5 ）所示GD2 dn (1.5)375 dt当Te> Tl时，do /dt > 0,系统加速当Te< Tl时，do /dt< 0,系统减速当Te丰Tl时，系统处于加速或减速运动状态（动态）当71时，系统以恒速运动，即稳态运动。稳态时，电动机的电磁转矩大小由工作机械即电动 机的负载转矩所决定。规定转蔻的正方向电动机电磁转矩的方向与所设定电动机旋 转的正方向相同时为正，相反时为负。负载转矩与所设定电动机旋转的正方向相 同时为负，相反时为正。心）? L（+）FT 2图1.2轴端图BEIJING INSTITUTE OF
5、 TECHNOLOGY1. 1. 2转矩、飞轮矩的折算实际的电气传动系统中，在电机与工作机械之间往往要经过多轴传动，如图1. 3所示。<a)(b)图13多轴传动系统(a)双轴传动系统；(b)起重传动系统BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 1. 2转矩、飞轮矩的折算1. 转矩的折算按照能量守恒，折算到电机轴上的负载功率应等 于工作机械前资载功举加上传动机构申岛损耗，则 TJm二8耳（用于旋转运动负载）Tl 'o）m = GR% / （用于直线运动负载） 两种运动负载斤量到电苑轴上的转矩为TH®TL' = GR/ir式中？一一传动效率
6、，7<1匚主动轴与从动轴的转速比,i = a）M丨北京理xxfBEIJING INSTITUTE QF TECHNOLOGY(1.6)(1.7)(1.8)1.1L2转矩二飞轮矩的折算2. 飞轮矩的折算（旋转负载）按照能量守恒 ”血二亍几血+畀®2等效转动惯量和飞轮矩为 j =m+jj Sm /iGD?二 GDf+GDjlP址京理 xxf一一一BEIJING INSTITUTE QF TECHNOLOGY址京理 xxf一一一BEIJING INSTITUTE QF TECHNOLOGY3 飞轮矩的折算（直线负载）+ mv2等效转动惯量和飞轮矩为(1.9)(1.10)(1.11)1
7、. 1. 2转矩、飞轮矩的折算J = JM+JL/i2+mv2/0JM2GD2 = GDm2 + GD / i2 + 365( Gv2 /nM2)1. 1. 3电动机的机械特性和负载转矩特性1. 电动机机械特性电动机的机械特性是指电动机的转速n和电磁 转矩4之间的关系，表示为n = f（re）。图1.4电机的机械特性1.1. 3电动机的机械特性和负载转矩特性2负载转矩特性工作机械的负载转矩兀与转速的关系H =f(Tl)即为负载转矩特性。(1)恒转矩负载特性-i11/-11111 O111八.°Ira(b)图15恒转矩负载转矩特性(a)反抗性(b)位能性处京理工丸学BEIJING IN
8、STITUTE OF TECHNOLOGY1.1. 3电动机的机械特性和负载转矩特性(2)通风机负载特性(曲线1)(3)恒功率负载转矩特性(曲线2)图16通风机和恒功率负载转矩特性处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY2BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 1. 3电动机的机械特性和负载转矩特性1电力施动系统稳定运行的条件分析电气传动的运行 问题可以将电动机的 机械特性和工作机械 的负载转矩特性画在 同一个坐标图上。1.1. 3电动机的机械特性和负载转矩特性U*电气传动系统稳定运行条件特性从“）和特性几S）有交点，并且在该交点而
9、在该交点对应对应的转速之上保证Te < Tl, 的转速之下则要求Te>TL处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGYU*电气传动系统稳定运行条件巩II 11图1. 8机械特性与负载特性配合的两种情况(a )稳定 (b )不稳定口. 2直流他励电动机的机械特性及运行方法11112. 12.22. 32.4直流他励电动机的机械特性直流他励电动机的调速直流他励电动机的启动直流他励电动机的制动1.2.5直流他励电动机的动态特性处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 2. 2直流他励电动机的调速直流电动机按励磁方式分类处
10、京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 2. 2直流他励电动机的调速处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 2. 2直流他励电动机的调速(a)(b)(d)处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 2. 2直流他励电动机的调速处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 2. 2直流他励电动机的调速图1.9直流电机按励磁方式分类(a)他励式(b)并励式(c)串励式(d)复励式1.调速的性能指标(1)静差率电动机运行在某一机械特性上时，额定负载下转速
11、降 口0与理想空载转速亀如之比，称为静差率，常用百分数表示xlOO%( 1. 12 )(2)调速范围调速范围指工作机械要求的最高转速“伽和最低转速之比3naxD = %ax/Wmin(1. 13)址京理xxfkBEIJING INSTITUTE QF TECHNOLOGY1. 2. 2直流他励电动机的调速4. ii*调速范围和静差率的关系调速系统最低速时的静差率为S = 咖/min(1.14)因为心n二幷临-九叽加=(1-E恥爲S所以(1.15)ViVisD= maX =“ax(XIA)n .An (1 - 5)1 K7minnom'z处京理工丸学BEIJING INSTITUTE O
12、F TECHNOLOGY1-2.2直流他励电动机的调速(3)调速的平滑性通常用两个相邻调速级的转速比来衡量。 在一定调速范围内，调速级数越多，则平滑 性越好；当调速级数达无穷多时，称为无级 调速,即转速连续可调。2. 调速方法U R(1.17)处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 2. 3直流他励电动机的启动1.10三种调速方法的机械特性 直流他励电动机启动时应该先建立磁场，再加电(a)调节电枢电压U(b)调节励磁磁通(c)调节电枢附加电阻枢电压。1-电枢串电阻启动2. 降压启动3. 启动冕匱和平稳性处京理xxfBEIJING INSTITUTE QF
13、 TECHNOLOGY1. 2. 4直远他励电动机的制动制动运行状态：电磁转矩与转速方向相反回馈制动 能耗制动反接制动处京理工丸学BEIJING INSTIME OF TECHNOLOGY1.1. 2. 4直流他励电动机的制动处京理xxfBEIJING INSTITUTE QF TECHNOLOGY1.2.4直流他励电动机的制动2 能耗制动U)图1.13电阻能耗制动(a)线路；(b)机械特性处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 2. 4直流他励电动机的制动3反接制动（电源反接）图1.14电源反接的反接制动（a）线路；（b）机械特性处京理xxfBEIJI
14、NG INSTITUTE QF TECHNOLOGY1. 2. 4直流他励电动机的制动3-反接制动（转速反向）O2Q-Ru一二1宙乩械图1.15转速反向的反接制动（a）线路；（b）机械特性©处京理xxfBEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 2. 4直流他励电动机的制动电动机运行状态总结:1. 电动机有电动和制动两种 运行状态，它们的机械特 性可用统一形式的方程式 表示。2. 可在T-n平面的四个象限 内画出各种运行状态对应 的机械特性。URn = -一Te (1.18)图117电机运行状态Ce(P Ce(pCm(p处京理工丸学BEIJING INSTIT
15、UTE OF TECHNOLOGY1. 2二4h例1.21. 思路E（T）_ U R t n =7 TCg C阳$2. 注意的问题： 机械特性图1.18转速特性负载转矩 转速的正和负 电动和制动1.2.5直流他励电动机传动的动态特性丄丄_1.直流他励电动机的传动系统动态特性的数学分析 过渡过程 动态特性处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 2. 5直流他励电动机传动的动态特性1.直流他励电动机的传动系统动态特性的数学分析GD2 dn375 dt(1.20)二 0_ R T C C(p2 ee tn rRRGD2 dnCeCin(p2 ° 5C
16、e(pCm(p dt(1.21)(1.22)(1.23)处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 2. 5直流他励电动机传动的动态特性描绘出系统动态特性的三要素:初始值、稳态值和系统的机电时间常数nnsn.,-n)严(1.24)I二M厂I）严T二T*Tm-T)严(1.25)(1.26)1. 2. 5直流他励电动机传动的动态特性2.直流他励电动机启动动态特性处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF T
17、ECHNOLOGY处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY=兔+(%_%)严 /=+(丿严 T丸+(几-T)严图119启动时的动态特性(a) 机械特性；G)Te(t)曲线；(c)n(t)曲线1. 2. 5直流他励电动机传动的动态特性3. 直流他励电动机制动动态特性能耗制动电源反接制动（位能负载）电源反接制动（反抗性负载）处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGYA 1. 2. 5直流他励电动机传动的动态特性,4能耗制动处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY处京理工丸学BEIJING INSTI
18、TUTE OF TECHNOLOGY图1.20能耗制动机械特性和动态特性(a)机械特性;(b) Te(t)曲线;(c) n(t)曲线1. 2. 5直流他励电动机传动的动态特性匕L电源反接制动(位能负载)<c)图1.21位能性负载反接制动特性(a)机械特性；(b)n(t)曲线；(c) I (t)曲线1. 2. 5直流他励电动机传动的动态特性电源反接制动(反抗性负载)图1. 22反抗性负载反接制动特性(a)机械特性；(b)n(t)曲线；(c)I(t)曲线址京理 xxfBEIJING INSTITUTE QF TECHNOLOGY1.3异步电动机的机械特性及运行方法_ 二1. 3. 1异步电动
19、机的机械特性1.3.2异步电动机的调速1. 3. 3异步电动机的启动1. 3. 4异步电动机的制动1. 3.1异步电动机的机械特性机械特性推导同步角速度(1.27)Pn转差率(1.28)乜磁功率9 RP = mrIt 2 二=恥(1.29)转子电流则电磁转矩a5" &R, + & / b + X為一 3沢'% (K +尺/b + x 爲(1. 30)(1.31)处京理xxfBEIJING INSTITUTE QF TECHNOLOGY1. 3.1异步电动机的机械特性(b)图123异步电机等值电路和相量图(a)等值电路；(b)相量图几二士(1.32)(1 33)
20、0it(1. 34 )图1.24异步电机机械特性1.3.1异步电动机的机械特性机械特性分析 一化竿:/$e 吗(K+R：®2+x； 最大转矩时的临界转差率为賦十x爲最大电磁转矩为T 丄<m % 2仪士尿+ X：)处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1.3.2异步电动机的调速处京理工丸学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1.3.2异步电动机的调速根据转差率的定义“训-沪丁（1）0)0)s=% Q "o调定子电压异步调速方法变转差率调转子电路电阻（绕线转子）串级调速（绕线转子）变极对数（笼型转子） 亠u r
21、交-直-交变频 变频HI交-交变频图125异步电机调速方式北京理工丸学一一B曰JING INSTITUTE OF TECHNOLOGY北京理工丸学一一B曰JING INSTITUTE OF TECHNOLOGY北京理工丸学一一B曰JING INSTITUTE OF TECHNOLOGY=±S,”空/s(R +R /sf + X s r 7Q1.26改变定子电压调速(a)线路；(b)机械特性1.改变定子电压调速1R jR+x為1. 3. 2异步电动机的调速1改变定子电压调速图127高转子电阻电机在不同 电压下的机械特性处京理xxfBEIJING INSTITUTE OF TECHNOL
22、OGY1. 3l2异步电动机的调速2.改变转子电路电阻调速3U；R / SX © （尺+R./"+x 爲图1.28改变转子电阻调速(a)线路；(b)机械特性3. 变极调速图1. 29变极调速时的机械特性处京理xxfBEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 3l2异步电动机的调速处京理xxfBEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 3l2异步电动机的调速处京理xxfBEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1. 3l2异步电动机的调速4. 变频调速3 沢 SR./S % （尺 + 如 + X；图130变频
23、调速时的特性(a)机械特性；(b)保持Tem为常数的Us-f s关系处京理工火学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY处京理工火学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY处京理工火学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY(a)1. 31转子串电阻启动1 .降压启动定子回路串电阻或电抗器启动调压器启动Y-启动转子串附加电阻2.升频启动处京理工火学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY(a)线路；(b)启动特性1. 34异步电动机的制动处京理工火学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLO
24、GY处京理工火学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY1.再生制动2.反接制动处京理工火学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY处京理工火学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY3.直流能耗制动处京理工火学一 一BEIJING INSTITUTE QF TECHNOLOGY1. 3. 4异步电动机的制动图132异步电机的再生制动在转子电路中串接附加电阻，图中（2）曲1. 3. 4异步电动机的制动2.反接制动定子三相电源中的任 意两根电源线对调， 使旋转磁场反向，图 中（1）曲线表示。线表示。图133异步电机的反接制动北京理
25、xxfBEUHNG INSTITUTE QF TECHNOLOGY13二4异步电动机的制动3. 直流能耗制动口_ps(b>图1. 34异步电机的直流制动(a)线路；(b)制动特性复习思考题11. 什么叫制动状态？什么叫电动状态？2. 电气传动系统稳定运行时电磁转矩的值由什么决定？3. 如何判断电气传动系统是否能稳定运行？电气传动系统的动态特性由哪三要素决定？写出动态方 程式，写出制动过程转速随时间变化的动态特性方程 式。处京理工火学BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY复习思考题15.他励直流电机额定参数为220V、40A、1000r/min,电枢 电阻Ra=0. 5QO电动机带反抗性恒转矩负载，负载为额 定负眾电动机原来以1000r/min运行，现在要求在 300r/min的速度稳定运行，分别求出不同实现方法及 其机械特性的表达式。如果负载为50%额定负载，分别求出不同实现方法及 其机械特性的表达式。如果要求在500r/min的速度稳定运行，分别求出不 同实现方法及其机械特性的表达式。如果要求在500r/min的速度稳速下降运行，分别求 出不同实现方法及其机械特性的表达式。