電機(jī)功率轉(zhuǎn)矩計(jì)算

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電機(jī)學(xué)詳細(xì)介紹 電力拖動(dòng)就是應(yīng)用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以完成一定的生產(chǎn)任務(wù)。 一般情況下，電力拖動(dòng)系統(tǒng)可分為電動(dòng)機(jī)、工作機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備及電源等四個(gè)組成部分，如圖21所示。電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力，用以拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的某工作機(jī)構(gòu)，工作機(jī)構(gòu)是生產(chǎn)機(jī)械為執(zhí)行某一任務(wù)的機(jī)械部分?？刂圃O(shè)備是由各種控制電機(jī)、電器、自動(dòng)化元件及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等組成的，用以控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。為了向電動(dòng)機(jī)及一些電氣控制設(shè)備供電，在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中還設(shè)有電源。 要指出的是，在許多情況下，電動(dòng)機(jī)與工作機(jī)構(gòu)并不同軸，而在二者之間有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過中間變速或變換

2、運(yùn)動(dòng)方式后再傳給生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)。圖21 電力拖動(dòng)系統(tǒng)組成2.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程2.1.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程圖22為一單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須遵循下列基本的運(yùn)動(dòng)方程式。圖22 單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方程式為 （22）式中，為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩()；為負(fù)載轉(zhuǎn)矩( )；為慣性轉(zhuǎn)矩(或稱動(dòng)轉(zhuǎn)矩)，為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可用下式表示 （23）式中，、分別為旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量()與重量()；、分別為轉(zhuǎn)動(dòng)慣性半徑與直徑()；為重力加速度,；的單位為。 需要說明的是，式（22）中忽略了電動(dòng)機(jī)本身的損耗轉(zhuǎn)矩，認(rèn)為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩全部用來拖動(dòng)負(fù)載。這一點(diǎn)將在以后的內(nèi)容詳細(xì)

3、介紹。在實(shí)際計(jì)算中常用式（22）的另一種形式。即將角速度 (的單位為，的單位為)代入式（22）得運(yùn)動(dòng)方程式實(shí)用形式： （24）式中，為飛輪矩()，；系數(shù)是具有加速度量綱的系數(shù)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子及其他轉(zhuǎn)動(dòng)部件的飛輪矩的數(shù)值可由相應(yīng)的產(chǎn)品目錄中查到，但是應(yīng)注意將單位化成國(guó)際單位制（乘以）。電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)可由運(yùn)動(dòng)方程式表示出來。分析式（24）可見（1） 當(dāng)，則常值，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；（2） 當(dāng)，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于加速過渡過程狀態(tài)中；(3) 當(dāng)，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于減速過渡過程狀態(tài)中。 2.1.1 運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)矩的符號(hào)分析 應(yīng)用運(yùn)動(dòng)方程式，通常以電動(dòng)機(jī)軸為研究對(duì)象。由于電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的不同以及生

4、產(chǎn)機(jī)械負(fù)載類型的不同，電動(dòng)機(jī)軸上的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩及負(fù)載轉(zhuǎn)矩不僅大小不同，方向也是變化的。運(yùn)動(dòng)方程式可寫成下列一般形式： （25）式（25）中拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩及負(fù)載轉(zhuǎn)矩前均帶有正負(fù)符號(hào)，并作如下規(guī)定：如設(shè)定電力拖動(dòng)系統(tǒng)的正方向，則拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方向如果與所設(shè)定的正方向相同，前帶正號(hào)，相反時(shí)帶負(fù)號(hào)。在式（25）中，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩前已帶有負(fù)號(hào)，因此其正負(fù)號(hào)的規(guī)定恰與拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩的規(guī)定相反。即當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向與設(shè)定的旋轉(zhuǎn)正方向相同時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩前取負(fù)號(hào)，相反時(shí)則取正號(hào)。本書的計(jì)算中，均規(guī)定電力拖動(dòng)系統(tǒng)的正向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向?yàn)橄到y(tǒng)的正方向。不太通順上面的規(guī)定也可歸納為：拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩與規(guī)定正向相同取正，相反取負(fù)；負(fù)載轉(zhuǎn)矩與規(guī)定正向相同取負(fù)，

5、相反取正。 慣性轉(zhuǎn)矩的大小及正負(fù)符號(hào)由拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩及負(fù)載轉(zhuǎn)矩的代數(shù)和來決定。2.2 復(fù)雜電力拖動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化實(shí)際拖動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)軸常是多根，如圖23（a）所示，圖中采用三個(gè)軸把電動(dòng)機(jī)角速度變成符合于工作機(jī)構(gòu)需要的角速度。在不同的軸上各有其本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及轉(zhuǎn)速，也有相應(yīng)的反映電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩及反映工作機(jī)構(gòu)工作的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。通常只要把電動(dòng)機(jī)軸作為研究對(duì)象即可。因此，需要進(jìn)行折算，即把實(shí)際的拖動(dòng)系統(tǒng)等效為單軸系統(tǒng)。折算的原則是：保持折算前后系統(tǒng)傳送的功率及儲(chǔ)存的動(dòng)能不變。這樣圖23（a）所示的多軸系統(tǒng)就折算為圖23（b）所示的單軸拖動(dòng)系統(tǒng)，分析計(jì)算大為簡(jiǎn)化。如圖23（a）中所示電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，以電動(dòng)機(jī)軸為

6、折算對(duì)象，需要折算的參量為：工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。對(duì)于某些作直線運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)，還必須把進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量及運(yùn)動(dòng)所得克服的阻力折算到電動(dòng)機(jī)軸上去。 （a） （b)圖23 電力拖動(dòng)系統(tǒng)示意圖 （a）傳動(dòng)圖； （b）等效折算圖2.2.1 工作機(jī)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化一、工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩的折算設(shè)一個(gè)兩軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖24所示。折算前工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩為，折算前工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸的角速度為。折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸后工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩為，折算到電動(dòng)機(jī)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24 兩軸系統(tǒng)的折算示意圖若不考慮中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗。按傳送功率不變的原則，應(yīng)有如下的關(guān)系： （27） （

7、28）式中，為電動(dòng)機(jī)軸與工作機(jī)構(gòu)軸間的轉(zhuǎn)速比，。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如系多軸齒輪或帶輪變速，而已知每級(jí)速比為、，則總的轉(zhuǎn)速比為各級(jí)速比的乘積，即 （29） 在一般設(shè)備上，電動(dòng)機(jī)多數(shù)是高轉(zhuǎn)速的，而工作機(jī)構(gòu)軸是低轉(zhuǎn)速的，故；在一些設(shè)備上，如高速離心機(jī)等，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比工作機(jī)構(gòu)軸的轉(zhuǎn)速低，這時(shí)。若考慮中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗，按傳送功率不變的原則，應(yīng)有如下的關(guān)系 （210）式中，為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總效率，等于各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率乘積，即 考慮中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩?fù)p耗為 （211）在圖23所示的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，負(fù)載由電動(dòng)機(jī)拖著轉(zhuǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)性質(zhì)轉(zhuǎn)矩，由電動(dòng)機(jī)負(fù)擔(dān)。二、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪矩的折算 在多軸

8、系統(tǒng)中，必須將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、及工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上，用電動(dòng)機(jī)軸上一個(gè)等效的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(或飛輪矩)來反映整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速不同的各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(或飛輪矩)的影響。各軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)運(yùn)動(dòng)過程的影響直接反映在各軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所儲(chǔ)存的動(dòng)能上，因此折算必須以實(shí)際系統(tǒng)與等效系統(tǒng)儲(chǔ)存動(dòng)能相等為原則。當(dāng)各軸的角速度為、時(shí)，得下列關(guān)系： （212） （213）化成用飛輪矩及 ()表示的形式，考慮到 （214）一般情況下，在系統(tǒng)總的飛輪矩中，占最大比重的是電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪矩，其次是工作機(jī)構(gòu)的上的飛輪矩的折算值，占比重較小的是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各軸上的飛輪矩的折算值。在實(shí)際工作中，為了減少折算的麻煩，往往采用下式

9、估算出系統(tǒng)的總飛輪矩： （215）式中，為電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪矩；為若電動(dòng)機(jī)軸上只有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中第一級(jí)小齒輪時(shí)，若電動(dòng)機(jī)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(dòng)系統(tǒng)中，已知電動(dòng)機(jī)的飛輪矩，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的飛輪矩，工作機(jī)構(gòu)的飛輪矩，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速，忽略電動(dòng)機(jī)空載轉(zhuǎn)矩，求：（1） 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪矩；（2） 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。解：（1）折算到電動(dòng)機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪矩（2）折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩2.2.2 工作機(jī)構(gòu)為直線運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化某些生產(chǎn)機(jī)械具有直線運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)，如起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)，其鋼繩以力吊質(zhì)量為的重物，以速度等速上升或下降，如圖

10、25所示。 圖25 起重機(jī)示意圖另外，如刨床工作臺(tái)帶動(dòng)工件前進(jìn)，以某一切削速度進(jìn)行切削，也是直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的例子。無(wú)論是鋼繩拉力或刨床切削力都將在電動(dòng)機(jī)軸上反映一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，折算原則以傳送功率不變。以圖25為例，介紹折算方法。一、工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩的折算若不考慮傳動(dòng)損耗，折算時(shí)根據(jù)傳送功率不變，可寫出如下關(guān)系式 （216）把電動(dòng)機(jī)角速度換算成轉(zhuǎn)速，則 （217）式中，為工作機(jī)構(gòu)直線作用力()；為重物提升速度()；為力折算為電動(dòng)機(jī)軸上的阻轉(zhuǎn)矩。若考慮傳動(dòng)損耗，折算時(shí)根據(jù)傳送功率不變，可寫出如下關(guān)系式 （218）式中，為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總效率，等于各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率乘積，即 。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)提升重物時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損耗的轉(zhuǎn)

11、矩由電動(dòng)機(jī)承擔(dān)；當(dāng)下放重物時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損耗的轉(zhuǎn)矩由負(fù)載承擔(dān)；提升重物時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率為，下放同一重物時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率為，它們之間的關(guān)系為 （219）下放同一重物時(shí)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 （220）二、工作機(jī)構(gòu)質(zhì)量的折算以圖25為例，重物上升或下放中，在其質(zhì)量中儲(chǔ)存著動(dòng)能。由于重物的直線運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，是整個(gè)系統(tǒng)的一部分，因此必須把速度()的質(zhì)量折算到電動(dòng)機(jī)軸上。用電動(dòng)機(jī)的上的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為的轉(zhuǎn)動(dòng)體與之等效。折算的原則是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及質(zhì)量中儲(chǔ)存的動(dòng)能相等，即 （221）把，代入化簡(jiǎn)可得： （222）例22 圖25所示的起重機(jī)中，已知減速箱的速比，提升重物時(shí)效率，卷筒直徑，空鉤重量，所吊重物，電動(dòng)機(jī)的飛

12、輪矩，當(dāng)提升速度為時(shí)，求（1） 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；（2） 忽略空載轉(zhuǎn)矩時(shí)電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；（3） 以下放該重物時(shí)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。解：（1）電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（2）忽略空載轉(zhuǎn)矩時(shí)電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（3）以下放該重物時(shí)，下放同一重物時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩2.3 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性在運(yùn)動(dòng)方程式中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系稱為負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。負(fù)載轉(zhuǎn)矩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(shí)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(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可歸納為三種類型，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、恒功率負(fù)載特性和風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性。2.3.1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性所謂

13、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，就是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的特性，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，轉(zhuǎn)矩保持常值。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(diǎn)是，恒值轉(zhuǎn)矩總是與運(yùn)動(dòng)方向相反。根據(jù)第二章第一節(jié)中對(duì)正負(fù)符號(hào)的規(guī)定，當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)為正，轉(zhuǎn)矩為反向，應(yīng)取正號(hào)，即為（）；而反轉(zhuǎn)時(shí)為負(fù)，轉(zhuǎn)矩為正向，應(yīng)變?yōu)椋ǎ?；如圖26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(yùn)輸機(jī)、軋鋼機(jī)、機(jī)床的刀架平移和行走機(jī)構(gòu)等由摩擦力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的機(jī)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(dòng)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(diǎn)是轉(zhuǎn)矩具有固定的方向，

14、不隨轉(zhuǎn)速方向改變而改變。如圖27所示，不論重物被提升(為正)或下放(為負(fù))，負(fù)載轉(zhuǎn)矩始終為反方向（）。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。 沒標(biāo) 圖26 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 圖27 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性實(shí)際中的機(jī)床刀架等機(jī)構(gòu)在平移時(shí)，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(dòng)及當(dāng)轉(zhuǎn)速還很低時(shí)，由于潤(rùn)滑油沒有散開，靜摩擦系數(shù)較動(dòng)摩擦系數(shù)大，摩擦阻力較大。另外，當(dāng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，有一些油或風(fēng)的阻力，帶通風(fēng)機(jī)負(fù)載的性質(zhì)，導(dǎo)致在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩會(huì)略見增高?？紤]到這些因素后，機(jī)床平移機(jī)構(gòu)的實(shí)際負(fù)載特性如圖28所示。圖28 機(jī)床平移機(jī)構(gòu)的實(shí)際負(fù)載特性2.3.2 恒功率負(fù)載

15、特性一些機(jī)床，如車床，在粗加工時(shí)，切削量大，切削阻力大，此時(shí)開低速；在精加工時(shí)，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 （222）式中，為常數(shù)；為負(fù)載(切削)功率()?？梢姡?fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速呈反比，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29所示。從圖中可以看出A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的陰影面積與B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的相等。 圖29 恒功率負(fù)載特性 2.3.3 泵類負(fù)載特性風(fēng)機(jī)、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 （222）式中，為比例常數(shù)。 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性如圖210所示。屬于通風(fēng)機(jī)負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械有通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等，

16、其中空氣、水、油等介質(zhì)對(duì)機(jī)器葉片的阻力基本上和轉(zhuǎn)速的平方成正比。 圖210 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性 圖211 實(shí)際風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可能是以上幾種典型特性的綜合。例如，實(shí)際通風(fēng)機(jī)除了主要是通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性外，由于其軸承上還有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩，因而實(shí)際通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性為，如圖211所示。除了上述幾種類型的生產(chǎn)機(jī)城外，還有一些生產(chǎn)機(jī)械具有各自的負(fù)載特性，如帶曲柄連桿機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)機(jī)械，它們的負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)角而變化；而球磨機(jī)，碎石機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩則隨時(shí)間作無(wú)規(guī)律的隨機(jī)變化等等。*2.3.4 電力拖動(dòng)交通車輛的阻力曲線電力拖動(dòng)的交通車輛是另一種典型的電力拖動(dòng)系統(tǒng)。列車的運(yùn)行阻力包括基

17、本阻力和附加阻力。一、基本阻力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(dòng)阻力和滑動(dòng)阻力、車輪與鋼軌的沖擊與震動(dòng)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(yàn)確定對(duì)不同型號(hào)和編組的列車的經(jīng)驗(yàn)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(jì)算式為 （223）式中，為單位基本阻力，即每單位列車重量（）的基本阻力（），表示為()；為列車運(yùn)行速度。當(dāng)已知列車總重的數(shù)以后，不難計(jì)算列車的總基本阻力?；咀枇η€如圖212所示。 圖212 列車基本阻力曲線圖212中，縱坐標(biāo)表示列車運(yùn)行速度，橫坐標(biāo)表示阻力。 二、附加阻力 附加阻力是線路或隧道等原因形成

18、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(jī)車、車輛在坡道上運(yùn)行時(shí)，其重力沿坡道方向的分力引起的；曲線附加阻力是因?yàn)闄C(jī)車、車輛通過曲線時(shí)，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(duì)機(jī)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(wú)論列車運(yùn)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(shí)為正，下坡時(shí)為負(fù)。所以列車在長(zhǎng)大下坡時(shí)的附加阻力可能會(huì)達(dá)到負(fù)值，如圖213 所示。 圖213 長(zhǎng)大下坡時(shí)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212和圖213的阻力合成，可得合成阻力曲線如圖214所示。 圖214 列車的

19、合成阻力曲線 從圖214可以看出，列車阻力可以為負(fù)值。這一阻力特性在城市無(wú)軌電車、城市軌道交通車輛和電力機(jī)車牽引的干線鐵路車輛中常?？梢杂龅健?.4 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行的條件電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)，二是系統(tǒng)受某種外部干擾(如電壓波動(dòng)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等)使轉(zhuǎn)速稍有變化時(shí)，應(yīng)保證在干擾消除后，系統(tǒng)能恢復(fù)到原來的運(yùn)行速度。為保證系統(tǒng)能以一定轉(zhuǎn)速勻速運(yùn)行必要條件是電動(dòng)機(jī)軸上的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反，相互平衡。在坐標(biāo)平面上，這意味著電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線和生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性曲線必須有交點(diǎn)，如圖215所示。圖215 穩(wěn)定工作點(diǎn)的判別 圖中曲線1為異

20、步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，曲線2為電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性(恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載)。兩特性曲線有和兩個(gè)交點(diǎn)，兩個(gè)交點(diǎn)是拖動(dòng)系統(tǒng)的平衡點(diǎn)。負(fù)載的機(jī)械特性曲線與電動(dòng)機(jī)特性存在交點(diǎn)只是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件還不是充分條件。下面判斷點(diǎn)是否是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。先假設(shè)系統(tǒng)在點(diǎn)穩(wěn)速運(yùn)行，此時(shí)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)干擾，例如負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然從增加到時(shí)，使電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即，電機(jī)轉(zhuǎn)速由降為，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩增加到，使得，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從點(diǎn)變?yōu)辄c(diǎn)。當(dāng)干擾消除以后，負(fù)載轉(zhuǎn)矩回到，這時(shí)，轉(zhuǎn)速上升，從電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的段可看出，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩又隨的上升而減小，直至回到最初的穩(wěn)定狀態(tài)，到，系統(tǒng)重在點(diǎn)運(yùn)行?？梢钥闯觯?/p>

21、當(dāng)干擾消除后，系統(tǒng)重新回到原來的運(yùn)行點(diǎn)。所以點(diǎn)是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)，即穩(wěn)定工作點(diǎn)。而穩(wěn)定平衡點(diǎn)的情況不同。當(dāng)系統(tǒng)在點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)干擾時(shí)，例如負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然升高到，電機(jī)轉(zhuǎn)矩必然由上升到，轉(zhuǎn)速由變?yōu)?，電?dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從點(diǎn)變?yōu)辄c(diǎn)。當(dāng)干擾消除以后，轉(zhuǎn)速上升，從電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的段可看出，而又隨的上升而增加，電磁轉(zhuǎn)矩更加大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速還要上升，系統(tǒng)非但不能回到平衡點(diǎn)，而是遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)。顯然點(diǎn)不是穩(wěn)定點(diǎn)。從以上分析可以總結(jié)出：電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件是：(1) 電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線和生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性曲線有交點(diǎn)(即拖動(dòng)系統(tǒng)的平衡點(diǎn))，即； (2) 在平衡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速之上應(yīng)有，而在平衡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速之下，即 （224）小結(jié)本章主要研究電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械之間的關(guān)系問題，具體體現(xiàn)在拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系上，用電力拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程式來表示，即 一個(gè)實(shí)際的電力拖動(dòng)系統(tǒng)往往是多軸的，因此需要把傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩、力、飛輪矩和質(zhì)量折算到電動(dòng)機(jī)軸上，電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械就成為同軸聯(lián)接的系統(tǒng)，有著同樣的轉(zhuǎn)速。的方程式或曲線稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，的方程式或曲線則稱為負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。利用電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載的機(jī)械特性，可以清楚地分析電力拖動(dòng)系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)。思 考 題1 如何從電力拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程式