大学考研-电动与拖动课件-第8章直流电机的电力拖动

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电机与拖动返回主页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－γT=n0－△n理想空载转速γ=dndTRaCECTΦ2=α=1γ——机械特性的硬度大连理工大学电气工程系一、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。二、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)→γ→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γ、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→γ、→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=1γRaCECTΦ2γ=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)TN一、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第8章直流电动机的电力拖动二、增加电枢电阻起动1.无级起动起动时起动变阻器由最大电阻调至零。起动变阻器的最大电阻RST=UaIST－RaRa的估算公式Rａ=UaN－IaNPNIaN大连理工大学电气工程系OT(Ia)nT1(I1)TL(IL)T2(I2)a1a2(1)起动过程①串联(RST1+RST2)起动：Ra2=Ra＋RST1＋RST2起动转矩(电流)：T1(I1)=(1.5~2.0)TN(IaN)②切除RST2：Ra1=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If＋Ua－Ia＋Uf－RST1RST2TMba2.有级起动Q1Q2M大连理工大学电气工程系OT(Ia)nT1(I1)TL(IL)T2(I2)a1a2b2b1TMba③切除RST1：Ra0=Ra8.2他励直流电动机的起动If＋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Q1Q2M大连理工大学电气工程系②求出起切电流（转矩）比：③确定起动级数m(2)起动电阻的计算①选择起动电流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m=RamRalgβlgUaNRaI1lgβlg=大连理工大学电气工程系④重新计算，校验I2是否在规定的范围内8.2他励直流电动机的起动=RamRamUaNRaI1m=公式推导:nb2=nc1即：Eb2=Ec1UaN－Ra1I2=UaN－Ra0I1Ra1I2=Ra0I1Ra1=βRa0同理，由na2=nb1可得Ra2=βRa1对于m级起动，有Ram=βmRa0=β2Ra0OT(Ia)nT1(I1)TL(IL)T2(I2)a1a2b2b1bacc1c2p大连理工大学电气工程系8.2他励直流电动机的起动⑤求出各级起动电阻。RSTi=(βiβi–1)Rai=1,2,,m…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)求出起动级数840560==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取m=5。(4)重新计算，校验I2440840=Ω=0.524Ω8.2他励直流电动机的起动Ram=UaNI1m=RamRalgβlg==4.760.5240.076lg1.5lg=RamRam0.5240.076==1.4758401.47=A=571AI2=I1(在规定的范围内)大连理工大学电气工程系(5)求出各段总电阻值和各段电阻值RST1=(β－1)Ra=(1.47－1)×0.076Ω=0.0357ΩRST2=(β2－β)Ra=(1.472－1.47)×0.076Ω=0.0525ΩRST3=(β3－β2)Ra=(1.473－1.472)×0.076Ω=0.0772ΩRST4=(β4－β3)Ra=(1.474－1.473)×0.076Ω=0.1135ΩRST5=(β5－β4)Ra=(1.475－1.474)×0.076Ω=0.1668Ω8.2他励直流电动机的起动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一、改变电枢电阻调速OTnRaRa＋RrTLbcn0aIf＋Ua－Ia＋Uf－RrM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＋Rrn0bca(1)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(1)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Ua(4)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大连理工大学电气工程系二、改变电枢电压调速8.3他励直流电动机的调速OTnUa'UaTLbcn0'n0a→、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三、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的调速。调压调速与调励磁电流调速配合，可扩大D，实现双向调速。8.3他励直流电动机的调速大连理工大学电气工程系【例8.3.3】例8.3.1中的他励电动机，拖动恒功率负载运行，现采用改变励磁电流调速。试问要使转速增加至1800r/min，CEΦ应等于多少？解：已知Ra=1.27Ω，TN=26.36N·m。对于恒功率负载T∝1/n，若忽略T0，则8.3他励直流电动机的调速将已知数据代入机械特性方程，得整理，得180