第七章电拖系统PPT讲稿.ppt
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1、第七章电拖系统第1页,共38页,编辑于2022年,星期二学习第七章应该注意的点学习第七章应该注意的点第七章学习应注意的几个问题第七章学习应注意的几个问题:1.如何判断电力拖动系统稳定运行如何判断电力拖动系统稳定运行?条件是什么?条件是什么?2.电力拖动系统的运动方程是什么?需要进行什么折算?电力拖动系统的运动方程是什么?需要进行什么折算?3.负载机械特性有哪些类型负载机械特性有哪些类型?4.交、直流调速有哪些类型交、直流调速有哪些类型?其方法和特点如何?其方法和特点如何?5.限制电动机输出的因素是什么?限制电动机输出的因素是什么?6.电气制动的方法和机械特性各有哪些?电气制动的方法和机械特性各
2、有哪些?7.电动机有哪些工作制?选择电动机的依据是什么?电动机有哪些工作制?选择电动机的依据是什么?本章主要是原理性的概念不要求计算。本章主要是原理性的概念不要求计算。相对比较难的点相对比较难的点:1.拖动系统稳定运行判断;拖动系统稳定运行判断;2.电气制动方法和机械特性。电气制动方法和机械特性。第2页,共38页,编辑于2022年,星期二7-1.电力拖动的基本概念电力拖动的基本概念本节的主要内容有三大部分本节的主要内容有三大部分:l 运动方程:运动方程:是分析电力拖动系统的工具,为了简化分析应该折算。是分析电力拖动系统的工具,为了简化分析应该折算。l 负载机械特性:负载机械特性:负载与电动机机
3、械特性都是拖动系统工作的依据,应知负载与电动机机械特性都是拖动系统工作的依据,应知道类型。道类型。l 稳定运行:稳定运行:稳定运行是系统追求的目的,应该掌握判断的依据和稳定运行是系统追求的目的,应该掌握判断的依据和方法。方法。第3页,共38页,编辑于2022年,星期二单轴系统的运动方程单轴系统的运动方程:书书P.86.式(式(7-1-1)T-TL=Jd/dt=(GD2/375)dn/dt 从牛顿定律演化而来。从牛顿定律演化而来。其中:其中:375=120g/(g=9.81,重力加速度常数),重力加速度常数)分析多轴系统的问题分析多轴系统的问题:一轴一个方程,解微分方程组较难。一轴一个方程,解微
4、分方程组较难。解决办法:折算,将其它轴折算到电动机轴上,解决办法:折算,将其它轴折算到电动机轴上,原则:能量守衡。原则:能量守衡。等效为一个等效为一个单轴系统单轴系统。需要折算的量需要折算的量:飞轮矩(转动惯量)飞轮矩(转动惯量)变速比的平方,变速比的平方,负载转矩负载转矩 变速比。变速比。运动方程说明的问题:运动方程说明的问题:(结论)结论)由运动方程可见,电动机所产生的电磁转矩由运动方程可见,电动机所产生的电磁转矩T 除用于克服稳态负载转矩除用于克服稳态负载转矩TL外,外,还要平衡系统加速或减速时所产生的动态惯性阻转矩(还要平衡系统加速或减速时所产生的动态惯性阻转矩(T=TTL),所),所
5、以系统的运动状态是由电动机的电磁转矩和负载转矩共同所决定的。以系统的运动状态是由电动机的电磁转矩和负载转矩共同所决定的。T=0T=0:恒速,:恒速,T0 T0:变速。:变速。第4页,共38页,编辑于2022年,星期二负载机械特性类型负载机械特性类型:1)恒转矩(反抗性和位能性)恒转矩(反抗性和位能性););2)变转矩(通风机和恒功率变转矩(通风机和恒功率)。通风机型又称泵类。)。通风机型又称泵类。负载机械特性总汇负载机械特性总汇:T=kn =0 0:恒转矩型;恒转矩型;0 0:通风机型;通风机型;0 0:恒功率恒功率型。型。反抗性恒转矩反抗性恒转矩位能性恒转矩位能性恒转矩通风机型通风机型恒功率
6、恒功率第5页,共38页,编辑于2022年,星期二 系统运行的稳定性是指:系统运行的稳定性是指:原来系统在机械特性上的某原来系统在机械特性上的某点运行,由于某种原因(如干扰等),使工作点发生变点运行,由于某种原因(如干扰等),使工作点发生变化,若造成工作点变化的原因去除后,系统能够回到原化,若造成工作点变化的原因去除后,系统能够回到原来的工作点运行,则系统是稳定的否则系统就是不稳定来的工作点运行,则系统是稳定的否则系统就是不稳定的。的。本书只讨论本书只讨论“静态稳定静态稳定”。必要条件:必要条件:电动机和负载机械特性有交点。电动机和负载机械特性有交点。充分条件:充分条件:干扰消失后能回到原来交点
7、。干扰消失后能回到原来交点。判断:判断:dT/dn dTL/dn。或:或:T/n TL/n。注意:注意:系统是否稳定与电动机和负载两者的机械特性有关。系统是否稳定与电动机和负载两者的机械特性有关。电动机带不同的负载,其稳定性可能不同。电动机带不同的负载,其稳定性可能不同。第6页,共38页,编辑于2022年,星期二 分析异步电动机的机械特性,根据稳定判断条件:分析异步电动机的机械特性,根据稳定判断条件:T/n TL/n,对其带恒转矩负载进行稳定性判,对其带恒转矩负载进行稳定性判断可知:断可知:a 点是稳定的;对于点是稳定的;对于 b 点则不稳定。点则不稳定。稳定性的判断稳定性的判断 结论:结论:
8、对对恒转矩负载恒转矩负载而言,异步电动而言,异步电动机特性曲线临界转差率以下的部分,为不稳机特性曲线临界转差率以下的部分,为不稳定区。定区。注意:注意:应用应用T/n TL/n 时,时,T、TL和和n都应该连同其符号一都应该连同其符号一起代入。起代入。第7页,共38页,编辑于2022年,星期二 对于恒转矩负载,对于恒转矩负载,b 点不稳定点不稳定,但,但对对于通风机型负载于通风机型负载 b 点则稳定。点则稳定。因为,因为,对于对于b 点附近相同的正转速偏点附近相同的正转速偏差差n,由图可见,电磁转矩,由图可见,电磁转矩 偏差偏差T负负载转矩载转矩 偏差偏差TL;对于;对于b 点附近相同负点附近
9、相同负转速偏差转速偏差n,电磁转矩偏差,电磁转矩偏差T负负载转矩偏差载转矩偏差TL(负的偏差越大说明(负的偏差越大说明其值越小)。其值越小)。第一节要点第一节要点 :运动方程(多轴折算);负载机械特性类型;:运动方程(多轴折算);负载机械特性类型;稳定条件及判别稳定条件及判别。稳定性与负载有关稳定性与负载有关通风机型负载通风机型负载第8页,共38页,编辑于2022年,星期二7-2.交流电力拖动的调速交流电力拖动的调速n 本节主要内容是四种常见的电气调速方法:本节主要内容是四种常见的电气调速方法:拖动系统的调速方法:拖动系统的调速方法:1.机械调速;机械调速;2.电气调速。电气调速就电气调速。电
10、气调速就是改变电动机的转速,交流电动机可分为是改变电动机的转速,交流电动机可分为 两种:两种:1.改变转差率改变转差率调速(同步转速不变);调速(同步转速不变);2.改变同步转速调速。改变同步转速调速。主要内容:主要内容:鼠笼式转子异步电动机定子降压调速;鼠笼式转子异步电动机定子降压调速;绕线式转子异步电动机转子串电阻调速;绕线式转子异步电动机转子串电阻调速;鼠笼式转子异步电动机变极调速;鼠笼式转子异步电动机变极调速;变频调速(通常是鼠笼式转子异步电动机)。变频调速(通常是鼠笼式转子异步电动机)。第9页,共38页,编辑于2022年,星期二 定义:定义:所谓电气调速,就是人为改变电动机的机械特性
11、达所谓电气调速,就是人为改变电动机的机械特性达到改变电动机的转速。到改变电动机的转速。调速分类:调速分类:根据异步电机转速公式:根据异步电机转速公式:n=nn=n0 0(1-s1-s)可知,)可知,三相异步电动机电气调速可分为两大类:三相异步电动机电气调速可分为两大类:1.1.改变同步转改变同步转速调速;速调速;2.2.改变转差率调速。改变转差率调速。改变同步转速的方法:改变同步转速的方法:1.1.改变电动机绕组的极对数(只改变电动机绕组的极对数(只适合鼠笼式);适合鼠笼式);2.2.改变电源频率。改变电源频率。改变转差率调速的方法:改变转差率调速的方法:1.1.降压调速;降压调速;2.2.绕
12、线式异步绕线式异步电动机转子回路串电阻调速。电动机转子回路串电阻调速。学习这部分内容时,主要注意:学习这部分内容时,主要注意:调速的方法(原理)调速的方法(原理)和调速时电动机的机械特性的变化。和调速时电动机的机械特性的变化。第10页,共38页,编辑于2022年,星期二原理:原理:降压调速属于改变转差率调速。降压调速属于改变转差率调速。降降低定子电压低定子电压U U,n n0和临界转差率和临界转差率S Sm=R=R2/X/X20不变,不变,但但T TmaxUU2 2减小。对于减小。对于恒转矩型负载恒转矩型负载,T T减小,减小,则则n n减小,从而达到调速目的。减小,从而达到调速目的。特点:特
13、点:这种方法对于这种方法对于恒转矩型负载恒转矩型负载调速范围很调速范围很小,而对于通风机小,而对于通风机型型负载,调速范围则比较大负载,调速范围则比较大,如右图所示。如右图所示。实现方法实现方法:1.定子串联带抽头的饱和电抗器;定子串联带抽头的饱和电抗器;2.反并联晶闸管交流调压器;反并联晶闸管交流调压器;3.定子绕组定子绕组/Y换接换接;适用场合适用场合:带带通风机通风机型型负载的电动机。负载的电动机。降压调速降压调速第11页,共38页,编辑于2022年,星期二 绕线式转子串电阻调速绕线式转子串电阻调速原理:原理:转子串电阻调速属于改变转差率调速。转子串电阻调速属于改变转差率调速。转子电路外
14、串联电阻转子电路外串联电阻R RS后,后,n n0和和T Tmax不变,而临界转差率不变,而临界转差率S Sm随随R RS而变化,而变化,R RSS Sm机械机械特性越软,转速越低。特性越软,转速越低。特点:特点:这这种调速方法简单,能够满足一般多级调速要求,有级调种调速方法简单,能够满足一般多级调速要求,有级调速(转速只能逐档变化),调速和起动电阻可共用。速(转速只能逐档变化),调速和起动电阻可共用。缺点:缺点:R RS功耗大,轻载调速范围窄,有级,功耗大,轻载调速范围窄,有级,低速低速特性软负载波动对转速影响大运行不特性软负载波动对转速影响大运行不平稳,电刷滑环易出故障,维护工作量大。平稳
15、,电刷滑环易出故障,维护工作量大。适用场合适用场合:带带额定负载起动,如起重设备额定负载起动,如起重设备等。等。注意:注意:调速电阻是长期工作制。调速电阻是长期工作制。第12页,共38页,编辑于2022年,星期二 变极调速变极调速注意:注意:变极调速只能是变极调速只能是特殊鼠笼特殊鼠笼异步电机,每相有异步电机,每相有2 2个半相绕组。属个半相绕组。属于改变同步转速。于改变同步转速。半相绕组特点:半相绕组特点:两种不同连接可得两种不同极对数。两种不同连接可得两种不同极对数。YYYY连接时:极连接时:极对数减少一半,且相序变反。对数减少一半,且相序变反。-YY-YY:属于恒功率调速;:属于恒功率调
16、速;Y-YY Y-YY:属:属于恒转矩调速。于恒转矩调速。“属于属于”理解为理解为“适用于适用于负载负载”。记法:记法:Y-YYY-YY时,绕组的时,绕组的U U、I I未变,不是恒功率,未变,不是恒功率,恒转矩。恒转矩。Y-YY Y-YY-YY-YY原理:原理:改变定子绕组连接可改变其产生的改变定子绕组连接可改变其产生的磁极对数,从而改变同步转速。磁极对数,从而改变同步转速。特点:特点:设备简单,特性较硬,运行平稳。但属设备简单,特性较硬,运行平稳。但属于有级调速。于有级调速。用途:用途:起货机、锚机等。起货机、锚机等。国产常为国产常为-YYYY(恒(恒P P);国外常为);国外常为 Y-Y
17、Y Y-YY(恒(恒T T)。)。第13页,共38页,编辑于2022年,星期二 变频调速原理变频调速原理原理:原理:变频调速属于改变同步转速。根据变频调速属于改变同步转速。根据n n0=60f=60f1/p/p可知,频可知,频率变,同步转速变,机械特性也变。率变,同步转速变,机械特性也变。要求:要求:1.f1.f1f fn,负载转矩应相应减小,否则过载;,负载转矩应相应减小,否则过载;2.f 2.f1f fn时,应保持时,应保持U U1/f/f1=常数。常数。原因:原因:ff1 1f fn时时n nn nn,若保持额定转矩不变,会造成电,若保持额定转矩不变,会造成电机过载,机过载,若若f f1
18、f fn,负载转矩应相应减小。,负载转矩应相应减小。ff1f fn时,时,若保持若保持U U1不变,则不变,则E E1=4.44kf=4.44kf1中,中,将增加,磁路会出现将增加,磁路会出现饱和,损耗会增加。饱和,损耗会增加。ff1f fn时,必须保持时,必须保持U U1/f/f1=常数。而常数。而在在f f1f fn时,保持时,保持U U1=U=Un,磁路磁通减小,电磁转矩相应减小。,磁路磁通减小,电磁转矩相应减小。第14页,共38页,编辑于2022年,星期二方法:方法:采用变频器(种类较多)。采用变频器(种类较多)。特点:特点:1.无级调速(类似直流调速);无级调速(类似直流调速);2.
19、特性硬度不变,转速平稳;特性硬度不变,转速平稳;3.变频器较贵,初次投资较大。变频器较贵,初次投资较大。第二节要点第二节要点 :方法(变:方法(变s、n0,各自特点);变极,各自特点);变极(接线,相序,恒(接线,相序,恒P/T);变频特点);变频特点。变频调速方法与特点变频调速方法与特点第15页,共38页,编辑于2022年,星期二7-3.直流电力拖动的调速直流电力拖动的调速本节主要内容有两大部分:本节主要内容有两大部分:n一、直流电动机的调速一、直流电动机的调速 主要掌握直流电动机的各种调速实现的方法、特主要掌握直流电动机的各种调速实现的方法、特点和使用场合。点和使用场合。n二、调速电动机的
20、容许输出二、调速电动机的容许输出 知道限制电动机容许输出的因素和调速方式的种类。知道限制电动机容许输出的因素和调速方式的种类。第16页,共38页,编辑于2022年,星期二直流电动机的机械特性表达式为:直流电动机的机械特性表达式为:由机械特性,可知直流电动机的调速方法有三种:由机械特性,可知直流电动机的调速方法有三种:可分别单独调节和同时配合调节。可分别单独调节和同时配合调节。1.1.电枢回路串电阻调速;电枢回路串电阻调速;2.2.弱磁调速;弱磁调速;3.3.降压调速降压调速第17页,共38页,编辑于2022年,星期二 电枢串电阻调速电枢串电阻调速 特点:特点:简单、有级,简单、有级,但特性变软
21、、电阻耗能但特性变软、电阻耗能大。空载调速不明显。大。空载调速不明显。属于属于恒转矩调速恒转矩调速。恒转矩调速:恒转矩调速:带恒带恒额定转矩调速时,电流不额定转矩调速时,电流不会超过额定值。会超过额定值。所谓所谓“恒转矩恒转矩”/“恒功率恒功率”调速,主要指适合于所带调速,主要指适合于所带负载的类型,即后面所讲的负载的类型,即后面所讲的“容许输出容许输出”。n n0 0不变,斜率变不变,斜率变第18页,共38页,编辑于2022年,星期二 改变主磁通的调速改变主磁通的调速 由于电动机磁路已经确定,且设计时由于电动机磁路已经确定,且设计时一般电机磁路都处于一般电机磁路都处于“半饱和半饱和”状态。状
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