直流电机的电力拖动教学课件

目录第3章直流电动机的电力拖动3.1电力拖动系统的运动方程3.2他励直流电动机的机械特性3.3他励直流电动机的启动3.4他励直流电动机的制动3.5他励直流电动机的调速3_1电力拖动系统的运动方·3.1.1运动方程式电力拖动系统的运动方程式描述了系统的运动状态,系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。(1)运动方程表达式电动机直接与生产机械的工作机构相接。下面分析电动机直接与生产机械的工作机构相接时,拖动系统的各种转矩及运动方程式。在图3,1中,电动机的电磁转矩T。m通常与转速n同方向,是驱动性质的转矩。生产机械的工作机构转矩,即负载转矩T通常是制动性质的如果忽略电动机的空载转矩T,根据牛顿第二定律可知,拖动系统旋转时的运动方程式为T-71.=J3.1)3_1电力拖动系统的运动方式中,J为运动系统的转动惯量,单位为kgm2;ω为系统旋转的角速度,单位为rad/s为系统的惯性转矩,单位为Nm在实际工程计算中,经常用转速n代替角速度来表示系统的转动速度,用飞轮惯量或称飞轮矩GD2代替转动惯量J来表示系统的机械惯性。由此可得运动方程的实用形式375dt式中,GD2为旋转体的飞轮矩,单位为N●m2。飞轮矩GD是反映物体旋转惯性的一个整体物理量。电动机和生产机械的G;可从产品样本和有关设计资料中查到。(2)系统旋转运动的三种状态当Tem=TL时,=0,系统处于静止或恒转速运行状态,即处于稳态3_1电力拖动系统的运动方当Tem>T1时,,>0,系统处于加速运行状态,即处于瞬态过程。当Tem<TL时<0,系统处于减速运行状态,也是处于瞬态过程。(3)运动方程式中转矩正、负号的规定选定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速:的正方向,然后按照下列规则确定转矩的正、负号电磁转矩Tem与转速n的正方向相同时为正,相反时为负;负载转矩T与转速n的正方向相反时为正,相同时为负。3.1.2负载转矩特性电力拖动系统的运动方程式是集电动机的电磁转矩Tem、生产机械的负载转矩T及系统的转速:之间的关系于一体,定量地描述了拖动系统的运动规律。但是,要对运动方程式求解,首先必须知道3_1电力拖动系统的运动方电动机的机械特性:n=f(Tm)及负载的机械特性:n=f(TL)。负载的机械特性也称为负载转矩特性,简称负载特性。下面先介绍生产机械的负载特性。虽然生产机械的类型很多,但是生产机械的负载转矩特性基本上可以分为三大类1)恒转矩负载特性所谓恒转矩负载特性,是指生产机械的负载转矩的大小与转速:无关的特性。恒转矩负载又分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种反抗性恒转矩负载负载转矩的大小恒定不变,而负载转矩的方向总是与转速的方向相反,即负载转矩的性质总是起反抗运动作用的阻转矩。显然,3_1电力拖动系统的运动方反抗性恒转矩负载特性在第一和第三象限内,如图3,2所示。如皮带运输机、轧钢机、机床的刀架平移和行走机构等由摩擦力产生转矩的机械都属于反抗性恒转矩负载。位能性恒转矩负载负载转矩的大小恒定不变,而且负载转矩的方向也不变。位能性恒转矩负载特性位于第一和第四象限内,如图33所示。如起重机,无论是提升重物还是下放重物,由物体重力所产生的负载转矩的方向是不变的。(2)恒功率负载特性恒功率负载的特点是负载转矩与转速的乘积为一常数,即负载功率PL=TLω=常数,即负载转矩TL与转速n成反比。恒功率负载特性是3_1电力拖动系统的运动方条双曲线,如图34所示。某些生产工艺过程,要求具有恒功率负载特性。例如车床的切削,粗加工时需要较大的吃刀量和较低的转速,精加工时需要较小的吃刀量和较高的转速;又如轧钢机轧制钢板时,小工件需要高速度低转矩,大工件需要低速度高转矩,这些工艺要求都是恒功率负载特性(3)泵与风机类负载特性水泵、油泵、通风机和螺旋桨等机械的负载转矩基本上与转速的平方成正比。这类机械的负载特性是一条抛物线,如图3,5所示32他励直流电动机的机械特性·3.2.1机械特性的表达式直流电动机的机械特性是指在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒定值的条件下,即电动机处于稳态运行时,电动机的转速n与电磁转矩Tcm之间的关系。由于转速和转矩都是机械量,所以把它称为机械特性。电动机的机械特性对分析电力拖动系统的运行是非常重要的。图3,6是他励直流电动机的电路原理图,按图中标明的各个量的正方向,可以列出电枢回路的电压平衡方程式,即(3.3)式中,R=Ra+R,为电枢回路总电阻。将电枢电动势E=Con和电磁转矩Tem=CIa代入式(3.3)中,可得他励直流电动机的机械特性方程式为32他励直流电动机的机械特性C中CCrΦ7m=1o-67(3.4)式中,n0为电磁转矩Tem=0时的转速,称为理想空载转速为机械特性的斜率;△n为转速降由于电磁转矩Tem与电枢电流r成正比,故机械特性也可以用下式表示,即C中C(3.5)由式(34)可知,当为常数时,他励直流电动机的机械特性是一条以β为斜率向下倾斜的直线,如图3,7所示。必须指出,电动机的实际空载转速n比理想空载转速n略低。这是因为电动机由于摩擦等原因存在一定的空载转矩,在空载运行时电磁转矩不可能为零,它必须克服空载转矩,即Tem=T。转速降32他励直流电动机的机械特性△n是理想空载转速与实际转速之差,转矩一定时,它与机械特性的斜率β成正比。β越大,特性越陡,△n越大邝越小,特性越平,Δn越小。通常称β大的机械特性为软特性,而β小的特性为硬特性。·3.2.2固有机械特性和人为机械特性在实际应用中,式(34)中的电枢回路电阻R、端电压U和励磁磁通Φ都是可以根据实际需要进行调节的,每调节一个参数