電機(jī)及電力拖動(dòng)第02章-直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)課件

1、 本章主要介紹電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)等方法和物理過程第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng) 2.10 無刷直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 2.3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 2.4 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 2.5 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng) 2.6 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 2.7 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng) 2.2 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 2.8 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 2.9 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的過渡過程 2.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué) 2.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué) 運(yùn)動(dòng)方程的實(shí)用形式：2.1.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的三種狀態(tài) 當(dāng) 或 時(shí),系統(tǒng)處于加速運(yùn)行狀態(tài)，

2、即處于動(dòng)態(tài)。 當(dāng) 或 時(shí),系統(tǒng)處于減速運(yùn)行狀態(tài)，即處于動(dòng)態(tài)。 當(dāng) 或 時(shí),系統(tǒng)處于靜止或恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。 首先確定電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檗D(zhuǎn)速的正方向，然后規(guī)定：2.1.2、運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)矩正、負(fù)號(hào)的規(guī)定 電磁轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速 的正方向相同時(shí)為正，相反時(shí)為負(fù)。 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速 的正方向相同時(shí)為負(fù)，相反時(shí)為正。 慣性轉(zhuǎn)矩 的大小和正負(fù)號(hào)由 和 的代數(shù)和決定。2.2 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性2.2.1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性是指生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速 無關(guān)的特性。分反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種。1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TLn2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TLn2.1.2 恒功率

3、負(fù)載特性 恒功率負(fù)載特點(diǎn)是：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù)，即 與 成反比，特性曲線為一條雙曲線。 負(fù)載的轉(zhuǎn)矩 基本上與轉(zhuǎn)速 的平方成正比。負(fù)載特性為一條拋物線。TLnTLn12TL02.1.3 通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性2.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.3.1 機(jī)械特性的方程式 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)在電樞電壓、勵(lì)磁電流、電樞回路電阻為恒值的條件下，即電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：由電機(jī)的電路原理圖可得機(jī)械特性的表達(dá)式：稱為理想空載轉(zhuǎn)速。實(shí)際空載轉(zhuǎn)速2.3.2 固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性一、固有機(jī)械特性當(dāng) 時(shí)的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性：二、人為機(jī)械特性當(dāng)改變 或 或 得到

4、的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。 由于電樞電阻很小，特性曲線斜率很小，所以固有機(jī)械特性是硬特性。 電樞串接電阻時(shí)的人為特性 保持 不變,只在電樞回路中串入電阻 的人為特性特點(diǎn)：1） 不變， 變大； 2） 越大，特性越軟。 降低電樞電壓時(shí)的人為特性 保持 不變，只改變電樞電壓 時(shí)的人為特性：特點(diǎn)：1) 隨 變化, 不變; 2) 不同,曲線是一組平行線。 減弱勵(lì)磁磁通時(shí)的人為特性 保持 不變，只改變勵(lì)磁回路調(diào)節(jié)電阻 的人為特性：特點(diǎn)：1）弱磁， 增大； 2）弱磁， 增大他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性為一條直線,所以只要求出直線上任意兩點(diǎn)的數(shù)據(jù)就可以畫出直線,一般選擇理想空載點(diǎn) 和額定運(yùn)行點(diǎn)2.3.3 機(jī)械特

5、性繪制一、固有特性的繪制 步驟：4）計(jì)算額定工作點(diǎn)：1）估算2）計(jì)算3）計(jì)算理想空載點(diǎn)： 在固有機(jī)械特性方程 的基礎(chǔ)上，根據(jù)人為特性所對(duì)應(yīng)的參數(shù) 或 或 變化，重新計(jì)算 和 ，然后得到人為機(jī)械特性方程式。二、人為機(jī)械特性的繪制 2.3.4 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件 處于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，由于受到某種擾動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開原來的平衡狀態(tài)，如果系統(tǒng)能在新的條件下達(dá)到新的平衡狀態(tài)，或者當(dāng)擾動(dòng)消失后系統(tǒng)回到原來的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)運(yùn)行，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。在 點(diǎn)，系統(tǒng)平衡擾動(dòng)使轉(zhuǎn)速有微小增量，轉(zhuǎn)速由 上升到 ， ，擾動(dòng)消失，系統(tǒng)減速，回到 點(diǎn)運(yùn)行。擾動(dòng)使轉(zhuǎn)速由 下降到

6、， ，擾動(dòng)消失，系統(tǒng)加速，回到 點(diǎn)運(yùn)行。2.3.4 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件：在 點(diǎn)，系統(tǒng)平衡 必要條件: 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性有交點(diǎn),即存在擾動(dòng)使轉(zhuǎn)速由 上升到 ， ，即使擾動(dòng)消失，系統(tǒng)也將一直加速，不能回到 點(diǎn)運(yùn)行。 充分條件: 在交點(diǎn) 處滿足 。 或者說，在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以上存在 ,在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以下存在 。 起動(dòng)時(shí)由于轉(zhuǎn)速 ，電樞電動(dòng)勢(shì) ，而且電樞電阻 很小，所以起動(dòng)電流將達(dá)很大值。 過大的起動(dòng)電流將引起電網(wǎng)電壓下降、影響電網(wǎng)上其它用戶的正常用電、使電動(dòng)機(jī)的換向惡化；同時(shí)過大的沖擊轉(zhuǎn)矩會(huì)損壞電樞繞組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般直流電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)。 2.4

7、 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)接通電源后，由靜止?fàn)顟B(tài)加速到 穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程。 起動(dòng)瞬間，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流分別為 為了限制起動(dòng)電流，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通常采用電樞回路串電阻或降低電樞電壓起動(dòng)。一、起動(dòng)特性2.4.1 電樞回路串電阻起動(dòng)三級(jí)電阻起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的電路原理圖和機(jī)械特性為二、分組起動(dòng)電阻的計(jì)算 設(shè)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速n1、n2、n3時(shí)電勢(shì)分別為Ea1、Ea2、Ea3，則有：b點(diǎn)c點(diǎn)d點(diǎn)e點(diǎn)f點(diǎn)g點(diǎn)比較以上各式得： 在已知起動(dòng)電流比和電樞電阻Ra前提下，經(jīng)推導(dǎo)可得各級(jí)串聯(lián)電阻為:（3）選取起動(dòng)級(jí)數(shù) ；（2）根據(jù)過載倍數(shù)選取最大轉(zhuǎn)矩 對(duì)應(yīng)的最大電流 ；（6）計(jì)算各級(jí)起動(dòng)電阻。（1）估算或

8、查出電樞電阻 ；（4）計(jì)算起動(dòng)電流比： 取整數(shù)（5）計(jì)算轉(zhuǎn)矩:，校驗(yàn)：如果不滿足，應(yīng)另選 或 值并重新計(jì)算，直到滿足該條件為止。計(jì)算各級(jí)起動(dòng)電阻的步驟：2.4.2 減壓?jiǎn)?dòng)減壓?jiǎn)?dòng)只有在電動(dòng)機(jī)有專用電源時(shí)才能使用啟動(dòng)時(shí),降低電源電壓,電流隨之減小啟動(dòng)后,逐步提高電源電壓,使電磁轉(zhuǎn)距維持在一定數(shù)值,保證電機(jī)按需要的加速度升速設(shè)備投資大啟動(dòng)電流小,升速平穩(wěn),啟動(dòng)能耗小2.5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng) 當(dāng) 與 的方向相同時(shí)，電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，當(dāng) 與 方向相反時(shí)，電機(jī)運(yùn)行于制動(dòng)狀態(tài)。 2.5.1 能耗制動(dòng)電動(dòng)制動(dòng) 在電動(dòng)狀態(tài)，電樞電流、電樞電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩如圖所示。需要制動(dòng)時(shí),將開關(guān)

9、S投向制動(dòng)電阻 上即可。由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)勢(shì) 方向不變。由 產(chǎn)生的電樞電流 的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的 方向相反,對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩 與 方向相反,為制動(dòng)性質(zhì),電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)靠生產(chǎn)機(jī)械的慣性力的拖動(dòng)而發(fā)電，將生產(chǎn)機(jī)械儲(chǔ)存的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在電阻上，直到電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性為：電動(dòng)機(jī)狀態(tài)工作點(diǎn)制動(dòng)瞬間工作點(diǎn)制動(dòng)過程工作段電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)反抗性負(fù)載，電機(jī)停轉(zhuǎn)。若電動(dòng)機(jī)帶位能性負(fù)載,穩(wěn)定工作點(diǎn) 但制動(dòng)電阻越小，制動(dòng)電流越大。選擇制動(dòng)電阻的原則是能耗制動(dòng)操作簡(jiǎn)單,但隨著轉(zhuǎn)速下降,電動(dòng)勢(shì)減小,制動(dòng)電流和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨著減小,制動(dòng)效果變差。若為了盡快停轉(zhuǎn)電機(jī),可在

10、轉(zhuǎn)速下降到一定程度時(shí),切除一部分制動(dòng)電阻,增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 改變制動(dòng)電阻 的大小可以改變能耗制動(dòng)特性曲線的斜率,從而可以改變制動(dòng)轉(zhuǎn)矩及下放負(fù)載的穩(wěn)定速度。 越小,特性曲線的斜率越小,起始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大,而下放負(fù)載的速度越小。即：其中 為制動(dòng)瞬間的電樞電動(dòng)勢(shì)。2.5.2 反接制動(dòng) 電壓反接制動(dòng)時(shí)接線如圖所示。一、電樞反接制動(dòng) 開關(guān)S投向“電動(dòng)”側(cè)時(shí)，電樞接正極電壓，電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，開關(guān)投向“制動(dòng)”側(cè)，電樞回路串入制動(dòng)電阻 后，接上極性相反的電源電壓，電樞回路內(nèi)產(chǎn)生反向電流： 反向的電樞電流產(chǎn)生反向的電磁轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的制動(dòng)作用電壓反接制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)械特性為：曲線如圖中 所示。工作點(diǎn)變

11、化為： 。制動(dòng)過程中, 、 、 均為負(fù)，而 、 為正。, 表明電機(jī)從電源吸收電功率；,表明電機(jī)從軸上吸收機(jī)械功率;,表明軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌谢芈冯姽β??？梢?反接制動(dòng)時(shí),從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成的電功率一起消耗在電樞回路電阻上。二、倒拉反接倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。電樞回路串入較大電阻 后特性曲線正向電動(dòng)狀態(tài)提升重物(A點(diǎn))負(fù)載作用下電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)(下放重物)電機(jī)以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速下放重物D點(diǎn) 倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性方程就是電動(dòng)狀態(tài)時(shí)電樞串電阻時(shí)的人為特性方程。由于串入電阻很大，有 倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性曲線就是電動(dòng)狀態(tài)時(shí)電樞串電阻時(shí)的人為特性

12、在第四象限的部分。 倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)時(shí)的能量關(guān)系和電壓反接制動(dòng)時(shí)相同。2.5.3 回饋制動(dòng)(再生制動(dòng)) 回饋制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性方程與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相同。 電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，在某種條件下會(huì)出現(xiàn) 情況，此時(shí) ， 反向， 反向，由驅(qū)動(dòng)變?yōu)橹苿?dòng)。從能量方向看，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)回饋制動(dòng)狀態(tài)。穩(wěn)定運(yùn)行有兩種情況:當(dāng)電車下坡時(shí)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速可能超過理想空載轉(zhuǎn)速,進(jìn)入第二象限電壓反接制動(dòng)帶位能性負(fù)載進(jìn)入第四象限 降壓調(diào)速時(shí)產(chǎn)生的回饋制動(dòng)制動(dòng)過程為 段。 發(fā)生在動(dòng)態(tài)過程中的回饋制動(dòng)過程有以下兩種情況 增磁調(diào)速時(shí)產(chǎn)生的回饋制動(dòng)制動(dòng)過程為 段。 回饋制動(dòng)時(shí)由于有功功率回饋到電網(wǎng)，因此與能耗和反接制動(dòng)相比，回饋制動(dòng)是比較

13、經(jīng)濟(jì)的。2.6 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速可以采用機(jī)械調(diào)、電氣調(diào)速或二者配合調(diào)速。通過改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)速比進(jìn)行調(diào)速的方法稱為機(jī)械調(diào)速；通過改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)速的方法稱為電氣調(diào)速。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為電氣調(diào)速方法：1.調(diào)壓調(diào)速；2.電樞串電阻調(diào)速；3.調(diào)磁調(diào)速。 改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)就是人為地改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，使工作點(diǎn)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。調(diào)速前后，電動(dòng)機(jī)工作在不同的機(jī)械特性上，如果機(jī)械特性不變，因負(fù)載變化而引起轉(zhuǎn)速的變化，則不能稱為調(diào)速。2.6.1調(diào)速指標(biāo)：一、調(diào)速范圍:二、靜差率（相對(duì)穩(wěn)定性）：%越小，相對(duì)穩(wěn)定性越好；%與機(jī)械特性硬度和n0有關(guān)。指負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化的程度，

14、轉(zhuǎn)速變化小，穩(wěn)定性好。D與%相互制約:越小,D越小,相對(duì)穩(wěn)定性越好;在保證一定的指標(biāo)的前提,要擴(kuò)大D,須減少n,即提高機(jī)械特性的硬度。三、調(diào)速的平滑性 越接近1，平滑性越好，當(dāng) 時(shí)，稱為無級(jí)調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)速不連續(xù)時(shí)，級(jí)數(shù)有限，稱為有級(jí)調(diào)速。四、調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級(jí)數(shù)越多，調(diào)速越平滑。相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比，為平滑系數(shù) ：主要指調(diào)速設(shè)備的投資、運(yùn)行效率及維修費(fèi)用等。2.6.2 電樞電路串電阻調(diào)速nTemTLRan0nNA0ABn1Ra+Rs1未串電阻時(shí)的工作點(diǎn)串電阻Rs1后,工作點(diǎn)由AAB電樞電路串電阻調(diào)速調(diào)速過程電流變化曲線調(diào)速前、后電流不變調(diào)速過程轉(zhuǎn)速變化曲線t

15、t=0n1nNIaNianian結(jié)論：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí),串電阻越大,轉(zhuǎn)速越低。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)改變電樞回路電阻的調(diào)速過程電樞串電阻調(diào)速設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。 低速時(shí)特性曲線斜率大,靜差率大,所以轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性差； 輕載時(shí)調(diào)速范圍小，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速范圍一般為D2； 損耗大，效率低，不經(jīng)濟(jì)。對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前、后因增通不變而使Tem和Ia不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。 由于電阻只能分段調(diào)節(jié)，所以調(diào)速的平滑性差；缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)：2.6.3 弱磁調(diào)速ABTemTLA調(diào)節(jié)磁場(chǎng)前工作點(diǎn)弱磁瞬間工作點(diǎn)AA弱磁穩(wěn)定后的工作點(diǎn)減弱磁通的人為機(jī)械特性減弱磁通調(diào)速前、后轉(zhuǎn)速變化

16、曲線減弱磁通前、后的電樞電流變化曲線ntt=0結(jié)論：磁場(chǎng)越弱，轉(zhuǎn)速越高。因此電機(jī)運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁回路不能開路。改變勵(lì)磁電流調(diào)速時(shí)電流和轉(zhuǎn)速的變化過程 轉(zhuǎn)速的升高受到電動(dòng)機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，升速范圍不可能很大，一般 D2； 為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，通常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結(jié)合起來，在額定轉(zhuǎn)速以上，采用弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓 調(diào)速。 機(jī)械特性的斜率變大，特性變軟；缺點(diǎn)： 由于在電流較小的勵(lì)磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設(shè)備簡(jiǎn)單，調(diào)速平滑性好。弱磁升速后電樞電流增大，電動(dòng)機(jī)的輸入功率增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動(dòng)機(jī)的效率基本不變，因此經(jīng)濟(jì)性是比較好。優(yōu)點(diǎn)：2.6.

17、4、降低電樞電壓調(diào)速AB調(diào)速壓前工作點(diǎn)A降壓瞬間工作點(diǎn)穩(wěn)定后工作點(diǎn) 降壓調(diào)速過程與電樞串電阻調(diào)速過程相似，調(diào)速過程中轉(zhuǎn)速和電樞電流（或轉(zhuǎn)矩）隨時(shí)間變化的曲線也相似。TemTLA一、機(jī)械特性和調(diào)速特性 在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的電樞回路中，電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì) （2-52） 式中 Eaf發(fā)電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)； Raf發(fā)電機(jī)的電樞電阻； Rad發(fā)動(dòng)機(jī)的電樞電阻； d電動(dòng)機(jī)的每極磁通。 所以，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式為 （2-53） 和 （2-54） 電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速: 轉(zhuǎn)速降: G-M系統(tǒng)的調(diào)速方法： 改變發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)調(diào)速 改變電動(dòng)機(jī)的磁通調(diào)速G-M系統(tǒng)機(jī)械特性起動(dòng) 首先必須使電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁，并調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流達(dá)到

18、額定值，然后再使發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。 發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是從零逐漸升高的，這就不會(huì)發(fā)生起動(dòng)電流過大造成對(duì)電動(dòng)機(jī)的沖擊，保證了電動(dòng)機(jī)能平穩(wěn)起動(dòng)，而不需要在電樞電路中串接起動(dòng)電阻。制動(dòng) 要使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，只要將開關(guān)斷開，電動(dòng)機(jī)就能獲得電氣制動(dòng)而迅速停下來。反轉(zhuǎn) 要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，只要將開關(guān)投到相反位置即可。 反向時(shí)不會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，電動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)比較平穩(wěn)的反轉(zhuǎn)。二、起動(dòng)和制動(dòng)2.7 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)2.7.1 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性當(dāng)磁路不飽和時(shí) 當(dāng)磁路飽和時(shí)，磁通基本不變，機(jī)械特性與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性相似。TemnABC磁路不飽和時(shí)的機(jī)械特性曲線AB段磁路飽和時(shí)的機(jī)械特性曲線BC段一、固

19、有特性固有特性是指當(dāng) 時(shí)的特性，具有以下特點(diǎn)： 它是一條非線性的軟特性，負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速降落很大； 空載時(shí)， 為無窮大。實(shí)際上，空載時(shí)存在剩磁， 為有限值，但值也很大“飛車”現(xiàn)象。因此串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載或輕載運(yùn)行。 由于 ，起動(dòng)和過載時(shí)電樞電流大，故串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)。二、人為特性 電樞串電阻的人為特性 串入電阻后，轉(zhuǎn)速降增大，所以電樞串電阻的人為特性在固有特性的下方，且特性變得更軟。 降低電壓的人為特性 降低電壓時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速下降，人為特性下移。電壓下降后，電樞反電動(dòng)勢(shì)隨之減少，轉(zhuǎn)速必然減少，所以降低電壓的人為特性位于固有特性下方。 改變磁通的人為特性 改變磁通的方法是在勵(lì)磁繞

20、組上并聯(lián)一個(gè)分流電阻。與固有特性相比，在電樞電流相等情況下，勵(lì)磁電流減少，磁通減少，所以人為特性位于固有特性上方。2.7.2 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速一、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能要比他勵(lì)電動(dòng)機(jī)好，這是因?yàn)榇畡?lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流等于電樞電流，因此在同樣的起動(dòng)電流下，串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 起動(dòng)時(shí)為了限制起動(dòng)電流，仍然需要接入起動(dòng)電阻。起動(dòng)過程與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相似。 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性通常不是直線，所以起動(dòng)電阻的計(jì)算一般不能用解析法而只能采用圖解法二、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速也采用電樞串電阻、降壓和弱磁三種方法，其中串電阻常用，弱磁用得較少。2.7.2 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

21、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)若不考慮剩磁，理想空載轉(zhuǎn)速為無窮大，因此不能有回饋制動(dòng)。 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能耗制動(dòng)反接制動(dòng)他勵(lì)磁式制動(dòng)自勵(lì)式制動(dòng)電樞反接制動(dòng)倒拉反接制動(dòng)復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)既有并勵(lì)繞組又有串勵(lì)繞組。其機(jī)械特性介于并勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)之間。 如果并勵(lì)繞組起主導(dǎo)作用，則特性接近并勵(lì)電動(dòng)機(jī)。如果串勵(lì)繞組起主導(dǎo)作用，則接近串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，由于有并勵(lì)繞組接通，所以起空載轉(zhuǎn)速不會(huì)太高。 2.8 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有和人為機(jī)械特性2.9 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的過渡過程 動(dòng)態(tài)過程是指系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)向另一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)過渡的中間過程，這個(gè)過程被稱為過渡過程，系統(tǒng)在過渡過程的變化規(guī)律和性能被稱為系統(tǒng)的

22、動(dòng)態(tài)特性。研究這些問題，對(duì)經(jīng)常處于起動(dòng)、制動(dòng)運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械如何縮短過渡過程時(shí)間，減少過渡過程中能量損耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等，都有實(shí)際意義。2.9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的過渡過程 為突出主要機(jī)電過程，在討論中作如下假定： 電網(wǎng)電壓U=UN=常數(shù)，不因起動(dòng)電流的沖擊而產(chǎn)生波動(dòng)。 不考慮電樞反應(yīng)影響，即磁通常數(shù)。 負(fù)載轉(zhuǎn)矩TZ=常數(shù)。 設(shè)一他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在全電壓的條件下，電樞串入固定電阻進(jìn)行起動(dòng)，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式和轉(zhuǎn)矩平衡方程式，可寫出 式中 R電樞電路總電阻。 （2-63）（2-62）式中 Iz對(duì)應(yīng)于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TZ時(shí)的穩(wěn)態(tài)電樞電流（負(fù)載電流） Tm機(jī)電時(shí)間常數(shù)， 解式（2-64）得 （2-65）

23、 由式（2-62），得所以 ，代入式（2-63），得 （2-64）式中K由起始條件決定，在起動(dòng)瞬間，即t=0時(shí)，Ia=Ist1，于是可求得K=Ist1+Iz，代入式（2-65）求得 （2-66）（2-67）上式即表示起動(dòng)過程中電樞電流隨時(shí)間的變化規(guī)律 它按指數(shù)規(guī)律變化。因?yàn)?常數(shù)，所以由式（2-66）便可直接推出電磁轉(zhuǎn)矩在起動(dòng)過程中的變化規(guī)律 欲求轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，可將式（2-66）代入式（2-62），并考慮到穩(wěn)態(tài)電流與穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即 ，便可得 （2-68） 它能按指數(shù)規(guī)律變化。因?yàn)槠饎?dòng)瞬間t=0,nst=0，所以起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化關(guān)系n=f(t)為 （2-69） 若要求電流或轉(zhuǎn)

24、速達(dá)到某一數(shù)值Ix或nx所需的時(shí)間tx，則只需將Ix或nx，值代入式（2-65）或式（2-68）求解即可。求得 （2-70）Ia=f（t）和n=f（t）的曲線機(jī)電時(shí)間常數(shù)是電力拖動(dòng)系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的動(dòng)態(tài)參數(shù)，前已提出 （2-71） 若將式（2-69）在t=0處求導(dǎo)，便得到t=0時(shí)的加速度 （2-72） 式（2-72）表明，Tm在數(shù)值上等于轉(zhuǎn)速n以t=0時(shí)的加速度直線上升到穩(wěn)定值nz時(shí)所需的時(shí)間，見圖2-42，但是實(shí)際上，由于轉(zhuǎn)速按指數(shù)規(guī)律上升，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間比Tm大得多，理論上只有當(dāng)t=時(shí)，n才能達(dá)到nz，實(shí)際上當(dāng)t=4Tm時(shí)，n98%nz，因此工程上一般認(rèn)為經(jīng)過（3-4）Tm時(shí)間，

25、系統(tǒng)基本上已達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)狀態(tài)。2.9.2 、關(guān)于機(jī)電時(shí)間常數(shù)的討論關(guān)鍵問題是在具體應(yīng)用時(shí)，必須注意起始值和穩(wěn)定值的不同特點(diǎn)以及機(jī)電時(shí)間常數(shù)的變化。電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為n1的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行能耗制動(dòng)，電樞串入制動(dòng)電阻Rz電動(dòng)機(jī)在機(jī)械特性上工作點(diǎn)的變化見右圖，則此時(shí)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)將由Ra+Rz所決定，過渡過程的起始值（對(duì)轉(zhuǎn)速而言）為n1，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為-nz。能耗制動(dòng)時(shí)的起始值和穩(wěn)定值上 述 討 論 沒 有 考 慮 電 磁 慣 性 的 影 響無刷直流電動(dòng)機(jī)就是利用電子開關(guān)和位置檢測(cè)器來代替電刷和換向器，使這種電動(dòng)機(jī)既具有直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)又具有交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。無刷直流電動(dòng)機(jī)，不僅

26、可作為一般直流電動(dòng)機(jī)使用，而且更適用于航空航天技術(shù)、數(shù)控裝置等高新技術(shù)領(lǐng)域。無刷直流電動(dòng)機(jī)將電子電路與電動(dòng)機(jī)融為一體，把電子技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，這將促使電動(dòng)機(jī)技術(shù)更新、更快地發(fā)展。2.10 無刷直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介無刷直流電動(dòng)機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是由電動(dòng)機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器、逆變器和控制器組成的自同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)或自控式變頻同步電動(dòng)機(jī)。2.10.1 無刷直流電動(dòng)機(jī)的組成如下圖所示：直流電源控制信號(hào)逆變器控制器電動(dòng)機(jī)本體轉(zhuǎn)子裝置檢測(cè)器輸出無刷直流與換向器式直流電動(dòng)機(jī)相比，不同的是其轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生氣隙磁通；定子為電樞，嵌有多相對(duì)稱繞組。無刷直流電動(dòng)機(jī)實(shí)際上是一種永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)。除了普通的內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷直流電動(dòng)機(jī)之外，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中還常常采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)一、電動(dòng)機(jī)本體二、逆變器逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電向電動(dòng)機(jī)供電。與一般逆變器不同，它的輸出的頻率不是獨(dú)立調(diào)節(jié)的，而是受控于轉(zhuǎn)子位置