直流电机电力拖动

1、第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 1 1-1 1-1 某直流电动机数据为：某直流电动机数据为： P PN N=22kW=22kW， U UN N=220V=220V， n nN N=1500rpm=1500rpm，N N=86%=86% 1N1N N N、额定转矩 、额定转矩T TN N 1. P1. P1 1 =P =PN N/N N=22/0.86=25.58 (kW)=22/0.86=25.58 (kW) 2. I2. IN N=P=P1N 1N/U /UN N3 3/220=51.3 (A)/220=51.3 (A)

2、T TN N=P=PN N/w/wN N=22x10=22x103 3/(1500 x2/60)/(1500 x2/60) =140.06 (Nm) =140.06 (Nm) 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 2 1-2 1-2 某直流发电机铭牌为：某直流发电机铭牌为： P PN N=10kW=10kW， U UN N=230V=230V， n nN N=1450rpm=1450rpm，N N=85%=85% 求：求：1.1.额定运行时的输入机械功率、输入转矩额定运行时的输入机械功率、输入转矩 解：解：1. P1. P1N 1

3、N=P =PN N/N N=10/0.85=11.76 (kW)=10/0.85=11.76 (kW) 2. I2. IN N=P=PN N/U/UN N=10 x10=10 x103 3/230=43.5 (A)/230=43.5 (A) T T1 1=P=P1N 1N/w /wN N3 3/(1450 x2/60)/(1450 x2/60) =77.45 (Nm) =77.45 (Nm) 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 3 1-9 1-9 某某并励并励直流电动机数据为：直流电动机数据为： P PN N=17kW=17kW

4、，I IN N=92A=92A， U UN N=220V=220V， n nN N=1500rpm=1500rpm， 电枢回路总电阻电枢回路总电阻Ra=0.1,Rf=110,Ra=0.1,Rf=110,求：求： 解：解：1. 1. N N=P=PN N/P/P1N 1N=P =PN N/(U/(UN N * * I IN N)=84%)=84% 2. Ea=U2. Ea=UN N-I-Ia aR Ra a=220-(I=220-(IN N-I-If f =220-(92-220/Rf)=220-(92-220/Rf)* *0.1=220-9=211(V)0.1=220-9=211(V) 3.

5、T=P3. T=Pem em/w /wN N=Ea=Ea* *Ia/(1500 x2/60)Ia/(1500 x2/60) =211 =211* *90 /(1500 x2/60) 90 /(1500 x2/60) =120.9 (Nm) =120.9 (Nm) 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 4 1-10 1-10 某某并励并励直流直流发电机发电机数据为：数据为： P PN N=100kW=100kW，U UN N=250V=250V，每个主磁极的并励绕组为，每个主磁极的并励绕组为10001000匝，匝， 额定转速下，空载

6、产生额定电压的额定转速下，空载产生额定电压的I If f=7A,=7A,额定负载产生额定负载产生 额定电压额定电压I If f=9.4A=9.4A。若改为平复励。若改为平复励发电机，发电机，求：求： 每极应加多少匝串联绕组？每极应加多少匝串联绕组？ 解：解： 电枢反应引起去磁，去磁的磁动势电枢反应引起去磁，去磁的磁动势=(9.4-7)=(9.4-7)* *10001000 =2400(=2400(安匝安匝) ) 平复励平复励发电机，在额定负载时，利用串联励磁绕发电机，在额定负载时，利用串联励磁绕 组来提供组来提供24002400安匝，需要多少匝安匝，需要多少匝 = 2400= 2400安匝安匝

7、/ /串串 励绕组中的电流。励绕组中的电流。I IN N=P=PN N/U/UN N=400=400（A A） 串联绕组匝数串联绕组匝数=2400/400=6(=2400/400=6(匝匝) ) 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 5 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 6 2-1 2-1 电力拖动系统一般由电动机、生产机械的工作机电力拖动系统一般由电动机、生产机械的工作机 构、传动机构、控制设备及电源构、传动机构、控制设备及电源 5 5 大部分组成。大部分组成。

8、 电力拖动系统中有的部件作电力拖动系统中有的部件作直线运动直线运动、有的部件、有的部件 作作旋转运动旋转运动。采用古典动力学来分析。采用古典动力学来分析。 电源电源 控制设备控制设备电动机电动机传动和工作机构传动和工作机构 电力拖动是用电动机带动生产机械运动，以电力拖动是用电动机带动生产机械运动，以 完成一定的生产任务完成一定的生产任务 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 7 1. 直线运动方程式直线运动方程式 外力是改变物体运动状况的原因外力是改变物体运动状况的原因 ) 2 /( )/( )( )( , )( , sm dt

9、dv a smv kgm N L F NF dt dv mma L FF ，直线运动部件的加速度 ，直线运动部件的线速度 直线运动部件的质量， 的阻力作用在直线运动部件上 的拖动力作用在直线运动部件上 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 8 2. 单轴系统单轴系统的旋转运动方程的旋转运动方程 电动机电动机生产机械 T nTmT0 轴 TTL n ) 2 /( )/( ) 2 ( )(, 02 )( , srad dt d srad mkgJ mNTT L T mNT dt d J L TT 度，转动部件的机械角加速 速度，转动部

10、件的机械角速度 转动部件的转动惯量， 负载转矩 拖动转矩 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 9 电力拖动系统正方向的规定电力拖动系统正方向的规定 电动机电动机生产机械 T nTmT0 轴 TTL n 电力拖动系统正方向的规定：先规定转速电力拖动系统正方向的规定：先规定转速n 的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正的正 方向相同，规定负载转矩的正方向与方向相同，规定负载转矩的正方向与n的正方向的正方向 相反。相反。转速转速n n的正方向一般选实际转向。的正方向一般选实际转向。 第第2 2章

11、章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 10 在工程计算中，常用在工程计算中，常用n代替代替 表示系统速表示系统速 度，用度，用飞轮矩飞轮矩GD2代替代替 J表示系统机械惯性表示系统机械惯性 dt d J L TT g4 2 GD 2 2 D g G 2 mJ 60/2 n dt dn GD L TT 375 2 ) 2 ( , 2 )( , )( , )( , )( , mNGD mD NG m kgm 工程上看成整体转动部分的飞轮矩 转动部分的惯性直径 转动部分的重量 转动部分的惯量半径 转动部分的质量 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直

12、流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 11 具有加速度的量纲 ，、转矩 375 min/, 22 , 375 2 strnmNGDmN L TT dt dn GD L TT 电力拖动系统的运动状态：电力拖动系统的运动状态： 减速 加速 静止或匀速稳态 00 375 2 00 375 2 )(00 375 2 dt dn dt dn GD L TT dt dn dt dn GD L TT dt dn dt dn GD L TT 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 12 u 多轴系统多轴系统单轴系统单轴系

13、统 将将其它轴上其它轴上的转矩、飞轮矩的转矩、飞轮矩折算折算到到电动机轴电动机轴上上 T GD2 等效负载等效负载电动机电动机 TL 电动机电动机 工作机构工作机构 T j11 j222 TL L GDM2 GD12 GDL2 1 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 13 一、一、旋转运动旋转运动的的转矩转矩折算折算 转矩折算的原则：转矩折算的原则：系统传递的功率不变系统传递的功率不变 c LL T L T j c L T L c L T L T 1. 电动状态电动状态 T GD2 等效负载等效负载电动机电动机 TL 电动机电动

14、机 工作机构工作机构 T j11 j222 TL L GDM2 GD12 GDL2 1 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 14 . . 321 321 jjjj T T c L L L 转动机构总速比 转动机构总效率 到电机轴上的负载转矩工作轴的负载转矩折算 工作轴的负载转矩 工作轴角速度 电机轴角速度 发电制动状态：功率由工作机构发电制动状态：功率由工作机构电机电机 c LL T L T c j L T c L L T L T 2. 发电制动状态发电制动状态 转矩折算的原则：转矩折算的原则：系统传递的功率不变系统传递的功率不

15、变 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 15 二、二、旋转运动旋转运动的飞轮矩折算的飞轮矩折算 飞轮矩折算的原则：飞轮矩折算的原则：系统储藏的动能不变系统储藏的动能不变 2 2 1 . 2 11 2 1 2 2 1 2 2 1 LL JJ M JJ T GD2 等效负载等效负载电动机电动机 TL 电动机电动机 工作机构工作机构 T j11 j222 TL L GDM2 GD12 GDL2 1 g4 2 GD 2 2 D g G 2 mJ 60/2 n 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及

16、电力拖动基础 page 16 2 2 1 . 2 11 2 1 2 2 1 2 2 1 LL JJ M JJ g4 2 GD 2 2 D g G 2 mJ 60/2 n 2 1 . 2 2 2 1 1 1 2 1 1 1 2 . 2 2 2 2 1 1 L j L J jj J j J M J L L JJJ M JJ 2 2 . 2 2 2 1 2 2 2 1 2 122 L j L GD jj GD j GD M GDGD 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 17 三、平移运动的三、平移运动的转矩与飞轮矩转矩与飞轮矩的折算的

17、折算 总质量总质量mL 电动机电动机 刨刀刨刀 T n VF T JL 等效负载等效负载电动机电动机 TL FvP切削功率 的折算的折算 n c Fv n c Fv c Fv L T c Fv L T 55. 9 2 60 折算前后功率不变 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 18 三、平移运动的转矩与飞轮矩的折算三、平移运动的转矩与飞轮矩的折算 总质量总质量mL 电动机电动机 刨刀刨刀 T n VF T JL 等效负载等效负载电动机电动机 TL 的折算的折算 2 60 2 4 2 2 12 2 12 2 1 n g L GD

18、L Jv L m 2 2 365 2 60 22 4 2 n v L G n v L gm L GD 其它轴上的飞轮矩其它轴上的飞轮矩的折算按旋转运动的方法的折算按旋转运动的方法 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 19 四、升降运动的四、升降运动的转矩与飞轮矩转矩与飞轮矩的折算的折算 T GD2 等效负载等效负载电动机电动机 TL 电动机电动机 滚筒滚筒 T j11 j222 L GDM2 GD12 GD22 1 m v v 提升运动：电动机为电动状态提升运动：电动机为电动状态 下降运动：电动机为发电状态下降运动：电动机为发电

19、状态 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 20 1.1.提升运动：方法同平移运动提升运动：方法同平移运动 (1).(1).转矩转矩的折算的折算 n c Fv L T 55. 9平移 n c v L G n c mgv L T 55. 955. 9提升 55. 9 c n v L G L T c v L Gv L Gv L G c v L G 下降提升 cccc 1 2 11 1 提升和下降的传动损耗相同提升和下降的传动损耗相同 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page

20、21 飞轮矩飞轮矩的折算按的折算按动能不变原则动能不变原则 (2).(2).飞轮矩飞轮矩的折算：的折算：不论提升还是下降运动不论提升还是下降运动 2 2 365 2 n v L G L GD 平移 2 2 365 2 n v L G L GD 提升 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 22 负载的机械特性指：负载的机械特性指： )( L Tfn 一、恒转矩负载机械特性一、恒转矩负载机械特性TL大小不变大小不变 这类生产机械的转矩这类生产机械的转矩TL的大小不随转速的大小不随转速n的变化而改变。的变化而改变。 1. 反抗性恒转矩反

21、抗性恒转矩负载负载机械机械特性特性 转矩总是阻碍运动的转矩总是阻碍运动的反抗性负载反抗性负载 当转动方向改变时，负载转矩的方向也随之改变。当转动方向改变时，负载转矩的方向也随之改变。 n TL 0 Tm -Tm 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 23 2、位能性恒转矩负载、位能性恒转矩负载机械特性机械特性 TL 电动机轴 T n 特点特点：绝对值大小恒定；作：绝对值大小恒定；作 用方向与用方向与n无关，不变。无关，不变。 n TL 0 Tm 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动

22、基础 page 24 二、泵类负载机械特性二、泵类负载机械特性变转矩类 负载转矩基本上与转速成平方关系负载转矩基本上与转速成平方关系TL=kn2。 n TL 0 T L0 负载属于反抗性负载负载属于反抗性负载 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 25 三、恒功率负载机械特性三、恒功率负载机械特性 n TL 0 负载转矩与转速成反比关系负载转矩与转速成反比关系TL=K/n 负载功率负载功率 . 55. 960 2 2 Const Kn L T L TP 它与它与n无关，称恒功率负载。无关，称恒功率负载。 第第2 2章章 直流电机的

23、电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 26 )(Tfn 负载的机械特性负载的机械特性 )( L Tfn 一、机械特性一、机械特性 a Te saa e I CC RR C U n 2 )( saaaa RRIEU T a ea C T I nCE 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 27 nnTn T CC RR C U n Te saa e 00 2 T=0T=0时，时，n=nn=n0 0 理想空载转速理想空载转速 ：机械特性的斜率：机械特性的斜率 值值小小，机械特性较平，称为，机械特性较

24、平，称为硬特性硬特性； 值值大大，机械特性较斜，称为，机械特性较斜，称为软特性软特性。 空载时空载时T00T00，对应的实际，对应的实际 空载转速空载转速nn0 0 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 28 二、固有机械特性二、固有机械特性 Tn T CC R C U n N NTe a Ne N 0 2 这一机械特性称为这一机械特性称为固有机械特性固有机械特性 当当 N saa N RRR UU 0即 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 29 三、人为机械特性三

25、、人为机械特性 1. 1. 电枢串联电阻电枢串联电阻RsaRsa时时 的人为机械特性的人为机械特性 T CC RR C U n NTe saa Ne N 2 改变电压、电阻、磁通当中一个或几个就得到人为机械特性。改变电压、电阻、磁通当中一个或几个就得到人为机械特性。 特点特点： 理想空载转速理想空载转速n0同固有特性；同固有特性； 当当Rsa时，时，特性越软，曲线越陡；，特性越软，曲线越陡； 特性曲线是通过理想空载转速点的一族放射性直线。特性曲线是通过理想空载转速点的一族放射性直线。 用途用途： 起动；起动； 调速；调速； 制动。制动。 第第2 2章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础 page 30 TUn T CC R C U n NTe a Ne )( 2 特点特点： 斜率同固有特性，同一转矩对应的转速降相等；斜率同固有特性，同一转矩对应的转速降相等； 理想空载转速与供电电压成正比变化；理想空载转速与供电电压成正比变化； 特性曲线是一组平行于固有特性的直线。特性曲线是一组平行于固有特性的直线。 注意：注意：实际上只能降压，而不能升压，以免损坏电动机。实际上只能降压，而不能升压，以免损坏电动机。 用途用途： 起动