1电力拖动基础.ppt

2021/2/7,电机与拖动基础,1,电机与拖动基础（李发海清华大学出版社）陈堂贤编三峡大学电气信息学院自动化系,,电机与拖动基础,2021/2/7,电机与拖动基础,2,电机与拖动课程前言,一、本课程性质及其特点1、本课程属于技术基础课2、基本概念多3、电磁力关系复杂（电流、电压、磁场、力矩关系）4、该课程以大学物理和电路理论为基础,2021/2/7,电机与拖动基础,3,二、要求1、作笔记2、准备两个作业本，按要求交作业3、实验前认真预习，写出预习报告,,2021/2/7,电机与拖动基础,4,三、参考书,1、王毓东编电机学上、下浙江大学出版2、顾绳谷编电机及拖动基础机械工业出版社,2021/2/7,电机与拖动基础,5,,四、本课程学习内容变压器、直流机、异步机、同步机掌握内容1）工作原理2）电磁力分析3）特性及应用,2021/2/7,电机与拖动基础,6,五、电机的作用与功能,电机是实现机械能与电能相互转换的电磁机器电动机电能机械能发电机机械能电能变压器U1交流电能U2交流电,2021/2/7,电机与拖动基础,7,六、电机的分类,1、按电能形式分直流电机（发电机、电动机）交流电机（异步机、同步机）（发电机、电动机）,2021/2/7,电机与拖动基础,8,2、按能量转换形式分,发电机（直流电机、交流电机）（异步机、同步机）电动机（直流电机、交流电机）（异步机、同步机）,2021/2/7,电机与拖动基础,9,七、电机的作用1、进行能量转化、传输和分配电能,一简单供电系统图,2021/2/7,电机与拖动基础,10,2、驱动生产机械,磁悬浮列车大型车床,2021/2/7,电机与拖动基础,11,,3、控制各种自动设备盲人引路车爬行机器人,2021/2/7,电机与拖动基础,12,八、电机的发展状况,大型和超小型方向发展同步发电机定子各种微电机,2021/2/7,电机与拖动基础,13,第一章磁路（绪论）,本章学习磁路的基本概念和基本定律铁磁材料的磁性能,2021/2/7,电机与拖动基础,14,第一章磁路,本章要求掌握磁路的基本概念及其电机磁路的特点掌握描述磁路的基本物理量掌握研究磁路的几个基本定律熟练掌握电磁感应定律和电磁力定律掌握铁磁材料的性质及其磁化曲线,2021/2/7,电机与拖动基础,15,第一节磁路的基本概念和基本定律,一、磁路的基本概念磁路磁通经过的路径。基本物理量1、磁感应强度B（磁密）单位Wb/m2;或T2、磁通单位WB3、磁场强度H单位A/m4、磁动势FNI单位A5、磁压降VHl单位A线圈中有电流I，线圈周围就会产生磁场，磁场强弱取决于线圈匝数N和电流I的乘积IN，该乘积就叫磁动势F。,2021/2/7,电机与拖动基础,16,变压器磁路,,2021/2/7,电机与拖动基础,17,5、磁导率,表示物质导磁能力强弱的物理量B/H单位亨/米空气磁导率0410-7H/m铁磁材料磁导率0,2021/2/7,电机与拖动基础,18,6、磁阻Rm,磁阻RmL/SL磁路长度；磁导率；S磁路截面积单位1/亨,2021/2/7,电机与拖动基础,19,二.磁路的基本定律,1、安培环路定律（全电流定律）磁场强度H沿任意闭合回路l的线积分，等于该闭合回路所包围的全电流，即,2021/2/7,电机与拖动基础,20,2、磁路欧姆定律,磁路中的磁通与磁势成正比，与磁阻成反比，即磁通F/Rm,2021/2/7,电机与拖动基础,21,3、磁路的基尔霍夫第一定律任何磁路中，流进节点的磁通代数和为零,4、磁路的基尔霍夫第二定律在闭合磁回路中，磁路各段磁压降代数和等于作用于该磁路上的磁动势之和。,2021/2/7,电机与拖动基础,22,三.基本电磁定律,1、电磁感应定律1）运动电势导体在磁场中运动时，导体中会感应出电势e。大小电势eBlv。B磁密；l导体长度；v导体与磁场的相对速度。正方向用右手定则判断电势e正方向表示电位升高的方向，与U相反。如果同一元件上e和U正方向相同时，e-U。,2021/2/7,电机与拖动基础,23,2）变压器电势,线圈中的磁通变化时，线圈中会感应电势e电势e正方向e的正方向与正方向符合右手螺旋关系,2021/2/7,电机与拖动基础,24,2、电磁力定律,一个通电流的导体，在磁场中要受到力的作用，这个力叫电磁力。电磁力fBli电磁力方向左手定则判断,2021/2/7,电机与拖动基础,25,第二节铁磁材料的磁性能,一、高导磁性数据终端设备1、含义在一个空间（外）磁场中，放入铁磁材料，该磁场会被大大加强。2、高导磁性原因,2021/2/7,电机与拖动基础,26,二、铁磁材料的磁化过程和磁化曲线,铁磁材料的磁化过程可分为四阶段可逆磁化阶段、不可逆磁化阶段、可逆与不可逆磁化阶段、趋近饱和阶段磁场强度H与铁磁材料中B的关系曲线BfH,2021/2/7,电机与拖动基础,27,,,2021/2/7,电机与拖动基础,28,三、铁磁材料的磁滞和剩磁现象,铁磁材料中磁场B的变化落后于外磁场H的变化称为磁滞现象，从而在铁磁材料中产生了剩磁。饱和磁滞回线与换向磁化曲线上的各有关磁学量,2021/2/7,电机与拖动基础,29,,,2021/2/7,电机与拖动基础,30,,,2021/2/7,电机与拖动基础,31,四、铁磁材料的磁损耗,当铁磁材料处于变化磁场中，会产生涡流损耗和磁滞损耗。1、涡流损耗pFeCFeD2f2B2CFe系数D厚度f频率B磁密2、磁滞损耗小磁铁来回翻转，摩擦耗能。phkhfB2,2021/2/7,电机与拖动基础,32,第二章电力拖动系统的动力学基础,本章要求掌握拖动、电力拖动、负载机械特性、电力拖动系统的转动惯量、飞轮力矩、拖动转矩、阻转矩以及转矩正方向规定的基本概念。熟悉生产机械典型的运动形式。掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。熟练掌握单轴电力拖动系统的运动方程式，并会利用其判断系统的工作状态。会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩等效成单轴系统。掌握典型的负载机械特性。,2021/2/7,电机与拖动基础,33,第一节典型生产机械运动形式及转矩,一、电力拖动系统的基本概念电力拖动是用电动机带动生产机械运动，以完成一定的生产任务。电力拖动系统的组成,2021/2/7,电机与拖动基础,34,二、典型生产机械运动形式和转矩,1、离心式风机负载单轴旋转系统转矩TLkn22、车床主轴传动系统多轴旋转系统负载转矩TL与n无关3、平移传动系统多轴旋转系统负载转矩TL与n无关4、提升传动系统多轴旋转系统负载转矩TL与n无关,2021/2/7,电机与拖动基础,35,生产机械转矩分为摩擦阻力产生的和重力作用产生的。摩擦阻力产生的转矩为反抗性转矩，其作用方向与n相反，为制动转矩。重力产生的转矩为位能性转矩，其作用方向与n无关，提升时为制动转矩；下放时为拖动转矩。,2021/2/7,电机与拖动基础,36,第二节电力拖动系统的运动方程,一.单轴电力拖动系统的运动方程研究运动方程,以电动机的轴为研究对象，电动机运行时的轴受力如图示。电力拖动系统正方向的规定先规定转速n的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正方向相同，规定负载转矩的正方向与n的正方向相反。,2021/2/7,电机与拖动基础,37,,电动机运行时的轴受力如图示，由力学定律可知,其必须遵守下列方程式T电磁转矩；TL负载转矩,N.mJ电动机轴上的总转动惯量，kg.m2电动机角速度,rad/s在工程计算中,常用n代替表示系统速度,用飞轮力矩GD2代替J表示系统机械惯性。,2021/2/7,电机与拖动基础,38,,2n/60Jm2G/gD2/4GD2/4gM系统转动部分的质量，KgG系统转动部分的重量，N系统转动部分的转动半径，mD系统转动部分的转动直径，mg重力加速度9.8m/s2,2021/2/7,电机与拖动基础,39,,,2021/2/7,电机与拖动基础,40,二、转动惯量及飞轮惯量（飞轮矩）,即Jm2GD24gJ4gm24G2,2021/2/7,电机与拖动基础,41,三、功率平衡方程,,2021/2/7,电机与拖动基础,42,第三节多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算,多轴系统需等效为单轴系统。等效指系统传递的功率不变。一.多轴系统负载转矩及飞轮矩的折算,2021/2/7,电机与拖动基础,43,1.负载转矩的折算,折算前负载功率P2Tmm等效负载功率P2TmeqTmmTmeq等效转矩Tmeq为TmeqTmm/TmeqTmnm/nTm/j总转速比jn/nm各级转速比的乘积j1j2...考虑传动损耗TmeqTm/jC传动效率C各级传动效率乘积12...,2021/2/7,电机与拖动基础,44,2.飞轮矩转动惯量的折算,折算原则折算前后系统动能不变1/2Jeq21/2Jmm21/2J1121/2JR2等式两边除以2乘以4g,2021/2/7,电机与拖动基础,45,,其中修正系数1.11.25多轴系统等效为单轴系统后的运动方程为其中TLT0Tmeq,2021/2/7,电机与拖动基础,46,二、平移运动系统的折算,1、阻力Fm的折算折算前负载功率P2FmVm折算后负载功率P2TmeqTmeqFmVmTmeqFmVm/2n/60Tmeq9.55FmVm/n考虑传动损耗Tmeq9.55FmVm/nC,2021/2/7,电机与拖动基础,47,2、平移部件质量的折算P12,折算原则系统动能不变折算前运动部件动能为折算后运动部件动能为,2021/2/7,电机与拖动基础,48,第四节负载的机械特性,负载的机械特性指nfTL关系一、恒转矩负载机械特性1、反抗性恒转矩负载特性负载转矩由摩擦力产生，其特点大小恒定（与n无关）；作用方向与运动方向相反。,2021/2/7,电机与拖动基础,49,,,2021/2/7,电机与拖动基础,50,2、位能性恒转矩负载特性,负载转矩由重力产生其特点绝对值大小恒定；作用方向与n无关，不变。提升时nm0,Tm0阻转矩下放时nm0拖动转矩,2021/2/7,电机与拖动基础,51,二、风机负载机械特性,负载转矩与转速成平方关系TLkn2。,2021/2/7,电机与拖动基础,52,三、恒功率负载机械特性,负载转矩与转速成反比关系TLk/n,