第二章直流电机的电力拖动.ppt

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1、9-1 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性一、机械特性方程式一、机械特性方程式 在电动机的运行中，转速与转矩之间的关系最为重在电动机的运行中，转速与转矩之间的关系最为重要，我们把它称为机械特性，即要，我们把它称为机械特性，即n=(T)。2021/9/2111固有机械特性固有机械特性 他励直流电动机的固有机械特性是指：在电源电压他励直流电动机的固有机械特性是指：在电源电压U=UN，气隙磁通气隙磁通=N，电枢外串电阻电枢外串电阻R=0时，时，n=(T)的机械特的机械特性，其数学表达式为：性，其数学表达式为：式中式中 称为斜率，称为斜率，nN为额定负载时的转速降。为额定负载时的转速降。二、固有

2、机械特性与人为机械特性二、固有机械特性与人为机械特性2021/9/212他励直流电动机固有机械特性他励直流电动机固有机械特性固有机械特性固有机械特性固有机械特性固有机械特性2021/9/213说明说明说明说明 他励直流电动机固有机械特性是一条过理想空载点（他励直流电动机固有机械特性是一条过理想空载点（n=n0，T=0）斜率很小的硬特性曲线。当空载转矩为斜率很小的硬特性曲线。当空载转矩为T0时，实时，实际空载转速为际空载转速为n0。（2 2）人为机械特性）人为机械特性）人为机械特性）人为机械特性 每台电动机只有一条固有机械特性，当改变电气参数如变每台电动机只有一条固有机械特性，当改变电气参数如变

3、电源电压、或变气隙磁通、或变电枢外串电阻时，所得到电源电压、或变气隙磁通、或变电枢外串电阻时，所得到的机械特性，称为人为机械特性。的机械特性，称为人为机械特性。2021/9/214电枢回路串电阻时的人为机械特性电枢回路串电阻时的人为机械特性2021/9/215说明说明说明说明l式中式中 称为人为特性的斜率，当改变外串电阻称为人为特性的斜率，当改变外串电阻R的大小，可得到的大小，可得到一簇人为特性曲线，如图所示。一簇人为特性曲线，如图所示。特性的特点是：特性的特点是：理想空载点理想空载点n0与固有机械特性的相同；与固有机械特性的相同；斜率斜率随外串电阻随外串电阻R的增大而增大，使特性变软。电枢的

4、增大而增大，使特性变软。电枢回路串电阻时的人为机械特性可用于电机起动和调速。回路串电阻时的人为机械特性可用于电机起动和调速。2021/9/216电枢回路串电阻时的人为机械特性串电阻时的人为机械特性串电阻时的人为机械特性2021/9/217改变电枢电源电压时的人为机械特性改变电枢电源电压时的人为机械特性l改变电枢电源电压时的人为机械特性是指：在气隙磁通改变电枢电源电压时的人为机械特性是指：在气隙磁通=N N，电枢外串电阻电枢外串电阻R R=0=0，改变电枢端电压时，改变电枢端电压时，n=(T)n=(T)的的机械特性，其数学表达式为：机械特性，其数学表达式为：说明说明说明说明l特性的特点是：特性的

5、特点是：l与固有机械特性比斜率与固有机械特性比斜率没变，即特性硬度没变；没变，即特性硬度没变；l特性的理想空载点特性的理想空载点n0随电压的下降而变小，是一簇平行随电压的下降而变小，是一簇平行特性。改变电枢电源电压时的人为机械特性可用于调速。特性。改变电枢电源电压时的人为机械特性可用于调速。2021/9/218改变电枢电源电压时的人为机械特性改变电枢电源电压时的人为机械特性改变电枢电源电压时的人为机械特性2021/9/219减少气隙磁通时的人为机械特性减少气隙磁通时的人为机械特性l减少气隙磁通时的人为机械特性是指：在电源电压减少气隙磁通时的人为机械特性是指：在电源电压U=UN，电枢外串电阻电枢

6、外串电阻R=0，改变气隙磁通改变气隙磁通时，时，n=(T)的机械的机械特性，其数学表达式为：特性，其数学表达式为：l式中气隙磁通式中气隙磁通N。说明说明说明说明l特性的特点是：特性的特点是：l与固有机械特性比斜率与固有机械特性比斜率随磁通随磁通减少而变大，特性变减少而变大，特性变软；软；l特性的理想空载点特性的理想空载点n n0 0随气隙磁通随气隙磁通减少而变大，故特性减少而变大，故特性上移。减少气隙磁通时的人为机械特性也可用于调速。上移。减少气隙磁通时的人为机械特性也可用于调速。2021/9/2110减小气隙磁通时的人为机械特性减小气隙磁通时的人为机械特性减小气隙磁通时的人为机械特性减小气隙

7、磁通时的人为机械特性减小气隙磁通时的人为机械特性减小气隙磁通时的人为机械特性2021/9/2111三、机械特性绘制三、机械特性绘制l直流电动机的固有机械特性可通过实验测得，也可根据铭直流电动机的固有机械特性可通过实验测得，也可根据铭牌数据估算求得。其它各种人为机械特性则可根据固有机牌数据估算求得。其它各种人为机械特性则可根据固有机械特性求得。械特性求得。求理想空载点求理想空载点l由于固有机械特性是一条直线，一般通过求取两个特殊点由于固有机械特性是一条直线，一般通过求取两个特殊点（理想空载点和额定工作点），再将这两点连成直线便可（理想空载点和额定工作点），再将这两点连成直线便可得到固有机械特性。

8、得到固有机械特性。l求理想空载点（求理想空载点（n n0 0，0 0）l计算理想空载转速公式为：计算理想空载转速公式为：式中式中2021/9/2112电枢回路电阻计算电枢回路电阻计算l电枢回路电阻电枢回路电阻R Ra a，可实测或根据经验公式估算。一般直流可实测或根据经验公式估算。一般直流电动机额定运行时的铜损约占总损耗的一半至三分之二，电动机额定运行时的铜损约占总损耗的一半至三分之二，则则R Ra a的估算式为：的估算式为：l根据上述公式可计算出理想空载转速根据上述公式可计算出理想空载转速n n0 0。求额定工作点（求额定工作点（n nN N，T TN N）l根据铭牌数据可得额定转速根据铭牌

9、数据可得额定转速n nN N，而计算电磁转矩公式为：而计算电磁转矩公式为：2021/9/2113四、电力拖动系统稳定运行的条件四、电力拖动系统稳定运行的条件1.1.稳态时电动机电流由负载大小决定稳态时电动机电流由负载大小决定 (1)(1)转矩平衡转矩平衡(T=Tz)T=Tz)(2)(2)稳态运行稳态运行 A A稳态运行点稳态运行点(3)(3)负载发生变化负载发生变化 负载转矩特性由负载转矩特性由 1 1 变为变为2 2，(TTz)TTz)进入动态减速过程进入动态减速过程(4)(4)动态减速过程动态减速过程(5)(5)新的稳态工作点新的稳态工作点 一直过渡到特性一直过渡到特性3 3与与2 2的交

10、点的交点 B B 点点 减速过程结束，系统又转化为稳态减速过程结束，系统又转化为稳态(T=Tz)T=Tz)(6)(6)结论：结论：稳态下电动机发出转矩的大小是稳态下电动机发出转矩的大小是由负载转矩的数值所决定的由负载转矩的数值所决定的2021/9/21142.2.电力拖动的稳态运行问题电力拖动的稳态运行问题 电动机的机械特性和负载转矩的机械特性有交点，电动机的机械特性和负载转矩的机械特性有交点，仅是必要条件。仅是必要条件。稳定概念：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，稳定概念：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于出现某种干扰作用使原来转矩由于出现某种干扰作用使原来转矩 T T 与与 T T

11、Z Z 的平衡的平衡变成不平衡，电动机转速便稍有变化，当干扰消除后，变成不平衡，电动机转速便稍有变化，当干扰消除后，拖动系统必须有能力使转速恢复到干扰作用出现前原拖动系统必须有能力使转速恢复到干扰作用出现前原来交点处的数值。来交点处的数值。2021/9/21152021/9/2116电力拖动的稳态运行条件电力拖动的稳态运行条件（1)1)稳态运行的必要条件稳态运行的必要条件电动机的机械特性和负载转矩的机械特性有交点电动机的机械特性和负载转矩的机械特性有交点(2)(2)稳态运行的充分条件稳态运行的充分条件在交点所对应的转速之上保证在交点所对应的转速之上保证TTz,TTz.TTz.2021/9/21

12、179-2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动一、起动的问题：一、起动的问题：起动：电机接上电源从静止状态转动起来起动：电机接上电源从静止状态转动起来 到达稳态运行，这就是电动机的起到达稳态运行，这就是电动机的起 动过程动过程起动条件：起动条件：1 1、起动转矩要足够大，、起动转矩要足够大，2 2、起动电流不要太大，、起动电流不要太大，注意：因为在起动时，注意：因为在起动时，n=0,n=0,反电动势反电动势Ea=0Ea=02021/9/2118 二二.起动方法起动方法 1 1、降压启动、降压启动 电压调节，现已逐步被晶闸管可控整流电源所取代。这种电压调节，现已逐步被晶闸管可控整流电源所取

13、代。这种启动方法需要专用电源，投资较大大但启动电流小，启动转矩启动方法需要专用电源，投资较大大但启动电流小，启动转矩容易控制，启动平稳启动能耗小，是一种较好的启动方法。容易控制，启动平稳启动能耗小，是一种较好的启动方法。2 2、串电阻分级启动、串电阻分级启动 无须可调电源，实现方便。但电阻耗能严重，调节平滑性无须可调电源，实现方便。但电阻耗能严重，调节平滑性差。差。2021/9/2119三三.串电阻起动串电阻起动2021/9/2120解析法求起动电阻：解析法求起动电阻：2021/9/2121解析法计算分级启动电阻分两种情况：解析法计算分级启动电阻分两种情况：1、起动级数、起动级数m未定未定 初

14、选初选 值，计算起动级值，计算起动级数数m 并整定，（并整定，（）代入求出新的）代入求出新的 2、起动级数、起动级数m已定已定 选定选定T1（I1）值，计算值，计算Rm，计算计算2021/9/21229.3他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动概念概念概念概念:就是指使电动机产生一个与转速方向相反的电磁转矩就是指使电动机产生一个与转速方向相反的电磁转矩Tem,(起到阻碍运动的作用起到阻碍运动的作用)的状态的状态意义（应用）：意义（应用）：意义（应用）：意义（应用）：一是使系统快速或停车（或减速）一是使系统快速或停车（或减速）二是使位能性负载的稳速下放二是使位能性负载的稳速下放特点：特点：特点

15、：特点：吸收机械能转换成电能吸收机械能转换成电能2021/9/2123一、能耗制动1 1能耗制动的能耗制动的原理与方法原理与方法RZKUNIaIfEaTnMUUfIf+R运行运行制动制动K 电机实际处于发电机发电机运行状态，将转动部分的动能转换成电能消耗在电阻和电枢回路的电阻上，所以称为能耗制动能耗制动。2021/9/21242.2.能耗制动的机械特性能耗制动的机械特性机械特性分析：机械特性分析：，电动机的机械特性方程式为 制动电阻 Rz 愈小，则机械特性愈平 T 平均绝对值愈大，制动愈快.2021/9/21253.3.能耗制动的应用能耗制动的应用1)1)能耗制动停车（第二象限能耗制动停车（第

16、二象限 n0,T0,T0）：）：制动电阻选择制动电阻选择 :按最大制动电流不超过 2 IN 来选择 R Z。2021/9/2126 3.3.能耗制动的应用能耗制动的应用2)2)位能负载稳速下放（第四象限位能负载稳速下放（第四象限 n 0n 0）：）：下放速度下放速度 :2021/9/2127二、反接制动转速反向的反接制动1原理与方法 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Tz。2021/9/21282.2.机械特性机械特性机械特性分析：机械特性分析：，电动机的机械特性方程式为 2021/9/2129二、反接制动电枢反接的反接制动1原理与方法

17、 电枢反接制动是将正在正向运行的他励直流电动机电枢回路的电压突然反接，电枢电流也将反向，主磁通不变，则电磁转矩反向，产生制动转矩。MUUfIf+R运行运行制动制动2021/9/21302.2.机械特性机械特性机械特性分析：机械特性分析：，电动机的机械特性方程式为 2021/9/21313.3.反接制动的运行状态反接制动的运行状态1)1)反接制动停车状态（第二象限反接制动停车状态（第二象限 n0,T0,T0）：）：制动电阻选择制动电阻选择 :按最大制动电流不超过 2 IN 来选择 R Z。注意：注意：仅用于停车时，当n=0时应立即切断电源否则反向加速，进入反向电动状态。2021/9/21322)

18、2)反向电动状态（第三象限反向电动状态（第三象限 n 0,T0n 0,T0）：）：3.3.反接制动的运行状态反接制动的运行状态2021/9/21332)2)反向电动状态（第三象限反向电动状态（第三象限 n 0,T0n 0,T0）：）：3 3）回馈制动状态（第四象限）回馈制动状态（第四象限 n 0n 0）：）：3.3.反接制动的运行状态反接制动的运行状态2021/9/21349.3他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动三、回馈制动1、正向回馈制动、正向回馈制动2、反向回馈制动、反向回馈制动2021/9/2135 直流电动机制动问题总结直流电动机制动问题总结判别方法：判别方法：一、求制动时串入电

19、阻值一、求制动时串入电阻值电磁转矩电磁转矩Tem与转速与转速n方向相反方向相反制动意义：制动意义：计算题目类型：计算题目类型：一是使系统快速停车（或减速）一是使系统快速停车（或减速）二是使位能性负载稳速下放二是使位能性负载稳速下放二、求负载的稳定下放速度二、求负载的稳定下放速度2021/9/2136一、一、能耗制动能耗制动1、求制动时串入电阻值、求制动时串入电阻值2、求负载的稳定下放速度、求负载的稳定下放速度2021/9/2137二、二、反接制动反接制动-转速反向的反接制动转速反向的反接制动1、求制动时串入电阻值、求制动时串入电阻值2、求负载的稳定下放速度、求负载的稳定下放速度2021/9/2

20、138二、二、反接制动反接制动-电枢反向的反接制动电枢反向的反接制动1、求制动时串入电阻值、求制动时串入电阻值2、求负载的稳定下放速度、求负载的稳定下放速度无稳定下放速度2021/9/2139三、三、回馈制动回馈制动-反向回馈制动反向回馈制动1、求制动时串入电阻值、求制动时串入电阻值2、求负载的稳定下放速度求负载的稳定下放速度2021/9/2140三、三、回馈制动回馈制动-正向回馈制动正向回馈制动1、求制动时串入电阻值、求制动时串入电阻值2、求负载的稳定下放速度求负载的稳定下放速度无稳定下放速度2021/9/2141正向电动正向电动反向电动反向电动正向回馈正向回馈转速反向转速反向正向能耗正向能耗反向能耗反向能耗电枢反接电枢反接反向回馈反向回馈Ia/Tn2021/9/2142