2022-2023学年高二物理竞赛课件：电力拖动系统的动力学方程式

电力拖动系统的动力学方程式 2 电力拖动系统的动力学方程式 单轴电力拖动系统的示意图 单轴电力拖动系统的动力学方程式可由下式给出： 其中，转动惯量 由下式给出： 为转动部分的飞轮矩（ ），由相应手册给出 3 考虑到机械角速度 与转速 之间的关系： ，于是有： 根据动力学方程式，拖动系统可能出现下列三种情况： 1.若 时，则 =常值，系统稳态运行； 2.若 时，则 ，电机处于加速状态； 3.若 时，则 ，电机处于减速状态。 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 4 各类生产机械的负载转矩特性 生产机械的负载转矩与转速之间的关系 即为生产机械的负载转矩特性，它与电动机的机械特性相对应。 大多数生产机械可归纳为： 5 各类生产机械的负载转矩特性 A、恒转矩负载的转矩特性 特点： 负载转矩不受转速变化的影响。在任何转速下，负载转矩总是保持恒定或大致恒定。 6 (1) 反抗性恒转矩负载的转矩特性如下图所示。 反抗性恒转矩负载的转矩特性 反抗性恒转矩负载的转矩与转速的方向总是相反，亦即负载转矩总是阻碍电机的运动。如实际生产机械中的轧钢机。造纸机、皮带传输机、机场的刀架平移机构等由摩擦力产生的负载转矩。 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 7 (2) 位能性恒转矩负载的转矩特性如下图所示。 位能性恒转矩负载的转矩特性 位能性恒转矩负载的转矩不随转速方向的改变而改变。无论电机正、反转，负载转矩始终为单一方向。如实际生产机械中的电梯、卷扬机、起重机等提升类负载。 8 B、风机与泵类负载的转矩特性 特点： 通风机类负载的转矩特性 如实际生产机械中的水泵、油泵、离心式通风机等其介质对叶片的阻力基本上与转速的平方成正比。 通风机负载转矩与转速的大小有关，基本上与转速的平方成正比 9 C、恒功率负载的转矩特性 特点： 恒功率负载的转矩特性 在不同转速下，负载转矩基本上与转速成反比,其功率基本保持不变。如实际生产机械中的车床切削、恒张力卷取机等。车床在粗加工时切削量大，切削阻力大，阻转矩较大，此时开低速；精加工时，切削量小，切削力小，阻转矩较小，往往开高速。 10 实际生产机械大都是上述典型负载特性的组合。如实际的通风机负载转矩特性可表示为： 实际通风机的转矩特性 11 两种特性有交点仅是稳定运行的必要条件。稳定运行的充分条件是：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于出现某种干扰作用（如电网电压波动、负载转矩的微小变化等），使原来两种特性的平衡变成不平衡，电动机转速便稍有变化，这时，当干扰消除后，拖动系统必须有能力使转速恢复到原来交点处的数值。电力拖动系统如能满足这样的特性配合条件，则该系统是稳定的，否则是不稳定的。 稳定运行的条件 12 推广到一般情况：如果特性 与 在交点处配合满足下列要求则系统的运行是稳定的，否则是不稳定的（对应于第一象限）： 在交点所对应的转速之上保证 ，而在这一转速之下则要求 。这样的特性配合保证系统有恢复原转速的能力。 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 $