CH直流电机的电力拖动实用学习教案

1、会计学1CH直流电机的电力直流电机的电力(dinl)拖动实用拖动实用第一页，共84页。一、单轴拖动系统一、单轴拖动系统(xtng)的运动的运动方程式方程式 nTTZ02TTTTZ制动制动生产机械的生产机械的总负载转矩总负载转矩第1页/共84页第二页，共84页。maFF阻tvmFFdd阻 与直线运动与直线运动(yndng)时相似，做旋转运动时相似，做旋转运动(yndng)的拖动系统的运动的拖动系统的运动(yndng)平衡方程式为平衡方程式为式中式中 电动机的拖动转矩（电磁转矩）（电动机的拖动转矩（电磁转矩）（Nm） 生产机械的阻力矩（负载转矩）（生产机械的阻力矩（负载转矩）（Nm） 拖动系统的旋

2、转角速度（拖动系统的旋转角速度（rad/s） J拖动系统的转动惯量（拖动系统的转动惯量（kgm2）dtdJTTZTZTg42GDGD2转动物体转动物体(wt)的飞轮矩（的飞轮矩（Nm2）g重力重力(zhngl)加速度（加速度（m/s2）它是电动机飞轮矩和生产机械飞轮矩之和，为一个整体它是电动机飞轮矩和生产机械飞轮矩之和，为一个整体的物理量，反映了转动体的惯性大小。的物理量，反映了转动体的惯性大小。602 ntnGDdd3752第2页/共84页第三页，共84页。（1）首先选定电动(din dn)机处于电动(din dn)状态时的旋转方向为规定正方向。（2）转速的方向与规定正方向相同时为正，相反时

3、为负。（3）电磁转矩T的方向：T与 n（+）相同时为正。（4）负载转矩TZ的方向：与n（+）相反时为正。（5）GD2是表征整个旋转系统惯性的一个物理量，是一个完整的符号,不能理解为G、D2的乘积。（6）如果查出的飞轮矩以kg.m2为单位，则必须乘以9.80。tnGDTTZdd3752第3页/共84页第四页，共84页。设外加电枢电压设外加电枢电压 U 一定，一定，T=TZ (平衡平衡)，此时，此时，若若TZ突然增加突然增加(zngji)，则调整过程为则调整过程为达到达到(d do)新的平衡点新的平衡点(Ia 、 P入入) 。TZ n Ia T Ea nCEeaaaaREUI aICTM当当T=T

4、Z 时时, d n/d t =0，电力拖动系统处于，电力拖动系统处于(chy)平衡平衡状态状态 当当 时，时，d n/d t 0，电力拖动系统处于加速状态。，电力拖动系统处于加速状态。 当当 时，时，d n/d t 0，则，则随着转速的升高，反电动势不断增大，随着转速的升高，反电动势不断增大，电流继续减小，同时起动转矩也在减小，电流继续减小，同时起动转矩也在减小，为了在整个起动过程中保持一定的起动转矩为了在整个起动过程中保持一定的起动转矩 ，加速电动机的起动过程，采用将起动电压加速电动机的起动过程，采用将起动电压逐渐提高，逐渐提高，最后电动机进入稳态运行，此时，电枢回路两最后电动机进入稳态运行

5、，此时，电枢回路两端电压达到额定值。端电压达到额定值。0aEaaREUI第27页/共84页第二十八页，共84页。2. 2.电枢回路串电阻电枢回路串电阻(dinz)(dinz)起动起动RREUIaaa在电枢回路中串入电阻在电枢回路中串入电阻 ，可减小起动电流，可减小起动电流，当当TstTZ，电动机开始转动，此时，电动机开始转动，此时 ，则，则 随着随着n，Ea ，Ia，T ，所以为了在整个起动过程中保持一定所以为了在整个起动过程中保持一定(ydng)的起的起动转矩动转矩 ，加速电动机的起动过程，采用将起动电阻一段一段加速电动机的起动过程，采用将起动电阻一段一段逐步切除，最后电动机进入稳态运行，此

6、时，起逐步切除，最后电动机进入稳态运行，此时，起动电阻应被完全切除。动电阻应被完全切除。R0aE第28页/共84页第二十九页，共84页。 启动时串入大电阻，启动后，再逐渐(zhjin)切除电阻，既限制了启动电流又保证足够的启动转矩。NTT) 2 . 11 . 1 (2为了获得较大的加速为了获得较大的加速度度电枢绕组串联的起动电阻不能采用滑电枢绕组串联的起动电阻不能采用滑动动(hudng)变阻器，应采用分段切变阻器，应采用分段切除的变阻器（除的变阻器（大电流）。大电流）。第29页/共84页第三十页，共84页。分组起动电阻(dinz)的计算 设对应转速n1、n2、n3时电势(dinsh)分别为Ea

7、1、Ea2、Ea3，则有：b b点点123aNEUIRc c点点1aNEUIR12d d点点222aNEUIRe e点点211aNEUIRf f点点321aNEUIRg g点点31aNaEUIR比较比较(bjio)以上各以上各式得：式得：IIRRRRRRa2111223 在已知起动电流比在已知起动电流比和电枢电阻前和电枢电阻前提下，经推导可得各级串联电阻为提下，经推导可得各级串联电阻为: :12231211111 stma1mstmstaststastastRR)(RRR)(RRR)(RR)(R第30页/共84页第三十一页，共84页。（6 6）计算各级起动）计算各级起动(q dn(q dn)

8、)电阻。电阻。（1 1）估算或查出电枢电阻）估算或查出电枢电阻 ；aR1T1I（2 2）根据过载倍数选取最大转矩）根据过载倍数选取最大转矩 对应的最大电流对应的最大电流 ；m（3 3）选取起动级数）选取起动级数 ；（4 4）计算起动电流比：）计算起动电流比：maNRIU1 取整数取整数m（5 5）计算转矩）计算转矩: :TT12，校验校验：LT).(T31112如果不满足，应另选如果不满足，应另选 或或 值并重新计算，直到满足该条件为止值并重新计算，直到满足该条件为止. .1Tm计算各级起动电阻计算各级起动电阻(dinz)的步骤的步骤：第31页/共84页第三十二页，共84页。例例 一台他励直流

9、电动机的额定功率一台他励直流电动机的额定功率PN55kW，额定电压，额定电压UN220V，额定电流，额定电流IN287A，额定转速，额定转速 nN1500 rmin，电枢回路总电阻，电枢回路总电阻Ra0.0302，电动，电动机拖动额定恒转矩负载。若采用电枢回路串电阻起动，要求机拖动额定恒转矩负载。若采用电枢回路串电阻起动，要求将起动电流限制将起动电流限制(xinzh)在在1.8IN以内、求应串入的电阻值和以内、求应串入的电阻值和起动转矩。起动转矩。解解 应串入的电阻值应串入的电阻值起动转矩起动转矩)(396. 00302. 02878 . 12208 . 1aNNRIUR14089. 0150

10、00302. 0287220NaNNNenRIUCaNMICT)(6952878 . 114089. 055. 9mN NNeIC8 . 155. 9RRUIaast第32页/共84页第三十三页，共84页。(1)(1)若电动机原本静止若电动机原本静止 0 0 ，电机将不能启动，则反电动势为零，电机将不能启动，则反电动势为零，电枢电枢(din sh)(din sh)电流会很大，电枢电流会很大，电枢(din sh)(din sh)绕组有被烧毁绕组有被烧毁的危险。的危险。T = CM Ia直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，不能让它断开，而且启动时要满

11、励磁。否则，磁不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故： 注意：注意：aaaRIEU第33页/共84页第三十四页，共84页。（2 2）如果电动机在有载运行时磁路突然）如果电动机在有载运行时磁路突然(trn)(trn)断开，断开， ，则，则E E ，Ia Ia ，而，而 T T ，可能不满足可能不满足TZTZ的要求，电动机必将减速或停转，的要求，电动机必将减速或停转，使使IaIa更大，也很危险。更大，也很危险。（3 3）如果电机）如果电机空载运行空载运行，可能造成飞车。，可能造成飞车。 E Ia T T0 n 飞车飞车烧

12、坏电枢烧坏电枢(din sh)绕组绕组nCEeaaaaRIEUT = CM Ia第34页/共84页第三十五页，共84页。例例 一台他励直流电动机的额定功率一台他励直流电动机的额定功率PN55kW，额，额定电压定电压UN220V，额定电流，额定电流IN287A，额定转速，额定转速 nN1500 rmin，电枢回路总电阻，电枢回路总电阻Ra0.0302，电动机拖动额定恒转矩负载，电动机拖动额定恒转矩负载(fzi)。若励。若励磁回路断线，剩磁磁回路断线，剩磁=0.04N，系统加速还是减速，系统加速还是减速。解解V33.2110302. 0287220aNNNNeRIUnC0.92230.042876

13、6100.04TNNaMaMICICTARUIaaa66100302. 045. 8220EV45. 833.21104. 0NenC第35页/共84页第三十六页，共84页。反转反转(fn (fn zhun)zhun)例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两者的方例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两者的方向同时改变时而转向向同时改变时而转向(zhunxing)(zhunxing)不变的原理，采用特别的不变的原理，采用特别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供电均可串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供电均可。电动机的转动电动机的转动(zhun dng)(zhu

14、n dng)方向由电磁力矩的方向确定。方向由电磁力矩的方向确定。（1 1）改变励磁电流的方向。）改变励磁电流的方向。（2 2）或改变电枢电流的方向。）或改变电枢电流的方向。改变直流电机转向的方法：改变直流电机转向的方法：注意：注意：改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两 者的方向不能同时变。者的方向不能同时变。励磁电路的电感较大励磁电路的电感较大, ,反向的过渡过程较长反向的过渡过程较长, ,反向磁通反向磁通和反向转矩建立较慢和反向转矩建立较慢T = CM Ia第36页/共84页第三十七页，共84页。2-5 他励直流电动机他励直流电动机(dngj)的的制动制动

15、 制动：制动： 指通过某种方法产生一个与拖动系统指通过某种方法产生一个与拖动系统转转 向相反的阻转矩以阻止系统运动的过程。向相反的阻转矩以阻止系统运动的过程。 制动作用制动作用(zuyng)意义意义: 1.1.使系统快速停车（或降速）使系统快速停车（或降速）: :属于过渡过程，故称属于过渡过程，故称 为制动过程为制动过程2.2.位能负载稳速下放位能负载稳速下放: :属于稳定属于稳定(wndng)(wndng)运行，称为电动机运行，称为电动机的的 制动运行。制动运行。制动不能简单地理解为停车，停车只是制动过程中制动不能简单地理解为停车，停车只是制动过程中的一种形式而以。的一种形式而以。第37页/

16、共84页第三十八页，共84页。电动状态与制动状态电动状态与制动状态1.电动状态电动状态 特点：转速特点：转速n与转矩与转矩T方向相同，方向相同，T为拖动转为拖动转矩，矩，Ia 与与Ea 方向相反方向相反(xingfn)，输入电能，输，输入电能，输出机械出机械能，机械特性在直角坐标的第一、能，机械特性在直角坐标的第一、 三象限。三象限。2.制动状态制动状态特点：转速特点：转速n与转矩与转矩T方向相反方向相反(xingfn)， Ia 与与Ea 方向方向相同，电机工作在发电状态。相同，电机工作在发电状态。制动制动(zh dn)方法方法机械制动机械制动电气制动电气制动电动机本身产生与转向电动机本身产生

17、与转向(zhunxing)(zhunxing)相反的电磁转矩，起相反的电磁转矩，起到阻碍运动的作用。到阻碍运动的作用。电磁铁制动电磁铁制动第38页/共84页第三十九页，共84页。0Tn正向正向(zhn xin)电电动动反向反向(fn xin)电电动动电压电压(diny)正向回馈正向回馈电压反向电压反向回馈回馈电势反向电势反向反接反接电压反向电压反向反接反接正向能耗正向能耗制动停车制动停车反向能耗反向能耗制动运行制动运行电气制动方法电气制动方法: :能耗制动能耗制动, ,反接制动反接制动, , 回馈制动回馈制动第39页/共84页第四十页，共84页。aITZTn一、能耗一、能耗(nn ho)制动：

18、制动：1、能耗制动的方法、能耗制动的方法(fngf)和原理：和原理：（1 1）方法：）方法： 保持电动机励磁保持电动机励磁(l c)(l c)电流大小、电流大小、方向不方向不 变，令电枢电压变，令电枢电压U=0U=0，电枢断电后立即，电枢断电后立即 接入一个电阻接入一个电阻RZRZ。（2 2）原理：）原理：制动时，制动时，不变，不变，U=0 , nU=0 , n不能突变，使不能突变，使E Ea a不变，则不变，则 I Ia a变为负，与电动时相反变为负，与电动时相反, ,因此因此T T也变负，表明此时的方向与也变负，表明此时的方向与转速的方向相反，转速的方向相反，T T起制动作用，称为制动性转

19、矩。起制动作用，称为制动性转矩。zaaaRREUIzaaRRE机械能机械能电能电能消耗在消耗在电阻上电阻上zaNeRRnC参数特点：参数特点：=，0，+第40页/共84页第四十一页，共84页。2、能耗制动、能耗制动(zh dn)的机械特性：的机械特性：aNezaICRRnzaNeaRRnCIT = CM IaTCTCRRnzNMNeza2NMezazCCRR能耗能耗(nn ho)制动时机制动时机械特性的斜率械特性的斜率 T nn0T=0 时，时，n=0：通过原点；：通过原点； T0时，时，n0：机械特性：机械特性(txng)应在四应在四象限；象限；T0： 机械特性机械特性(txng)应在二应在

20、二象限。象限。第41页/共84页第四十二页，共84页。T nn0nAABOU=0Ia 反向反向(fn xin)Ia0 zaNeaRRnCI为制动转矩为制动转矩制动制动运行运行第42页/共84页第四十三页，共84页。T nABOCDEFFnAnFnFzaaaRREI制动电阻制动电阻(dinz)RZ的确定的确定aaNaRIUENUzaNaRRUI制动快。大，平均制动转矩大，小，zaNazRRUIR慢。制动小，平均制动转矩小，大，zaNazRRUIRT1,I1 NzaNNeaIRRnCII21aNNNezRInCR2当制动时转速当制动时转速(zhun s)大大于或等于于或等于nN时，认为时，认为EB

21、与与U近似相等。近似相等。aNANezRInCR2第43页/共84页第四十四页，共84页。NMZNezaZCTCRRnZNezazICRRnNMZZCTI稳态运行时稳态运行时的电枢的电枢(din sh)电流电流表示重物表示重物(zhn w)下放下放与电动状态时的与电动状态时的电枢电流相同电枢电流相同第44页/共84页第四十五页，共84页。3.能耗能耗(nn ho)制动特制动特点点(i) 制动时制动时 U=0，n0=0 ，直流电动机脱离电网变成直流发，直流电动机脱离电网变成直流发电机单独运行，把系统存储电机单独运行，把系统存储(cn ch)的动能，或位能的动能，或位能性负载的位能转变成电能消耗在

22、电枢电路的总电阻上性负载的位能转变成电能消耗在电枢电路的总电阻上.(ii) 制动时，制动时， n与与T成正比成正比 ,所以转速所以转速n 下降时，下降时，T也下降，故也下降，故低速时制动效果差，为加强制动效果，可减少低速时制动效果差，为加强制动效果，可减少Rz，以，以增大制动转矩增大制动转矩T ，此即多级能耗制动，此即多级能耗制动(iii) 实现能耗制动的线路简单可靠，当实现能耗制动的线路简单可靠，当n=0 时时T=0 ,对于反抗对于反抗性负载可实现准确停车。性负载可实现准确停车。第45页/共84页第四十六页，共84页。例题：某他励直流电动机额定数据(shj)如下：UN=220V，IN=12.

23、5A，nN=1500r/min,Ra=0.8.试求：(1)当当=N，n=1000r/min而时使系统转入能耗制动停车，要求起始制而时使系统转入能耗制动停车，要求起始制动电流为动电流为2IN，电枢回路，电枢回路(hul)应串入电阻应串入电阻Rz=？(2)保持保持=N不变，而使不变，而使TZ=0.8TN的位能负载的位能负载(fzi)以最低的以最低的速度稳速下放，应串制动电阻速度稳速下放，应串制动电阻Rz= ？且此最低转速？且此最低转速nz=？NaNNNenRUCIaNNezRInCR2n=1000r/min 0 T1TZ 系统加速系统加速第50页/共84页第五十一页，共84页。NeazaNCIRR

24、Un)(制动制动(zh dn)电阻电阻RZ的确定的确定zaANeNRRnCUI1反接反接(fn ji)制动瞬制动瞬间间B点点NII21取起始取起始(q sh)最大最大电流电流 aNANeNzRInCUR2制动电阻的比较制动电阻的比较当制动初始可用近似公式当制动初始可用近似公式 反接制动电阻比能耗制动电阻几乎大一倍。反接制动电阻比能耗制动电阻几乎大一倍。aNNzaNNzRIURRIUR2，能耗反接第51页/共84页第五十二页，共84页。2.电动势反向电动势反向(fn xin)的反接制动的反接制动位能负载位能负载(fzi)稳速下放稳速下放 又称转速反向的反接制动或倒又称转速反向的反接制动或倒拉反接

25、制动拉反接制动(1) 方法方法保持保持(boch)电动机端电压、励磁电动机端电压、励磁电流大小、方向不变，将正在电流大小、方向不变，将正在运行的电机电枢串入足够大的运行的电机电枢串入足够大的制动电阻制动电阻 Rz。第52页/共84页第五十三页，共84页。A:电动电动(din dn)状态状态 nA 转速转速(zhun s)不突变不突变系统反向系统反向(fn xin)起动起动n0制制动状态动状态D点：点： T=TZ稳稳定运行状态定运行状态B:正向电动状态正向电动状态 nA 0 TB TZ转速下降转速下降C:停机停机 nC=0TCn0 则则 EaU ，Ia与与Ea同方向，同方向，T 与与 n 方向相

26、方向相反，电机工作在发电状态反，电机工作在发电状态(zhungti)，回馈能量给，回馈能量给电源。电源。(再生发电再生发电(fdin)制动制动)1.电压反向的回馈制动电压反向的回馈制动T nnAAIaB-n0CEFA:电动状态电动状态nA 系统反向起动系统反向起动T、TZ共同驱共同驱动系统加速动系统加速B:制动状态制动状态 nA 0 T10, 对重物下放起制动作用E:回馈制动状态回馈制动状态 的稳定的稳定运行点运行点 T=TZ 机械能机械能电能电能电源电源回馈制动回馈制动第61页/共84页第六十二页，共84页。2.电压电压(diny)不反向的回不反向的回馈制动馈制动nnAnBTZAn0BT0T

27、ZT0,TZ 0 T、TZ驱动驱动(q dn)系统加速系统加速T 0 T1车床：车床：D= 20 120 ，龙门刨床：龙门刨床：D=10 40, 机床进给机构：机床进给机构：D=5 200；轨钢机：轨钢机：D=3 120 ; 造纸机：造纸机： D=3 20 等。等。第70页/共84页第七十一页，共84页。 D与是互相制约的，当采用同一种方法调速时，要求低时，可得到较宽的D；反之亦然。如果要求一定时，采用不同的调速方法，其D不同，如改变电压比串电阻的D大。因此需要(xyo)调速的生产机械，必须同时给出静差率与调速范围这两项指标，以便选择适当的调速方法。 第71页/共84页第七十二页，共84页。解

28、解:(1)求求25、电枢串电阻、电枢串电阻(dinz)调速时的调速范围调速时的调速范围279326. 015000938. 0224440NaNNNenRIUCmin)/(2 .1575279326. 04400rCUnNeN25. 00min0nnnmin)/(4 .11812 .1575)25. 01 ()1 (0minrnn27. 14 .11811500minmaxnnD0min0nnn minmaxnnD 第72页/共84页第七十三页，共84页。min)/(2 .7515002 .15750rnnnNNmin)/(8 .30025. 02 .750rnnNmin)/(6 .2252

29、.758 .3000minrnnnN65. 66 .2251500minmaxnnDmin)/( 1 .9452 .1575)4 . 01 ()1 (0minrnn587. 11 .9451500minmaxnnD（3）求40、电枢(din sh)串电阻调速时的调速范围第73页/共84页第七十四页，共84页。 3调速的平滑性调速的平滑性 调速的平滑性是指相邻两级转速的接近程度调速的平滑性是指相邻两级转速的接近程度，用平滑系数，用平滑系数表示，即表示，即 平滑系数平滑系数越接近越接近1，说明调速的平滑，说明调速的平滑性越好。性越好。 当当 1.06时，就认为转速连续时，就认为转速连续(linx)

30、可调，称为无级调速。可调，称为无级调速。 1iinn4.调速时电机调速时电机(dinj)的容的容许输出许输出5.调速的经济性调速的经济性第74页/共84页第七十五页，共84页。三、调速方式与负载三、调速方式与负载(fzi)性质的配合性质的配合电动机在电动机在nN下下容许输出的功率容许输出的功率电机电机发热发热电枢电枢电流电流第75页/共84页第七十六页，共84页。（1）恒转矩调速）恒转矩调速调速过程中保持调速过程中保持Ia=IN,=N=常数常数,则则 Tl=常数，常数，电动机允许输出电动机允许输出(shch)转矩不变的调速方法称恒转矩调速。转矩不变的调速方法称恒转矩调速。 例：调速时改变电枢电

31、压、电枢回路串入的电阻属恒转矩调速。例：调速时改变电枢电压、电枢回路串入的电阻属恒转矩调速。电动机输出电动机输出(shch)功率功率Pl=Tl，T=常数常数 ， Pl ,即电动机转速即电动机转速越低，输出越低，输出(shch)功率越小功率越小, P 。（2）恒功率）恒功率(gngl)调速调速调速中，保持调速中，保持Ia=IN，若，若n，Pl = Tl常数。常数。调速过程中允许输出功率不变的调速方法调速过程中允许输出功率不变的调速方法(fngf)称为恒功率调速称为恒功率调速例：改变电动机主磁通例：改变电动机主磁通 的调速方法的调速方法(fngf)就属于恒功率调速方法就属于恒功率调速方法(fngf

32、)。Tl = CM N IaT l= CM IanCRIUeaNNn1nT1l0nTPPLTL0nTPPLTL第76页/共84页第七十七页，共84页。2.调速方式与负载调速方式与负载(fzi)类型配类型配合问题合问题 最好的配合方式为：最好的配合方式为：恒功率负载，采用恒功率的调速方法恒功率负载，采用恒功率的调速方法 (弱磁调弱磁调速速)；恒转矩负载，采用恒转矩的调速方法恒转矩负载，采用恒转矩的调速方法 (变电压变电压(diny)或变串入电阻调速或变串入电阻调速)。 这样匹配，使电机在整个调速范围内容这样匹配，使电机在整个调速范围内容量能充分利用，且量能充分利用，且 Ia=IN 不变，电动机的调速不变，电动机的调速转矩与负载一致时，电机容量能充分利用。转矩与负载一致时，电机容量能充分利用。第77页/共84页第七十八页，共8