電機功率轉(zhuǎn)矩計算

1、.電機學(xué)詳細(xì)介紹電力拖動就是應(yīng)用電動機驅(qū)動生產(chǎn)機械運動，以完成一定的生產(chǎn)任務(wù)。一般情況下 ，電力拖動系統(tǒng)可分為電動機、工作機構(gòu) 、控制設(shè)備及電源等四個組成部分，如圖 2 1 所示 。 電動機把電能轉(zhuǎn)換成機械動力，用以拖動生產(chǎn)機械的某 工作機構(gòu) ，工作機構(gòu)是生產(chǎn)機械為執(zhí)行某一任務(wù)的機械部分?？刂圃O(shè)備是由各種控制電機、電器 、自動化元件及工業(yè)控制計算機等組成的，用以控制電動機的運動，從而對工作機構(gòu)的運動實現(xiàn)自動控制 。 為了向電動機及一些電氣控制設(shè)備供電，在電力拖動系統(tǒng)中還設(shè)有電源。要指出的是，在許多情況下，電動機與工作機構(gòu)并不同軸，而在二者之間有傳動機構(gòu)，它把電動機的轉(zhuǎn)動經(jīng)過中間變速或變換運動方

2、式后再傳給生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)。圖 2 1電力拖動系統(tǒng)組成2.1 電力拖動系統(tǒng)運動方程電力拖動系統(tǒng)運動方程圖 2 2 為一單軸電力拖動系統(tǒng)，電動機在電力拖動系統(tǒng)中作旋轉(zhuǎn)運動時，必須遵循下列基本的運動方程式。.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.圖 2 2 單軸電力拖動系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運動的方程式為TT J d（22）emLdt式中 ， Tem 為電動機產(chǎn)生的拖動轉(zhuǎn)矩( N m )； TL 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩 (N m )； Jd/ dt 為慣性轉(zhuǎn)矩(或稱動轉(zhuǎn)矩 )， J 為轉(zhuǎn)動慣量可用下式表示Jm 2GD 2（ 24g3）式中 ， m 、 G 分別為旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量( kg )與重量 ( N )；、 D 分別為轉(zhuǎn)動慣性半徑與直徑( m

3、 )； g 為重力加速度 , g9.18m / s2 ； J 的單位為 kgm 2 。需要說明的是 ，式（ 2 2）中忽略了電動機本身的損耗轉(zhuǎn)矩T0，認(rèn)為電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩全部用來拖動負(fù)載。這一點將在以后的內(nèi)容詳細(xì)介紹。在實際計算中常用式（ 2 2）的另一種形式 。 即將角速度2 n / 60 ( 的單位為rad / s ， n 的單位為 r / min )代入式 （ 2 2）得運動方程式實用形式：TemTLGD 2dn（ 2 375dt4）式中 ， GD 2 為飛輪矩 ( Nm2 )， GD 24 gJ ；系數(shù) 375 是具有加速度量綱的系數(shù)。.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.電動機的轉(zhuǎn)子及其他轉(zhuǎn)動部件的飛

4、輪矩GD 2的數(shù)值可由相應(yīng)的產(chǎn)品目錄中查到，但是應(yīng)注意將單位 Kgm2 化成國際單位制N m2 （乘以）。9.81電動機的工作狀態(tài)可由運動方程式表示出來。分析式 （24）可見（ 1） 當(dāng) TemTL0，dn，則 n0常值 ，電力拖動系統(tǒng)處于穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)；dt（ 2） 當(dāng) TemTL0，dn0，電力拖動系統(tǒng)處于加速過渡過程狀態(tài)中；dt(3) 當(dāng) TemTL0 ，dn0 ，電力拖動系統(tǒng)處于減速過渡過程狀態(tài)中。dt運動方程式中轉(zhuǎn)矩的符號分析應(yīng)用運動方程式，通常以電動機軸為研究對象。由于電動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)的不同以及生產(chǎn)機械負(fù)載類型的不同，電動機軸上的拖動轉(zhuǎn)矩Tem 及負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 不僅大小不同 ，方向也

5、是變化的 。 運動方程式可寫成下列一般形式：( Te m ) ( T L ) G D2 dn（ 23 7 5 dt5）式（ 2 5）中拖動轉(zhuǎn)矩 T及負(fù)載轉(zhuǎn)矩L 前均帶有正負(fù)符號，并作如下規(guī)定 ：emT如設(shè)定電力拖動系統(tǒng)的正方向，則拖動轉(zhuǎn)矩 Tem 的方向如果與所設(shè)定的正方向相同，Tem 前帶正號 ，相反時帶負(fù)號 。 在式 （ 2 5 ）中，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩( TL ) 前已帶有負(fù)號 ，因此其正負(fù)號的規(guī)定恰與拖動轉(zhuǎn)矩Tem 的規(guī)定相反 。即當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 的方向與設(shè)定的旋轉(zhuǎn)正方向相同時 ，負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 前取負(fù)號 ，相反時則取正號。本書的計算中，均規(guī)定電力拖動系統(tǒng)的正向電動機轉(zhuǎn)向為系統(tǒng)的正方向。 不

6、太通順上面的規(guī)定也可歸納為：拖動轉(zhuǎn)矩 Tem 與規(guī)定正向相同取正，相反取負(fù) ；負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL與規(guī)定正向相同取負(fù)，相反取正 。.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.慣性轉(zhuǎn)矩 Jd/ dt 的大小及正負(fù)符號由拖動轉(zhuǎn)矩Tem 及負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 的代數(shù)和來決定。2.2復(fù)雜電力拖動系統(tǒng)的簡化實際拖動系統(tǒng)的傳動軸常是多根，如圖2 3（ a）所示 ，圖中采用三個軸把電動機角速度變成符合于工作機構(gòu)需要的角速度g 。 在不同的軸上各有其本身的轉(zhuǎn)動慣量及轉(zhuǎn)速，也有相應(yīng)的反映電動機拖動的拖動轉(zhuǎn)矩及反映工作機構(gòu)工作的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。通常只要把電動機軸作為研究對象即可。因此 ，需要進(jìn)行折算，即把實際的拖動系統(tǒng)等效為單軸系統(tǒng) 。 折算的原則是：保持

7、折算前后系統(tǒng)傳送的功率及儲存的動能不變。這樣圖2 3 （ a）所示的多軸系統(tǒng)就折算為圖2 3（ b ）所示的單軸拖動系統(tǒng)，分析計算大為簡化。如圖 2 3（ a）中所示電力拖動系統(tǒng)中，以電動機軸為折算對象，需要折算的參量為：工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩Tg ，傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量J1 ，工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量Jg 。 對于某些作直線運動的工作機構(gòu)，還必須把進(jìn)行直線運動的質(zhì)量及運動所得克服的阻力折算到電動機軸上去 。（ a）（b)圖 2 3 電力拖動系統(tǒng)示意圖（ a）傳動圖； （ b）等效折算圖工作機構(gòu)為旋轉(zhuǎn)運動的簡化一、工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩的折算.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.設(shè)一個兩軸傳動機構(gòu)，如圖 2 4 所示 。折算前工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩為T

8、g ，折算前工作機構(gòu)轉(zhuǎn)軸的角速度為g 。 折算到電動機轉(zhuǎn)軸后工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩為Tz ，折算到電動機轉(zhuǎn)軸的角速度為。折算的原則是系統(tǒng)的傳送功率不變。圖 2 4兩軸系統(tǒng)的折算示意圖若不考慮中間傳動機構(gòu)的損耗。按傳送功率不變的原則，應(yīng)有如下的關(guān)系：TggTz（ 2 7）TzTgTg（ 2 j()g8）式中 ， j 為電動機軸與工作機構(gòu)軸間的轉(zhuǎn)速比， j/ gn / ng 。傳動機構(gòu)如系多軸齒輪或帶輪變速，而已知每級速比為j1 、 j 2、 j3 ， ，則總的轉(zhuǎn)速比為各級速比的乘積 ，即jj1 j 2 j 3.（ 2 9）在一般設(shè)備上 ，電動機多數(shù)是高轉(zhuǎn)速的，而工作機構(gòu)軸是低轉(zhuǎn)速的 ，故 j1；在一些設(shè)備

9、上 ，如高速離心機等 ，電動機的轉(zhuǎn)速比工作機構(gòu)軸的轉(zhuǎn)速低，這時 j1 。若考慮中間傳動機構(gòu)的損耗，按傳送功率不變的原則，應(yīng)有如下的關(guān)系Tg（ 2 Tzj.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.10 ）式中 ， 為傳動機構(gòu)總效率，等于各級傳動機構(gòu)效率乘積，即1 2 3.考慮中間傳動機構(gòu)的損耗，傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)矩?fù)p耗T 為TgTg（ 2 Tjj11 ）在圖 2 3 所示的電力拖動系統(tǒng)中，負(fù)載由電動機拖著轉(zhuǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩，T 由電動機負(fù)擔(dān) 。二、傳動機構(gòu)與工作機構(gòu)轉(zhuǎn)動慣量和飛輪矩的折算在多軸系統(tǒng)中 ，必須將傳動機構(gòu)各軸的轉(zhuǎn)動慣量J1 、 J2 、 J 3 及工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量 Jg 折算到電動機軸上，用電動機軸上一個等

10、效的轉(zhuǎn)動慣量J (或飛輪矩 GD 2 )來反映整個拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速不同的各軸的轉(zhuǎn)動慣量(或飛輪矩 )的影響 。各軸轉(zhuǎn)動慣量對運動過程的影響直接反映在各軸轉(zhuǎn)動慣量所儲存的動能上，因此折算必須以實際系統(tǒng)與等效系統(tǒng)儲存動能相等為原則 。 當(dāng)各軸的角速度為、1 、2 、3 、 、g 時，得下列關(guān)系 ：1 J 21 J d21J1 11J2 21 J g g（ 2 2222222212 ）J JdJ1J 2J g（ 222212g13 ）化成用飛輪矩及n ( r / min )表示的形式 ，考慮到 GD 24gJ.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.222GD 2GD d2GD12GD 22GD g（ 2 2nnnn1n2ng1

11、4 ）一般情況下 ，在系統(tǒng)總的飛輪矩中，占最大比重的是電動機軸上的飛輪矩，其次是工作機構(gòu)的上的飛輪矩的折算值，占比重較小的是傳動機構(gòu)各軸上的飛輪矩的折算值。在實際工作中 ，為了減少折算的麻煩，往往采用下式估算出系統(tǒng)的總飛輪矩：GD2 （1） GDd2（ 215 ）式中 ， GD d2 為電動機軸上的飛輪矩 ；為若電動機軸上只有傳動機構(gòu)中第一級小齒輪時，0.2 0.3 ，若電動機軸上有其他部件如抱閘等，的數(shù)值需要加大 。例 21圖 23所示的電力拖動系統(tǒng)中，已知電動機的飛輪矩GD d214.5N m 2，傳動機構(gòu)的飛輪矩GD1218.8Nm 2 ， 工 作 機 構(gòu) 的 飛 輪 矩GDg2120N

12、 m2，傳動機構(gòu)的效率10 . 91， 20.93，工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩Tg85N m ，轉(zhuǎn)速 n 2450r/ min ， n1810r / min ，ng 150r / min 忽略電動機空載轉(zhuǎn)矩 ，求：（ 1） 折算到電動機軸上的系統(tǒng)總飛輪矩GD 2 ；（ 2） 折算到電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tz 。解：（ 1）折算到電動機軸上的系統(tǒng)總飛輪矩22GD 2GD d2GD1GD g18.818.82 17N m222 14.52nn24502450n1ng810150（ 2）折算到電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.TgTgTg856.15N mTzj 1 2n2450j0.93120.91150ng

13、工作機構(gòu)為直線運動的簡化某些生產(chǎn)機械具有直線運動的工作機構(gòu)，如起重機的提升機構(gòu)，其鋼繩以力 Fg 吊質(zhì)量為 mg 的重物 Gg ，以速度 g 等速上升或下降，如圖 25 所示 。圖 2 5起重機示意圖另外 ，如刨床工作臺帶動工件前進(jìn)，以某一切削速度進(jìn)行切削，也是直線運動機構(gòu)的例子 。 無論是鋼繩拉力或刨床切削力都將在電動機軸上反映一個負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tz ，折算原則以傳送功率不變 。 以圖 2 5 為例，介紹折算方法 。一、工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩的折算若不考慮傳動損耗，折算時根據(jù)傳送功率不變，可寫出如下關(guān)系式TzFg g（ 2 16 ）把電動機角速度(rad/ s) 換算成轉(zhuǎn)速 n(r / min) ，2 n

14、/ 60 ，則TzFg g9.55 Fg g（217）2n / 60n.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.式中 ， Fg 為工作機構(gòu)直線作用力( N )； g 為重物提升速度 ( m/ s )； Tz 為力 Fg 折算為電動機軸上的阻轉(zhuǎn)矩 。若考慮傳動損耗 ，折算時根據(jù)傳送功率不變 ，可寫出如下關(guān)系式Tz9.55 Fg g（ 2 18）n式中 ， 為傳動機構(gòu)總效率 ，等于各級傳動機構(gòu)效率乘積，即123.。當(dāng)電動機提升重物時，傳動機構(gòu)損耗的轉(zhuǎn)矩由電動機承擔(dān)；當(dāng)下放重物時，傳動機構(gòu)損耗的轉(zhuǎn)矩由負(fù)載承擔(dān)；提升重物時傳動機構(gòu)的效率為a ，下放同一重物時傳動機構(gòu)的效率為b ，它們之間的關(guān)系為b21（219）a下放同一重物時

15、電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為Fgg（ 2 20）Tz 9.55bn二、工作機構(gòu)質(zhì)量的折算以圖 2 5 為例，重物 G g 上升或下放中 ，在其質(zhì)量 mg 中儲存著動能 。由于重物的直線運動由電動機帶動 ，是整個系統(tǒng)的一部分，因此必須把速度g ( m / s )的質(zhì)量 mg 折算到電動機軸上 。 用電動機的上的一個轉(zhuǎn)動慣量為J ' 的轉(zhuǎn)動體與之等效 。折算的原則是轉(zhuǎn)動慣量J ' 及質(zhì)量 mg 中儲存的動能相等，即1J' 21 mg g 2（ 2 2221 ）把2 n / 60 ， (GD 2 )'4gJ '代入化簡可得 ：2(GD 2 )'365Gg g（

16、2 n.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.22 ）例 22 圖 25所示的起重機中 ，已知減速箱的速比 j34 ，提升重物時效率a 0.83 ，卷筒直徑 d0.22m ，空鉤重量 G01470 N ，所吊重物 Gg8820N ，電動機的飛輪矩 GDd2m2 ，當(dāng)提升速度為g 0.4m / s 時，求10N（ 1 ） 電動機的轉(zhuǎn)速 ；（ 2 ） 忽略空載轉(zhuǎn)矩時電動機所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；（3 ）以g0.4m / s 下放該重物時 ，電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。解：（ 1）電動機的轉(zhuǎn)速60g60 0.4n j341180.5r / mind0.22（ 2）忽略空載轉(zhuǎn)矩時電動機所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TFg g(G0Gg ) g9.55(147

17、0 8820) 0.4m9.559.5540.12Nzn an a1180.5 0.83（ 3）以g 0.4m / s 下放該重物時 ，下放同一重物時傳動機構(gòu)的效率110.795b22a0.83電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TzFgg(14708820) 0.49.55b9.550.795 26.47 N mn1180.52.3電力拖動系統(tǒng)的負(fù)載特性在運動方程式中 ，負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 與轉(zhuǎn)速 n 的關(guān)系 TLf (n) 稱為負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 。 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 的大小和多種因素有關(guān) 。以車床主軸為例 ，當(dāng)車床切削工件時切削速度、切削量大小、工件直徑 、工件材料及刀具類型等都有密切關(guān)系。大多數(shù)生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性

18、可歸納為三種類型，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、恒功率負(fù)載特性和風(fēng)機、泵類負(fù)載特性。.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性所謂恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，就是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 與負(fù)載轉(zhuǎn)速 n 無關(guān)的特性 ，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時，轉(zhuǎn)矩 TL 保持常值 。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性多數(shù)是反抗性的，也有位能性的 。反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的特點是，恒值轉(zhuǎn)矩 TL 總是與運動方向相反 。 根據(jù)第二章第一節(jié)中對 TL 正負(fù)符號的規(guī)定，當(dāng)正轉(zhuǎn)時 n 為正，轉(zhuǎn)矩 TL 為反向 ，應(yīng)取正號 ，即為（TL ）；而反轉(zhuǎn)時 n 為負(fù) ，轉(zhuǎn)矩 TL 為正向 ，應(yīng)變?yōu)?（TL ）；如圖 2 6 所示 。顯然 ，反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性應(yīng)在第一與第三象限內(nèi)。皮帶運輸機 、軋鋼機 、機

19、床的刀架平移和行走機構(gòu)等由摩擦力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的機械，都是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性則與反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性不同，它由拖動系統(tǒng)中某些具有位能的部件 (如起重類型負(fù)載中的重物)造成 。 其特點是轉(zhuǎn)矩TL 具有固定的方向，不隨轉(zhuǎn)速方向改變而改變 。 如圖 2 7 所示，不論重物被提升( n 為正 )或下放 ( n 為負(fù) )，負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 始終為反方向 （TL ）。特性在第一與第四象限內(nèi)，表示恒值特性的直線是連續(xù)的。TL沒標(biāo)圖 2 6反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖 2 7位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性實際中的機床刀架等機構(gòu)在平移時，負(fù)載的性質(zhì)基本上是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，但從靜止?fàn)顟B(tài)起動及當(dāng)轉(zhuǎn)速還很低時，由于潤滑

20、油沒有散開，靜摩擦系數(shù)較動摩擦系數(shù)大，摩擦阻力較大 。另外 ，當(dāng)傳動機構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時，有一些油或風(fēng)的阻力，帶通風(fēng)機負(fù)載的性質(zhì)，導(dǎo)致在轉(zhuǎn)速較高時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩會略見增高。考慮到這些因素后，機床平移機構(gòu)的實際負(fù)載特性如圖 28 所示。.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.圖 2 8機床平移機構(gòu)的實際負(fù)載特性恒功率負(fù)載特性一些機床 ，如車床 ，在粗加工時 ，切削量大 ，切削阻力大 ，此時開低速 ；在精加工時，切削量小 ，切削力小 ，往往開高速 。在不同轉(zhuǎn)速下 ，負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速成反比，切削功率基本不變 ，即PL TL2 n0.105TL n KTL 60（222）式中 ， K 為常數(shù) ； PL 為負(fù)載 (切削 )功率 (W

21、)。可見 ，負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 與轉(zhuǎn)速 n 呈反比 ，切削功率基本不變，特性曲線 呈恒功率的性質(zhì)。恒功率負(fù)載特性如圖2 9 所示 。從圖中可以看出A 點所對應(yīng)的陰影面積與B 點所對應(yīng)的相等。圖 2 9恒功率負(fù)載特性泵類負(fù)載特性.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.風(fēng)機 、泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大小有關(guān)，基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比TLKn 2（ 2 22 ）式中 ， K 為比例常數(shù) 。風(fēng)機、泵類負(fù)載特性如圖2 10 所示 。 屬于通風(fēng)機負(fù)載的生產(chǎn)機械有通風(fēng)機、水泵 、油泵等 ，其中空氣 、水、油等介質(zhì)對機器葉片的阻力基本上和轉(zhuǎn)速的平方成正比。圖 2 10風(fēng)機、泵類負(fù)載特性圖 2 11實際風(fēng)機 、泵類負(fù)載特性實際生產(chǎn)機械的負(fù)載

22、轉(zhuǎn)矩特性可能是以上幾種典型特性的綜合。例如 ，實際通風(fēng)機除了主要是通風(fēng)機負(fù)載特性外，由于其軸承上還有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩T0 ，因而實際通風(fēng)機負(fù)載特性為 TLT0Kn 2 ，如圖 2 11 所示 。除了上述幾種類型的生產(chǎn)機城外，還有一些生產(chǎn)機械具有各自的負(fù)載特性，如帶曲柄連桿機構(gòu)的生產(chǎn)機械，它們的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 隨轉(zhuǎn)角而變化 ；而球磨機 ，碎石機等生產(chǎn)機械，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩則隨時間作無規(guī)律的隨機變化等等。電力拖動交通車輛的阻力曲線電力拖動的交通車輛是另一種典型的電力拖動系統(tǒng)。列車的運行阻力包括基本阻力和附加阻力 。一、基本阻力.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.基本阻力主要由軸承摩擦阻力、車輪與鋼軌耦合產(chǎn)生的滾動阻力和滑動阻力

23、、車輪與鋼軌的沖擊與震動產(chǎn)生的阻力，空氣阻力 。 由于構(gòu)成基本阻力的因素很多，一般通過大量的試驗確定對不同型號和編組的列車的經(jīng)驗公式近似表征列車的基本阻力。如城市軌道交通系統(tǒng)中的廣州地鐵列車基本阻力計算式為w02.7550.014v0.00075v2（ 2 23）式中 ， w0 為單位基本阻力，即每單位列車重量（ kN ）的基本阻力（ N ）， 表示為( N / kN )； v 為列車運行速度。當(dāng)已知列車總重的kN 數(shù)以后 ，不難計算列車的總基本阻力?；咀枇η€如圖2 12 所示 。圖 2 12 列車基本阻力曲線圖 2 12 中，縱坐標(biāo)表示列車運行速度 ，橫坐標(biāo)表示阻力 。二 、附加阻力附加

24、阻力是線路或隧道等原因形成的，包括坡道附加阻力、曲線附加阻力和隧道附加阻力 。 坡道附加阻力是當(dāng)機車、車輛在坡道上運行時，其重力沿坡道方向的分力引起的；曲線附加阻力是因為機車、車輛通過曲線時，車輪和鋼軌產(chǎn)生的摩擦引起的；隧道附加阻力是由隧道空氣對機車、車輛產(chǎn)生額外阻力。其中曲線附加阻力和隧道附加阻力無論列車運行方向如何，其阻力值始終為正；坡道附加阻力在列車上坡時為正，下坡時為負(fù) 。 所以列車在長大下坡時的附加阻力可能會達(dá)到負(fù)值，如圖 213 所示。.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.圖 2 13長大下坡時的單位附加阻力三、合成阻力合成阻力就是列車的總阻力，包括基本阻力和附加阻力。將圖 2 12 和圖 2 13 的

25、阻力合成 ，可得合成阻力曲線如圖2 14 所示 。圖 2 14列車的合成阻力曲線從圖 2 14 可以看出 ，列車阻力可以為負(fù)值。這一阻力特性在城市無軌電車、城市軌道交通車輛和電力機車牽引的干線鐵路車輛中常?？梢杂龅?。2.4電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行的條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行包含兩重含義：一是系統(tǒng)應(yīng)能以一定的轉(zhuǎn)速勻速運轉(zhuǎn)，二是系統(tǒng)受某種外部干擾(如電壓波動 、負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動等)使轉(zhuǎn)速稍有變化時，應(yīng)保證在干擾消除后，系統(tǒng)能恢復(fù)到原來的運行速度。為保證系統(tǒng)能以一定轉(zhuǎn)速勻速運行必要條件是電動機軸上的拖動轉(zhuǎn)矩Tem 和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 大小相等 ，方向相反 ，相互平衡 。 在 Tn 坐標(biāo)平面上 ，這意味著電動機的

26、機械特性曲線 nf (Tem ) 和生產(chǎn)機械的機械特性曲線nf (TL ) 必須有交點 ，如圖 2 15 所示 。.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.圖 2 15穩(wěn)定工作點的判別圖中曲線 1 為異步電動機的機械特性，曲線 2 為電動機拖動的生產(chǎn)機械的機械特性(恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 )。 兩特性曲線有a 和 b 兩個交點 ，兩個交點是拖動系統(tǒng)的平衡點。負(fù)載的機械特性曲線與電動機特性存在交點只是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件還不是充分條件 。下面判斷 a 點是否是穩(wěn)定平衡點。先 假 設(shè) 系 統(tǒng) 在 a 點 穩(wěn) 速 運 行 ， 此 時 電 機 的 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 Tem 等 于 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 TL ， 即Tema TL 。 當(dāng)系統(tǒng)

27、出現(xiàn)干擾 ，例如負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然從TL 增加到 TL'時，使電機轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，即 TemaTL' ，電機轉(zhuǎn)速由 n a 降為 n ' ，電動機的轉(zhuǎn)矩增加到Tem'，使得 Tem'TL'，電a動機的運行點從a 點變?yōu)?a ' 點 。 當(dāng)干擾消除以后 ，負(fù)載轉(zhuǎn)矩回到 TL ，這時 Tem'TL ，轉(zhuǎn)速n 上升 ，從電動機的機械特性的AB 段可看出 ，電機的電磁轉(zhuǎn)矩又隨n 的上升而減小 ，直至回到最初的穩(wěn)定狀態(tài)，到 TemaTL ，系統(tǒng)重在 a 點運行 。 可以看出 ，當(dāng)干擾消除后 ，系統(tǒng)重新回到原來的運行點a 。 所以 a 點是系統(tǒng)

28、的穩(wěn)定平衡點 ，即穩(wěn)定工作點 。而穩(wěn)定平衡點 b 的情況不同 。 當(dāng)系統(tǒng)在 b 點運行時 TembTL ，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)干擾時 ，例如負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然升高到TL' ，電機轉(zhuǎn)矩必然由Temb 上升到 Temb' ，轉(zhuǎn)速由 nb 變?yōu)?nb ' ，電動機的運行點從 b 點變?yōu)?b ' 點 。 當(dāng)干擾消除以后， Temb' TL ，轉(zhuǎn)速 n 上升，從電動機的機械特性的 BC 段可看出 ，而 Tem 又隨 n 的上升而增加，電磁轉(zhuǎn)矩 Tem 更加大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL ，電動機的轉(zhuǎn)速還要上升，系統(tǒng)非但不能回到平衡點b ，而是遠(yuǎn)離平衡點。 顯然 b 點不是穩(wěn).專業(yè)學(xué)習(xí)資料.定

29、點 。從以上分析可以總結(jié)出：電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件是： (1) 電動機機械特性曲線 n f (T) 和生產(chǎn)機械的機械特性曲線n f (TL )有交點 (即拖動系統(tǒng)的平衡點)，em即 TemTL ； (2)在平衡點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速之上應(yīng)有Tem TL ，而在平衡點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速之下 TemTL ，即dTdTL（ 2 24）dndn小結(jié)本章主要研究電力拖動系統(tǒng)中電動機和生產(chǎn)機械之間的關(guān)系問題，具體體現(xiàn)在拖動轉(zhuǎn)矩 Tem 和負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 的關(guān)系上 ，用電力拖動運動方程式來表示，即GD 2 dnTemTL375 dt一個實際的電力拖動系統(tǒng)往往是多軸的，因此需要把傳動機構(gòu)、工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩、力、飛輪矩和質(zhì)量折算到電動機軸上，電動機和生產(chǎn)機械就成為同軸聯(lián)接的系統(tǒng)，有著同樣的轉(zhuǎn)速 。nf (Tem ) 的方程式或曲線稱為電動機的機械特性， nf (TL ) 的方程式或曲線則稱為負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。利用電動機的機械特性和負(fù)載的機械特性，可以清楚地分析電力拖動系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)。思 考 題1 如何從電力拖動運動方程式判斷系統(tǒng)是處于加速、減速 、穩(wěn)速運行狀態(tài) ？2 已知某電動機的機械特性如圖2 16 中曲線1 所示 ，請問該電機分