第二章直流電動機的電力拖動

1、第二章第二章直流電動機的電力拖動直流電動機的電力拖動電動機作為原動機來帶動生產(chǎn)機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（電動機）、工作機（生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)）、傳動機構(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拖動系統(tǒng)的運動方程、機械特性、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)是指由各種電動機作為原動機，拖動各種生產(chǎn)機械（如起重機的大車和小車、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：電動機是把電能轉(zhuǎn)換為機械能，用來拖動生產(chǎn)機械工作的；生產(chǎn)機械是執(zhí)行某一生產(chǎn)任務(wù)的機械設(shè)備（通過傳動機構(gòu)或直接與電動機相聯(lián)接）；控制設(shè)備是由各種控制電機、電器、自動化元件或工業(yè)控制計算機等組成，用以控制電動機的運動，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的控制；電源完成對電動機和電氣控制設(shè)備的供電。圖2—1電力拖動系統(tǒng)示意圖1—電動機；2—工作機械；3—控制設(shè)備；4—電源一、單軸電力拖動

3、系統(tǒng)的運動方程式一、單軸電力拖動系統(tǒng)的運動方程式（一）運動方程式（一）運動方程式圖2—2是一直線運動系統(tǒng)，由物理學(xué)中牛頓運動第二定律可知，當(dāng)物體作加速運動時。其運動方程式為（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；——直線運動加速度，；dtdva?2sm圖2—2直線運動系統(tǒng)仿照直線運動，可寫出圖2—3單軸電機拖動系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時以轉(zhuǎn)

4、矩表示的運動方程式為（式2—2）dtdJTTjt???式中——電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，；T——系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩，，靜阻轉(zhuǎn)矩為負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電動機空載轉(zhuǎn)矩之jtTLT0T和；在電力拖動系統(tǒng)中，由于生產(chǎn)機械負(fù)載類型的不同，電動機的運行狀態(tài)也發(fā)生變化。即電動機的電磁轉(zhuǎn)矩并不都是驅(qū)動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，生產(chǎn)機械的負(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)運行狀態(tài)的不同而發(fā)生變化。因此運動方程式中的和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，若電動機和工作機構(gòu)直接相連，那么電動機的轉(zhuǎn)速與工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)速就相等，如果忽略電動機的空載轉(zhuǎn)矩，則工作機構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩就是作用在電動機轉(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)，電動機和工作機構(gòu)之間由若干級傳動齒輪或其他傳動機件聯(lián)接。這樣通過一套傳動機構(gòu)，才能使電動機的轉(zhuǎn)速變換n成工作機構(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)的運動。為了簡化分析計算，通常把傳動機構(gòu)和工作機構(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。若以電動機軸為研究對象，需要折算的量有工作機構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、系統(tǒng)中各軸（除電動機軸之外）的轉(zhuǎn)動慣量。對于某些做直線運動的工作機構(gòu)，還必須把進行直線運動的質(zhì)量及運

8、動所需克服的阻力折算到電動機軸上。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）工作機構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩（一）工作機構(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，，為電動機與工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)速比。LLn