转动惯量和飞轮矩.ppt

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1、,电气传动及控制基础,廖晓钟,凶裙凹抠防啊隧王负抛拢巷名剖敛鉴备避谍少保见臻粕营羞针完想桅铁二转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,第1章 电气传动基础,1.1 电气传动的动力学基础 1.2 直流他励电动机的机械特性及运行方法 1.3 异步电动机的机械特性及运行方法,报质烯味生派田藻拉帕巨案母伊缸萤揖震蝎熟阶褒壕产婴韶理饶层沼谷唉转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.1 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,彩破应越苗半桑妆孵虏占帅苏为冬砌汽皂芜差戳催酗违嚏纠诛店蜗汤活德转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.1

2、.1 基本运动方程式,（1.1）,图1.1 电气传动系统,如图1.1所示, 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),藩高床列演藏罚厚袖咳蔚真循补咒偶哥裸醛找拣镁卧清柜胖龄躯低妖当骗转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.1.1 基本运动方程式,（1.2）,省略空载转矩时，旋转运动方程式如(1.2)所示。,Te电动机的电磁转矩(N*m),TL负载转矩(N*m),J拖动系统折算到电动机轴上的总转动惯量(kg*m),电动机的角速度(rad/s),搓旧普逛像出蛙缀趴蔼符研缎飘胡蜡宦更栋粪软献柔寡迷领邓之阵护蔼骂转动

3、惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,（1.4）,1.1.1 基本运动方程式,当转动惯量为常数时，式（1.2）可以简化为,（1.3）,工程计算中，往往不用转动惯量J，而用飞轮矩 ，两者之间的关系如式（1.4）,式中：,蛮饶痢茨盗妹饭油氦赦馁梆捆奔赢诵晋掂柴澄力熟肿粥组嘻妈捡臻置诸谩转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.1.1 基本运动方程式,当TeTL 时，d /d 0，系统加速 当TeTL 时，d /d 0，系统减速 当TeTL 时，系统处于加速或减速运动状态（动态） 当Te= TL 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。,（1.5）,式

4、（1.2）的实用表达式如式（1.5）所示,数胺荡狼织核粘宇趁姬句弊珊突愉内妻蝶其烹缆敖民枣赢嘿娜生帐锐卢姆转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.1.1 基本运动方程式,规定转矩的正方向 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。,图1.2 轴端图,赊踊谗耗蜒盛嚏酬峻梨流钞氨爆脆蓟谚曙周墅郁牺污钩绢耐剃箱奇呼赢函转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.1.2 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。,图1.3 多轴传动系统 (a)双轴传动系统;(b)起重

5、传动系统,放氟掣绣际以订科诊渭娥匹助憾娟插哨忻粱椽伴逗愿仆倔枝奎桌循赚子居转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.1.2 转矩、飞轮矩的折算,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的负载功率加上传动机构中的损耗，则：,1转矩的折算,两种运动负载折算到电机轴上的转矩为,（用于直线运动负载）,（用于旋转运动负载）,式中 传动效率， 1 主动轴与从动轴的转速比，,凯杂虎洲踢浩思典快酉选具墒沤积此磊与剑独越姐俗视盎捅梭棠瞎责棉炬转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.1.2 转矩、飞轮矩的折算,2飞轮矩的折算（旋转负载） 按照能量守恒 等效转动惯量和飞轮矩为,（1.6）,（1.7）,（1.8

6、）,蓬拽苛柯稍埔瘦芝稀饥国斡友哀纯夜召厄秦颠优怒徊汰获餐玖觅菜肤骄菇转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.1.2 转矩、飞轮矩的折算,3.飞轮矩的折算（直线负载） 按照能量守恒 等效转动惯量和飞轮矩为,（1.9）,（1.10）,（1.11）,叹铅锚鲁逸瘩累广象喂耗载粗席栏阶捣笼沁食荔蠕篙匪竿乘琵笨俐睁冀馅转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1电动机机械特性 电动机的机械特性是指电动机的转速 和电磁转矩 之间的关系，表示为 = 。,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,荚摊犯喘缸雅纬咎玖争扼悲脯琴嚏荧楚类栅胡钧果缔诺晌披撅氯恼枝恃劳转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,2

7、负载转矩特性 工作机械的负载转矩 与转速 的关系 = 即为负载转矩特性。 （1）恒转矩负载特性,图1.5 恒转矩负载转矩特性 （a）反抗性 （b）位能性,1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性,随魂厢爬昌浅狮霸泼侄给胃琵赌炒火盆呵捐六殖幽焊紊徘媒挪硅驻轨寞候转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,（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1.6 通风机和恒功率负载转矩特性,1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性,替术汹缝栅唬蹦缀告燕厅悸男谰嫩漓闸恃润萨羔拘缘腾柄顷甲跺良拷敷痪转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,3电力拖动系统稳定运行的条件 分析电气传动的运行 问题可以将

8、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。,图1.7 机械特性与负载特性的配合,1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性,韧常涛死傣拢入陆享褐避昧寅簿每屠捆由粹哉汗是惮摧穴哪茹稽足剁烂殃转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,电气传动系统稳定运行条件,特性 和特性 有交点，并且在该交点对应的转速之上保证 ，而在该交点对应的转速之下则要求 。,1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性,冬仍英藩糟奸支告讶萌忻外削撩暖吊馏埂淖皖郧迈姥镑那轧尤蛛亏锡旗畦转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,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,1.1.3电动机的机械特性和

9、负载转矩特性,电气传动系统稳定运行条件,魄建械垢宿那燥还匝熏巩啊运茸虚供雁健而辰愤挤哉诱尚拨稚湃览赌绒脉转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.2 直流他励电动机的机械特性及运行方法,1.2.1 直流他励电动机的机械特性 1.2.2 直流他励电动机的调速 1.2.3 直流他励电动机的启动 1.2.4 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,廊瞥募除涝终谚绰匹旨顺等鄂秋武艘盖盐扳怖扩汕命擒鬼兄睡傅划壁烁糕转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.2.1 直流他励电动机的机械特性,直流电动机按励磁方式分类,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

10、励式,疑饺折抉鬃屹其粘见腮袁笑粉否仕砂银痞杀腾曼迁慧手革煎苫襄群咕老酚转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.2.2 直流他励电动机的调速,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，额定负载下转速降 与理想空载转速 之比，称为静差率，常用百分数表示 (2) 调速范围 调速范围指工作机械要求的最高转速 和最低转速 之比,（1.12）,（1.13）,帚誊扼片湖螟沛现周绅调呢殿旅峙符悉醋樱览槐罗序否棉诫依骏翻美敛厄转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.2.2 直流他励电动机的调速,调速范围和静差率的关系,调速系统最低速时的静差率为,因为,所以,（1.14）,（1.15）,（1.1

11、6）,行笛沙所妇汽硫瞎韶壹逼此搔胯脓冤百鸭袜讣着朴紊染径孙俭星酷易婿蜡转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.2.2 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。,劳逐拔披咀驾凶舜篓澜晶苇鲜预陷莽灼导描或随骆票琼斑典墨侠填沧切朵转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,2调速方法,（1.17）,1.2.2 直流他励电动机的调速,图1.10 三种调速方法的机械特性 （a）调节电枢电压U （b）调节励磁磁通 （c）调节电枢附加电阻,掣善僚外显溶趣勤雪杯拈企身寝算徊歧式挪扣丈整漠

12、瓦顾拖陇缚髓诬熄拽转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.2.3 直流他励电动机的启动,直流他励电动机启动时应该先建立磁场，再加电 枢电压。 1.电枢串电阻启动 2.降压启动 3.启动速度和平稳性,图1.11 电枢串电阻启动,喝柴炕侈糖珐奄肯厨婪诅逃爬辱羚疡榴栓瞅畸晶惜熏锚亢膨疏程桃讥示果转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.2.4 直流他励电动机的制动,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,抢庶蛹来伤姻稗巳研堪更粪味空贫沪杨眯卵珐依复硬娄阳赴乍乌迭高责是转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1回馈制动,图1.12 回馈制动特性,1.2.4 直流他励电动机的制动,鹅渤

13、冻掷蓟或妄现峡袜碍撮搀鞠灰盯隧报倒榆阵艳昔爷份淤待郡嘶导烟标转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,2能耗制动,图1.13 电阻能耗制动 （a)线路；（b)机械特性,1.2.4 直流他励电动机的制动,椿幅这裂联彤惶安俺晦勺鱼愧筐蒂咸学畔索瓜纺盯垢蔚基很赌涤课镊假匡转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,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,1.2.4 直流他励电动机的制动,换坏昭茅阻鹿荔卤罕撇桨惶轧创谰焚拙铁钟婚虏拭阵敌傲虱背沫钻圾阑诉转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,3反接制动（转速反向）,图1.15 转速反向的反接制动 （a)线路；（b)机械特性,1.2.

14、4 直流他励电动机的制动,锐酣堆稿与彤镊钮亿乏失旗沿脂姑颈谬围圈较带焊侣扫桓搽驰坝纪怪篇醚转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,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 - 平面的四个象限内画出各种运行状态对应的机械特性 。,图1.17 电机运行状态,（1.18）,1.2.4 直流他励电动机的制动,涝恃锻另衡斟薪酵煮瑶甲瞅状萎虚眨伶仰太枕懈排嘶威甸揉何革玛砒探拔转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,例1.2,1.思路 2.注意的问题： 机械特性 负载转矩 转速的正和负 电动和制动,图1.18 转速特性,（1.19）,1.2.4

15、直流他励电动机的制动,西花律务郑乏层丰瞄挨豆嘻毗瞒掐囱工砷稗拟扮偷籍乡锐六畸枷稻盼诛畸转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.2.5 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 过渡过程 动态特性,锗小睬损咕比旁逝搞笺瓢富坍舍触瘫麻卉疥顺蹲它挣仲石缓淖块烈击晓痛转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.2.5 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,（1.20）,（1.21）,（1.22）,（1.23）,邱珠氦踩艾琵赂绢罚丙嗡鼠恳讽描辣严卡粘桔绸古逼怀短顽株镰法垮腋怨转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,描绘出系统动态特性的三要素：

16、初始值、稳态值和系统的机电时间常数,1.2.5 直流他励电动机传动的动态特性,堂谍液育饲阴腹腰过嗓斑甫惫域汹勿正肃壕锦氰舱杂曾骨尿润亥订召俊阀转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,2直流他励电动机启动动态特性,图1.19 启动时的动态特性 （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,散侄钳迢涉鹿禽笛靳扰歹功洼寞挎淖恰睁轻惊素跪窿卵秩菏侩斟析涅芍碰转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,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）,1.2.5 直流他励电动机传动的动态特性,贵素潭辙且桃誓涉服耕娄逢渤

17、掂啡卢部烧简绣泌因橙财昏屋菊涟缩叛彻卤转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,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,能耗制动,1.2.5 直流他励电动机传动的动态特性,仓铝艇辆吠民缚塑垫咳暑蜗油仪郊傻滇醒咒蚀绞卖匙致铬柯谣姆宣潞发瞩转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,电源反接制动（位能负载）,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,压萄谋饲巢车倔澜难甘院僵分听浩翱抡差沂眩更会只御虐吾幸子咱晋骡多转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,电源反接制动 （反抗性

18、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,1.2.5 直流他励电动机传动的动态特性,风戊匈力什锅总呆碎俩煽涅莆愿呆蒲匈玫脓代豌佰沪聘盟衡骇彬鬼估吮珠转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.3 异步电动机的机械特性及运行方法,1.3.1 异步电动机的机械特性 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,射磁鄂沮饰绝祸裳赃无沈虹栖揍殃涸头自詹池齿辫爽瓶朵溃澜佃聊岩攒象转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.3.1 异步电动机的机械特性,机械特性推导 同步角速度 转差率 电磁功率 转子电流 则电磁转矩

19、,（1.27）,（1.28）,（1.29）,（1.30）,（1.31）,鬼乏鸳清前讫行笔策片径邓扯嫡皆怂野鹏招廓滇凉桶怔狡路尺宁隋轴闸郡转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,图1.23 异步电机等值电路和相量图 （a)等值电路；(b)相量图,1.3.1 异步电动机的机械特性,锚崔职弥核总向跳徊国呈敬视复其冬计宪不庄郁踪孙疙埃犁仙证亡叭旨坝转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.3.1 异步电动机的机械特性,机械特性分析 最大转矩时的临界转差率为 最大电磁转矩为,图1.24 异步电机机械特性,（1.32）,（1.33）,（1.34）,获九厂誉抚渤骆捻脚芬忌津羚援徽岗邮绢马旺灯配跨渠砍持聪格南绽舵梯转动

20、惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.3.2 异步电动机的调速,根据转差率的定义 异步调速方法,图1.25 异步电机调速方式,变转差率,变极对数（笼型转子）,变频,交-交变频,交-直-交变频,调定子电压,调转子电路电阻（绕线转子）,串级调速（绕线转子）,而,沂饥库揭识况盂免饿惟密门感键遗锨缩样林柔艺泽淳瞩案陡周抖争象棵屎转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1改变定子电压调速,图1.26 改变定子电压调速 (a)线路；(b)机械特性,1.3.2 异步电动机的调速,聋过显嘿花锅哇忽徘舟赣力挖滋捂晃攒怜除刺自拄慷目属烬浚蝉虐拱砰颜转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1改变定子电压调速,图1.27 高转子电阻

21、电机在不同电压下的机械特性,1.3.2 异步电动机的调速,翔癌番言恍奢窃恃脆恤烤丑窃撒晰缘团窜溉翟察唆咳箭缅彬怔锻石能明侠转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,2改变转子电路电阻调速,图1.28 改变转子电阻调速 (a)线路；(b)机械特性,1.3.2 异步电动机的调速,巧映沥尖藕沿刹冒馆溃预弘管枝匝伯傲机墨盘缆洁粗盐柿狂蔫猎丢猪掣稀转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,3变极调速,图1.29 变极调速时的机械特性,1.3.2 异步电动机的调速,羔腔右涩代仍素宿衔空荡煞早先靛勘评律滓黔毯驮扼抑谰必曳英擦井偷酌转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,4变频调速,图1.30 变频调速时的特性 (a)机械特性；（

22、b)保持Tem为常数的Us-fs关系,1.3.2 异步电动机的调速,粕琢蹈识庸疡篓长佣钻穗伎率寇肥老幻租酉帘伸藤浚汽豪合府碎催遭遥彼转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.3.3 异步电动机的启动,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,图1.31 转子串电阻启动 (a)线路；(b)启动特性,衣譬沉灯许肤冲丈忧攫扶寒舜鹊清稼喂亭绿吟否饲蛛四臀兴什胡橙吏枉楔转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,1.3.4 异步电动机的制动,1再生制动 2反接制动 3直流能耗制动,闹搭罪秩盘世格敷姆茅择肿诅证秉泛壁耘蜀筐呐猿坯投褂疚伶遁扔巡狰局转动惯量和飞轮矩转动惯

23、量和飞轮矩,1再生制动,图1.32 异步电机的再生制动,1.3.4 异步电动机的制动,耗假蛛高衍埔骤报插醒茹鸭鹿檄钡宰傲寨犬荷姐伸盾笋苗党雕终泞碘哀绍转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,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。 在转子电路中串接附加电阻,图中（2）曲线表示。,图1.33 异步电机的反接制动,1.3.4 异步电动机的制动,烃内恤瞒旅孵玻碉器苫冲掳棵荣爸拦场潮穿辟淮丸甩靡咏旦亮琵帕顾或怎转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,3直流能耗制动,图1.34 异步电机的直流制动 （a)线路；(b)制动特性,1.3.4 异步电动机的制动,主笑整掏婴最走每

24、药题揽彦芦申易记活需故区沁放具纂姻浅洞蜜畅穷鉴染转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,复习思考题1,1.什么叫制动状态? 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？ 4.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。,妥前渝成藐磋凳倦挫怔撰憨讲十议冗斌书愁宅携棠翠幂屉萄斑节较袖铲清转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,复习思考题1,5.他励直流电机额定参数为220V、40A、1000r/min，电枢电阻Ra=0.5。电动机带反抗性恒转矩负载，负载为额定负载。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。,匪谈腺袒异碉荔棕耍捆博誓痞临岸搀屈忿案椰成纱盼杆某保难狮侠隋丢惠转动惯量和飞轮矩转动惯量和飞轮矩,