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第二章直流电动机的电力拖动修改

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第二章 直流电动机的电力拖动 第二章 直流电动 机的电力拖动 拖动第二章直流电动机的电力拖动 第二章直流电动机的电力拖动 第二章 直流电机的电力拖动 第二章 直流电动机拖动 第二章 直流电动机
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第二章 直流电动机的电力拖动 第一节 他励直流电动机的机械特性 第二节 电力拖动系统稳定运行的条件 第三节 他励直流电动机的起动 第四节 直流电动机电力拖动系统的过渡过程 第五节 他励直流电动机的制动 第六节 他励直流电动机的调速 第七节 串励直流电动机的电力拖 动 第一节 他励直流电动机的机械特性 机械特性: n=f (T). 他励直流电动机的机械特性是指在电枢电 压、励磁电流、电枢总电阻均为常数的条件下 ,电动机的转速 n 与电磁转矩T的关系曲线: n=f(T)。 一、机械特性方程式 忽略电枢反应时,根据图中给出的正方向,可 列出电枢回路的电压平衡方程式 他励直流电动机拖动系统 由电机学知,电动机产生的电磁转矩及电枢 电动势分别为: 联解上述方程,整理后可得 式中: ——电枢电阻; ——电枢回路外串电阻; ——电动势常数; ——转矩常数; 当 、及 都保持为常数时,上式表 示的就是 n 与 T 之间的函数关系,即他励直流电 动机的机械特性方程式。 可以把式(2-1)写成如下形式 式中: ——理想空载转速, ; ——机械特性的斜率, 他励直流电动机的机械特性 ′ A点:理想空载点 B点:堵转点 实际空载转速 为: 0n¢ 二、固有机械特性 电动机本身固有的特性称为固有机械特性。 它应具备的条件是: Ø电源电压 Ø电枢所串电阻 Ø励磁磁通 即得固有机械特性方程式: 固有机械特性也可表示为: 其中: 额定转速: 额定转速降: 他励直流电动机的固有机械特性 n0 nN ΔnN 三、人为机械特性 1、电枢回路串电阻时的人为机械特性 Ra Ra+Rc1 Ra+RC2 电枢串电阻时的原理图和机械特性 Rc1U1U2U3 3、改变磁通的人为机械特性 减弱磁通时的原理图和机械特性 a)原理图 b)机械特性 n0 n01 Φ1 n02 Φ2 n03 Φ3 ΦN Φ1Φ2Φ3 四、根据电动机的铭牌数据计算和绘制机械特性 理想空载点: 已知: 额定工作点: , Ø 平衡状态:当电动机电磁转矩与负载转矩 满足称该系统达到平衡状态。 第二节电力拖动系统稳定运行的条件 Ø扰动:电网电压的波动;负载的变化。 Ø平衡稳定:是指电力拖动系统原来处于一种平衡运 行状态,在某扰动下离开了原来的平衡状态,在新 的状态下达到了新的平衡,并且在扰动消失后,还 能回到原来的平衡状态。 稳定运行 T A TL A' TL' 当 , 暂时不变, 根据 , 不变, 不变, ,系统减速。 A点: 随着 下降, 增大,当 时, , 系统达到新的平衡 。 当负载扰动消失负载由 ,因此 , , 系统加速。随着 升高, 减小,直到 ,系统回到 原来的平衡状态。因此这个平衡是稳定的, 点称为稳定 运行点。 平衡点 : 当 , ,系统减速。 随着 下降, 相应下降,直到 。 点不是稳定 运行点。 不稳定运行 A TL A' TL' 对于一个电力拖动系统,稳定运行的充要条件是: Ø电机的机械特性与负载转距特性必须有交点,在交 点处 Ø在交点附近应有 稳定运行充分条件的判定 第三节 他励直流电动机的起 动 一、起动过程分析 起动步骤:起动步骤: 1、建立磁场 2、加电枢电压。 直接起动的特点:起动电流大、起动转矩大 因此起动方法有:降压起动和电枢串电阻起动 降低电源电压起动时的接线及机械特性 二、降压起动二、降压起动:: 三、电枢回路串电阻分级起动 1. 起动过程 起动过程电枢串电阻三级起动的接线图及机械特性 (a)接线图 b)机械特性 T1 I1 T2 I2 a g f ed cb Ø 起动开始,串入全部电阻,电枢加额定电压, 段, 起动转矩 ,加速。 Ø 到 点后,合上 ,电枢电流 ,运行点由 ,继续加速。 Ø 到 点后,合上 ,电枢电流由 ,运行点由 ,继续加速。 Ø 到 点后,合上 ,电枢电流由 ,运行 点由 ,继续加速,直到 , ,电机稳 定运行,起动过程结束。 2. 起动电阻的计算 最大电流 的选择: 切换电流 的选择: 或: 起动级数 的选择: =2~4级 各级起动电阻的计算: 以 及 不变为原则 两式相除得: 同理: 令 : 则可得: 于是: 若m为分数,则取相应的较大整数,然 后用此整数代入公式计算。 可得每级分段电阻值: 第四节 直流电动机电力拖动系统 的过渡过程 过渡过程是指系统从一个稳定工作状态过渡到 另一个稳定工作状态的过程 一、他励直流电动机过渡过程的数学分析 略去电磁惯性的影响,只考虑机械惯性对过渡过 程的影响 假设在过渡过程中: Ø 电源电压U恒定不变; Ø 磁通Φ恒定不变; Ø 负载转矩TL保持常数不变 1、转速n的变化规律 n=f(t) 机械特性上A→B的过渡过程 已知电力拖动系统的运动方程式为: 他励电动机的机械方程式为: 即得: 式中: 为稳态点的转速 为机电时间常数,单位为秒 R为电枢回路总电阻 2、转矩T的变化规律 T=f (t ) 整理后得T=f (t )表达式为: 3、电枢电流Ia的变化规律 Ia =f (t ) 整理后得Ia=f(t )表达式为: (a)n=f(t) (b)T=f (t ) (c)I=f (t ) 过渡过程曲线 二、他励直流电动机起动的过渡过程 起动过渡过程数学表达式 他励直流电动机直接起动过渡过程 三、过渡过程时间的计算 理论上t=∞,实际上t=(3~4)Tm Ø若已知T=f(t)及X点的转距Tx Ø若已知I=f(t)及X点的电流Ix 四、Tm的物理意义 Tm决定过渡过程时间的长短 电机从起动开始,一直以最大加速度上升,则达到稳 态转速nA所需的时间就是Tm ,这就是Tm的物理意义。 机电时间常数的物理意义 减小Tm的主要方法是减小系统的总飞轮距GD2 五、减少过渡过程时间的方法 减少过渡过程时间的方法有二: 1. 减小机电时间常数Tm Ø 选用专门设计制造的小惯量电动机,其特点是 电枢细长,GD2小; Ø 采用双电动机拖动 2. 改善起动电流的波形 理想起动时电流、转速曲线 第五节 他励直流电动机的制 动 Ø所谓制动,就是使拖动系统从某一稳定转速很快减 速停车,或是为了限制电动机转速的升高,使其在 某一转速下稳定运行,以确保设备和人身安全。 ØØ 电气制动方法:电气制动方法:能耗制动、反接制动和回馈制动。 一、能耗制动 1、制动原理 Ø制动的方法:机械制动;电气制动;自由停车。 能耗制动过程 (a) 原理图 b) 机械特性 稳定点: A点 制动后,工作点: 产生制动转矩, 当 时, ,制动过程结束。 2、机械特性及制动电阻的计算 机械特性的方程式: 而: 故: 制动电阻: 式中: 制动开始时电动机的电枢电动势; 制动开始时最大允许电流,应带入负值 3、能量关系: 4、能耗制动运行 能耗制动过程的功率流程图 二、反接制动 1、转速反向的反接制动 转速反向的反接制动线路图及机械特性 (a) 原理图 (b) 机械特性 (1) 制动原理: 二、反接制动 Ø提升重物 稳定点: 点 要制动,电枢串 , 来不及变化 工作点由 减小 沿 特性减速,到 点, 。 Ø 点, ,在位能负载 拖动下反转。 随 的增大而增大。 Ø 点, ,电机以恒定的转速 下放重物。 点稳定运行须具备两个条件: 1、 要大 2、要有位能性负载倒拉 (2) 机械特性: (3) 能量关系: 而: 故: 2、电压反接的反接制动 电压反接制动的原理图及机械特性 (a) 原理图 b) 机械特性 (1)制动原理: (3)能量关系 (2)机械特性及制动电阻的计算 与转速反向的反接制动相同 (4)C点之后的情况 ØC点停车,切断电源,施 以机械抱闸 Ø若为反抗性负载,反向 加速到 点,反向电动 运行。 Ø若为位能性负载,继续 加速到 点,回馈制动 状态。 三、回馈制动 满足2个条件: Ø制动状态,即转矩与转速反向 Ø向电源回馈能量,即 回馈制动有2种: Ø正向回馈制动 Ø反向回馈制动。 (1)制动原理 (2)机械特性 1、正向回馈制动 (3)能量关系 2、反向回馈制动 (1)制动原理 (2)机械特性 (3)能量关系 与正向回馈制动时相同 注:反向回馈制动仅仅在下放轻的物体或空载时才采用 第六节 他励直流电动机的调速 一、调速指标 1. 调速范围 2. 调速的静差率 3. 调速的平滑性 4. 调速的经济性 5. 调速时的容许输出 二、调速的方法 1、电枢回路串电阻调速; 电枢串电阻调速时的机械特性 2、降低电源电压调速; 降低电源电压时的机械特性 A nA B nB C nC D nD 3、减弱磁通调速: 弱磁调速时机械特性 B nB A nA 三、调速时电动机的允许输出与调速方 式的选择 Ø电机能否正常的长期运行,取决于它的电枢电流 ,其值不允许长期超过额定电流; Ø转矩和电流大小完全取决于负载。 (a) (b) (c) (d) 调速方式与负载的配合 第七节 串励直流电动机的电力拖 动 Ø 励磁绕组与电枢绕组串联 Ø 励磁电流与电枢电流相等 Ø 磁通Φ是电枢电流的函数 特点: 一、串励直流电动机的机械特 性 串励直流电动机的电路图 串励直流电动机磁化曲线 磁通Φ与电枢电流的关系:磁通不饱和时,两者呈 线性关系: 磁通饱和时,认为 为常数 设回路总电阻: 电压方程式: 磁路不饱和 : 机械特性: 其中: 当磁路不饱和时,转速与电流是双曲线关系。 上式也可写成: 串励直流电动机的机械特性 串励直流电动机机械特性的特点: Ø非线性软特性; Ø不允许轻载或空载运行; Ø过载能力强,起动性能好。 Ø 改变电源电压的极性不能改变T 的方向。带反抗 性负载时,需将电枢绕组通过电刷引出的两根出 线头的位置互换。 二、串励直流电动机的起动调速 起动办法:串电阻起动; 起动电阻的计算:图解法。 调速方法:Ø电枢回路中串电阻; Ø降低电枢电压; Ø励磁回路并联分路电阻 串励直流电动机的人为机械特性曲线 (a)电枢回路串电阻的人为机械特性 (b) 降低电源电压和并分路电阻的人为特性 三、串励直流电动机的制动 串励直流电动机的理想空载转速为无穷大,所以 它不可能有回馈制动运转状态,只能进行能耗制动和 反接制动。 1、能耗制动 其能耗制动可采用两种方式: 自励式和他励式 自励式能耗制动主要用于事故制动; 他励式能耗制动效果好,应用较广泛。 2、反接制动 其反接制动也有两种: Ø转速反向的反接制动 Ø电压反接的反接制动
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