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电机与拖动基础
电机
拖动
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《电机与拖动基础》全套课件,电机与拖动基础,电机,拖动,基础,全套,课件
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1 第二章直流电动机的 电力拖动运行 第一节第一节 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式 第二节第二节 电力拖动系统的负载转矩特性电力拖动系统的负载转矩特性 第三节第三节 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 第四节第四节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 第五节第五节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速 第二章直流电动机的电力拖动运行第二章直流电动机的电力拖动运行 2 1.拖 动：原动机带动生产机械运转 2.电力拖动：电动机 + 负载 3.电力拖动系统 电源 控制设备 传动机构 工作机构 反馈装置 电动机 生产机械（负载） 3 第一节第一节 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式 直线运动系统 m F FZ v dtdvmmaFFZ旋转运动系统： dtdJJaTTLem60242222ngGDDgGmJ，4 工程上常用的实用公式 TTL 加速 T= TL 匀速 dtdnGDTTLem3752飞轮转矩)(42mNgJGD动态、过渡过程 静态、稳定过程 正方向的确定 以n为参考方向 Tem与n同方向取；TL与n反向取 5 第二节第二节 电力拖动系统的负载转矩特性电力拖动系统的负载转矩特性 负载转矩特性: n=f(TL) 一、恒转矩负载特性 6 二、恒功率负载特性 155. 9602knTnTTPLLLL TL=k/n TL与n成反比 TL 0 n 机床刀具多属于恒功率负载 7 三、通风机负载特性: TL=Cn2 通风机负载属于反抗性负载 TL n 0 实际的负载是几种典型负载的综合 通风机：TL=T0+Cn2 8 一、机械特性方程: （一）电枢加正向电压时 aeeICRCUn或 n=n0-Tem 0 T0(I0) TN Tem(Ia) n0 nN n n0 nN emTeeaTemTCCRCUnICT2第三节第三节 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 n=f(Tem) 9 理想空载转速 eCUn0机械特性的斜率 2TeCCR转速降落 emTn实际空载时: Tem=T0 n0n0 %1000*NNNnnnn一般nN*=318%之间 10 （二）电枢两端加反向电压时 从机械特性方程可知，改变方向n0=U/Ce 改变方向 从电机原理的分析可知，改变方向a改变方向em改变方向 则反电动的机械特性在第三象限与第一象限的特性对称0点 Tem 0 n -n0 nN n0 11 说明：工程分析时，在时，可用 aeeICRCUn代替 emTeeTCCRCUn212 二、他励直流电动机的固有机械特性二、他励直流电动机的固有机械特性 （一）固有机械特性方程 emNTeaNeNTCCRCUn2（二）固有机械特性的绘制 23221NNNNaIPIURNaNNNenRIUCNeNTCC55.9n0 0 T0(I0) TN Tem(Ia) nN n n0 nN 13 （一）电枢串电阻时的人为机械特性 特点（）n0不变 （）n与成正比 Radnn 特性曲线为通过n0点的射线 emNTeadaNeNTCCRRCUn2 U=UN，=N，R=Ra+Rad n Tem TN n0 0 Rad=0 Rad1 Rad2 Rad1Rad2U2U3U4 0 TN Tem n UN n0 U1 n01 U2 n02 U3 n03 U4 n04 15 Ik=UN/Ra=C Ik-堵转电流 2 1 N 2 n02 1 n01 Ik N IN n n0 0 Ia aeaeNICRCUn（三）减弱磁通时的人为机械特性 UUN RRa 16 TK n Tem N TN 0 n0 N 1 2 1 2 TK1 TK2 n01 n02 一般TLTNTL1， 由于惯性n不变TemTL2n（减速）EaIa Tem 当Tem=TL 系统稳定 18 .上翘的机械特性 若系统原工作在点，TL=TL1=Tem TL=TL2TL2n（加速）Tem n系统无法达到新的稳定状态 A TL1 0 n Tem B TL2 19 用数学方法表示：Tem/n0 或 dTem/dn0 恒转矩负载 dTL/dn=0 推广到一般负载 dTem/dnIN Tst=CTIstTLn Ia=(U-Ea)/Ra Tem=TL 直接起动的缺点：起动电流太大 几百瓦的电机可以直接起动 23 Tem n nL n0 0 Tst A TL=TN 起动电流的大小与什么因素有关 ？ TL=TN，TL=1/2TN时，起动电流是否一样？ 24 二、降压起动： 电枢由专用的可调直流电源供电 Ist1(1.52)IN Tst1TLnIaTemU IaTemn 直至U=UNn=nN为止，系统稳定 在整个起动过程中，采用自动控制 的方法增加 25 A 0 n TL Tst1 Tst2 Tem Ua3 Ua7 Ua6 Ua5 Ua4 Ua2 Ua1 Ua7 Ua6 Ua5 Ua4 Ua3 Ua2 Ua1 26 三、电枢回路串电阻起动： 为防止二次冲击电流，一采用串多级起动电阻 Ist=I1=(1.52)IN 切换电流 I2=(1.1 1.2)IN U KM M KM3 KM2 KM1 Rad3 Rad2 Rad1 Ra R3 R2 R1 27 起动瞬间Ea=0Ist=U/R1 Tst1TLnEaIaTem切除一级电阻IaTemn 直至电阻全部切除n=nL为止直至电阻全部切除 n0 n1 n2 n3 nN n 0 A a b c d e f g TN Tst2(I2) Tst1(I1) Tem(Ia) Ra R3 R2 R1 28 四、他励直流电动机起动 的过渡过程 过渡过程：从一种稳定状态 另一种稳定状态的过程。 n、Ea、Ia、Tem 均发生变化 为简化分析：假设(1)U=UN=C 无波动 (2)=C不考虑电枢反应 (3)TL=C 29 （一）过渡过程方程式： .电枢电流Ia=f(t) dtdnGDTTLem3752aeeICRCUndtdICRdtdnae30 dtdICRGDICICdtdICRGDTTaeLTaTaeLem375375222222375375TemamLaaTeLaCCRGDTdtdITIIdtdICCRGDII-机电时间常数 31 查数学手册，解得 Ia=IL+Ce-t/Tm t=0 Ia=Ist 则C=Ist-IL Ia=IL+(Ist-IL)e -t/Tm 当 t=0 Ia=Ist ,t IaIL 指数降特性 Ia(Tem) Ist IL 0 t 32 2.转矩Tem=f(t) Tem=CTIa，将Ia=f(t)两边同乘以CT Tem=TL+(Tst-TL)e -t/Tm 其过渡过程特性曲线与电流特性完全一样。 33 .转速nf(t) 将Ia=IL+(Ist-IL)e-t/Tm代入 eaCRIUnmmTtNeLstLTtNeLstNeLNeeCRIURIUnneCRIICRICUn)(34 n=nL+(nst-nL)e -t/Tm 起动瞬间 nst=0，则 n=nL-nLe -t/Tm=nL(1-e-t/Tm) t=0 n=0 ，t n=nL指数升特性 n nL Tm 0 t 35 （二）过渡过程时间计算： 从Ia=IL+(Ist-IL)e-t/Tm中得 也可表示为 LaxLstmxTTTTTtlnLaxLstmxIIIITtln或 LaxLstmxnnnnTtln36 （三）机电时间常数Tm 22375TemCCRGDT对 微分 t nL n Tm 0 )1 (mTtLennmLTndtdn37 也可表示为 emaTeaamTnGDICCRIGDT3751375220 Tem TL n n 38 第五节 他励直流电动机的制动 电动： Tem与n同向 制动：Tem与n反向 在电动运行状态下进入制动，可以改变电磁转矩的方向，也可以改变电机旋转方向。通常改变电磁转矩的方向。 可知由aTemICT当磁场方向不变时，只需改变电枢电流的方向。 39 一、能耗制动 .能耗制动的实现方法： 保持If不变，将电枢从电网断开，并接上 Rad，U，n不变（惯性） Ia Ea If Rf KM1 UN M Ea不变Ia=-Ea/(Ra+Rad)Tc，n停转。 b.位能性负载 45 TL Tem n Tem TL n b -n0 c d e n Tem n0 0 a TL n Tem v G Tem TL n v G TL 46 四、回馈制动-再生发电制动 nn0 . 回馈制动的实现方法 （）位能性负载拖动电动机 nn0EaU Ia=(U-Ea)/Ra制动 （）调速过程中的回馈制动 U或不变（惯性）EaU不变回馈制动 .回馈制动的机械特性： n0与n的方向相同 n= n0+n 47 -n0 TL Tem n G n G TL Tem R1 TL Tem n G Tem n n0 A 0 .回馈制动的特点： 实现容易 将能量馈送电网 48 五、四象限运行及电动机的 各种运行状态 （一）电动运行状态 Tem与同方向，特性曲线在 第一、 三象限 （二）制动运行状态 Tem与反向，特性曲线在第二、四 象限。同一条特性曲线，所处的位 置不同，电动机的运行状态不同 49 Tem n 0 1 5 3 2 4 50 第六节 他励直流电动机的调速 重点：三种调速方法 调速系统电机的选择 调速：TL=C，人为改变电机的有关参数， 使电机的速度变化。 调速方法：机械调速 电气调速 电气机械调速 n=U/Ce-(Ra+Rad)Ia/Ce 减压 电枢串电阻 弱磁 51 一、调速指标 .静差率 （相对稳定性） =n/n0100% 机械特性越硬，静差率 越小，但硬度相同，静 差率不同。静差率指 系统低速运行时的值。 一般设备3050% 精密机床0.10.3% nN2 n01 nN Tem n0 nN1 TL nN 0 n 52 2.调速范围 )1 (/ )1 ()1 (010101minmaxNNNNNNNNnnnnnnnnnnnnnD越小D越小，实际希望 小，D大。 minmaxnnD 53 .调速的平滑性： 越接近,平滑性越好,无级调速 .调速的经济指标： 初投资大小： 运行费用：能耗、维护费用 iinnk154 5. 适应负载的特点 55 二、电枢回路串电阻调速 （一）调速方法原理和方法 =N U=UN Ra瞬间Ia、Tem、n、Ea都要发生变化。 Rad1 Rad2 Rad3 Tem TN 0 n n0 Rad=0 Rad3 Rad2 Rad1 调速过程中，哪些物理量变化，怎样变？电枢串电阻Ia=(U-Ea)/Ra TemTLn Ea IaTem=TL新的平衡 .原理： 弱磁后： n Ia1IaN 3.调速的机械特性: n n 在一定的转矩范围内，n0 n 59 5.调速性能： nmax受限，D2 调速经济性，平滑性好，投资少 60 1.减压调速方法与调速原理 =N R=Ra U瞬间Ia、Tem、n、Ea都要发生变化。 n n0 n01 n02 TL Tem Ua a b c 0 调速过程中，哪些物理量变化，怎样变？U机械特性下移Ia=(U-Ea)/Ra TemTL n EaIa Tem=TL=C 四、降低电枢电压调速 61 调速结束后，Ia、Tem、n、Ea 怎样变化？ 若TL=C不变，则UnIa=C 过渡过程曲线： ia ia t1 t n1 n2 n,I 0 62 2.方法 （）整流装置:改变触发角或改变导通时间 M U U- Uf 63 （）系统 rfm rfG UfG UfM IfG U G M M 3 Ia UaM 生产机械 64 3.减压调速的机械特性 U0：空载电压 0：整流装置内阻 对晶闸管调速系统， TL很小a很小时, 电流不连续特性曲线如图 emTeaeTCCRRCUn200n0 n0 0 Ia (Tem) n 1 2 65 4.调速性能 1.调速范围大稳定性好。 2.调速平滑性好，无级调速。 3.初投资大。 66 五、电动机调速时允许的输出与负载的配合 （一）允许输出 IaIN，充分利用电机Ia=IN .电枢串电阻调速和减压调速 =NIa=IN不变 Tem=CTNIN=TN 与转速无关 Pem=Temn/9.55=TNn/9.55n 恒转矩调速 67 Tem Tem，P nmax nmin nN n P2 68 .弱磁调速 若保持Ia=IN不变 则 =(UN-INRa)/(Cen)=EaN/(Cen) Tem=CTIN=CTEaN/(Cen)IN =9.55PemN/n 1/n Pem=Temn/9.55=PemN=C-恒功率调速 Tem Tem,P nmax nmin nN n P2 69 （二）调速方法与负载的配合 （分析额定负载的情况） .恒转矩调速 （）恒转矩负载： TN=TL=C nN=nmax PN=TNnN/9.55=TLnmax/9.55 在任何转速下，Ia=IN，电机充分利用。 （）恒功率负载：PL=C nN=nmax TLmax=9.55PL/nmin 为满足负载要求 TNM=9.55PN/n
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