第6章直流电力拖动.ppt

1、2020/10/3,电机学（2）,第 6 章 直流电力拖动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电 机 学,电机学 + 电力拖动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电机学内容,同步电机,直流电机,异步电机,交流电机 共同理论,变压器,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电机学的分析过程,基 本 结 构,运 行 原 理,运 行 特 性,暂 态 分 析,特 殊 问 题,重点掌握内容,教学重点,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电力拖动内容,拖动基础,交流拖动,电动机选择,直流拖动,教学重点,湖北工业大学稀土电机及控制研究所

2、,2020/10/3,电力拖动的分析过程,起 动 问 题,调 速 问 题,各 种 状 态,暂 态 分 析,电 机 选 择,教学重点,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电机学 -1 教学内容,变压器,同步电机,直流电机,共同理论,电机学,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电机学-2 教学内容,直流拖动,交流拖动,电动机选择,异步电机,电机学+电力拖动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电机学课程特点,综合性、基础性以及实践性都很强是电机学课程的主要特点。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电机学学习要求,认真听课 及

3、时复习 加强实践,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,平时成绩组成,考勤 + 作业 + 实验,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,第 6 章 直流电力拖动,6.1 直流电力拖动概述,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电力拖动概述,一、电力拖动系统的组成,二、拖动系统转动方程式,三、多轴电力拖动系统及其简化,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电力拖动概述,一、电力拖动系统的组成,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机驱动冷轧轧钢机,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流

4、电机驱动龙门刨床,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机驱动堆高车,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电力拖动系统组成,电力拖动 是指由电动机作为原动机拖动生产机械。,直流电力拖动 是指由直流电动机作为原动机拖动生产机械。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电力拖动系统组成,电源,控制设备,电动机,传动机构,工作机构,电力拖动系统组成示意图,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电力拖动概述,二、拖动系统转动方程式,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,拖动系统转动方程式,湖北工业大学稀土电机及

5、控制研究所,2020/10/3,拖动系统转动方程式,负载 TL,n,GD2,电动机 Tem，T0,单轴电力拖动系统示意图,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,拖动系统转动方程式,由物理学, 物体作旋转运动时, 有,式中,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,拖动系统转动方程式,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,拖动系统转动方程式,拖动系统的转动方程为,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,拖动系统转动方程式,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电力拖动概述,三、多轴电力拖动系统 及其简化,湖北工业大学稀

6、土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴电力拖动系统及其简化,多轴电力拖动系统示意图,工作机构 Tf,n,GDa2,GDb2,GDf2,nb,nf,j1,1,j2,2,电动机 Tem，T0,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴电力拖动系统及其简化,对于多轴电力拖动系统，有多个转动方程，需联立才能求解。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴电力拖动系统及其简化,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴电力拖动系统及其简化,工作机构 Tf,n,GDa2,GDb2,GDf2,nb,nf,j1,1,j2,2,电动机 Tem，T0,等效负

7、载TF,n,GD2,电动机 Tem，T0,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴电力拖动系统及其简化,等效飞轮矩,等效负载转矩,等效负载TF,n,GD2,电动机 Tem，T0,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴电力拖动系统及其简化,负载转矩、系统飞轮矩的折算时，应保持系统的功率传递关系和系统贮存的动能不变。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,第 6 章 直流电力拖动,6.2 不同工作机构多轴 系统的简化,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,不同工作机构多轴系统的简化,一、三种常见的工作机构,二、多轴转动系统的简化

8、,三、转动情况折算举例,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,三种常见的工作机构,一、三种常见的工作机构,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,不同工作机构多轴系统的简化,3. 工作机构为升降运动,三种常见的工作机构,1. 工作机构为转动运动,2. 工作机构为平动运动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,不同工作机构多轴系统的简化,工作机构为转动运动,工作机构 Tf,n,GDa2,GDb2,GDf2,nb,nf,j1,1,j2,2,电动机 Tem，T0,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,不同工作机构多轴系统的简化,v,工作台

9、,（装有齿条）,F,工件,刨刀,R,Tem,T0,TF,nf,n,刨床电力拖动示意图,工作机构为平动运动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,不同工作机构多轴系统的简化,T0,TF,Tem,n,减速箱,j,nf,R,卷筒,G,Tf,v,工作机构为升降运动,起重机电力拖动示意图,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,不同工作机构多轴系统的简化,二、多轴转动系统的简化,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,工作机构为转动运动,齿轮,工作机构 Tf,n,GDa2,GDb2,GDf2,nb,nf,j1,1,j2,2,电动机 Tem，

10、T0,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,1. 负载转矩的折算,2. 飞轮矩的折算,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,1. 负载转矩的折算,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,工作机构折算前的机械功率与折算后的机械功率相等，即折算前后功率守恒。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,折算前,折算后,即,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,传动机构的总速比,工作机构 Tf,n,GDa2,GDb2,GDf2,n

11、b,nf,j1,1,j2,2,电动机 Tem，T0,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,若考虑传动机构的损耗，则,所以有,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,传动机构的总效率,工作机构 Tf,n,GDa2,GDb2,GDf2,nb,nf,j1,1,j2,2,电动机 Tem，T0,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,传动机构的转矩损耗,n,T,Tf,j,Tf,j,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,2. 飞轮矩的折算,湖北工业大学稀土电机及控制研

12、究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,工作机构折算前的动能与折算后的动能应相等，即动能守恒。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,旋转物体的动能,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,折算前工作机构的动能,折算到电动机轴上的动能,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,折算前、后 nf 轴上的动能不变，即,折算前,折算后,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,所以，有,工作机构 Tf,n,GDa2,GDb2,GDf2,nb,nf,j1,1,j2

13、,2,电动机 Tem，T0,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,所以，有,工作机构 Tf,n,GDa2,GDb2,GDf2,nb,nf,j1,1,j2,2,电动机 Tem，T0,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,折算到电动机轴上的总飞轮矩,式中，GDa2 为电动机轴上的飞轮矩。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化,飞轮矩折算的一般公式,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,多轴转动系统的简化

14、,飞轮矩折算的实用公式,式中，GDD2 为电动机转子的飞轮矩， = 0.20.3。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,不同工作机构多轴系统的简化,三、转动情况折算举例,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,转动情况折算举例,例题 前图所示的电力拖动系统中，已知飞轮矩 GDa2 = 14.5Nm2, GDb2 = 18.8Nm2, GDf2 = 120 Nm2, 传动效率1= 0.91, 2 = 0.93 ，转矩 Tf = 85 N.m， 转速 n = 2450 r/min，nb= 810 r/min，nf = 150 r/min， 忽略电动机的空载转矩，求：

15、 （1） 折算到电动机轴上的系统总飞轮矩； （2） 折算到电动机轴上的负载转矩 TF。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,转动情况折算举例,解：（1）系统总飞轮矩,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,转动情况折算举例,系统总飞轮矩的近似计算,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,转动情况折算举例,（2）负载转矩,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,第 6 章 直流电力拖动,6.3 负载的转矩特性,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,负载的转矩特性,一、恒转矩负载,二、泵类负载,三、恒功率负载,湖北工业大学

16、稀土电机及控制研究所,2020/10/3,负载的转矩特性,一、恒转矩负载,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,恒转矩负载的转矩特性,二类恒转矩负载,1. 反抗性恒转矩负载,2. 位能性恒转矩负载,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,恒转矩负载的转矩特性,1. 反抗性恒转矩负载,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,反抗性恒转矩负载,皮带运输机,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,反抗性恒转矩负载,重型卡车,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,反抗性恒转矩负载,1）原因： 由摩擦产生；,2）大小： 转矩绝对值

17、大小恒定；,3）性质： 阻碍运动的制动转矩。,特点：,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,反抗性恒转矩负载,例如： 皮带运输机、轧钢机、行走机构、 机床的刀架平移等。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,反抗性恒转矩负载,G,v,F=G,Tf,Tf,Tf,0,nf,实际反抗性负载的转矩特性,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,反抗性恒转矩负载,折算后反抗性负载的转矩特性,0,Tf / j,TF,TF,n,TF,Tf / j,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,恒转矩负载的转矩特性,2. 位能性恒转矩负载,湖北工业大学稀土电

18、机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,特点：,1）原因： 由重力引起；,2）大小： 转矩绝对值大小、方向恒定；,3）性质： 拖动、制动可变。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,实际位能性负载的转矩特性,0,Tf,nf,Tf,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,n,TF1,T,Tf,j,G,v,

19、重物上升,TF2,T,n,Tf,j,G,v,重物下放,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,n,TF1,T,Tf,j,G,v,重物上升,提升重物时电机轴上的负载转矩,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,TF2,T,n,Tf,j,G,v,重物下放,下放重物时电机轴上的负载转矩,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,提升：,下放：,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,0,n,TF,TF2,TF1,T,T,Tf /j,折算后位能性负载的转矩特性,湖北工业大学稀土

20、电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,例如： 起重机、电梯、升降机、行车等。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,重物下放时的折算转矩,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,重物上升和下放时传动机构的效率,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,T,n,Tf,j,G,v,传动机构的效率的讨论之一,TF2,重物下放,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,T,n,Tf,j,G,v,传动机构的效率的讨论之二,重物下放,湖北工业大学稀土电机及控制研究

21、所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,T,n,Tf,j,G,v,传动机构的效率的讨论之三,TF2,重物下放,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,位能性恒转矩负载,的意义, 自锁作用 电机电动运行下放重物,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,负载的转矩特性,注意: 此后本课程所说的负载转矩特性，都是指折算到电动机轴上的 TF n 关系曲线。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,负载的转矩特性,二、泵类负载,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,泵类负载 水泵,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,泵类负载

22、鼓风机,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,泵类负载 螺旋桨,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,泵 类 负 载,特点：,1）原因： 由叶片运动引起；,2）大小： TF n2；,3）性质： 制动。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,泵 类 负 载,例如: 水泵、油泵、通风机、螺旋桨、 风扇等。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,泵 类 负 载,n,0,TF,泵类负载的转矩特性,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,负载的转矩特性,三、恒功率负载,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,恒功

23、率负载,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,恒功率负载,特点：,1）大小： Tf f = C ；,2）性质： 工艺要求。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,恒功率负载,0,TF,n,A,B,TFA,TFB,nA,nB,粗加工,精加工,恒功率负载的转矩特性,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,恒功率负载,例如: 车床车削工件、轧钢机轧制钢板、 打磨机等。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,负载的转矩特性,说明: 实际负载可能是以某种为主，或某几种典型负载的结合。如风机是以泵类负载为主，反抗性负载为辅。,湖北工业大学稀土电

24、机及控制研究所,2020/10/3,第 6 章 直流电力拖动,6.4 电力拖动系统稳定 运行条件,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电力拖动系统稳定运行条件,一、稳定运行的概念,二、稳定运行的充要条件,三、分析举例,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电力拖动系统稳定运行条件,一、稳定运行的概念,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电力拖动系统的稳定运行,稳定运行的概念 电力拖动系统若突然出现了一些小的干扰，当干扰消失后，系统仍能回到原来的工作点上，则称该系统是稳定的，否则是不稳定的。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3

25、,电力拖动系统的稳定运行,T,TL,A,1,0,n,n0,2,nA,工作点,系统稳定运行的工作点,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电力拖动系统的稳定运行,由拖动系统转动方程,此时：,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电力拖动系统的稳定运行条件,二、稳定运行的充要条件,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行的充要条件,2. 充分条件,1. 必要要件,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行的必要条件,电力拖动系统恒速运行的必要条件是其动转矩为零，即,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运

26、行的充分条件,干扰： 1）电源电压波动 2）负载转矩波动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行的充分条件,T,TC,TB,TA,TA,A,C,B,n,0,nA,A,nA,UN,U,电压波动稳定运行点分析,电压波动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行的充分条件,T,TLB,TLC,TLA,A,B,n,0,nA,C,nB,nC,负载波动稳定运行点分析,TL,负载波动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行的充分条件,T,TA,TB,0,A,B,n,nA,UN,U,电压波动不稳定运行点分析,湖北工业大学稀土电机及控制研究所

27、,2020/10/3,稳定运行的充分条件,T,TLA,0,A,n,nA,n0,负载波动不稳定运行点分析,TL,TLB,TLC,B,C,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行的充要条件,电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是,且在 处,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行的充要条件,T,TL,A,n,0,nA,稳定运行点分析,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行的充要条件,T,TL,0,A,n,nA,n0,不稳定运行点分析,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电力拖动系统稳定运行条件,三、分析举例,湖北工

28、业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行分析举例,分析：下图中A、B点是否为稳定运行点？,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行分析举例,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行分析举例,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行分析举例,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行分析举例,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行分析举例,分析：下图中A、B点是否为稳定运行点？,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,稳定运行分析举例,湖北工业大学稀土电机及

29、控制研究所,2020/10/3,稳定运行分析举例,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,作 业 题,思考题,起重机提升重物和下放重物时,传动机构损耗由电动机负担还是由重物负担 ? 提升和下放同一重物时,传动机构损耗的转矩一样大吗?传动机构的效率一样高吗?,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,作 业 题,计算题,电机与拖动基础 (第二版), 李发海,清华大学出版社,P.22 2.1,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,第 6 章 直流电力拖动,6.5 直流电动机的起动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机的起动,一、

30、直接起动及其问题 二、电枢回路串电阻起动 三、降电压起动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机的起动,一、直接起动及其问题,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直接起动及其问题,直接起动 是指直流电动机在额定电压、 电枢回路不串电阻的情况下起动。 此方法一般只适用于微型直流 电动机。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直接起动的问题,1） 起动电流太大； 2） 起动转矩也很大。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直接起动的问题,1）起动电流太大,可达十几倍的额定电流。电机不能换向，并急剧发热。,湖北工业大学稀

31、土电机及控制研究所,2020/10/3,直接起动的问题,2）起动转矩也很大,远大于额定转矩，会造成机械撞击。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机负载起动条件,1）,2）,电机起动时应同时满足上面两条件。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机的起动,二、电枢回路串电阻起动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电枢回路串电阻起动,电枢回路串电阻起动的机械特性,T,A,n,n0,nA,T s,0,Ra,Ra+R1,Ra+R2,T L,T 1,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电枢回路串电阻起动,起动电阻的计

32、算,由,有,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电枢回路串电阻起动,串电阻起动的优缺点,起动设备简单、成本低； 起动不平滑、能量损耗大，并引 起电机发热。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,降 电 压 起 动,降电压起动的机械特性,T,n0,T L,0,UN,Umin,T S,nA,n,A,T 1,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,降 电 压 起 动,最低起动电压的计算,由,有,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,降 电 压 起 动,降电压起动的优缺点,起动平滑、能量损耗小； 起动设备较简单、成本较高。,湖北工业大学稀

33、土电机及控制研究所,2020/10/3,第 6 章 直流电力拖动,6.6 直流电动机的调速,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机的调速,一、调速方法 二、调速的性能指标,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机的调速,一、调速方法,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机调速方法,调速的一般原理,TL,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机调速方法,调速方法,1. 串电阻调速 2. 降压调速 3. 弱磁调速,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机调速方法,1. 串电阻

34、调速,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电枢串电阻调速,R,n,M,Ea,N,UN,R,R,C1,C2,C3,Uf,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电枢串电阻调速,T,n,n0,nA,T L,0,Ra,Ra+R1,Ra+R2,n1,n2,A,A1,A2,串电阻调速机械特性,A,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电枢串电阻调速,T,n,n0,nN,T N,0,Ra,Ra+R1,Ra+R2,n1,n2,A,A1,A2,A,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电枢串电阻调速,特点一,调速方向是从 基速 向下调， 即 n

35、nN 。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电枢串电阻调速,电机稳定运行时,他励直流电动机， 一定，则,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电枢串电阻调速,特点二,电枢电流a 取决于负载大小， 与电机转速 n 无关。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电枢串电阻调速,Ia2 Ra,I a2（Ra+R1）,I a2（Ra+R2）,T,n,n0,nA,T L,0,n1,n2,A,A1,A2,调速时的铜耗分析,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电枢串电阻调速,特点三,电机转速越低，损耗越大。,湖北工业大学稀土电机及控制研究

36、所,2020/10/3,电枢串电阻调速,T,n,n0,nN,T L=TN,0,Ra,Ra+R1,n1,A,A,TL,n1,n,调速时的转速稳定性分析,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电枢串电阻调速,特点四,串入的调速电阻越大，转速的稳定性越差。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电枢串电阻调速,串电阻调速的缺点,功耗大，低速稳定性差，不能连续调速。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机调速方法,2. 降压调速,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机降压调速,降压调速机械特性,T,n,A (n),T,

37、0,UN,U1,U,A1(n1),A2(n2),A,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机降压调速,T,T,n,A (nN),0,UN,U1,U,A1(n1),A2(n2),A,电机带额定负载运行,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机降压调速,特点一,调速方向是从 基速 向下调。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机降压调速,特点二,电枢电流a 取决于负载大小， 与电机转速 n 无关。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机降压调速,特点三,电机铜损耗基本不变，效率高。,湖北工业大学稀土

38、电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机降压调速,T,n,A(n),0,UN,U1,A1(n1),n,TL,n,调速时的转速稳定性分析,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机降压调速,特点四,电机低速运行时转速稳定性好。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机降压调速,特点五,可实现无级调速。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机调速方法,3. 弱磁调速,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机弱磁调速,n,M,Ea,UN,R,Uf,If,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/

39、10/3,直流电动机弱磁调速,T,n,n,T ,0, N, 1,n,弱磁调速机械特性,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机弱磁调速,T,n,n1,T N,0, N, 1,nN,电机带额定负载运行,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机弱磁调速,特点一,调速方向是从 基速 向上调。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机弱磁调速,直流电机的电磁功率,当 Pem= PemN = C 时,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机弱磁调速,特点二,电机拖动恒功率负载时，电枢 电流a也恒定。,湖北工业

40、大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机弱磁调速,特点三,调速铜耗小，效率高。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机弱磁调速,特点四,可实现无级调速。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机调速方法,为了扩大调速范围，可采用双向调速方法，即降压和弱磁和调速方法。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机的调速,二、调速的性能指标,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速的性能指标,1. 调速范围和静差率 2. 调速方式 3. 调速的平滑性 4. 速的经济性,湖北工业大学稀土电机及控制

41、研究所,2020/10/3,调速的性能指标,1. 调速范围和静差率,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,调速范围（D）的定义,当,时,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,T,n,nN,T L=TN,0,Ra,nmin,A1,A2,Ra+Rmax,串电阻调速的调速范围,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,T,n,A1,T,0,UN,Umin,A2,n,nmin,降压调速的调速范围,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,静差率的定义,电动机由理想空载转速到额

42、定负载时的转速变化率，即,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,静差率的物理意义,反映了电动机转速的相对稳定性； 静差率越小，转速的相对稳定性越好。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,静差率的讨论之一 n0 一定时， n。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,T,n,nN,T L=TN,0,Ra,nmin,A1,A2,Ra+Rmax,n0,nN,n,串电阻调速的静差率,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,静差率的讨论之二 n 一定时， 1 / n0 。

43、,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,T,n,A1,T,0,UN,Umin,A2,n,nmin,n0,n01,nN,nN,降压调速的静差率,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,静差率的讨论之三 调速范围与静差率相互制约。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,T,n,A,T,0,UN,U2,A2,n,n2,n0,n02,A1,n01,U1,n1,调速范围与静差率相互制约,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,静差率一定条件下，扩大调速范围的主要措施是提高机

44、械特性的硬度。,静差率的讨论之四,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,T,n,A,T,0,UN,U2,A2,n,n2,n0,n02,A1,n01,U1,n1,nN,nN,nN,提高机械特性的硬度,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,T,n,A,T,0,UN,U2,n,n2,A1,U1,n1,A2,直流转速闭环系统的静特性,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速范围和静差率,一些生产机械的静差率和调速范围,普通车床：,龙门刨床：,造 纸 机：,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速的性

45、能指标,2. 调速方式,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,额定电流 IN 的意义,电机长时间运行电枢电流的最大值（上限）。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,电枢电流过大或过小的利弊,损耗增加，温升上升,未能充分使用电动机,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,恒转矩调速方式定义,在某种调速方法中，当 Ia= IN 时，若该电动机电磁转矩恒定不变，则称之为恒转矩调速方式。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,恒转矩调速方式,T,n,n0,nN,T N,0,Ra,Ra+R,n1,A,

46、A1,T,n,A,0,UN,U,A1,nN,n1,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,恒功率调速方式定义：,在某种调速方法中，当 Ia= IN 时，若该电动机电磁功率恒定不变，则称之为恒功率调速方式。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,恒功率调速方式,T,1,n,T,0, N, 1,2,n2,n,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,调速方式的意义,表征电动机采用某种调速方法时的负载能力。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,调速方式与负载性质的匹配表,湖北工业大学稀土电机及控制研究

47、所,2020/10/3,调速方式,T,n,nN,T L TN,0,n2,A1,A2,A3,n3,低速匹配 高速不匹配,恒转矩调速方式带恒功率负载,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,T,n,A1,0,UN,n,n3,A2,U1,n2,A3,T L TN,恒转矩调速方式带恒功率负载,低速匹配 高速不匹配,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,恒转矩调速方式带恒功率负载,低速匹配：可使负载转矩等于电动机的额定转矩，电动机的电流等于额定电流，电动机充分利用。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,高速不匹配：负载转矩小于

48、电动机额定转矩，电流小于额定电流，电动机没有充分利用。,恒转矩调速方式带恒功率负载,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,高速匹配 低速不匹配,恒功率调速方式带恒转矩负载,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,由,若,若,T,1,n1,T,0, 1,2,2,n2,n,恒功率调速方式带恒转矩负载,CT 1 Ia1 = CT 2 Ia2 = TL,Ia2 = IN,Ia1IN,Ia2IN,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,恒功率调速方式带恒转矩负载,高速匹配：可使负载转矩等于电动机的额定转矩，电动机的电流等于额定电流

49、，电动机充分利用。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速方式,低速不匹配：负载转矩等于电动机额定转矩，电流小于额定电流，电动机没有充分利用。,恒功率调速方式带恒转矩负载,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速的性能指标,3. 调速的平滑性,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速的平滑性,调速平滑性的定义：,高一级的转速,低一级的转速, 越小，调速越平滑。,无级调速，,。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速的性能指标,4. 调速的经济性,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,调速的经济性,调速的

50、经济性主要考虑：,1） 调速设备成本（一次投资） 2） 调速电能损耗（电机、电源） 3） 维护、维修成本,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电动机的调速性能比较,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,第 6 章 直流电力拖动,6.7 直流电机的各种 运行状态,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机的各种运行状态,生产机械常要求电机能在不同状态下运行。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机的各种运行状态,电机的机械特性（固有、人为）和负载转矩特性分布在四个象限。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/

51、10/3,直流电机的各种运行状态,电机的运行状态由电机和负载共同确定。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机的各种运行状态,这里运行表示电机处于稳态，过程表示电机为暂态。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机的各种运行状态,一、电动运行 二、制动状态,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机的各种运行状态,n,Tem,n,Tem,电动状态 制动状态,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机的各种运行状态,一、电动运行,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,他励直流电动机的电动运行,1

52、. 正向电动运行（I） 2. 反向电动运行（III）,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,反向电动运行,正向电动运行,A,B,C,n0,n0,TL,TL,UN,U1,n01,n,0,T,N, Ra,N, Ra,他励直流电动机的电动运行,电动运行时的机械特性,TL,nA,TemA,TemC,nC,TL,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,电动运行的功率关系,电动运行时的功率流程图,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机的各种运行状态,二、制动状态,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机的制动状态,1. 能耗制动

53、2. 反接制动 3. 倒拉反转 4. 回馈制动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机的能耗制动状态,1） 能耗制动过程 2） 能耗制动运行,能耗制动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机的能耗制动状态,1） 能耗制动过程,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,能耗制动线路,他励直流电动机能耗制动过程,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,他励直流电动机能耗制动过程,能耗制动电机的机械特性,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,他励直流电动机能耗制动过程,n,n0,nA,nc,C,T,TL,B,A

54、,0,Ra,Ra+ R,-TemB,能耗制动过程机械特性,TL,nA,TemA,TL,n,TemB,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,他励直流电动机能耗制动过程,能耗制动过程状态的实现条件,电机：切除电枢电源，且在电枢 回路串入电阻 负载：反抗性质,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,他励直流电动机能耗制动过程,能耗制动过程电阻,制动瞬间的反电动势,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机的能耗制动状态,2） 能耗制动运行,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,n,n0,C,T,TL1,B,A,0,TL2,U=0 Ra

55、+R,他励直流电动机能耗制动运行,能耗制动运行机械特性,G,TL1,nA,TemA,G,TL2,nC,TemC,v,v,G,TL1,nA,TemB,v,-TemB,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,他励直流电动机能耗制动运行,n,n0,C,T,TL1,B,A,0,TL2,Ra+R1 Ra+R2,R1R2,能耗制动运行机械特性,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,他励直流电动机能耗制动运行,能耗制动运行状态的实现条件,电机：切除电枢电源，且在电枢 回路串入电阻 负载：位能性质,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,他励直流电动机能耗制动运行,

56、能耗制动运行电阻计算,机械特性法：,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,能耗制动的功率关系,电机的输入功率,电机的输出功率,电机的电磁功率,(机电),(输入机械功率),湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,能耗制动的功率关系,由电动运行的功率关系,得能耗制动的功率关系,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,能耗制动的功率关系,P2,PM,p0,能耗制动时的功率流程图,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,直流电机的制动状态,2. 反接制动,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,2020/10/3,R,n,M,Ea,N,Ia,U,他励直流电动机反接制