第九 直流电动机的电力拖动.pptx
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1、1二、固有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 当他励电动机电压及磁通均为额定值时,电枢没有串联电阻时当他励电动机电压及磁通均为额定值时,电枢没有串联电阻时的机械特性称为固有机械特性。的机械特性称为固有机械特性。(一)电枢串联电阻时的人为机械特性(一)电枢串联电阻时的人为机械特性 他励直流电动机固有机械特性电枢串联电阻时的人为机械特性第1页/共58页221FFFN(二)改变电压时的人为机械特性(二)改变电压时的人为机械特性 电压不同时的人为机电压不同时的人为机械特性械特性(三)减弱电动机磁通时的(三)减弱电动机磁通时的人为机械特性人为机械特性 第2页/共58页3三、机械特性的绘
2、制三、机械特性的绘制(一)固有机械特性的绘制(一)固有机械特性的绘制其中其中 固有机械特性是一条直线,只要求出线上两个点的数据,就可固有机械特性是一条直线,只要求出线上两个点的数据,就可绘出这条直线。一般选择理想空载及额定运行两点较为方便。绘出这条直线。一般选择理想空载及额定运行两点较为方便。理想空载点理想空载点IN,UN及及nN 为已知,为已知,Ra 可以估算可以估算额定运行点额定运行点第3页/共58页4(二)人为机械特性的绘制(二)人为机械特性的绘制 各种人为机械特性的计算较为简单,只要把相应的参数值代入各种人为机械特性的计算较为简单,只要把相应的参数值代入相应的人为机械特性方程式即可。相
3、应的人为机械特性方程式即可。例例9-19-1 一台一台Z2 型他励直流电动机的铭牌数据为:型他励直流电动机的铭牌数据为:试计算其机械特性。试计算其机械特性。解解理想空载点理想空载点额定点额定点第4页/共58页5四、电力拖动稳定运行的条件四、电力拖动稳定运行的条件 现在讨论:生产机械负载转矩特性现在讨论:生产机械负载转矩特性与电动机的机械特性这两种特性的与电动机的机械特性这两种特性的配合问题。配合问题。他励直流电动机他励直流电动机的机械特性的机械特性负载特性负载特性负载特性负载特性在电力拖动运动方程式中已指出,在电力拖动运动方程式中已指出,当转矩当转矩T 与与Tz 方向相反,大小相等方向相反,大
4、小相等而相互平衡时,转速为某一稳定值,而相互平衡时,转速为某一稳定值,拖动系统处于稳态,或称静态拖动系统处于稳态,或称静态 两种特性有交点仅是稳定运行的必要条件。稳定运行的充分条件是:两种特性有交点仅是稳定运行的必要条件。稳定运行的充分条件是: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(如电网电压波动、负载转矩的微小变化等),使原来两种特性的(如电网电压波动、负载转矩的微小变化等),使原来两种特性的平衡变成不平衡,电动机转速便稍有变化,这时,当干扰消除后,平衡变成不平衡,电动机转速便稍有变化,这时,当干扰消除后,拖动系统必须
5、有能力使转速恢复到原来交点处的数值。电力拖动系拖动系统必须有能力使转速恢复到原来交点处的数值。电力拖动系统如能满足这样的特性配合条件,则该系统是稳定的,否则是不稳统如能满足这样的特性配合条件,则该系统是稳定的,否则是不稳定的。定的。第5页/共58页6稳定运行点稳定运行点不稳定运行点不稳定运行点第6页/共58页7第二节第二节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动一、他励直流电动机的起动方法一、他励直流电动机的起动方法如直接加额定电压起动,如直接加额定电压起动,Ia 可能突增到额定电流的十多倍可能突增到额定电流的十多倍 特性图特性图电路图电路图第7页/共58页8二、他励直流电动机起动电阻的计算
6、二、他励直流电动机起动电阻的计算(一)图解解析法(一)图解解析法1绘制固有机械特性绘制固有机械特性 2选取起动过程中的最大电流选取起动过程中的最大电流 I1与电阻与电阻切除时的切换电流切除时的切换电流 I2(或(或T1 与与T2)3画出分级起动特性图画出分级起动特性图 第8页/共58页9(二)解析法(二)解析法在在b点点 在在c点点 两级起动时两级起动时 推广到推广到m级起动的一般情况级起动的一般情况 称为起动电流比称为起动电流比第9页/共58页10 例例9-29-2 一台他励直流电动机的铭牌数据为:一台他励直流电动机的铭牌数据为:试用解析法计算四级起动时的起动电阻值。试用解析法计算四级起动时
7、的起动电阻值。解解已知起动级数已知起动级数m=4 选择选择第10页/共58页11各分段电阻如下各分段电阻如下:则各级起动总电阻如下:则各级起动总电阻如下:第11页/共58页12三、他励直流电动机起动的过渡过程三、他励直流电动机起动的过渡过程 在电力拖动系统中,一些电气参数(如电压、电阻等)与负载在电力拖动系统中,一些电气参数(如电压、电阻等)与负载转矩的突然变化,会引起过渡过程,但由于惯性,这些变化却不能转矩的突然变化,会引起过渡过程,但由于惯性,这些变化却不能导致电动机的转速、电流、转矩及磁通等参量的突变,而必须是个导致电动机的转速、电流、转矩及磁通等参量的突变,而必须是个连续变化的过程连续
8、变化的过程。电力拖动系统中一般存在以下三种惯性:电力拖动系统中一般存在以下三种惯性:1机械惯性机械惯性 反映在系统的飞轮惯量上,它使转速不能突变。反映在系统的飞轮惯量上,它使转速不能突变。2电磁惯性电磁惯性 反映在电枢回路电感及励磁回路电感上,它们分反映在电枢回路电感及励磁回路电感上,它们分别使电枢电流和励磁电流不能突变,从而使磁通不能突变。别使电枢电流和励磁电流不能突变,从而使磁通不能突变。3热惯性热惯性 它使电动机的温度不能突变。它使电动机的温度不能突变。第12页/共58页13电力拖动的过渡过程一般分为两种:电力拖动的过渡过程一般分为两种:1)机械过渡过程)机械过渡过程 它只考虑机械惯性,
9、忽略影响较小的电磁惯它只考虑机械惯性,忽略影响较小的电磁惯性。性。2)电气一机械过渡过程)电气一机械过渡过程 它同时考虑机械与电磁两种惯性。它同时考虑机械与电磁两种惯性。(一)起动时的机械过渡过程(一)起动时的机械过渡过程 他励直流电动机串他励直流电动机串固定电阻全压起动固定电阻全压起动1电枢串固定电阻起动的过渡过程 第13页/共58页14负载转矩对应的负载电流,即电动机起动完毕负载转矩对应的负载电流,即电动机起动完毕后,保持稳定转速运行时的电枢电流后,保持稳定转速运行时的电枢电流 电力拖动系统的机电时间常数,是表征机械电力拖动系统的机电时间常数,是表征机械惯性的一个非常重要的物理量惯性的一个
10、非常重要的物理量 其解为为电流的起始值为电流的起始值 其中其中或或第14页/共58页15起动过程中电枢起动过程中电枢电流的变化曲线电流的变化曲线或或 过渡过程开始时转速的起始值过渡过程开始时转速的起始值当起动转速为零时当起动转速为零时机械特性上负载转矩机械特性上负载转矩 (或负载电流(或负载电流 )对应的转速,)对应的转速,即过渡过程结束时电动机的稳定转速。即过渡过程结束时电动机的稳定转速。起动过程中转起动过程中转速的上升曲线速的上升曲线第15页/共58页16求出过渡过程中某一段的时间求出过渡过程中某一段的时间 或或或或2电枢串多级电阻起动的过渡过程电枢串多级电阻起动的过渡过程 他励电动机二级
11、起动的电路及特性他励电动机二级起动的电路及特性 第一级起动时第一级起动时 第16页/共58页17转速变化曲线转速变化曲线机械特性曲线机械特性曲线电流变化曲线电流变化曲线第17页/共58页18第18页/共58页19 例例9-39-3 一台他励直流电动机铭牌数据为:一台他励直流电动机铭牌数据为:已知四段起动电阻为:已知四段起动电阻为:电枢电阻电枢电阻系统飞轮惯量系统飞轮惯量求分级起动总的起动时间。求分级起动总的起动时间。解:第19页/共58页20设设 =(0.231+0.137+0.0808+0.0478)1.61s+40.0306s=0.922s 第20页/共58页21理想的起动电理想的起动电流
12、变化规律流变化规律3加快起动过程的途径加快起动过程的途径 1)减小系统的飞轮惯量,以减小机电时间)减小系统的飞轮惯量,以减小机电时间常数,从而降低系统的惯性常数,从而降低系统的惯性 2)在设计电力拖动系统时,尽可能设法改)在设计电力拖动系统时,尽可能设法改善起动过程中电枢电流的波形善起动过程中电枢电流的波形(二)电枢电路电感对起动过程的影响(二)电枢电路电感对起动过程的影响 电磁时间常数为电磁时间常数为 式中,式中,La 为电枢电路的总电感为电枢电路的总电感 当电动机带负载起动时,则过渡过程分两阶段:当电动机带负载起动时,则过渡过程分两阶段:第一阶段,电枢电流从零增加到第一阶段,电枢电流从零增
13、加到Iz 之前,电动机转速为零。之前,电动机转速为零。式中式中第21页/共58页22第二阶段,过了第二阶段,过了tz 后,电动机开始加速,机械惯性与后,电动机开始加速,机械惯性与电磁惯性同时存在电磁惯性同时存在 或或该方程的解为该方程的解为式中式中第22页/共58页23考虑电枢电感时,考虑电枢电感时,无振荡情况下的变无振荡情况下的变化曲线化曲线其中c1及c2积分常数,由初始条件决定 1)当)当 时,时,1和和2为负实数为负实数第23页/共58页242)当)当 时,时,1和和2为负共轭复数为负共轭复数考虑电枢电感时,考虑电枢电感时,有振荡情况下的变有振荡情况下的变化曲线化曲线式中式中式中式中第2
14、4页/共58页25第三节第三节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动1)电动运转状态)电动运转状态电动机转矩的方向与转速的方向相同,此时电动机转矩的方向与转速的方向相同,此时电网向电动机输入电能,并变为机械能以带动负载。电网向电动机输入电能,并变为机械能以带动负载。2)制动运转状态制动运转状态电动机转矩与转速的方向相反,此时,用电电动机转矩与转速的方向相反,此时,用电动机吸收机械能并转化为电能。动机吸收机械能并转化为电能。一、能耗制动一、能耗制动 电动状态电动状态能耗制动能耗制动第25页/共58页26能耗制动时机械特性和能耗制动时机械特性和转速及电流变化曲线转速及电流变化曲线第26页/共5
15、8页27能耗制动机械特性方程式能耗制动机械特性方程式 如果按最大制动电流不超如果按最大制动电流不超 过来选过来选择择 则电动机带位能负载时电动机带位能负载时的能耗制动电路图的能耗制动电路图当当 时时能耗制动时间为能耗制动时间为 第27页/共58页28二、反接制动二、反接制动 电动机带位能负载时电动机带位能负载时的能耗制动电路图的能耗制动电路图反接制动可用两种方法实现,即转反接制动可用两种方法实现,即转速反向(用于位能负载)与电枢反速反向(用于位能负载)与电枢反接(一般用于反作用负载)。接(一般用于反作用负载)。(一)转速反向的反接制动 转速反向的反接转速反向的反接制动机械特性制动机械特性转速反
16、向的反接制动特性方程式为转速反向的反接制动特性方程式为 电枢电路的电压平衡方程式变为电枢电路的电压平衡方程式变为 第28页/共58页29上式表明,上式表明,与与 两者之和消耗在电枢电路的电阻两者之和消耗在电枢电路的电阻 上。上。(二)电枢反接的反接制动(二)电枢反接的反接制动 断开断开 和和 ,接通接通 和和电枢反接的反电枢反接的反接制动电路图接制动电路图最大电流也不超过最大电流也不超过 第29页/共58页30(三)电枢反接(三)电枢反接时的过渡过程时的过渡过程电枢反接时的人为机械特电枢反接时的人为机械特性和转速及电流变化曲线性和转速及电流变化曲线1反作用负载反作用负载 反抗性负载反抗性负载终
17、止在终止在D D点点位能性负载位能性负载终止在终止在E E点点2位能负载位能负载 第30页/共58页31 三、回馈制动(或称再生制动)三、回馈制动(或称再生制动)(一)位能负载拖动电动机(一)位能负载拖动电动机 电动机回馈制动电电动机回馈制动电路图路图(带位能负载带位能负载)这时位能负载带动电动机,电枢将轴这时位能负载带动电动机,电枢将轴上输入的机械功率变为电磁功率上输入的机械功率变为电磁功率 后,大部分回馈给电网(后,大部分回馈给电网(),),小部分变为电枢回路的铜耗小部分变为电枢回路的铜耗 。电动机变为一台与电网并联运行的。电动机变为一台与电网并联运行的发电机。发电机。(二)他励电动机改变
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