第二章直流電動機(jī)的電力拖動

1、第二章第二章直流電動機(jī)的電力拖動直流電動機(jī)的電力拖動電動機(jī)作為原動機(jī)來帶動生產(chǎn)機(jī)械工作的方式成為電力拖動。電力拖動系統(tǒng)一般由原動機(jī)（電動機(jī)）、工作機(jī)（生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)）、傳動機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備及電源等五部分構(gòu)成。本章主要分析直流電機(jī)拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程、機(jī)械特性、起動、調(diào)速及制動的原理及方法。第一節(jié)第一節(jié)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)電力拖動系統(tǒng)是指由各種電動機(jī)作為原動機(jī)，拖動各種生產(chǎn)機(jī)械（如起重機(jī)的大車和小車、龍門刨床的

2、工作臺等），完成一定生產(chǎn)任務(wù)的系統(tǒng)。拖動系統(tǒng)的組成如圖2—1所示。其中：電動機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用來拖動生產(chǎn)機(jī)械工作的；生產(chǎn)機(jī)械是執(zhí)行某一生產(chǎn)任務(wù)的機(jī)械設(shè)備（通過傳動機(jī)構(gòu)或直接與電動機(jī)相聯(lián)接）；控制設(shè)備是由各種控制電機(jī)、電器、自動化元件或工業(yè)控制計算機(jī)等組成，用以控制電動機(jī)的運(yùn)動，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)機(jī)械的控制；電源完成對電動機(jī)和電氣控制設(shè)備的供電。圖2—1電力拖動系統(tǒng)示意圖1—電動機(jī)；2—工作機(jī)械；3—控制設(shè)備；4—電源一、單軸電力拖動

3、系統(tǒng)的運(yùn)動方程式一、單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式（一）運(yùn)動方程式（一）運(yùn)動方程式圖2—2是一直線運(yùn)動系統(tǒng)，由物理學(xué)中牛頓運(yùn)動第二定律可知，當(dāng)物體作加速運(yùn)動時。其運(yùn)動方程式為（式2—1）madtdvmFFz???式中F——驅(qū)動力，N；FZ——阻力，N；——使物體加速的慣性力，也稱動態(tài)力；madtdvm?m——物體的質(zhì)量，kg；——直線運(yùn)動加速度，；dtdva?2sm圖2—2直線運(yùn)動系統(tǒng)仿照直線運(yùn)動，可寫出圖2—3單軸電機(jī)拖動系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時以轉(zhuǎn)

4、矩表示的運(yùn)動方程式為（式2—2）dtdJTTjt???式中——電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，；T——系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩，，靜阻轉(zhuǎn)矩為負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電動機(jī)空載轉(zhuǎn)矩之jtTLT0T和；在電力拖動系統(tǒng)中，由于生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載類型的不同，電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)也發(fā)生變化。即電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩并不都是驅(qū)動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩也并不都是阻轉(zhuǎn)矩，它們的大小和方向都可能隨系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的不同而發(fā)生變化。因此運(yùn)動方程式中的和T是帶有正、負(fù)號的代數(shù)量。一般規(guī)定如下：LT首先規(guī)定電

5、動機(jī)處于電動狀態(tài)時的旋轉(zhuǎn)方向為轉(zhuǎn)速的正方向。電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩n與轉(zhuǎn)速的正方向相同時為正，相反時為負(fù)；負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的正方向相反時為正，TnLTn相同時為負(fù)；的正負(fù)由和的代數(shù)和決定。dtdnTLT二、多軸電力拖動系統(tǒng)工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩和飛輪矩的折算二、多軸電力拖動系統(tǒng)工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩和飛輪矩的折算在電力拖動系統(tǒng)中，若電動機(jī)和工作機(jī)構(gòu)直接相連，那么電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速就相等，如果忽略電動機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩，則工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩就是作用在電動機(jī)轉(zhuǎn)0T

6、軸上的阻轉(zhuǎn)矩，這種系統(tǒng)稱為單軸系統(tǒng)。而實際的拖動系統(tǒng)，電動機(jī)和工作機(jī)構(gòu)之間由若干級傳動齒輪或其他傳動機(jī)件聯(lián)接。這樣通過一套傳動機(jī)構(gòu)，才能使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速變換n成工作機(jī)構(gòu)所需要的轉(zhuǎn)速，這種系統(tǒng)我們稱為多軸系統(tǒng)。如圖2—4(a)所示。ln圖2—4旋轉(zhuǎn)工作機(jī)構(gòu)的電力拖動系統(tǒng)（a）實際的多軸系統(tǒng)；（b）等效的單軸系統(tǒng)顯然，要研究這個多軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動情況比單軸系統(tǒng)就復(fù)雜多了。原則上講，可以列出每根軸自身的運(yùn)動方程式，再列出各軸之間互相聯(lián)系的方

7、程式，最后聯(lián)立求解這些方程，才能分析研究整個系統(tǒng)的運(yùn)動。為了簡化分析計算，通常把傳動機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)看成一個整體，且等效成一個負(fù)載，直接作用在電動機(jī)軸上，變多軸系統(tǒng)為單軸系統(tǒng)，如圖2—4(b)所示。我們把這項工作叫做折算。折算的原則是保持拖動系統(tǒng)折算前后，傳送的功率和貯存的動能不變。若以電動機(jī)軸為研究對象，需要折算的量有工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、系統(tǒng)中各軸（除電動機(jī)軸之外）的轉(zhuǎn)動慣量。對于某些做直線運(yùn)動的工作機(jī)構(gòu)，還必須把進(jìn)行直線運(yùn)動的質(zhì)量及運(yùn)

8、動所需克服的阻力折算到電動機(jī)軸上。為了區(qū)分折算值（或稱等效值）與實際值，把所有表示實際值且需要折算的各物理量右上角加撇“′”。（一）工作機(jī)構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩（一）工作機(jī)構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算的折算LT?參見圖2—4，折算前工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為，對應(yīng)的功率；折算后的LT?LLLTP????等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為，對應(yīng)的功率。按折算前后功率不變的原則應(yīng)有如下關(guān)系：LT??LLTP（式2—6）kTTTLLLL1??????式中，，為電動機(jī)與工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比。LLn