電機(jī)與電器3直流電機(jī)的電力拖動(dòng)

1、120020=emLLemLTTTTTTTTTT電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的轉(zhuǎn)矩平衡表達(dá)式（忽略空載轉(zhuǎn)矩，很小）：電磁轉(zhuǎn)矩：輸出轉(zhuǎn)矩：空載轉(zhuǎn)矩：負(fù)載轉(zhuǎn)矩3.1 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程并勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程2=375emLdGD dnTTJdtdt第第3章章 直流電機(jī)的電力拖動(dòng)直流電機(jī)的電力拖動(dòng) 2GD 2表示為轉(zhuǎn)動(dòng)部分的飛輪矩，單位為表示為轉(zhuǎn)動(dòng)部分的飛輪矩，單位為 Nm2，可從產(chǎn)品目錄，可從產(chǎn)品目錄中查到。中查到。由運(yùn)動(dòng)方程式可知：由運(yùn)動(dòng)方程式可知： (1)當(dāng)當(dāng)Tem=TL時(shí)，時(shí)，n不變，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。不變，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 (2)當(dāng)當(dāng)TemTL時(shí)，時(shí)，n升

2、高，系統(tǒng)加速。升高，系統(tǒng)加速。 (3)當(dāng)當(dāng)TemTL 時(shí)，時(shí)，n降低，系統(tǒng)減速。降低，系統(tǒng)減速。Tem和和TL 的正負(fù)號(hào)取法：電動(dòng)狀態(tài)下，首先規(guī)定的正負(fù)號(hào)取法：電動(dòng)狀態(tài)下，首先規(guī)定n的正方向，的正方向，則則Tem與與n的正方向相同時(shí)取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)；的正方向相同時(shí)取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)；TL 與與n的的正方向相反時(shí)取正號(hào)，相同時(shí)取負(fù)號(hào)。正方向相反時(shí)取正號(hào)，相同時(shí)取負(fù)號(hào)。TemTL vn2=375emLGD dnTTdt3 負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性：指負(fù)載轉(zhuǎn)矩與機(jī)械的轉(zhuǎn)速的關(guān)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性：指負(fù)載轉(zhuǎn)矩與機(jī)械的轉(zhuǎn)速的關(guān)系系n=f (Tf ) 生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可歸納為三類：生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可歸納為三類：

3、一一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 又可分為兩種類型：又可分為兩種類型： 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小與轉(zhuǎn)速無關(guān)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小與轉(zhuǎn)速無關(guān)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩 方向始終與轉(zhuǎn)向相反。例如摩擦力負(fù)方向始終與轉(zhuǎn)向相反。例如摩擦力負(fù) 載。載。4 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和方向均與轉(zhuǎn)速無關(guān)。例如位能負(fù)載。其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和方向均與轉(zhuǎn)速無關(guān)。例如位能負(fù)載。5二、恒功率負(fù)載特性二、恒功率負(fù)載特性 其負(fù)載功率其負(fù)載功率 與轉(zhuǎn)速成反比。例如與轉(zhuǎn)速成反比。例如 車床負(fù)載。車床負(fù)載。恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載特性6三、通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性三、通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性 負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速平方成正比。例如風(fēng)

4、機(jī)、水泵負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速平方成正比。例如風(fēng)機(jī)、水泵 。 除了這三種典型的負(fù)載外，還有其他類型的負(fù)載。實(shí)際生除了這三種典型的負(fù)載外，還有其他類型的負(fù)載。實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性，往往是上述幾種典型特性的組合。例產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性，往往是上述幾種典型特性的組合。例如，考慮摩擦力，實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性如圖中的虛線所如，考慮摩擦力，實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性如圖中的虛線所示。示。2LTkn實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性的負(fù)載特性理想鼓風(fēng)機(jī)理想鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性的負(fù)載特性73.2 3.2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性一、直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般特性一、直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般特性 機(jī)械特性 n=f

5、(Tem) 勵(lì)磁方式不同，直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性也不同。下面以他勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例分析：()aasasaeeeUIRRRRUnICCCemTaTCI2asemeeTRRUnTCC CaEMUaIemTLTnfIfU02NaememeeTURnTnTCCC8二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性 n0為為Tem=0時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱為理想空時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱為理想空載轉(zhuǎn)速。載轉(zhuǎn)速。 nN很小，故他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)很小，故他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是一條下降不多的械特性是一條下降不多的“硬硬”特特性。性。002NaemNemeNeTNURnTnTnnCCC9三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性三、

6、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性1.電樞回路串電阻的人為特性電樞回路串電阻的人為特性特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1）n0不變，它是通過理想空載不變，它是通過理想空載點(diǎn)的直線。點(diǎn)的直線。 （2）特性變）特性變“軟軟”。2NaSemeNeTNURRnTCCC102、降低端電壓的人為特性、降低端電壓的人為特性特點(diǎn)特點(diǎn)： （1）理想空載轉(zhuǎn)速正比于電壓降）理想空載轉(zhuǎn)速正比于電壓降低。低。 （2）硬度不變，一組平行的直線硬度不變，一組平行的直線。2aemeNeTNRUnTCCC113、減弱主磁通的人為特性、減弱主磁通的人為特性特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1）理想空在轉(zhuǎn)速增大；）理想空在轉(zhuǎn)速增大；電極空載的話會(huì)電極空載的話會(huì)“飛車飛車

7、” （2）弱磁后硬度變軟。）弱磁后硬度變軟。2NaemeeTURnTCCC12四、電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件四、電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件 1、前提條件、前提條件 2、要想穩(wěn)定運(yùn)行，抗干擾，還要、要想穩(wěn)定運(yùn)行，抗干擾，還要emLTTemLdTdTdndn133.3 3.3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 若直接啟動(dòng)，若直接啟動(dòng)，U= UN ，R=0， n=0，Ea=0，則電樞電流為，則電樞電流為 直接啟動(dòng)電流很大，有危害。只有直接啟動(dòng)電流很大，有危害。只有小型電機(jī)才允許直接啟動(dòng)。小型電機(jī)才允許直接啟動(dòng)。astNaaUEUIIRR （10 20）aEMUaIemTLTnfIfU14大電流啟

8、動(dòng)電機(jī)的危害：大電流啟動(dòng)電機(jī)的危害： 引起電網(wǎng)的電壓波動(dòng)，影響其他用電設(shè)備的正常工作。引起電網(wǎng)的電壓波動(dòng)，影響其他用電設(shè)備的正常工作。 使換向產(chǎn)生強(qiáng)烈火花；使換向產(chǎn)生強(qiáng)烈火花； 產(chǎn)生很大的電磁力，損壞繞組；使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖產(chǎn)生很大的電磁力，損壞繞組；使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖擊；擊；為此，直流電動(dòng)機(jī)一般不允許直接啟動(dòng)。必須采用啟動(dòng)措施為此，直流電動(dòng)機(jī)一般不允許直接啟動(dòng)。必須采用啟動(dòng)措施限制電流，一般要求啟動(dòng)時(shí)的限制電流，一般要求啟動(dòng)時(shí)的Ist不超過不超過(1.52)IN。同時(shí)，。同時(shí)，為獲得理想的加速轉(zhuǎn)矩盡快啟動(dòng)，應(yīng)在施加電樞電壓之為獲得理想的加速轉(zhuǎn)矩盡快啟動(dòng)，應(yīng)在施加電樞電壓之前先加滿勵(lì)磁，使

9、前先加滿勵(lì)磁，使If=IfN，稱為滿勵(lì)磁啟動(dòng)。，稱為滿勵(lì)磁啟動(dòng)。15一、電樞回路串電阻啟動(dòng)一、電樞回路串電阻啟動(dòng) 是在電樞回路串入幾段電阻（一般多采用是在電樞回路串入幾段電阻（一般多采用25級(jí)），進(jìn)行級(jí)），進(jìn)行分級(jí)啟動(dòng)。分級(jí)啟動(dòng)。 啟動(dòng)時(shí)先接入全部電阻并施加額定電壓啟動(dòng)時(shí)先接入全部電阻并施加額定電壓UN，使啟動(dòng)電流，使啟動(dòng)電流 隨著隨著n 的的 升高，升高，Ea 增大，增大，Ist減小，逐級(jí)切除所串電阻，減小，逐級(jí)切除所串電阻，啟動(dòng)完成。啟動(dòng)完成。(1.5 2)NstNUIIR16二、降壓啟動(dòng)二、降壓啟動(dòng) 在電樞兩端先加低電壓，使在電樞兩端先加低電壓，使 隨著轉(zhuǎn)速的升高，隨著轉(zhuǎn)速的升高， 反電

10、勢逐漸增大，電樞電流逐漸減小反電勢逐漸增大，電樞電流逐漸減小，電磁轉(zhuǎn)矩也逐漸減小，啟動(dòng)速度減慢，此時(shí)再逐漸升，電磁轉(zhuǎn)矩也逐漸減小，啟動(dòng)速度減慢，此時(shí)再逐漸升高電壓，直至高電壓，直至U= UN ，啟動(dòng)完畢。，啟動(dòng)完畢。降壓啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)平穩(wěn)，能耗小，但需要有可調(diào)壓的降壓啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)平穩(wěn)，能耗小，但需要有可調(diào)壓的直流電源。直流電源。(1.5 2)NUIIstRa173.4 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)只要電動(dòng)機(jī)只要電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反相反，就稱電動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。，就稱電動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)有三種制動(dòng)方法。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)有三種制動(dòng)方法。 一、

11、能耗制動(dòng)一、能耗制動(dòng) 1、制動(dòng)方法和原理、制動(dòng)方法和原理 制動(dòng)時(shí)，將制動(dòng)時(shí)，將K 倒向倒向RZ 。Ea由電動(dòng)時(shí)的反電勢變成由電動(dòng)時(shí)的反電勢變成發(fā)電機(jī)電勢，電流倒轉(zhuǎn)：發(fā)電機(jī)電勢，電流倒轉(zhuǎn)：)(0zaaaRRIE 18 特點(diǎn)：特點(diǎn)：Ia改變了方向，變?yōu)楦淖兞朔较?，變?yōu)?（阻力）（阻力）制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，全部消耗在動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，全部消耗在Ra+R上變成電熱量，故稱能耗制上變成電熱量，故稱能耗制動(dòng)。動(dòng)。19停機(jī)時(shí)分析：對(duì)于反抗性負(fù)載，停機(jī)后不會(huì)重新啟動(dòng)不會(huì)重新啟動(dòng)。 對(duì)于位能性負(fù)載，停機(jī)后會(huì)反向重新啟動(dòng)會(huì)反向重新啟動(dòng)。反抗性負(fù)載位能性負(fù)載20

12、2-5 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)二、反接制動(dòng)二、反接制動(dòng)1、電壓反向的反接制動(dòng)（用于快速停機(jī)）、電壓反向的反接制動(dòng)（用于快速停機(jī)）（1）制動(dòng)方法和原理）制動(dòng)方法和原理制動(dòng)時(shí)，將電樞繞組串入制動(dòng)電阻反接于電源上。電勢方程為： 此時(shí)，電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩 方向和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起制動(dòng)作用。)(zaaaNRRIEU ,2ZaNZaNeNaRRURRnCUI ,aNmICTv212、電勢反向的反接制動(dòng)、電勢反向的反接制動(dòng)（用于位能負(fù)載穩(wěn)低速下放）（用于位能負(fù)載穩(wěn)低速下放）保持If和UN不變，僅在電樞回路串入足夠大的電阻Rz，可使電機(jī)的人為機(jī)械特性n=f(T)與位能負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性n=f(TZ)相

13、交于第四象限，如圖中D點(diǎn)。此時(shí) T0，n 0，Ea=CeNn0 故稱為電勢反向的反接制動(dòng)。222-5 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)三、回饋制動(dòng)三、回饋制動(dòng) a)電車下坡電車下坡 b)降低端電壓降低端電壓)(zaaaNRRIEU 232-6 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1、電樞回路串電阻調(diào)速、電樞回路串電阻調(diào)速 特點(diǎn)是： （1）nnN； （2）有級(jí)調(diào)速，難以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速； （3）輕載時(shí)效果不明顯； （4）低速時(shí)特性軟； （5）電阻上的能耗大，造成效率低。只適用于對(duì)調(diào)速要求不高的中小型電機(jī)。 TnTCCRRCUnNmeaNeN 02242、降壓調(diào)速、降壓調(diào)速 特點(diǎn)是： （1） nnN； （2）無級(jí)調(diào)速； （3）調(diào)速范圍大； （4）能耗小。廣泛應(yīng)用于對(duì)起制動(dòng)和調(diào)速要求較高的場合。TnTCCRRCUnNmeaNeN 02253、弱磁調(diào)速、弱磁調(diào)速 特點(diǎn)是： （1） nnN（1.22倍nN)； （2）無級(jí)調(diào)速； （3）最高轉(zhuǎn)速受機(jī)械強(qiáng)度限制，調(diào)速范圍不宜不大； （4）控制方便，能耗小。 應(yīng)當(dāng)注意：直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁回路不能斷開，否則，主極僅有很小的剩磁，可能造成“飛車”事故，或者出現(xiàn)過大的電樞電流而燒壞繞組。TnTCCaRCUnNomeeN 22626作業(yè)：作業(yè)：1、寫出直流電動(dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)電壓方程式；、寫出