直流电动机机械特性.ppt

第二章直流电动机的电力拖动本章主要介绍电力拖动系统的运动方程式、负载扭矩特性、直流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和物理过程。 2.1电力拖动系统的运动方程式：电力拖动系统的运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态依赖于作用于原动机旋转轴的各种扭矩。 另一方面，运动方程式可以根据图中给出的系统(无视空载扭矩)，写出拖动系统的运动方程式。 其中有系统的惯性扭矩。 运动方程式的实用形式：系统旋转运动的三种状态，1 )或时，系统处于静止或恒定转速运转状态，即稳定状态。 在(2)或者(2)的情况下，系统为加速运转状态，即，动态的。 在(3)或(3)的情况下，系统为减速运转状态，即动态的。 决定电动机处于电动状态时的旋转方向为旋转速度的正方向之后，二、规定运动方程式中的扭矩正、负值，(1)电磁扭矩与旋转速度的正方向相同的情况下为正，相反的情况下为负。 (2)负载扭矩与转速的正方向相同时为负，相反时为正。 (3)惯性扭矩的大小和符号由和的代数和决定。 2.2简称负载的扭矩特性、一、定扭矩负载特性、负载的扭矩特性、负载的机械特性、负载特性。 恒定扭矩负荷特性是指生产机械的负荷扭矩与转速无关的特性。 有电阻性定扭矩负载和位性能定扭矩负载两种。 1、电阻性定扭矩负荷、2 .比特能量性定扭矩负荷、2、定功率负荷特性、定功率负荷的特征是，负荷扭矩和转速的积一定，即成反比，特性曲线为双曲线。 三、泵和风机类的负载特性、负载扭矩基本与转速的平方成正比。 负载特性是抛物线。 2.3其他励磁直流电动机的机械特性、2.3.1机械特性的式、直流电动机的机械特性，称为电动机在电枢电压、励磁电流、电枢电路电阻处于一定条件下，即电动机处于稳定运转时，电动机的转速与电磁扭矩的关系：根据电动机的电路图得到机械特性的式：理想无负载转速。 实际的无负荷转速，2.3.2固有的机械特性和人为的机械特性，另一方面，固有的机械特性，当时的机械特性称为固有的机械特性，由于电枢电阻小，特性曲线的斜率小，所以固有的机械特性是硬的特性。 在T=TN的情况下，n=nN，该点是电机的额定工作点，转速差n=n0-nN，额定转速差。 n=0时，即电机启动时，电磁扭矩Tem=Ts称为启动扭矩。 1、电子串电阻时人为的机械特性不变，仅在电子电路中加入电阻的人为特性的特征：1)不变，变大2 )越大特性越柔软。 二、人为的机械特性，变更或得到的机械特性称为人为的机械特性。 电枢串电阻的人为机械特性是通过理想无负荷点的放射性直线。 2、降低电枢电压时人的机械特性不变，只改变电枢电压时人的特性：特征：1)不随着变化而变化2 )不同，曲线是平行线的组。 降低电枢电压时的人为机械特性曲线是与固有机械特性平行的一系列直线。 3、减弱励磁磁通时人的特性不变，只改变调节励磁电路的电阻的人的特性：特征：1)减弱，增大2 )减弱磁场，增大，注：他绝对不允许在直流电机的启动和运转中，切断励磁电路。 2.3.3机械特性的求出、一、固有特性的求出、已知、两点：1 )理想无负荷点和额定运行。 具体步骤： (1)估计，(2)计算，(3)理想的无负荷点的计算： (4)额定工作点：2，根据人的特性的求出，根据固有的机械特性方程式，从与人的特性对应的参数和变化重新计算和，得到人的机械特性方程式。 2.4其他励磁直流电机的启动、电机的启动，是指在电机接通电源后，从静止状态加速到稳定运转状态的过程。起动瞬间，起动扭矩和起动电流分别为了限制起动电流，其他励磁直流电动机通常采用电枢电路串联电阻或降低电枢电压来起动。 因为起动时转速、电枢电动势、且电枢电阻小，所以起动电流为大值。 过大的启动电流会引起电网电压下降，影响电网上其他用户的正常功耗，使电动机换流恶化，同时过大的冲击扭矩会损坏电枢线圈和传动机构。 一般来说，直流电机不允许直接启动。 一、起动过程、二. 4.1电枢电路串联电阻起动、三级电阻起动时的电动机的电路图和机械特性，二、组起动电阻的计算、对应的转速n1、n2、n3时电位分别设为Ea1、Ea2、Ea3，则b点、c点、d点、e点、f点、g点、比较以上的各式， 在已知起动电流比和电枢电阻Ra的情况下，导出各级串联电阻能计算：2、组起动电阻，(6)各级起动电阻。 (1)推定或检测电枢电阻；(2)根据过负载倍数选定与最大扭矩对应的最大电流；(3)选择启动级数，计算各级启动电阻的步骤：2.4.2在能够调整降压启动、直流电源电压的情况下，可以用降压方法启动。 启动时，如果用低电源电压启动电机的话，启动电流与电源电压的下降成比例地减少。 随着电机转速的上升，反电动势逐渐增大，电源电压逐渐上升，启动电流和启动扭矩保持在一定的数值，保证必要的加速度上升速度。 降压启动需要专用电源，设备投资大，但启动平稳，启动过程能量损失小，因此得到了广泛应用。 2.5制动直流电动机，2.5.1概要1，制动目的：1 )使电动机减速或停止。 2 )限制马达转速的上升。 (电车为下坡时)，2，制动的方式：1 )机械(制动器)制动器：利用电磁或电磁液压驱动装置，将制动蹄制动盘(电制动器，卸下电制动器的情况)，2 )电磁制动器：电磁扭矩Tem和n的方向相同的情况下，电磁扭矩为驱动扭矩能量制动器将制动反馈(再生)制动器倒接，注：机械制动具有快速、准确的优点，但相对于高速、惯性大的设备，机械冲击大的电磁制动器具有制动比较平稳、制动扭矩容易控制的特性多数情况下，采用组合机械制动和电磁制动来制动的方法，通过电磁制动使电动机的转速降低到较低的速度(接近零速的速度)，然后再进行机械制动，可以避免机械冲击，同时获得较好的制动效果2.5.2在能量制动、电动状态(开关s接通电源)下，用实线箭头表示电枢电流、电枢电动势、转速及驱动特性的电磁扭矩。 另外，在制动时，如果把开关s接触到制动电阻RB上，由于惯性，电枢继续向原来的方向旋转，电动势Ea的方向不变。 从Ea产生的电枢电流IaB的方向与电动状态时Ia的方向相反，对应的电磁扭矩TemB与Tem的方向相反，是制动的性质，电动机处于消耗能量进行制动的状态。 在P1=UIa=0P2=T2=Temn0的情况下，EaU、Ia为反向，Tem为反向，从驱动变为制动。 从能量方向看，电动机处于发电状态再生制动状态(P1=UIa0，P2=Tem0 )。 稳定运行有两种情况：1 )正向再生2 )反向再生，电车下坡时，运行速度超过了理想的无负载转速，进入第二象限，带电压逆连接制动器的能量负载进入第四象限，调速中发生的再生制动过程有以下两种情况2.6.1、调速指标：影响调速范围的因素：1 )最高转速受电机机械强度和方向转换等方面的限制2 )最小转速受相对稳定性限制。、2.6其他励磁直流电动机的调速，1、调速范围：%越小，相对稳定性越好，%与机械特性的硬度和n0有关。 1 )静差率：低速机械特性的静差率大，稳定性差。 一般以系统最低转速时的静差率为基准。 (2)D与%的关系：d与%的相互制约：越小，d越小，相对稳定性越好，在保证一定的指标的基础上，为了扩大d，需要减少n，即提高机械特性的硬度。 3、调速的平滑性越接近1，平滑性越好，此时称为无级调速，转速可以连续调节。 调速不连续时，级数有限，称为有级调速。 4、调速经济性，在一定的调速范围内，调速级数越多，调速越顺畅。 相邻二级转速之比，主要指平滑系数：调速设备的投资、运行效率和维护费用、调速中的电力损失等。 2.6.2、机械调速：改变传动机构的变速比进行调速的方法称为机械调速。 改变电机参数进行调速的方法叫做电调速。 2.6.3、电气调速。 改变电机的参数，就是人为地改变电机的机械特性，改变工作点，改变转速。 调速前后，电机以不同的机械特性工作，机械特性不变，转速随着负载的变化而变化，就不能说是调速。 电气调速方法：调压调速电枢串电阻的调速； 调磁调速。 调速方法：2.6.4、调速方法，1、电枢电路的串联电阻调速，无串联电阻时的工作点，串联电阻Rs1后，工作点为aab，1 )原理：在电枢上加入电阻，n0不变化，即电枢的特性曲线变得陡峭，n，在相同扭矩下，n。 2 )电枢电流和转速调速过程中的变化曲线，调速过程电流变化曲线的调速前、后电流不变，调速过程转速变化曲线，结论：有恒扭矩负载时，串联电阻越大，转速越低。 (3)特征：(1)串联电阻后，只降低转速。 (3)加上阻力，机械特性变软，静差率变大，因此转速的相对稳定性差，(4)轻负载时的调速范围变小，额定负载时的调速范围被限制在D=1-3。 (5)电阻下功率损失大，效率低，不经济。 (6)调速方法简单，设备投资少。 (2)电阻只能阶段性地调节，调速平滑性差，(4)适应的情况：该调速方法适用于不要求调速性能的中小型电机。 2、降低电源电压，调速前的工作点a、降压瞬间的工作点、稳定后的工作点、降压调速过程与电枢串电阻调速过程相似，调速过程中的转速和电枢电流(或扭矩)的时间变化曲线也相似。 1 )原理：根据机械特性方程式，调电枢电压u、n0不变，斜率不变，所以调速特性为一组平行曲线。 (2)电源电压能平滑调节，调速平滑性好，能实现无级调速。 (3)调速前后机械特性斜率不变，硬度高，静差率小，调速稳定性好。 (4)无论是轻负载还是满载，调速范围都相同，D=2.512，很宽。 (5)降压调速通过减小输入功率来降低转速，低速时功率损失小，所以调速经济性好。 (6)调压电源设备复杂。 3 )适用时：该调速方法适用于调速性能高的设备，如抄纸机、轧机等。 3、减弱磁通调速，调节磁场前的工作点，弱磁通瞬间的工作点AA，弱磁通稳定后的工作点，1 )原理：2 )减弱磁通调速过程中的变化曲线，减弱磁通调速前、后的转速变化曲线，减弱磁通前、后的电枢电流变化曲线，注意：磁场弱因此，电机运转时励磁电路不断开。特征：优点：用电流小的励磁电路进行调节，能量损失小控制方便，设备简单，调速平滑性好，可以无级调速，为了扩大调速范围，通常结合降压和弱磁通两种调速方法，在额定转速以上采用弱磁通调速，在额定转速以下下降缺点：受到机械特性斜率变大、特性变软的方向转换条件和机械强度的限制，提高转速的幅度不大。 一般的d2 .3 )适应情况：弱磁通的速度只能在比额定转速高的范围内调节。 五、调速方式和负载型的组合，允许输出：电动机在某一转速下长期可靠工作时能输出的最大扭矩和电力。 利用电动机的实际输出扭矩和电力以一定的转速达到其容许值，也就是说电枢电流达到额定值。 电机调速时，在不同转速下电枢电流是否总是保持在额定值，即电机能否在不同转速下充分利用，与调速方式和负载类型的组合有关。 在电动机能够以不同的转速充分利用的条件下，他可以将直流电动机的调速分为恒扭矩调速和恒功率调速。 1、定扭矩