直流电动机的电力拖动.ppt

第二、三讲 直流电动机的电力拖动（1）,杜少武,第二、三讲 直流电动机的电力拖动,1、他励直流电动机的机械特性 2、他励直流电动机的起动 3、他励直流电动机的制动 4、他励直流电动机的调速 5、晶闸管直流电动机系统 6、他励直流电动机过渡过程的能量损耗 7、串励直流电动机的电力拖动,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩T 的关系 n=f(T) ，其中：T是指电磁转矩； 机械特性是电动机机械性能的主要表现； 电动机工作在电动状态时T=TdT0； T：电磁转矩；Td：电动机轴上的输出转矩；T0：电动机空载转矩。 在运动方程式T-Tz=JdW/dt中 若T为电磁转矩，则Tz为负载转矩与空载转矩之和； 若定义Tz为负载转矩，则T为拖动转矩，相当于T=TdT0中的Td。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性方程式 直流电动机的几个基本方程式,电磁转矩：,感应电动势：,电枢回路电动势平衡方程式：,电动机转速特性：,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性方程式,由此可得机械特性方程式：,R：电枢回路总电阻，包括电枢电阻Ra和电枢串励电阻RW；Ce：电动机电动势常数，Ce=pN/(60a)；CT：电动机转矩常数， CT=pN/(2pa),或,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性方程式,理想空载转速,实际空载转速,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性方程式,电动机带负载后的转速降,额定转速变化率,b：机械特性斜率，b=R/(CeCTF)；,国产Z系列他励直流电动机的DnN%一般为10%18%，大容量电动机为3%8%。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性方程式,电枢反应对电动机机械特性的影响,当电枢电流较大时，产生去磁作用。磁通降低，转速就要回升，机械特性在负载大时呈上翘现象。,电枢反应对机械特性的影响,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性方程式,减少电枢反应对电动机机械特性的影响,在主磁极上加一个匝数很少的串励绕组，其磁动势可以减少电枢反映的去磁作用； 实质上变为复励电动机； 由于串励磁动势较弱，其机械特性与没有电枢反应时的他励直流电动机相同，因此仍视为他励直流电动机。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,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的机械特性称为固有机械特性。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,固有机械特性与人为机械特性,电枢串电阻时的人为机械特性,固有机械特性,电枢串联电阻时的人为机械特性,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,固有机械特性与人为机械特性,改变电枢电压时的人为机械特性,固有机械特性,电压不同时的人为机械特性UNU1U2,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,固有机械特性与人为机械特性,减弱电动机励磁时的人为机械特性,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,固有机械特性与人为机械特性,减弱电动机励磁时的人为机械特性,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性的绘制,由电动机机械特性方程式可知，计算或绘制机械特性，必须知道CeF与CTF等参数，而这些参数电动机结构参数p、a、N等有关，但这些参数不易得到； 设计时，一般根据电动机铭牌数据、产品目录或实测数据来计算或绘制机械特性； 对计算有用的数据通常有：PN、UN、IN和nN。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性的绘制固有机械特性绘制,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；,理想空载点,其中,UN、IN和nN为已知，Ra可实测，或通过下式估算。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性的绘制固有机械特性绘制,额定工作点,CeF已在前面求得。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性的绘制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相应的人为机械特性方程式即可；,电枢串电阻时的人为机械特性,改变电枢电压时的人为机械特性,减弱电动机励磁时的人为机械特性,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性的绘制例题,一台Z2型他励直流电动机的铭牌数据为：PN=22kW, UN=220V, IN=116A, nN=1500rpm。试绘制其机械特性。,解：,理想空载点，T0,额定工作点，,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,电力拖动稳定运行的条件,主要研究：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配合问题。,在电力拖动运动方程式中，当转矩T 与Tz 方向相反，大小相等而相互平衡时，转速为某一稳定值，拖动系统处于稳态，或称静态。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,电力拖动稳定运行的条件,稳定运行的必要条件是：两种特性有交点。 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，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，否则是不稳定的。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,电力拖动稳定运行的条件,稳定运行系统分析,主要分析：他励直流电动机拖动一恒定负载时，且不考虑电枢反应，当电枢电压发生变化时，工作点得变化如下图所示。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,电力拖动稳定运行的条件,不稳定运行系统分析,主要分析：他励直流电动机拖动一恒定负载时，考虑电枢反应，且负载转矩特性与电动机机械特性相交在特性上翘段，当电机速度稍微变化时。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动方法,起动时n0，如直接加额定电压起动，Ia 可能突增到额定电流的十多倍，必须限制起动电流 。 通常限制启动电流的启动方法有：降压起动和电枢回路串电阻起动。,他励直流电动机起动时，必须保证先有磁场（即先通励磁电流），而后加电枢电压。 不考虑电枢电感对电枢电流的影响，电枢电流Ia为,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动方法,降压起动：可采用可调直流电源，如励磁可调节的直流发电机或晶闸管可控直流电源等。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动方法,电枢回路串电阻起动：一般采用多级电阻分级起动，起动过程中起动电阻逐步切除。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动电阻的计算,他励直流电动机串电阻分级起动时，起动电阻一般可采用图解解析法和解析法两种。,图解解析法,首先绘出他励直流电动机串电阻分级起动时，机械特性图，作图步骤如下。 1）绘制固有机械特性（参见1.3） 2）选取起动过程中的最大电流I1与电阻切除时的切换电流I2（或T1、T2）。一般取I1=(1.52)IN，I2=(1.11.2)IN或I2=(1.21.5)IN。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动电阻的计算,图解解析法,3）绘制分级起动特性图,a）在图中横坐标上截取I1及I2两点，并分别向上作垂直线；,b）作人为机械特性n0a， n0a交I2的垂直线于b点；,c）过b点作水平线bc交I1的垂直线于c点；,d）作人为机械特性n0c， n0c交I2的垂直线于d点；,e）过d点作水平线de交I1的垂直线于e点；,最后，当末段电阻切除时所画的水平线与I1的垂直线交点正好落在固有机械特性上。,I,a,b,c,d,e,f,g,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动电阻的计算,图解解析法,4）分级电阻计算 计算根据：,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动电阻的计算,图解解析法,4）分级电阻计算,同理,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动电阻的计算,解析法,c点存在,解析法可直接计算分级电阻的数值，如左图所示：,b点存在,三级起动时，,推广到m级起动,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动电阻的计算,解析法,设I1/I2=b，b为起动电流比，则,式中，m为起动级数,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动电阻的计算,解析法,每级的分段电阻值为：,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动电阻的计算,解析法,例题：一台他励直流电动机的铭牌数据为：型号Z-290 ，PN=29kW，UN=440V，IN=76A，nN=1000rpm，Ra=0.377W。试用解析法求四级起动时的起动电阻值。,解：已知起动级数m=4，,选取,则,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动电阻的计算,解析法,例题：,各级起动总电阻值为：,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动电阻的计算,解析法,例题：,各级的分段电阻值为：,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,电力拖动的过渡过程是指电力拖动系统由一个稳定工作状态过渡到另一个稳定工作状态的过程，如起动、制动、反转、调速和负载突变等。 研究过渡过程可以分析如何缩短过渡过程时间，提高生产率；探讨减小过渡过程损耗的途径，提高电动机利用率；研究如何改善电力拖动的运行情况，使设备能安全运行。 主要研究过渡过程中n = f（t）、T = f（t）、Ia = f（t）和P = f（t）的变化规律。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,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）与负载转矩的突然变化，会引起电动机的转速、电流、转矩及磁通的变化； 由于惯性的作用，电动机的转速、电流、转矩及磁通等参量却不能突变，而是一个连续变化的过程； 电气参数（如电压、电阻等）与负载转矩的变化势必引起过渡过程； 电力拖动系统中一般存在三种惯性：机械惯性 、电磁惯性 、热惯性。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,1机械惯性 反映在系统的飞轮惯量上，它使转速不能突变。 2电磁惯性 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。 3热惯性 它使电动机的温度不能突变。由于温度的变化比转速、电流等参量的变化慢的多，一般不考虑热惯性的影响,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,电力拖动的过渡过程一般分为两种： 1）机械过渡过程 它只考虑机械惯性，忽略影响较小的电磁惯性。 2）电气机械过渡过程 它同时考虑机械与电磁两种惯性。 他励直流电动机起动的过渡过程，首先应分析起动时的机械过渡过程，再分析电枢回路电感对起动过渡过程的影响,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,起动时的机械过渡过程 1）电枢串固定电阻起动的过渡过程,其中：,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,起动时的机械过渡过程,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1）串固定电阻起动的过渡过程电流变化规律,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,起动时的机械过渡过程 1）串固定电阻起动的过渡过程电流变化规律,IZ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,TM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,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,起动时的机械过渡过程 1）串固定电阻起动的过渡过程电流变化规律,其中：IST为电流的起始值,或,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,起动时的机械过渡过程,或,或,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1）串固定电阻起动的过渡过程转速变化规律,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,起动时的机械过渡过程 1）串固定电阻起动的过渡过程转速变化规律,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,起动时的机械过渡过程 1）串固定电阻起动的过渡过程,前面虽然根据他励直流电动机起动过程推导而得，但他是电流、转速变化的一般形式，适用于电力拖动系统的起动、制动、反转、调速及负载突变等各种过程，应用时注意起始值和稳态值的不同特点。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,当nst=0时，Ist=U/R，则,起动时的机械过渡过程 1）电枢串电阻起动的过渡过程nst=0时,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,求过渡过程某一阶段时间例如：求转速从nst（Ist、Tst）变化到nx（Ix、Tx）所需要的时间tx。,起动时的机械过渡过程 1）电枢串电阻起动的过渡过程nst=0时,或,或,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,以串两级电阻起动为例,起动时的机械过渡过程,第一级起动时,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2）电枢串多级电阻起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,以串两级电阻起动为例,起动时的机械过渡过程 2）电枢串多级电阻起动的过渡过程,第二级起动时,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,以串两级电阻起动为例,起动时的机械过渡过程 2）电枢串多级电阻起动的过渡过程,末级起动时,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,以串两级电阻起动为例,起动时的机械过渡过程 2）电枢串多级电阻起动的过渡过程,各阶段持续时间分别为：,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,以串两级电阻起动为例,起动时的机械过渡过程 2）电枢串多级电阻起动的过渡过程,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,例题：一台他励直流电动机铭牌数据为： PN=29kW，UN=440V，IN=76A，nN=1000r/m，Ra=0.377W，已知四段起动电阻为：RW1=0.212W， RW2=0.405W， RW3=0.695W， RW4=1.158W。GD2=49.05Nm2。求分级起动总的起动时间tst。,起动时的机械过渡过程 2）电枢串多级电阻起动的过渡过程,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,解：,起动时的机械过渡过程 2）电枢串多级电阻起动的过渡过程,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,例题：一台他励直流电动机铭牌数据为： PN=29kW，UN=440V，IN=76A，nN=1000r/m，Ra=0.377W，已知四段起动电阻为：RW1=0.212W， RW2=0.405W， RW3=0.695W， RW4=1.158W。GD2=49.05Nm2。求分级起动总的起动时间tst。,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,起动时的机械过渡过程 2）电枢串多级电阻起动的过渡过程,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,解：,例题：一台他励直流电动机铭牌数据为： PN=29kW，UN=440V，IN=76A，nN=1000r/m，Ra=0.377W，已知四段起动电阻为：RW1=0.212W， RW2=0.405W， RW3=0.695W， RW4=1.158W。GD2=49.05Nm2。求分级起动总的起动时间tst。,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,解：设：,起动时的机械过渡过程 2）电枢串多级电阻起动的过渡过程,总起动时间为：,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,例题：一台他励直流电动机铭牌数据为： PN=29kW，UN=440V，IN=76A，nN=1000r/m，Ra=0.377W，已知四段起动电阻为：RW1=0.212W， RW2=0.405W， RW3=0.695W， RW4=1.158W。GD2=49.05Nm2。求分级起动总的起动时间tst。,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,起动时的机械过渡过程,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,3）加快起动过程的途径 起动过程延缓的原因 系统本身的机械惯性，惯性（GD2）越大，转速上升越慢； 起动电流随时间呈指数规律衰减，使系统的加速度在起动过程中不断衰减。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,3）加快起动过程的途径 针对上述两个原因，加快起动过程的措施 设法减小系统的飞轮转矩GD2以减小机电时间常数；电动机电枢的飞轮转矩占整个系统飞轮转矩的主要部分，应设法减小电动机电枢的飞轮转矩，如采用双电机拖动； 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，理想的起动电流波形如左图所示。,起动时的机械过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,电枢回路电感对起动过程的影响 在晶闸管整流电路向直流电动机供电时，通常在电动机电枢回路中串电感（平波电抗器后续课程电力电子技术），这时，电感引起的电磁惯性不能忽视，电磁时间常数为,式中：La电枢回路总电感（包括电枢绕组电感和串联的电感），Ra电枢电阻,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机起动的过渡过程,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Iz 之前，电动机转速为零。,这时,