1.6 电动机负载的机械特性与电力拖动的稳定运行条件（课件）-《电机与拖动基础》同步精品课堂（高等教育出版社）

电机与拖动基础 同步精品课堂（中职专业课） 1.6 电动机负载的机械特性与电力拖动的稳定运行条件 1 知识目标 熟悉和掌握电动机负载的机械特性与电力拖动的稳定运行条件。 能力目标 对学会对恒转矩负载特性、通风机负载特性以及恒功率负载特性等内容进行掌握。 情感目标 培养学生利用电机拖动技术解决实际工程问题的能力。 三维目标 情境引入 电力拖动系统 思考 对于电力拖动系统，电动机负载(生产机械)的转矩是一个必然存在的不可 控的扰动输入，电动机负载的机械特性直接影响电力拖动系统控制方案的选择和系统的动态性能。电动机负载的机械特性是指电动机负载的转矩T. 与转速n之间的关系，即 n=f(T), 简称负载特性。为了对电力拖动系统做全面的了 解，便于系统分析，下文归纳并介绍生产机械三种典型的负载特性。 新知学习 一 、恒转矩负载特性 负载转矩的大小恒定，与转速无关，称为恒转矩负载，即 T₁= 常数 根据负载转矩方向与转向的关系，恒转矩负载又分为位能性和反抗性两种。 新知学习 一 、恒转矩负载特性 位能性恒转矩负载由重力产生，负载转矩具有固定的大小和方向，不随转向 的变化而变化，如图所示，特性在I 、IV象限。当n>0 时 ，T>0,T,为制动转矩；当n<0 时 ，T>0,T,为拖动转矩。属于此类负载的生产机械有电梯、矿 井卷扬机和起重机的提升机构等。 1. 位能性恒转矩负载 新知学习 一 、恒转矩负载特性 1. 位能性恒转矩负载 新知学习 一 、恒转矩负载特性 反抗性恒转矩负载由摩擦阻力产生，负载转矩的大小不变，方向始终与转动 方向相反，是阻碍系统运动的制动转矩，如图所示，特性在I、Ⅲ 象限。属 于此类负载的生产机械有带式运输机、起重机的行走机构和机床的平移机构等。 2. 反抗性恒转矩负载 新知学习 一 、恒转矩负载特性 2. 反抗性恒转矩负载 新知学习 二 、恒功率负载特性 负载转矩的大小与转速成反比，方向始终与转动方向相反，功率为常数，称为恒功率负载，即 新知学习 二 、恒功率负载特性 恒功率负载特性如图所示，是一条双曲 线，属于此类负载的生产机械主要有切削类机床 的主轴，以及轧钢、造纸、塑料薄膜生产线中的卷 取机、开卷机等。以机床的主轴为例，其允许的最大切削功率一般不变。在粗加工时，切削量大，切削阻力也大，转速较低；精加工时，切削量小，切削阻力也小，转速较高。 新知学习 三 、通风机负载特性 负载转矩的大小与转速的平方成正比，方向始终与转向相反，称为通风机负载，即 通风机负载特性如图所示，属于此 类负载的生产机械有通风机、鼓风机、水泵、油 泵等流体机械，此类机械一般情况下只能单方 向旋转。 新知学习 四 、稳定运行的概念 电动机的转速 n 与电磁转矩 T 之间的关系，即n=f(T), 称为机械特性，该特性是表征电动机工作的重要特性。对于单轴拖动系统(多轴拖动系统可以折算为单轴系统),电动机与所拖动的负载同轴，电动机与负载以同一转速运行。 新知学习 四 、稳定运行的概念 若将电动机的机械特性与负载特性绘制在同一坐标系中，则系统只能稳 定运行在两条特性曲线的交点上，即系统的稳定运行点必为两条曲线的交点。然而，两条特性曲线有交点只是系统稳定运行的必要条件，不是充分条件。 新知学习 四 、稳定运行的概念 当系统遇到扰动后，能否在新的平衡点稳定?一旦扰动消失，能否再次回到原来的平衡点继续运行? 这是衡量系统能否真正稳定运行、判断某交点是真正稳态运行点的先决条件。在电力拖动系统中，最主要的扰动是电网电压波动和负载变化。 新知学习 四 、稳定运行的概念 1. 他励直流电动机的稳态运行 图给出了他励直流电动机的机械特性(曲线1 和1')和恒转矩负载的机械特性(曲线2) ,a 和 a'为两类特性曲线的交点。当系统工作在 a 点 时 ，T=T₁,n= 常数，因此 a 是系统的平衡点。若受到电网电压波动的影响，电源电压突然下降，使电动机的机械特性从曲线1变为曲线1'。 新知学习 四 、稳定运行的概念 1. 他励直流电动机的稳态运行 新知学习 四 、稳定运行的概念 2. 三相异步电动机的稳态运行 图给出了三相异步电动机的机械特性(曲线1)和恒转矩负载的机械 特性(曲线2),a 和b 为两类特性曲线的交点。 新知学习 四 、稳定运行的概念 2. 三相异步电动机的稳态运行 新知学习 五 、稳定运行的条件 对于一般类型的负载，通过对动力学方程式的分析，可得出电力拖动系统稳定运行的充要条件，即 (1)电动机的机械特性与生产机械的负载特性存在T=T, 的交点。 (2)在交点处满足 新知学习 五 、稳定运行的条件 对于一般类型的负载，通过对动力学方程式的分析，可得出电力拖动系统稳定运行的充要条件，即 若系统运行时遇到瞬时干扰，使电动机机械特性与负 载特性的交点处转速 n 有所上升，即△n>0, 则电磁转矩的增加量△T 必须小于 负载转矩的增加量△T₁, 使得 T<T₁, 系统的转速才可能有所下降，最终回到原稳 定运行点，此时整个拖动系统是稳定运行的。 新知学习 五 、稳定运行的条件 对于一般类型的负载，通过对动力学方程式的分析，可得出电力拖动系统稳定运行的充要条件，即 若电磁转矩的增加量△T 超过负 载转矩的增加量△T, 系统必然会进一步加速并脱离原来的稳态运行点，最终导 致系统不稳定。反之，当n 有所下降时，即△n<0, 电磁转矩的变化量△T 必须大 于负载转矩的增加量△T, 使得 T>T₁, 转速才有可能自动恢复。 新知学习 五 、稳定运行的条件 当系统拖动恒转矩负载时，由于 因此系统稳定运行的充要条件为： 他励直流电动机 的机械特性曲线1 和1',均具备下降的机械特性，满足稳定运行的条件。 新知学习 五 、稳定运行的条件 当系统拖动恒转矩负载时，由于 因此系统稳定运行的充要条件为： 图中，电动机的机械特性被临界点M 分成了性质不同的两段。 课堂练习 填空题 1、处于平衡状态的电力拖动系统，由于某种原因(如负载扰动、电 网电压波动和电动机参数的调节等)使系统偏离原平衡状态。 2、在外界扰动消失后，又能回到原平衡状态，则该系统能稳 定运行，且原来的运行状态是稳定的平衡状态。 3、若系统在新的条件下不能达到 新的平衡或扰动消失后不能回到原平衡状态，则该系统不能稳定运行，原来的状态虽平衡，但不是稳定的平衡状态。 课堂小结 小结 电动机负载的机械特性 1 电力拖动的稳定运行条件 2 课堂小结 1. 简述电动机负载的机械特性？ 2. 简述恒转矩负载特性？ 3. 简述恒功率负载特性？ 作业布置 感谢观看 $$