第8章直流电动机的电力拖动

LFChun制作大连理工大学电气工程系第8章直流电动机的电力拖动8.2他励直流电动机的起动8.3他励直流电动机的调速8.4他励直流电动机的制动8.5他励电动机在四象限中的运行状态8.6并励直流电动机的电力拖动*8.7串励直流电动机的电力拖动*8.8复励直流电动机的电力拖动8.1他励直流电动机的机械特性第8章直流电动机的电力拖动8.2他励直流电动机的起动8.3他励直流电动机的调速8.4他励直流电动机的制动8.5他励电动机在四象限中的运行状态8.6并励直流电动机的电力拖动*8.7串励直流电动机的电力拖动*8.8复励直流电动机的电力拖动8.1他励直流电动机的机械特性返回主页电机与拖动大连理工大学电气工程系8.1他励直流电动机的机械特性第8章直流电动机的电力拖动n=UaCEΦ－RaCECTΦ2T当Ua、Ra、If=常数时：n=f(T)——机械特性=n0－βT=n0－△n理想空载转速β=dndTRaCECTΦ2=α=1β——机械特性的硬度大连理工大学电气工程系1.固有特性OTnn0Nn=f(T)UaN,IfN,Ra8.1他励直流电动机的机械特性nNTNMnMTMN点：额定状态。M点：临界状态。2.人为特性(1)增加电枢电路电阻时的人为特性n=－TUNCEΦNRa＋RrCECTΦN2OTnn0Ra'Ra＜(Ra＋Rr)→→即机械特性变软。大连理工大学电气工程系(2)降低电枢电压时的人为特性n=UaCEΦN－RaCECTΦN2Tn0n0'Ua↓→n0↓但β、不变→机械特性的硬度不变。8.1他励直流电动机的机械特性OTnUa'Ua＜(3)减小励磁电流时的人为特性n=UNCEΦ－RaCECTΦ2TOTnn0n0'IfIf'＜If→Φ→n0→、→机械特性变软。大连理工大学电气工程系8.1他励直流电动机的机械特性【例8.1.1】一台他励直流电动机，PN=10kW，UaN=220V，IaN=210A，nN=750r/min，求(1)固有特性；(2)固有特性的斜率和硬度。解：(1)固有特性忽略T0，则509.55210==2.426TNIaNCTΦ=2200.254=r/min=866.25r/min602PNnNTN=606.2840×103750=×N·m=509.55N·m260CEΦ=CTΦ6.2860=×2.426=0.254UaNCEΦn0=大连理工大学电气工程系连接n0和N(TN，nN)两点即可得到固有特性。(2)固有特性的斜率和硬度E=CEΦnN8.1他励直流电动机的机械特性UaN－EIaNRa==0.254×750V=190.5V=1RaCECTΦ2=220－190.5210=Ω=0.14Ω0.142.426×0.254==0.22810.228==4.39大连理工大学电气工程系8.2他励直流电动机的起动起动性能①起动电流Ist②起动转矩Tst。直接起动起动瞬间：n=0，E=0，Ist=UaRa对于他励电机=(10~20)IN——换向决不允许!T=Tst=CTΦIst=(10~20)TN1.降低电枢电压起动需要可调直流电源。第8章直流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系OT(Ia)n2.电枢串联电阻起动T1(I1)TL(IL)T2(I2)a1a2(1)起动过程①串联(Rst1+Rst2)起动：R2=Ra＋Rst1＋Rst2起动转矩(电流)：T1(I1)=(1.5~2.0)TN(IaN)②切除Rst2：R1=Ra＋Rst1切换转矩(电流)：T2(I2)=(1.1~1.2)TL(IL)b2b18.2他励直流电动机的起动MIf＋Ua－Ia＋Uf－Rst1Rst2TMba大连理工大学电气工程系OT(Ia)nT1(I1)TL(IL)T2(I2)a1a2b2b1TMba③切除Rst1：R0=Ra8.2他励直流电动机的起动MIf＋Ua－Ia＋Uf－Rst1Rst2起动a1点a2点加速瞬间n不变b1点cc1c2p切除Rst1b2点加速切除Rst2c1点c2点加速p点。加速瞬间n不变大连理工大学电气工程系②起切电流（转矩）比：③求出电枢电路电阻Ra若忽略T0，则P2=Pe=EIa，在额定运行时(2)起动级数未定时的起动电阻的计算①确定起动电流I1和切换电流I2I1(T1)=(1.5~2.0)IaN(TN)I2(T2)=(1.1~1.2)IL(TL)=I1I28.2他励直流电动机的起动Rａ=UaN－EIaN=UaN－IaNPNIaN大连理工大学电气工程系④求出起动时的电枢总电阻Rm⑤确定起动级数mm=RmRalgβlgRm=UaNI18.2他励直流电动机的起动大连理工大学电气工程系nb2=nc1即：Eb2=Ec1UaN－R1I2=UaN－R0I1R1I2=R0I1R1=βR0同理，由na2=nb1可得R2=βR1对于m级起动，有Rm=βmR0⑥重新计算，校验I2是否在规定的范围内=β2R08.2他励直流电动机的起动OT(Ia)nT1(I1)TL(IL)T2(I2)a1a2b2b1bacc1c2p=RmRam大连理工大学电气工程系⑦确定各段总电阻值和各段电阻值各段总电阻值：R1=βR0=βRaR2=βR1=β2RaR3=βR2=β3Ra…Rm=βRm－1=βmRa各段电阻值：Rst1=R1－RaRst2=R2－R1Rst3=R3－R2…Rstm=Rm－Rm－18.2他励直流电动机的起动大连理工大学电气工程系(3)起动级数已定时的起动电阻的计算①选择起动电流I1。②测出或由铭牌数据估算出Ra。③计算Rm。④计算β。⑤计算切换电流I2，并校验之。⑥确定各段总电阻值和各段电阻值。8.2他励直流电动机的起动大连理工大学电气工程系【例8.2.1】一台Z4系列他励直流电动机，PN=200kW，UaN=440V，IaN=497A，nN=1500r/min，Ra=0.076Ω，采用电枢串电阻起动。求起动级数和各级起动电阻。解：(1)选择I1和I2I1=(1.5~2.0)IaN=(745.5~994)AI2=(1.1~1.2)IaN=(546.7~596.4)A取I1=840A，I2=560A。(2)求出起切电流比(3)求出起动时的电枢总电阻Rm840560==1.58.2他励直流电动机的起动=I1I2大连理工大学电气工程系(4)求出起动级数m取m=5。(5)重新计算，校验I2440840=Ω=0.524Ω8.2他励直流电动机的起动Rm=UaNI1m=RmRalgβlg==4.760.5240.076lg1.5lg=RmRam0.5240.076==1.4758401.47=A=571AI2=I1(在规定的范围内)大连理工大学电气工程系(6)求出各段总电阻值和各段电阻值R1=βRaR2=β2RaR3=β3RaR4=β4RaR5=β5RaRst1=R1－RaRst2=R2－R1Rst3=R3－R2Rst4=R4－R3Rst5=R5－R48.2他励直流电动机的起动=1.47×0.076Ω=0.11Ω=1.472×0.076Ω=0.16Ω=1.473×0.076Ω=0.24Ω=1.474×0.076Ω=0.35Ω=1.475×0.076Ω=0.52Ω=(0.11－0.076)Ω=0.034Ω=(0.16－0.11)Ω=0.05Ω=(0.24－0.16)Ω=0.08Ω=(0.35－0.24)Ω=0.11Ω=(0.52－0.35)Ω=0.17Ω大连理工大学电气工程系8.3他励直流电动机的调速n=CEΦUa－RaCECTΦ2TUaRaΦΦ第8章直流电动机的电力拖动1.改变电枢电阻调速OTnMIf＋Ua－Ia＋Uf－RrRaRa＋RrTLbcn0a大连理工大学电气工程系aOTnRaRa＋Rrn0TLTL8.3他励直流电动机的调速bcOTnRaRa＋Rrn0bca①调速方向：在nN以下调节。(Ra+Rr)→n，(Ra+Rr)→n。②调速的稳定性(Ra+Rr)→β→α→δ→稳定性变差。③调速范围：受稳定性影响，D较小。大连理工大学电气工程系④调速的平滑性电枢电路总电阻PCu=RIa2=UaIa－EIa=UaIa(1－E/Ua)=UaIa(1－n/n0)=P1－△PP1=nn0——低速效率低。⑥调速时的允许负载T=CTΦNIaN——恒转矩调速。取决于Ra的调节方式，一般为有级调速。⑤调速的经济性P1=UaIa=EIa＋RIa28.3他励直流电动机的调速大连理工大学电气工程系结论：(1)调速的经济性很差。(2)调速方法简单，控制设备不复杂。(3)一般用于串励或复励直流电动机拖动的电车、炼钢车间的浇铸吊车等生产机械。8.3他励直流电动机的调速大连理工大学电气工程系【例8.3.1】一台他励电动机，PN=4kW，UaN=160V，IaN=34.4A，nN=1450r/min，用它拖动通风机负载运行。现采用改变电枢电路电阻调速。试问要使转速降低至1200r/min，需在电枢电路串联多大的电阻Rr？解：电枢电阻116.311450==0.0802CEΦ=EnN8.3他励直流电动机的调速Ra=UaN－IaNPNIaN=Ω=1.27Ω160－34.4400034.4额定运行时E=UaN－RaIaN=(160－1.27×34.4)V=116.31V大连理工大学电气工程系8.3他励直流电动机的调速CTΦ=9.55CEΦ=9.55×0.0802=0.766602PNnNTN=606.2840001450=×N·m=26.36N·m对于通风机负载T∝n2，当n=1200r/min时n=n0－n=(1995－1200)r/min=795r/min由于nnNT=TN212001450=×26.36N·m=18.05N·m2UaNCEΦn0=1600.0802=r/min=1995r/minRa＋RrCECTΦ2n=T大连理工大学电气工程系由此求得nTRr=CECTΦ2－Ra79518.05=×0.0802×0.766－1.27Ω=1.436Ω8.3他励直流电动机的调速大连理工大学电气工程系2.改变电枢电压调速8.3他励直流电动机的调速OTnUa'UaTLbcn0'n0a①调速方向：在UN（或nN）以下调节。Ua→n，Ua→n。②调速的平滑性：连续调节Ua，可实现无级调速。③调速的稳定性：改变Ua④调速范围：D不大（D≤8）。⑤调速的经济性：需要专用直流电源。⑥调速时的允许负载:T=CTΦNIaN→、不变，但→稳定性变差。——恒转矩调速。大连理工大学电气工程系【例8.3.2】例8.3.1中的他励电动机，拖动恒转矩负载运行，TL=TN。现采用改变电枢电压调速。试问要使转速降低至1000r/min，电枢电压应降低到多少？解：已知Ra=1.27Ω，CEΦ=0.0802，CTΦ=0.766，TN=26.36N·m。8.3他励直流电动机的调速=544.94r/minn0=n＋n=(1000＋544.94)r/min=1544.94r/minUa=CEΦn0=0.0802×1544.94V=123.9VRaCECTΦ2n=T1.270.0802×0.766=×26.36r/min大连理工大学电气工程系3.改变励磁电流调速TLn不能跃变E=CEΦn8.3他励直流电动机的调速＞OTnΦ2Φ1bcan0'n0If→ΦE→Ia→T→n→E下降至某一最小值后回升→Ia和T上升至某一最大值后下降→T=TL，n=nc。①调速方向在nN以上（IfN以下）调节。②调速的平滑性连续调节Uf（或Rf）可实现无级调速。大连理工大学电气工程系③调速的稳定性Φ④调速范围受机械强度（nmax）的限制，D不大。普通M：D=2，特殊设计的M：D=4。⑤调速的经济性调节Rf比较经济；调节Uf则需要专用直流电源。⑥调速时的允许负载Φ→T，n，→n，n0→不变，稳定性好。P基本不变，为恒功率调速。8.3他励直流电动机的调速大连理工大学电气工程系应用不经常逆转的重型机床。如：国产C660、C670等机床，重型龙门刨床的主传动在高速区