电力行业--直流电动机的电力拖动(PPT 49页)

来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载第2章直流电动机的电力拖动§2.1电力拖动系统的运动方程式和负载的转矩特性§2.2他励直流电动机的机械特性§2.3他励直流电动机的起动§2.4他励直流电动机的制动§2.5他励直流电动机的调速来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.1§2.1.1电力拖动系统的运动方程式§2.1.2负载的转矩特性来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.1.1电力拖动系统的运动方程式在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要使用各种各样的生产机械。各种生产机械的运转，一般采用电动机来拖动，这种用电动机作为原动机来拖动生产机械运行的系统，称为电力拖动系统。电力拖动系统的组成：电源、控制设备、电动机、传动和工作机构。一、运动方程式1、单轴系统emLdTTJdtMemTnLTU来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载2、实用表达式通常将转动惯量J用飞轮矩GD2来表示，它们之间的关系为J=mp式中m与G－转动部分的质量与重量；p与D－惯性半径与直径（m）；g=9.81m/s2－重力加速度；再将机械角速度用转速n表示可得：2375nemLtdGDTTd来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载3、系统旋转运动的三种状态1)当或时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态。LemTT0dtdn2)当或时,系统处于加速运行状态，即处于动态。LemTT0dtdn3)当或时,系统处于减速运行状态，即处于动态。LemTT0dtdn来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载二、运动方程式中转矩正、负号的规定首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后规定：（1）电磁转矩与转速的正方向相同时为正，相反时为负。emTn（2）负载转矩与转速的正方向相同时为负，相反时为正。LTnemTLT(3)惯性转矩的大小和正负号由和的代数和决定。dtdnGD2375来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.1.2负载的转矩特性负载转矩特性：负载转矩TL与转速n的关系用曲线表示称为生产机械的负载转矩特性。一、恒转距负载特性所谓恒转距负载特性，是指生产机械的负载转矩TL的大小与转速n无关的特性，即无论转速怎样变化，负载转矩的大小都保持不变。根据负载转矩的方向是否与转向有关，恒转矩负载又分为反抗性恒转距负载特性和位能性恒转矩负载特性。来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载1．反抗性恒转距负载特性特点：TL的大小恒定不变，方向总是与运动方向相反。负载转矩特性在第一和第三象限，如图2.1所示，例如金属的压延，机床的平移机构等。TLn来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载TLn2、位能性恒转矩负载特性特点：TL的大小和方向均与转速无关，不随机变化。其负载转矩特性在第一和第四象限，如图所示，例如重物的提升与下放等。来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载二、恒功率负载特性特点：TL的大小基本上与转速n成反比，即负载功率为常数，故称恒功率负载特性。如图所示，是一条双曲线。切削机床属于此类。TLn来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载三、泵与风机类负载特性特点：TL的大小基本上与转速n的平方成正比。其特性如图所示，在第一，三象限，是一条抛物线。例如风机、水泵、油泵等。TLn理想的通风机特性实际通风机特性TL0实际生产机械的负载转矩特性可能是以上几种典型特性的综合。来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.2§2.2.1机械特性的表达式§2.2.2固有机械特性和人为机械特性§2.2.3机械特性的求取§2.2.4电力拖动系统稳定运行条件来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.2.1机械特性的表达式机械特性：电动机处于稳定运行状态时，电动机的电磁转矩Tem与转速n的关系曲线称为电动机的机械特性。（Tem与n都是机械量）TnCCRCUICRCUCRIUCEnTeeaeeeaea02其中：eCUn0称为理想空载转速2TeCCR称为机械特倾性的斜率，大小反映软特性与硬特性TCCRTnTe2称为负载时的转速降来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载机械特性曲线：当U、R、为常数时，为一条向下倾斜的直线。电枢反应对机械特性的影响，可能使特性在T较大时上翘，如图所示。机械特性的硬度:越大，特性越陡，称为软特性；越小，特性越平，称为硬特性；表明机械特性曲线的下垂程度。来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.2.2固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性其方程式为：2aNemeNeTNRUnTCΦCCΦ当时的机械特性称为固有机械特性：aNNRR,ΦΦ,UU来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载二、人为机械特性1、电枢串电阻时的人为机械特性是一族通过理想空载点并具有不同斜率的人为特性。保持不变,只在电枢回路中串入电阻的人为特性NNΦΦ,UUSRemNTeSaNeNTΦCCRRΦCUn20nnaRemTSaRR来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载2、降低电枢电压时的人为机械特性是位于固有特性下方，且与固有特性平行的一组直线。保持不变，只改变电枢电压时的人为特性：NaΦΦ,RR2aemeNeTNRUnTCΦCCΦ0nnNUemT1UNUU101n来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载3、减弱磁通时的人为机械特性保持不变，只改变励磁回路调节电阻的人为特性：NaUU,RRSfR2aNemeeTRUnTCΦCCΦ2Φ02n2kTNΦn0nemTkT01n1Φ1kTNΦΦΦ12来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.2.3机械特性的求取一、固有机械特性的的求取步骤：（1）估算（2）计算（3）计算理想空载点（4）计算额定工作点数据2)3221(NNNNaIPIURaRNaNNNNNenRIUnECNNeNNTNICICT55.9NNeNNTNICICT55.9来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载二、人为机械特性的的求取在固有机械特性方程的基础上，根据人为特性所对应的参数或或变化，重新计算和，然后得到人为机械特性方程式。em0βTnnSRUΦ0nβ来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.2.4电力拖动系统稳定运行条件一、稳定运行的概念电力拖动系统在某种扰动作用下，离开原来的平衡状态，但仍能在新的条件下达到平衡状态，或者在扰动消失后仍能自动恢复原平衡状态，则该系统是稳定的。二、稳定运行的条件（1）必要条件：电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点，即存在Tem=TL(2)充分条件：在交点的转速以上存在Tem＜TL，而在交点的转速以下存在Tem＞TL来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载不稳定运行nAemTLTAn0nBemTLTBn0稳定运行来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.3§2.3.1电枢回路串电阻起动§2.3.2降压起动来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载起动过程：电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。起动转矩Tst：电动机起动瞬间的电磁转矩。起动电流Ist：起动瞬间的电枢电流。一、一般直流电机不允许直接起动从公式可以看出直接起动电流很大，能够达到10-20倍的额定电流。这将引起严重的后果。应设法限制电枢电流的不超过额定电流的1.5~2倍。二、解决方法1、对直流电机起动的要求：足够大的Tst，Ist要限制在一定的范围内，起动设备要简单可靠。2、限制Ist的方法：电枢回路串电阻起动，降低电枢电压起动。无论哪种方法都应保证电动机的磁通达到最大值。来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.3.1电枢回路串电阻起动一、起动过程MaRS1SU1stR2stR3stR2S3S331RRRRRst2ststaLLIT2IT21IT1ITem0nabn1aRNngh3n11astRRRITemef3122aststRRRR1ncd2来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载二、起动电阻的计算在已知起动电流比β和电枢电阻前提下，经推导可得各级串联电阻为:12231211111stma1mstmstaststastastβRRβ)(βRβRRβ)(βRβRβR)(βRR)(βR来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载计算各级起动电阻的步骤：（1）求Ra（2）根据过载倍数求T1,I1(3)选取m（4）计算（5）求检验是否满足T2≥(1.1—1.3)TL，若不满足，另选T1或m值，直到满足条件。三、三点起动器（简单了解）人工手动办法起动12TT来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.3.2降压起动当直流电源电压可调时可采用降压起动方法。发展：过去可调的直流电源采用直流的发电机-电动机组，现在多用晶闸管整流电源代替。优点：起动平稳，起动过程中能量损耗小。来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.4§2.4.1能耗制动§2.4.2反接制动§2.4.3回馈制动§2.4.4直流电动机的反转来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载制动的概念：从某一稳定转速开始减速到停止或限制位能负载下降速度的一种运行过程。电机的两种运行状态：制动状态：电磁转矩Tem的方向与转速n的方向相反。电动状态：电磁转矩Tem的方向与转速n的方向相同。制动的方式有三种：能耗制动、反接制动、回馈制动。来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.4.1能耗制动1、实现能耗制动的方法将电枢从电源上断开，通过制动电阻RB闭合。电枢电流Ia变为由Ea产生，与原来方向相反，电磁转矩随之反向，Tem与n反向，进入制动状态，制动过程中，电动机靠系统的动能发电，消耗在电枢回路的电阻上，故称为能耗制动。制动BRaBIemBTU电动MaEaInemTfIS来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载2、能耗制动时的机械特性从机械特性曲线看制动过程（A、B、C、三点）Bn0naRA0LTemTBaRRCB来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载4、选择RB的原则因为所以5、能耗制动的优点max(22.5)aaBNaBEIIIRR(22.5)aBaNERRI来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.4.2反接制动一、电压反接制动1、实现方法如图所示，使k断开、F闭合，使电枢电源反接的同时串入一个制动电阻RB,这时由于U反向,反向的电枢电流很大，产生很大的反向Tem，从而产生很强的制动作用，进入制动状态。2、制动电阻U电动MaEaInemTfIS制动BRaBIemBT来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载3、机械特性4、从机械特性曲线看制动过程5、功率关系6、优点设备简单，操作方便。BaRRCBn0naRA0LTemTLT0nD02aBNememeNeTNRRUnTnβTCΦCCΦ来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载一、倒拉反转反接制动（只适用于位能性恒转矩负载）1、实现方法他励电动机拖动位能性负载，电枢回路串入较大电阻，使n=0时的电磁转矩（起动转矩）小于负载转矩TL。BaRRCBn0naRA0LTemTBTDKT2、机械特性方程：0aB0L2eTNRRnnTCCΦ来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载3、从机械特性曲线看制动过程4、功率关系5、适用场合设备简单，操作方便，适用于低速匀速下放重物。这种反转制动主要是位能负载的倒拉作用，因此得名。来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§2.4.3回馈制动1、实现方法他励直流电动机在电