电气传动与调速系统

电气传动与调速系统12019/8/7~开放远程课堂~电气传动与调速系统主讲：邓肖粤[e-mail]：446546946Tel：[phone]浙江广播电视大学2019年8月电气传动与调速系统22019/8/7绪论1.电能在国民经济中的应用2.电能的广泛应用和电机有着紧密的关系3.电气传动系统是以电动机作为原动机驱动生产机械的系统4.电气传动系统的发展5.电气传动与调速系统的分类和特点6.本课程的性质、内容及任务7.课程的导学电气传动与调速系统32019/8/7绪论1.电能在国民经济中的应用电能与其它能源相比具有的优点：宜大量生产、集中管理、远距离传输、自动控制，并且更环保。机械能电能远距离传送发电机机械能生产机械电动机2.电能的广泛应用和电机有着紧密的关系电气传动与调速系统42019/8/7绪论3.电气传动系统是以电动机作为原动机驱动生产机械的系统。通过对电动机的控制，实现生产机械的起动、停止、速度调节等功能。生产机械电动机UfTMωTL电气传动系统的主要特征功率范围极大：几毫瓦10-3至几百兆瓦108调速范围极宽：每分钟几转至每分钟几十万转使用范围极广：适用于各种负载电气传动与调速系统52019/8/7绪论4.电气传动系统的发展1）继电器-接触器控制：20世纪50年代；2）电子控制：电力电子器件发明后，出现了模拟控制和数字控制；3）计算机控制：以微处理器为核心的数字控制已成为现代电气控制系统中控制器的主要形式。电气传动与调速系统62019/8/7绪论电气传动调速系统的发展得益于电力电子技术的进步和发展。电力电子元件的发展：1957年晶闸管(SCR)第一代整流器时代1980年大功晶体管(GTR)可关断晶闸管(GTO)第二代逆变器时代1990年绝缘栅双极型晶体管(IGBT)电力场效应管(P-MOSFET)第三代变频时代现在我们正步入智能化时代……电气传动与调速系统72019/8/7绪论5.电气传动与调速系统的分类和特点直流电动机：调速性能和转矩控制性能好。但有电刷换向器，工艺复杂、成本高、维护麻烦、单机容量和转速受限制。交流电动机：结构简单、价格低、运行可靠、维护方便、效率高。但早期其调速性能和转矩控制性能不够理想，大多用于恒速系统。随着新技术的发展，交流电气传动除了性能结构上的优势，在调速性能方面也完全可以和直流系统媲美。电气传动与调速系统82019/8/7绪论6.本课程的性质、内容及任务性质：“电气传动与调速系统”是机械设计制造及自动化专业的一门选修课。内容：动力学基础，直流电动机、交流电动机的各种特性，电动机的选择，常用电力电子开关元件，直流调速控制系统，异步电动机调速控制系统，同步电动机变压变频调速系统。任务：了解电气传动的基本知识，掌握直流、交流电动机以及电力电子开关的工作原理、应用和选择方法，掌握常用的电动机速度控制系统的工作原理、特点、性能及应用。电气传动与调速系统92019/8/7绪论课程导学电气传动系统力学基础直流电动机的传动特性交流电动机的传动特性电动机的选择无换向器电动机调速控制系统常用电力电子开关元件直流调速控制系统交流调速控制系统电气传动与调速系统102019/8/7~电气传动与调速系统~第1章电气传动系统动力学基础主讲：邓肖粤[e-mail]：446546946TEL：[phone]浙江广播电视大学2019年8月电气传动与调速系统112019/8/7第1章电气传动系统动力学基础本章导学通过本课程的学习我们要掌握电气传动系统中的电动机的速度控制的动力学问题。生产机械电动机TMωTL单轴系统转速ω是由TM、TL和J决定的，它们之间的关系可以用旋转系统的牛顿第二定律来表示。电气传动与调速系统122019/8/7第1章导学电气传动系统转速ω是在一定范围内变化的，要解决整个生产过程中的速度问题，必须从负载的机械特性出发，同时要考虑电动机的机械特性与负载的机械特性的关系。生产机械电动机TMωTL电气传动与调速系统132019/8/7第1章导学主要内容1．电气传动系统的动力学方程式；2．几种典型的负载机械特性；3．电气传动系统的稳定运行条件。电气传动与调速系统142019/8/7第1章导学学习重点及教学要求1．掌握电气传动系统的动力学方程式及其含义；2．熟悉电气传动系统稳定运行的条件，熟悉几种典型的负载机械特性。电气传动与调速系统152019/8/71.1电气传动系统的动力学方程式单轴电气传动的动力学方程式为：dtdJTTLMω-生产机械电动机TMωTL•工程计算用n代替ω、GD2代替J，有：22221GDn,Gmg,JmmD6044g2MLGDdnTT375dt电气传动与调速系统162019/8/71.1电气传动系统的动力学方程式TM-TL为动转矩。TM-TL=0系统处于恒转速运行的稳态；TM-TL0系统处于加速运行过程；TM-TL0系统处于减速运行过程。TM(+)n(+)TL(+)轴端图电气传动与调速系统172019/8/71.3负载的机械特性典型的负载机械特性有：恒转矩型机械特性；离心式通风机型机械特性；恒功率型机械特性；直线型机械特性。电气传动与调速系统182019/8/71.3.1恒转矩型机械特性生产机械的负载转矩与转速无关的特性1.反抗性恒转矩机械特性nTLnTL负载转矩由摩擦力产生，其特点：大小恒定（与n无关）；作用方向与运动方向相反。TLn0电气传动与调速系统192019/8/71.3.1恒转矩型机械特性2.位能性恒转矩机械特性nTLTLn0提升时：n0,TL0制动转矩下放时：n0,TL0拖动转矩TLn0TT考虑损耗ΔT电气传动与调速系统202019/8/71.3.2离心式通风型机械特性负载转矩的大小基本与转速的平方成正比，既TL=Cn2又称泵类负载机械特性。TLn12TL00考虑轴上的摩擦转矩，实际通风机的机械特性应为：TL=TL0+Cn2如虚线所示。电气传动与调速系统212019/8/71.3.3恒功率型机械特性负载转矩的大小基本上与转速成反比，既TL=K/n负载功率：TLn02LLL2nPTT60TnK9.559.55常电气传动与调速系统222019/8/71.3.4直线型机械特性负载转矩与转速成正比地增大TLn0电气传动与调速系统232019/8/72.3.2电力拖动系统稳定运行的条件生产机械电动机TnTLdtdn375GDTT2L-系统稳定运行的必要条件：n不变，T=TL但不充分。电动机轴的T与n关系就是电动机的机械特性。Tn0TLn0A负载转矩特性电动机机械特性电气传动与调速系统242019/8/72.3.2电力拖动系统稳定运行的条件当有干扰时，系统能否稳定？当干扰消失后，能否回到原来的稳定状态？TBTA'TCBTn0n0ATAA'C电气传动与调速系统252019/8/72.3.2电力拖动系统稳定运行的条件系统不稳定举例TBTATn0An0B电气传动与调速系统262019/8/72.3.2电力拖动系统稳定运行的条件稳定系统与不稳定系统比较dndTdndTTTTTLLL处：在Tn0n0TLTLTn0n0dT/dn0,dTL/dn0,dT/dndTL/dn。dT/dn0,dTL/dn＝0,dT/dndTL/dn系统稳定运行的充分必要条件