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第四章 他励直流电动机的电力拖动 结束 他励电机的起动和反转 他励电机的机械特性 他励电机的调速 他励电机的制动 他励直流电动机的电力拖动 结束 第六章直流电动机的电力拖动 本章要求 结束 第一节他励直流电动机的机械特性 一 一般概念 电动机的机械特性指 电压 磁通 电枢回路总电阻均为常数 Tem与n的关系 即n f Tem 有自然特性和人工特性两种 上 下 特性仿真 结束 二电力拖动系统稳定运行的条件 稳定运行必须满足Tem TL 且能抗干扰 B 判断电力拖动系统稳定工作点的条件 1 电动机的机械特性与负载机械特性的交点 2 在交点处必须满足 上 下 负载瞬间波动 结束 第二节他励直流电动机的起动和正反转 一 直流电动机的起动 电动机的起动指接通UN 转速从n 0到n nN 起动要求 1 Tst大 2 Ist小 满足Tst足够大的条件下 尽量减少Ist 全压Ist 上 下 结束 直接起动Ist太大 须限制Ist 1 5 2 IN 限制Ist的方法有 降压起动 电枢回路串电阻起动 一 电枢回路串电阻起动 1概念 串电阻Rst起动后 起动电流为 上 下 串的电阻是分级的 结束 电枢回路串电阻起动电路图 上 下 2起动电阻的计算 计算原则 保持起动最大电流I1和切换电流I2不变 取I1 1 5 2 IN I2 1 1 1 2 IN 图中bc两点电压方程为 I2Rst3 I1Rst2 于是 Rst3 Rst2 同理 d e点有Rst2 Rst1 同理 f g点有Rst1 Ra 上 下 结束 结论 若起动级数为m 则 1 起动级数m不确定 起动电阻计算 1 估算Ra 2 确定 计算总电阻Rstm I1 I2 Rstm UN I1 3 计算m 取整m 4 由m 修正 上 下 结束 5 计算各段起动电阻 上 下 结束 2 起动级数m已知 起动电阻的计算 1 估算Ra 2 确定I1 计算总电阻Rstm Rstm UN I1 3 校核I2 4 按 1 中步骤计算各级起动电阻 满足 I2 I1 1 1 1 2 IN 串电阻起动特点 起动设备简单 但损耗大 上 下 结束 二 降压起动 需要可调压的电源 起动过程 先建立励磁 再给电枢加低压且RC 0 并随转速逐渐加大U 特点 能耗小 起动平滑 但设备复杂 维修不便 上 下 结束 二他 并 励直流电动机的反转 Tem CT Ia 改变 If 或Ia U 的方向 可改变转向 上 下 启动特性仿真 结束 第三节他励电动机的调速 一 调速的基本概念 电动机转速由机械特性交点 工作点 决定 调速要求 1 调速范围D nmax nmin大 2 调速平滑 3 能耗小 上 下 以恒转矩负载为例 结束 二他励电动机的调速方法 Tem不变时 改变U 电枢串电阻都可以调速 要求 1 计算转速 2 分析调速物理过程 计算调速瞬间物理量 3 计算功率 上 下 结束 一 电枢串电阻调速 B 物理过程分析 串电阻瞬间n Ea 不变 但Ia UN Ea Ra RC Tem TLn 电机开始减速 随着n减小 EaIaTem 上 下 直到Tem TL电机转速重新稳定 结束 调速后功率变化情况 TL Tem CT Ia不变 调速前后 Ia不变 P1 UIa不变 P2 TL 特点 1 调速范围小 D 2 3 2 调速不平滑 3 特性变软 4 能耗大 5 设备简单 上 下 结束 二 降压调速 B 物理过程分析 降压瞬间n Ea 不变 但Ia U Ea Ra Tem TLn 电机开始减速 随nEa IaTem 直到Tem TL电机转速重新稳定 上 下 结束 调速后功率变化情况 TL Tem CT Ia不变 调速前后 Ia不变 P1 UIa P2 TL 特点 1 调速范围大 D 4 8 2 调速平滑 3 能耗小 4 设备投资大 不变 上 下 结束 三 减少磁通调速 B 物理过程分析 减少磁通瞬间n不变 Ea减小 Ia增加 Tem CT Ia TL 电机开始加速 随着n Ea 增加 Ia T 减小 直到Tem TL电机转速重新稳定 上 下 结束 调速后功率变化情况 TL Tem CT Ia不变 调速前后 CT Ia CT Ia Ia Ia P1 UIa P2 TL 特点 1 调速范围小 D 1 1 2 2 调速平滑 3 能耗小 4 设备投资小 5 n只能调高 上 下 结束 三 调速的性能指标 1 调速范围D nmax nmin 3 调速平滑 2 静差率 4 经济指标 上 下 结束 四 电动机调速时允许输出的转矩和功率 允许输出的转矩和功率表示电动机带负载的能力 超过该值电动机将被损坏 该值由电动机的发热决定 而发热由Ia决定 IaN是电动机长期运行所允许的电流 对应的T2 P2就是允许输出的转矩和功率 电动机运行时应尽量使Ia IaN 上 下 结束 电动机调速时分恒转矩和恒功率调速 一 恒转矩调速 在用某种调速方法调速时 若保持Ia IaN不变时 则电动机允许输出的Tem TN不变 该调速方法称恒转矩调速 但P2 Tem n 串电阻和降压调速 保持磁通和Ia为额定值不变时 允许输出Tem CT Ia也不变 它们属于恒转矩调速方式 上 下 结束 二 恒功率调速 在用某种调速方法调速时 若保持Ia IaN不变时 则电动机允许输出的P2不变 该调速方法称恒功率调速 由P2 T2 不变 T2与n成反比 弱磁调速中 U不变 磁通减小 若保持Ia IaN不变时 Tem CT IaN会减小 该方式只适合变转矩负载TL与n成反比 上 下 结束 五 电动机调速方式与负载转矩的配合 原则 恒转矩负载配合恒转矩调速方式 恒功率负载配合恒功率调速方式 上 下 调速特性仿真 结束 第四节他励直流电动机的制动 电动状态 制动状态 电动机制动的目的 停车 限速 电动机制动的方法有 机械制动 电磁制动 电磁制动分类 能耗制动 发电制动 反接制动 上 下 电磁制动的概念 让电动机产生一个与旋转方向相反的电磁力矩来实现制动 结束 一 能耗制动 一 能耗制动过程 能耗时U 0 Tem与TL都为制动转矩 加快停车 电机变为发电机 将动能转化为电能消耗在电阻上 当n 0时 Tem 0 上 下 结束 机械特性 Tem kn B 过原点的直线 在第二象限 上 下 结束 二 能耗制动运行 工作在发电状态Tem TL 提升系统中下放重物转速稳定需要一过程 机械特性 正方向是提升时的正方向 上 下 结束 能耗制动运行特性为过原点的直线 在第四象限 n0 上 下 结束 二 反接制动 一 电压反接制动 电压反接瞬间n不变 Ea U Ia很大 因此需串大电阻以限制电流 上 下 结束 机械特性 B 机械特性位于第二 三象限 功率分析 正方向为电动时正方向 Pem Tem 0机械能转换为电能 P1 UIa 0从电网吸收电能 总铜耗 上 下 结束 2 n接近0时 应断电 否则电动机可能反转 1 电压反接制动时 需串入大电阻Rc以限制电流 Rc 2UN Iamax 结论 上 下 B 结束 二 电动势反接制动 用于下放重物 电源接线与正转电动一样 但电枢串大电阻 Tst TL反向加速n 0 Ea 0 随着n Ea Ia T CT Ia T TL稳定 上 下 结束 机械特性 机械特性位于第四象限 T 0 n 0 功率分析 正方向为电动时正方向 Pem T 0机械能转换为电能 P1 UIa 0从电网吸收电能 总铜耗 nB 0 该制动也称倒拉反转制动运行 上 下 结束 三 回馈发电制动运行 用于高速下放重物 通电后 为电动 Tst和TL都为拖动转矩 很快加速 随着n Ea Ia T CT Ia 当n Ea U时 Ia 0 T 0 n Ea U Ia 0 T 0 随着n Ea T CT Ia Ia T TL稳定 上 下 结束 机械特性 机械特性位于第二象限 Tn0 功率分析 Pem T 0机械能转换为电能 P1 UIa 0向电网回送电能 铜耗 上 下 正方向 下放n为正 结束 四 他励电动机四象限机械特性 上 下 制动和四象特性仿真 结束 1 他励直流电动机 PN 1325KW UN 750V IN 1930A nN 200rpm ra 0 0161 U 2V 带额定负载转矩运行时 1 电枢串电阻Rc 0 0743 串电阻瞬间和最后稳定时I和n 2 降低10 最后稳定时I和n 上 下 直流电力拖动习题课 结束 上 下 解 额定运行时 1 串电阻调速瞬间B点 n 200不变 调速前后稳定时T不变 Ia也不变 调速前A点 调速后C点 C点电压方程 结束 2 降低10 最后稳定于D点 此时T TN不变 D点电压方程 调速前A点 调速后D点 上 下 结束 2 一他励直流电动机 PN 22KW UN 220V IN 115A nN 1500rpm Ra 0 1 该电动机带额定负载转矩运行时 要求把转速从额定降到1000rpm 试计算 1 采用电枢串电阻 需要RC 串电阻瞬间Ea Ia T 各为多少 P1 P2 2 采用降低U U 降压瞬间Ea Ia T 各为多少 P1 P2 上 下 结束 上 下 解 额定运行时 1 串电阻调速 调速前后T不变 Ia也不变 115A 调速前A点 调速后C点 C点电压方程 结束 上 下 串电阻瞬间n nN 1500 Ea EaN 208 5V 串电阻瞬间电压方程为 结束 上 下 功率 调速前后I不变 输入功率相等 2 降压调速 调速前后T不变 Ia也不变 115A 调速前A点 调速后C点 C点电压方程 结束 上 下 串电阻瞬间n nN 1500 Ea EaN 208 5V 串电阻瞬间电压方程为 功率 结束 3 起重用并励直流电动机 UN 220V 起重时IN 350A nN 795rpm Ra 0 032 RfN 275 1