d直流电动机的电力拖动市公开课一等奖省赛课获奖课件

第九章直流电动机电力拖动第一节他励直流电动机机械特征电动机机械特征是指电动机转速n与电磁转矩T关系n=f(T)一、机械特征方程式d直流电动机的电力拖动第1页理想空载转速电动机实际空载转速他励直流电动机机械特征电动机带负载后转速降电枢反应对机械特征影响当电枢电流较大时，因为饱和影响，产生去磁作用。磁通降低，转速就要回升，机械特征在负载大时呈上翘现象。d直流电动机的电力拖动第2页二、固有机械特征与人为机械特征当他励电动机电压及磁通均为额定值时，电枢没有串联电阻时机械特征称为固有机械特征。（一）电枢串联电阻时人为机械特征他励直流电动机固有机械特征电枢串联电阻时人为机械特征d直流电动机的电力拖动第3页21F>F>FN（二）改变电压时人为机械特征电压不一样时人为机械特征（三）减弱电动机磁通时人为机械特征d直流电动机的电力拖动第4页三、机械特征绘制（一）固有机械特征绘制其中固有机械特征是一条直线，只要求出线上两个点数据，就可绘出这条直线。普通选择理想空载及额定运行两点较为方便。理想空载点IN，UN及nN

为已知，Ra能够估算额定运行点d直流电动机的电力拖动第5页（二）人为机械特征绘制各种人为机械特征计算较为简单，只要把对应参数值代入对应人为机械特征方程式即可。[例9-1]一台Z2型他励直流电动机铭牌数据为：试计算其机械特征。解理想空载点额定点d直流电动机的电力拖动第6页四、电力拖动稳定运行条件现在讨论：生产机械负载转矩特征与电动机机械特征这两种特征配合问题。他励直流电动机机械特征负载特征负载特征在电力拖动运动方程式中已指出，当转矩T与Tz方向相反，大小相等而相互平衡时，转速为某一稳定值，拖动系统处于稳态，或称静态两种特征有交点仅是稳定运行必要条件。稳定运行充分条件是：假如电力拖动系统原在交点处稳定运行，因为出现某种干扰作用（如电网电压波动、负载转矩微小改变等），使原来两种特征平衡变成不平衡，电动机转速便稍有改变，这时，当干扰消除后，拖动系统必须有能力使转速恢复到原来交点处数值。电力拖动系统如能满足这么特征配合条件，则该系统是稳定，不然是不稳定。d直流电动机的电力拖动第7页稳定运行点不稳定运行点d直流电动机的电力拖动第8页第二节他励直流电动机起动一、他励直流电动机起动方法如直接加额定电压起动，Ia

可能突增到额定电流十多倍特征图电路图d直流电动机的电力拖动第9页二、他励直流电动机起动电阻计算（一）图解解析法1．绘制固有机械特征2．选取起动过程中最大电流

I1与电阻切除时切换电流I2（或T1与T2）3．画出分级起动特征图d直流电动机的电力拖动第10页（二）解析法在b点在c点两级起动时推广到m级起动普通情况称为起动电流比d直流电动机的电力拖动第11页[例9-2]一台他励直流电动机铭牌数据为：型号Z-290试用解析法计算四级起动时起动电阻值。解已知起动级数m=4

选择d直流电动机的电力拖动第12页各分段电阻以下：则各级起动总电阻以下：d直流电动机的电力拖动第13页三、他励直流电动机起动过渡过程在电力拖动系统中，一些电气参数（如电压、电阻等）与负载转矩突然改变，会引发过渡过程，但因为惯性，这些改变却不能造成电动机转速、电流、转矩及磁通等参量突变，而必须是个连续改变过程。电力拖动系统中普通存在以下三种惯性：1．机械惯性——反应在系统飞轮惯量上，它使转速不能突变。2．电磁惯性——反应在电枢回路电感及励磁回路电感上，它们分别使电枢电流和励磁电流不能突变，从而使磁通不能突变。3．热惯性——它使电动机温度不能突变。d直流电动机的电力拖动第14页电力拖动过渡过程普通分为两种：1）机械过渡过程——它只考虑机械惯性，忽略影响较小电磁惯性。2）电气一机械过渡过程——它同时考虑机械与电磁两种惯性。（一）起动时机械过渡过程他励直流电动机串固定电阻全压起动1．电枢串固定电阻起动过渡过程d直流电动机的电力拖动第15页——负载转矩对应负载电流，即电动机起动完成后，保持稳定转速运行时电枢电流——电力拖动系统机电时间常数，是表征机械惯性一个非常主要物理量其解为为电流起始值其中或d直流电动机的电力拖动第16页起动过程中电枢电流改变曲线或——过渡过程开始时转速起始值当起动转速为零时——机械特征上负载转矩（或负载电流）对应转速，即过渡过程结束时电动机稳定转速。起动过程中转速上升曲线d直流电动机的电力拖动第17页求出过渡过程中某一段时间或或2．电枢串多级电阻起动过渡过程他励电动机二级起动电路及特征第一级起动时d直流电动机的电力拖动第18页转速改变曲线机械特征曲线电流改变曲线d直流电动机的电力拖动第19页d直流电动机的电力拖动第20页[例9-3]一台他励直流电动机铭牌数据为：已知四段起动电阻为：电枢电阻系统飞轮惯量求分级起动总起动时间。解：

d直流电动机的电力拖动第21页设=(0.231+0.137+0.0808+0.0478)×1.61s+4×0.0306s=0.922sd直流电动机的电力拖动第22页理想起动电流改变规律3．加紧起动过程路径1）减小系统飞轮惯量，以减小机电时间常数，从而降低系统惯性2）在设计电力拖动系统时，尽可能设法改进起动过程中电枢电流波形（二）电枢电路电感对起动过程影响电磁时间常数为式中，La为电枢电路总电感当电动机带负载起动时，则过渡过程分两阶段：第一阶段，电枢电流从零增加到Iz

之前，电动机转速为零。式中d直流电动机的电力拖动第23页第二阶段，过了tz

后，电动机开始加速，机械惯性与电磁惯性同时存在或该方程解为式中d直流电动机的电力拖动第24页考虑电枢电感时，无振荡情况下改变曲线其中c1及c2——积分常数，由初始条件决定1）当时，α1和α2为负实数d直流电动机的电力拖动第25页2）当时，α1和α2为负共轭复数考虑电枢电感时，有振荡情况下改变曲线式中式中d直流电动机的电力拖动第26页第三节他励直流电动机制动1）电动运转状态——电动机转矩方向与转速方向相同，此时电网向电动机输入电能，并变为机械能以带动负载。2）制动运转状态——电动机转矩与转速方向相反，此时，用电动机吸收机械能并转化为电能。一、能耗制动电动状态能耗制动d直流电动机的电力拖动第27页能耗制动时机械特征和转速及电流改变曲线d直流电动机的电力拖动第28页能耗制动机械特征方程式假如按最大制动电流不超过来选择则电动机带位能负载时能耗制动电路图当时能耗制动时间为≥≥d直流电动机的电力拖动第29页二、反接制动电动机带位能负载时反接制动电路图反接制动可用两种方法实现，即转速反向（用于位能负载）与电枢反接（普通用于反作用负载）。（一）转速反向反接制动转速反向反接制动机械特征转速反向反接制动特征方程式为电枢电路电压平衡方程式变为d直流电动机的电力拖动第30页上式表明，与二者之和消耗在电枢电路电阻上。（二）电枢反接反接制动断开和，接通和电枢反接反接制动电路图最大电流也不超出≥d直流电动机的电力拖动第31页（三）电枢反接时过渡过程电枢反接时人为机械特征和转速及电流改变曲线1．反作用负载反抗性负载终止在D点位能性负载终止在E点2．位能负载d直流电动机的电力拖动第32页三、回馈制动（或称再生制动）（一）位能负载拖动电动机电动机回馈制动电路图(带位能负载)这时位能负载带动电动机，电枢将轴上输入机械功率变为电磁功率后，大部分回馈给电网（），小部分变为电枢回路铜耗。电动机变为一台与电网并联运行发电机。d直流电动机的电力拖动第33页（二）他励电动机改变电枢电压调速在降低电压降速过程中，当突然降低电枢电压，感应电动势还来不及改变时，就会发生情况，亦即出现了回馈制动状态。他励电动机降压、减速过程中回馈制动特征d直流电动机的电力拖动第34页[例9-4]一台他励直流电动机数据以下：（1）电动机带动一个位能负载，在固有特征上作回馈制动下放，，求电动机反向下放转速。（2）电动机带动位能负载，作反接制动下放，时，转速，求串接在电枢电路中电阻值、电网输入功率、从轴上输入功率及电枢电路电阻上消耗功率。（3）电动机带动反作用负载，从进行能耗制动，若其最大制动电流限制在100A，试计算串接在电枢电路中电阻值。d直流电动机的电力拖动第35页解

（1）电动机反向下放转速（2）电枢电路总电阻电枢串接电阻电网输入功率电枢电路电阻上消耗功率d直流电动机的电力拖动第36页轴上功率（为负值，表示从轴上输入功率）（3）能耗制动时最大电流出现在制动开始时，此时感应电动势为电枢电路总电阻电枢电路串接电阻d直流电动机的电力拖动第37页第四节他励直流电动机调速采取一定方法来改变生产机械工作速度，以满足生产需要，这种方法通常称为调速。一、调速指标调速方法最主要有两大指标：即技术指标与经济指标（一）调速技术指标1.调速范围不一样生产机械要求调速范围是不一样，比如车床D＝20～120，龙门刨床D＝10～40，机床进给机构D＝5～200，轧钢机D＝3～120，造纸机D＝3～20等d直流电动机的电力拖动第38页不一样机械特征下静差率2．静差率（或称相对稳定性）电动机机械特征愈硬，则静差率愈小，相对稳定性就愈高。调速范围D与低速静差率%间关系允许转速降d直流电动机的电力拖动第39页3．平滑性在一定调速范围内，调速级数愈多则认为调速愈平滑。值愈靠近于1，则平滑性愈好。时称为无级调速，即转速连续可调，级数靠近无穷多，此时调速平滑性最好。4．调速时允许输出（或调速时功率与转矩）允许输出是指电动机在得到充分利用情况下，在调速过程中轴上所能输出功率和转矩。d直流电动机的电力拖动第40页（二）调速经济指标调速经济指标决定于调速系统设备投资及运行费用，而运行费用又决定于调速过程损耗，它可用设备效率来说明。[例9-5]一直流调速系统采取改变电源电压调速，已知电动机额定转速，高速机械特征理想空载转速假如额定负载下低速机械特征转速，而对应理想空载转速。（1）试求出电动机在额定负载下运行调速范围D和静差率；（2）假如生产工艺要求静差率≤20%，则此时额定负载下能到达调速范围是多少？还能否满足原有要求？d直流电动机的电力拖动第41页电枢串联电阻调速解（1）低速静差率（2）不能满足原有调速范围要求二、降低电枢端电压调速（一）电枢串联电阻分析电枢串接电阻调速经济性：效率d直流电动机的电力拖动第42页（二）降低电源电压降低电源电压调速系统机械特征方程式为晶闸管整流器供电直流调速系统降低电源电压调速时机械特征d直流电动机的电力拖动第43页减弱磁通人为机械特征三、弱磁调速弱磁调速电路示意图较大容量系统小容量系统弱磁调速时，机械特征方程式是：d直流电动机的电力拖动第44页弱磁调速优点是，在功率较小励磁电路中进行调整，控制方便，能量损耗小，调速平滑性较高。因为调速范围不大，常和额定转速以下降压调速配合应用，以扩大调整范围。减弱磁通时电枢电流、转速、磁通改变曲线d直流电动机的电力拖动第45页四、调速时功率与转矩在调速过程中，只要在不一样转速下电流不超出额定值，电动机长时运行，其发烧不会超出允许程度。对于他励直流电动机，转矩与功率关系为：d直流电动机的电力拖动第46页降压调速时，从高速到低速，允许输出转矩是常数，称为恒转矩调速方式。而允许输出功率则正比于转速。式中弱磁调速时允许输出功率为常数，称为恒功率调速方式；d直流电动机的电力拖动第47页机械特征和允许输出转矩允许输出转矩和功率d直流电动机的电力拖动第48页第九章结束d直流电动机的电力拖动第49页d直流电动机的电力拖动第50页d直流电动机的电力拖动第51页第五节晶闸管—直流电动机系统电流连续时整流电压平均值三相半波零式晶闸管—电动机系统主电路负载为电动机时整流电压波形对于三相零式晶闸管整流电路式中，一逆变角。d直流电动机的电力拖动第52页电流不连续时整流电压与电流波形电流不连续时机械特征d直流电动机的电力拖动第53页反并联连接两组晶闸管装置向直流电动机供电晶闸管—直流电动机系统优点为：改变控制角，即可调整电动机电枢端电压或励磁电流，从而到达平滑调速目标。其技术与经济指标较高；调速范围大，平滑性高，质量小，占地面积小，运行效率高，设备投资和运行费用都较低，而且快速响应控制准确。其缺点是：1）因为电枢电流为脉冲波，电流有效值较高，增加电枢铜耗，引发电动机效率下降。2）当调速范围较大时，功率因数较低。3）晶闸管整流装置整流变压器一次电流中谐波成份会造成种种不良影响。d直流电动机的电力拖动第54页第六节他励直流电动机过渡过程能量损耗一、空载起动能量损耗空载起动时起动时由电源输向电动机能量为可见，电源输入电动机两倍于系统储存动能能量，其中二分之一为拖动系统储存动能，另二分之一为起动损耗。d直流电动机的电力拖动第55页二、空载能耗制动能量损耗损耗等于拖动系统所储存动能。三、空载反接制动能量损耗空载反接制动能量损耗等于拖动系统动能储存量三倍。d直流电动机的电力拖动第56页四、空载反转过程能量损耗空载反转过程能量损耗等于拖动系统动能储存量四倍。五、降低他励直流电动机过渡过程能量损耗方法（一）降低拖动系统动能储存量1、通常设计成细而长形状。2、也可采取双电动机拖动，它由两台二分之一功率电动机组成，这时即相当于电枢等效长度增加，而直径减小。d直流电动机的电力拖动第57页（二）合理选择电动机起、制动方式比较二级与一级起动时损耗可见，前者仅为后者二分之一。同理，他