浅谈直流电动机的电力拖动

金昭 张可菊* 沈阳工学院信息与控制学院

在生活中各类机械的原动力基本上都是电动机，在电动机没有问世时大多数的原动力都是由风、水力及其它作为动力源的。但是随着电力的发展也使得电动机发展呈现出勃勃生机，并且随着社会的发展对于电动机的需求也尽不相同，对于电动机的电力拖动系统人们也在不断的深入研究提高其效率。

1.电力拖动系统组成

在生产制造工业中用电动机来提供原动机的力矩时且完成拖动各类生产机械的要求则称为电力拖动系统。电动机是通过电能将其转换为机械能然后再通过直接的或间接的传动机构驱动生产机器进行工作，传动机构是变向的能量转换在一些情况下不需要电动机的参与直接可以驱动生产机械。生产机械在电力拖动系统中是被控对象，来完成某一执行任务的。控制设备的主要组成是由各种控制元器件组成且重要功能用来控制电机实现对生产机械的控制。整个电力拖动系统中要想使设备运行必须提供电源，从而使该系统运作。在日常生活中最常见的电力拖动系统可以是洗衣机、空调等等，比较复杂的如电梯、传送带等等。

2.电力拖动系统的运动方程式

电力拖动系统中所用的电动机种类非常的多、生产机械的应用范围也不同，为了更好的研究电动机运动规律需要找到它们的共性加以综合分析。为了方便研究电力拖动系统可以用动力学的运动方程来描述，这样可以使电力拖动系统数字化、参数化并建立运动方程模型进行研究。

在实际问题中将电力拖动系统中的电动机输出轴直接拖动生产负载运作的系统称其为单轴电力拖动系统。为了研究方便系统的运动状态可以由电力拖动系统的运动方程进行表述，原动机转轴各种动作上的状态影响着系统的运动状态。电动机的电磁转矩通常与轴承转速同方向这种表现为驱动性质的转矩，对于生产机械的工作机构转矩而言就是表现出负载转矩通常特性为制动。根据牛顿第二定律可知，电力拖动系统在工作时的运动方程式如下：

式中：j为拖动系统在运动的转动惯量，单位为kg.m2；Ω为单轴电力拖动系统的直轴在旋转的角速度，单位为rad/s；jdΩ/dt为单轴电力拖动系统的惯性转矩，单位为N.m。在实际应用问题中，为了方便理解将转速代替角速度来表示单轴电力拖动系统的转动速度，用有一定质量物体的转动惯量来表示电力拖动系统的机械惯性。则关系式如下：

n为转速，单位为r/min；G为物体的重量，单位为N；g为重力加速度，g取9.8m/s2。经过推导最后可以得到如下实用型式：

式中：分子为旋转体的飞轮距离，单位为N.m2。对于数字375具有加速度量纲根据实际测出取值，系统的旋转可以分为三种状态：

a当Tem=Tl时，系统处于静止或恒转速运行状态则称其为稳态；

b当Tem＞Tl时，系统是处于加速运行状态的则称其为正动态过程；

c当Tem＜Tl时，系统是处于减速运行状态的则称其为负动态过程；

在运动方程式中转矩的正、负号不是随意的取定，一般来说转矩的正、负号是有一定的遵守原则电力拖动系统中随着生产机械负载类型和面对实际工作情况状况的不同。都将会影响着正在运行的电动机运行状态，也就是作用在电动机转轴上的电磁转矩而产生的拖动转矩和对于负载时的负载转矩的大小与方向都在发生变化。在电力拖动系统中运动方程必须注意转矩的正、负号，要想明确的分清正负号则一定要选定电动机在运作时的旋转方向：

电磁转矩与转速在同方向时为正、反方向为负，负载转矩与转速若也在同方向时为正、反方向为负，惯性转矩的大小、正负号不单是由一个变量判定是由多个量同时判定的。

3.负载的转矩特性

在电力拖动系统中由运动方程可知系统的运行状态取决于电动机时刻运行的状态和面对实际负载的类型，在判定负载运动状态时一定要知道变量之间的关系如何影响其状态，生产机械种类虽然很多但可以大致的分为以下几类：

对于生产机械的负载转矩不论大小且转速快慢都无关的转矩称为恒转矩负载特性，但是由于负载转矩的方向与转速大小依然有联系并影响着，又可以分为两个小类。一个是负载转矩在运动方向上与转速方向相反且负载转矩大小一直为恒定值，称为反抗性恒转矩负载。另一个为不论是负载转矩大小还是负载转矩的方向都是一个固定值，称为位能性恒转矩负载。某些工业生产及日常生活应用中需要一些低速运行且力矩较大的机器，这也就是要求负载转矩与转速保持一致乘积为一常数这也就是恒功率负载特性。

4.结语

为了符合时代的发展电动机也广泛的使用在社会的各个层面，有的需要电力拖动系统的电动机具有较宽的速度调节范围、精度较高的调速能力，并且能满足苛刻的控制要求。直流电动机的电力拖动在社会的发展中承担着重要的角色、并有着重要的经济地位，更是推动社会生产进步的一种传动装置。