转动惯量和飞轮矩

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1、电气传动及控制基础廖晓钟第1章电气传动基础1.1电气传动的动力学基础1.2直流他励电动机的机械特性及运行方法1.3异步电动机的机械特性及运行方法1.1电气传动的动力学基础1.1.1基本运动方程式1.1.2转矩、飞轮矩的折算1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性1.1.1基本运动方程式（1.1）图1.1电气传动系统如图1.1所示,电动机带动工作机械的电气传动系统的运动规律取决于电机的输出转矩和负载转矩之间的关系,并符合刚体旋转的运动定律,即式(1.1)1.1.1基本运动方程式（1.2）省略空载转矩时，旋转运动方程式如(1.2)

2、所示。Te—电动机的电磁转矩(N*m)TL—负载转矩(N*m)J—拖动系统折算到电动机轴上的总转动惯量(kg*m)ω—电动机的角速度(rad/s)（1.4）1.1.1基本运动方程式当转动惯量为常数时，式（1.2）可以简化为（1.3）工程计算中，往往不用转动惯量J，而用飞轮矩，两者之间的关系如式（1.4）式中：1.1.1基本运动方程式当Te＞TL时，d/d＞0，系统加速当Te＜TL时，d/d＜0，系统减速当Te≠TL时，系统处于加速或减速运动状态（动态）当Te=TL时，系统以恒速运动，即稳态运动。稳态时，电动机的电磁转矩大小由工

3、作机械即电动机的负载转矩所决定。（1.5）式（1.2）的实用表达式如式（1.5）所示1.1.1基本运动方程式规定转矩的正方向电动机电磁转矩的方向与所设定电动机旋转的正方向相同时为正，相反时为负。负载转矩与所设定电动机旋转的正方向相同时为负，相反时为正。图1.2轴端图1.1.2转矩、飞轮矩的折算实际的电气传动系统中,在电机与工作机械之间往往要经过多轴传动，如图1.3所示。图1.3多轴传动系统(a)双轴传动系统;(b)起重传动系统1.1.2转矩、飞轮矩的折算按照能量守恒，折算到电机轴上的负载功率应等于工作机械的负载功率加上传动机构

4、中的损耗，则：1．转矩的折算两种运动负载折算到电机轴上的转矩为（用于直线运动负载）（用于旋转运动负载）式中——传动效率，<1——主动轴与从动轴的转速比，1.1.2转矩、飞轮矩的折算2．飞轮矩的折算（旋转负载）按照能量守恒等效转动惯量和飞轮矩为（1.6）（1.7）（1.8）1.1.2转矩、飞轮矩的折算3.飞轮矩的折算（直线负载）按照能量守恒等效转动惯量和飞轮矩为（1.9）（1.10）（1.11）1．电动机机械特性电动机的机械特性是指电动机的转速和电磁转矩之间的关系，表示为=。图1.4电机的机械特性1.1.3电动机的机械特性和负载

5、转矩特性2．负载转矩特性工作机械的负载转矩与转速的关系=即为负载转矩特性。（1）恒转矩负载特性图1.5恒转矩负载转矩特性（a）反抗性（b）位能性1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性（2）通风机负载特性（曲线1）（3）恒功率负载转矩特性（曲线2）图1.6通风机和恒功率负载转矩特性1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性3．电力拖动系统稳定运行的条件分析电气传动的运行问题可以将电动机的机械特性和工作机械的负载转矩特性画在同一个坐标图上。图1.7机械特性与负载特性的配合1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性电气传动系统稳定运行

6、条件特性和特性有交点，并且在该交点对应的转速之上保证＜，而在该交点对应的转速之下则要求＞。1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性图1.8机械特性与负载特性配合的两种情况（a）稳定（b）不稳定1.1.3电动机的机械特性和负载转矩特性电气传动系统稳定运行条件1.2直流他励电动机的机械特性及运行方法1.2.1直流他励电动机的机械特性1.2.2直流他励电动机的调速1.2.3直流他励电动机的启动1.2.4直流他励电动机的制动1.2.5直流他励电动机的动态特性1.2.1直流他励电动机的机械特性直流电动机按励磁方式分类图1.9直流电机按励

7、磁方式分类（a）他励式（b）并励式（c）串励式（d）复励式1.2.2直流他励电动机的调速1．调速的性能指标(1)静差率电动机运行在某一机械特性上时，额定负载下转速降与理想空载转速之比，称为静差率，常用百分数表示(2)调速范围调速范围指工作机械要求的最高转速和最低转速之比（1.12）（1.13）1.2.2直流他励电动机的调速调速范围和静差率的关系调速系统最低速时的静差率为因为所以（1.14）（1.15）（1.16）1.2.2直流他励电动机的调速（3）调速的平滑性通常用两个相邻调速级的转速比来衡量。在一定调速范围内，调速级数越多，

8、则平滑性越好；当调速级数达无穷多时，称为无级调速，即转速连续可调。2．调速方法（1.17）1.2.2直流他励电动机的调速图1.10三种调速方法的机械特性（a）调节电枢电压U（b）调节励磁磁通（c）调节电枢附加电阻1.2.3直流他励电动机的启动直流他励电动机启动时应该先建立磁场