#第2章直流电力拖动原理

1、§ 2直流电力拖动原理总的思路：如何建立基本方程及用其解释拖动机电现象§ 2 - 1运动方程式（转矩平衡方程）对平面运动，有 dt旋转运动则为：a T = J dt其中：转动惯量J=m2,：惯量半径电动机电动运行时a T= T-T_-，Tl为负载转矩，为粘滞摩擦转矩，转速较高时常忽略2重要结论：（假定正向按电动机惯例）转矩平衡方程：TJ詈考虑"知亠加2呼專,D为惯量直径，G=吨转矩平衡方程的另一形式：T= Tl+GD2 dn375 dt匀速运动条件：T = Tl。即电动机稳定运行时电机转矩由负载转矩决定，与电枢电压、电枢回路电阻等无关。二、转矩、转动惯量的折算（阅

2、读） 三、工作机械的负载性质d。问题：T-Tl = J , Tl是否与门有关? dttl的性质：负载特性n=f（ tl ）1、恒转矩型：|Tl|=C-T L10Tli Tl0TliT反抗型（摩擦）位能性（起重）dQ' -JTL3、 通风机型：Tl= Cn四、拖动系统的稳定运行条件必要条件：对恒转矩负载：稳定运行于A时因扰动n 下降到B扰动消失后，因B点电 动机转矩大于负载转矩， 电动机加速，工作点可回 到A即扰动使d*0时，若dT dTL，可返回若因扰动n上升到C 扰动消失后，因C点电 动机转矩小于负载转矩， 电动机减速，工作点也可-起动前应有励磁-起动开始时应限流o + Uf1stl

3、aRa回到A即扰动使dn>0时，若dT :：: dTL ,可返回A为稳定工作点。因扰动n下降到B扰动消失后，因B点电动机转矩大于负载转矩，电动机加速，工作点背离A ,越升越高；即扰动使dn>0时，若dT dTL ,不可返回若因扰动n上升到C扰动消失后，因C点电动机转矩小于负载转矩，电动机减速，工作点也背离A。即扰动使dn<0时，若dT :：: dTL ,不可返回A为不稳定工作点。dTdTL稳定充分条件：dn dn-JT对恒转矩负载，稳定充分条件为：厂:0dn§ 2-2直流电动机的起动U = Ea RaIa= Ke n RaIat t=0 时 n=0、Ea=0二无限流

4、时，起动电流以某直流电动机参数为例:220不限流时二135170A In将使电机绕组、电刷和换向器烧坏。切记：工业直流电动机不能加全电压直接起动。限流措施：U1、电枢回路串接附加起动电阻 R -Ra ； lam=NI am'i为直流电动机电流短时允许过载倍数。2、降低电枢电压；3、起动过程中保持la = lam不变，产生允许的最大加速度，缩短起动时间：-Rc随n升高逐步切除，直到 Rc= 0 或U随n升高逐步增大，直到u=Un§ 2-3直流电动机的转速调节调速：根据工作机械的要求 人为改变电动机的运行速度例：电动汽车一、如何调节电动机的稳定运行速度UKeRa巳Kela转速特性

5、UKeRaRc tSt 2机械特性考虑恒转矩负载：TL =C稳态时有：T =TL =C二稳态下n与Rc, U, ©有关1、电枢电路串附加电阻调速设U =Un， = N，串Rc时的机械特性人为特性KeKeKT特点在不同的Rc下，no不变;-斜率绝对值随Rc增大而增大Rc，:固有特性，Rc":-所有人为特性均在固有特性之下 二调速只能在固有特性之下进行。2、改变电枢电压调速:=N，& = °,U "Un,机械特性特点: n°与U成正比-斜率不变，与U无关-所有人为特性均在固有特性之下3、改变励磁调速：U0，空n（弱磁调速）NNn02 n 0

6、1 n0N2 121、9N2n02 gn0N21 N1 st弱磁调速的转速特性TSt2 TSti TSt弱磁调速的机械特性特点： n0UnKe随磁通下降而增大-斜率绝对值随磁通下降而增大_Un转速特性所有堵转电流1 st交与一点Ra-机械特性：磁通下降，Tst二Kt 1st下降。在有效负载范围内，人为机械特性在固有特性之上对恒转矩负载，弱磁后，速度升高同时电流相应也增大额定转速以下：串电阻或调压调速;额定转速以上：弱磁调速。他励式直流电动机的基本调速方式转速调节的机电过程直流电机调速的4个基本方程U = Ea (Ra Rc)IaEa 二 Ke nT Tl=GD2 dn375 dtT = Kt

7、Ia不考虑电枢电感的影响时调速动态过程中在机械特性图上点(T,n)沿 n=f(T)曲的运动：1、 改变电枢电路电阻Tlt = 0时，Rd r Rc2增大；因机械能量不能突变，n = n2不变，E日二Ke n不变> I/ > TT -Tl 0 > nEJa 、T T 二 T_,n 二 n3旧的平衡打破之后，系统有能力通过自身的调节稳定在新 的平衡点起调节作用的关键：Ea 发电机原理的重要性2、 调压调速：Pn= 2.5kW,UN = 220V,In =12.5A, nN = 1500r/min ,0.5额定负载下将电枢电压调至 160V，求电动机的稳定运行速度。解：电枢电阻的估

8、算：5血亡220X2.5 12.5二 0.792'1-Ce的计算：（用电机固有参数计算）UN-RaIN 22°-0.792 120.14v.min/rnN1500 n=U-&Ia Ce Ce a160 - 0.792 0.5 12.50.141108(r/min)3、调磁调速:弱磁调速的机械特性弱磁调速的转速特性I、T的最大值均不可能达到;弱磁时，因励磁电路电磁时间常数影响，励磁电流不能突变， 相点运动轨迹为曲线。因 dT小，弱磁升速过渡过程较长。三、选择调速方式的基本依据1、调速范围定义：额定负载下电机允许达到的最高转速nmax与保证不超过工作机械的最大允许静差率条

9、件下的最低转速nmin之比:静TnN调速范围和最大允许静差率的关系:nmaxSmaxD =nmin0 - Smax）匚 nN结论：对同一调速系统静差率要求不同，则所能达到的调 速范围也不同Smax = D ；当静差率一定时，若要求扩大调速范围，则 nmax （受限）衍匸必须设法减小 n。2、电动机负载能力的充分应用负载能力：调速运行中在额定电流状态下，电动机轴上输出转矩与输出功率P=9550Tnn =9550CKn，与转速成正比大小和变化规律。调压调速：T = Kt Ta 二 G n In 二常数称为恒转矩调速改变磁通调速:URaiaKeU N Ra1 NKe| 1T = KTTa 二 KtC

10、二 C_ n n称为恒功率调速关于转矩计算：Tnn :轴上输出转矩；Tn - KT T N :电磁转矩9550充分利用电动机的负载能力：按负载性质选择调速方式3、 调速的平滑性略相邻两级转速之比：k 丄;K = 1称为无级调速:调压、调磁4、原始投资与运行费用的合理利用略§ 2 4直流电动机的制动运行状态-、制动运行的基本特征1、产生与n相反的电磁转矩2、电机的作用为：将运动系统贮存的机械能转化为电能，实现能量的迅速转移p=n =9550Ci1n = n =955095509550Tn二者相差空载转矩T0结论：制动运行状态本质上为发电机运行状态。与发电机运行的差异：1输入能量有限2、

11、机电能量转换不是目的，而是一种能量转移的手段分类+ Un,T同方向：电动RaEaIf-TY-Y*Y>Q+ U-n,T反方向：制动Ea>U (n>n ) 回馈制动Ia反向一T反向+、 U U反接：反接制动一la反向一T反向 n,T反方向：制动+ Un,T反方向：制动Ea反接：反接制动+ Un,T反方向：制动n=Ea/Ke与U反接相同U= 0:能耗制动 la反向、T反向励磁反向一Ea反向、T反向n,T反方向：制动Ea反方向：反接制动三、他励直流电动机的回馈制动1、 实现回馈制动的必要条件：Ea U，因而n2、功率平衡关系：电动时：U =Ea I a(Ra Rc)功率平衡：UIIa

12、(Rc Ra) EalaR = Pcu PemEa I a = Tem'' =T0： T' 二 P0 ' P2QuP0片.Pem；: F2-回馈制动时：U二Ea- Ia(Ra Rc)功率平衡：UIa Ia(Rc Ra) Ea*-UIaRa-EaIaR 二 Pcu_ Em&m = P2 - P0电磁功率为负，代表将机械功率转换为电功率输入输入功率为负，代表功率回馈到电源RuP0,帀.ItP|Pem3、机械特性(他励)URa * 甩 tnTCeCeCT下放位能负载时的回馈制动运行(最终稳定运行在回馈制动状态)四、他励直流电动机的反接制动实现：电枢电压或电动势

13、极性突然改变(励磁反向)电枢电压和电动势顺极性串联； 反接时必须采取限制电枢电流 的措施。设各变量为无符号数，则电枢电压反接时，有-U 二Ea - (Ra Rc)Ia,即 U + Ea=(Ra RJ a功率平衡：UJ EaIa=(Ra RJR Pern = Pcu轴上机械功率通过电机转换为电磁功率后，连同电网输入功率全部消耗于电阻。机械特性假定正向按电动机惯例不变时， 各变量为有符号数，则机械特性方程不变，仍为n = U 一 RaRcTCeCeCTn反接制动T-Tl0反向电动反抗负载制动到0不断电位能负载回馈制动岂稳定运行点五、他励直流电动机的能耗制动1、 实现：U = 0，电枢回路串入电阻、K1laQ + U（-RaEalaRcnRcT_+Ea.Rantl制动前能耗制动2、功率平衡：机械能量全部消耗在 R中。I aEa =（焉Rc）l a3、机械特性：（假定正向仍按电动方向）习题:串励与复励直