清華大學(xué)課件電力拖動

1、13.4.3 他勵直流電機的四象限運行小結(jié)前述內(nèi)容中與本節(jié)有關(guān)的內(nèi)容： 電動機穩(wěn)態(tài)工作點是指滿足3.2節(jié)所述的穩(wěn)定運行條件的那些電動機機械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的交點，電動機在穩(wěn)定工作點恒速運行； 電動機運行在工作點之外的機械特性上時，電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩不相等，系統(tǒng)處于加速或減速的過渡過程； 他勵直流電動機固有機械特性與各種人為機械特性，分布在機械特性的四個象限內(nèi)； 生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，有反抗性恒轉(zhuǎn)矩、位能性轉(zhuǎn)矩、泵類等典型負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，也有由幾種典型負(fù)載同時存在的各種負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，它們分布在四個象限之內(nèi)。2022/8/121GD p2下面將具體分析采用典型調(diào)速方式的他勵直流電動機拖動典型負(fù)載

2、時、在各個象限內(nèi)不同的穩(wěn)態(tài)運行以及過渡過程。下列小標(biāo)題中的“運行”是指上述的穩(wěn)定工作點穩(wěn)速運行、“過程”是指上述中電動機從一個穩(wěn)定工作點變化到另一個穩(wěn)定工作點時變速的過渡過程。此外，“制動”（brake）一詞是表示在電動機慣例下、電動機在、象限（電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速不同方向）的運行現(xiàn)象。此時，電動機處于發(fā)電狀態(tài)。3752UI aTeTLE anE1R CT Cf ( I f )I f2022/8/122I a aR31: 固有機械特性；2: 降壓人為機械特性3: UN (或 U ):固有或降壓人為機械特性Te圖 3.4.6 電動運行（以反抗性恒轉(zhuǎn)矩為例）表 3.4.1 他勵電機正向（反向）電動運行下

3、的功率關(guān)系輸入電功率 P1電樞回路總損耗PCua電磁功率（電? 機）PM電動機空載損耗 p0輸出機械功率 P22UIa+Ea IaT =+T0 +T2 +1 正向電動運行和反向電動運行2022/8/123GD p圖 3.4.11 (a) 正向回饋制動過程原來電動機運行在固有機械特性曲線的 A 點上，電壓降為U1后，電動機運行點從 ABCD，最后穩(wěn)定運行在 D 點。在這一降速過渡過程中，從 BC 這一階段，電動機的轉(zhuǎn)速 n 0 ，而電磁轉(zhuǎn)矩Te 0 ，Te 與 n 的方向相反，Te 是制動性轉(zhuǎn)矩，是一種正向回饋制動過程。“回饋”指電動機把功率回饋電源。46 正向回饋制動過程和運行（1）正向回饋制

4、動過程3752UI aTeTLE anE1R CT Cf ( I f )I f2022/8/124I a a +RGD dn5輸入電功率 P1電樞回路總損耗 PCua電磁功率（電? 機） PM電動機空載損耗 p0輸出機械功率 P22Ea IaT =U N Ia =+T0 +T222375 dt) 0 。下坡時小車受到的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL 2 ， TL 2 0 。所以，負(fù)載機械特性為曲線 1 和曲線 2。平路時電動機則運行在正向電動運行狀態(tài)，工作點為固有機械特性與曲線 12022/8/126GD2 ，圖 3.4.6-2 能耗制動過程375曲線 2 n =(Te TL )dt對嗎(1：固有機械特性；

5、2：電樞電壓為零的人為特性)拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩。在 B 點，用于制動的電磁轉(zhuǎn)矩TeB 0 ，并且TB TL = TB TL 0 ，系統(tǒng)減速。在整個過程中，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Te 0 ， Te 與 n 是反方向的，Te 始終是起制動作用的，是制動運行狀態(tài)的一種，稱之為能耗制動過程。72 能耗制動過程2022/8/127Ia ( Ra + R) +GD dn8用于制動的電磁轉(zhuǎn)矩TB 0 ，并且TB TL = TB TL 0 ，系統(tǒng)減速。在整個過程中，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Te 0 ，Te 與 n 是反方向的，Te 始終是起制動作用的，是制動運行狀態(tài)的一種，稱之為能耗制動過程。表 3.4.2 能耗制動時的功率

6、關(guān)系輸 入電功率P1UIa0電樞回路總損耗PCua2+電磁功率（電 機）PMEa IaTe =電動機空載損耗 p0T0+輸 出機械功率P2T222375 dt) 0，轉(zhuǎn)速0，Te為制動性轉(zhuǎn)矩，這種穩(wěn)態(tài)運行狀況稱為能耗制動運行。能耗制動運行Te圖 3.4.6-3Te1: 固有機械特性；2、3: 電壓為零的人為機械特性在這種運行狀態(tài)下， TL 2 方向與系統(tǒng)轉(zhuǎn)速 n 同方向，為拖動性轉(zhuǎn)矩。能耗制動運行時電動機電樞回路串入的制動電阻不同時，運行轉(zhuǎn)速也不同。制動電阻 R 越大，由于用于制動的電磁轉(zhuǎn)矩Te 越小，轉(zhuǎn)速絕對值 n 越高，如圖（b）所示。102022/8/1210114 反接制動過程能耗制動

7、過程的一個實例是反接制動停車。它是把正向運行的他勵直流電動機的電源電壓突然反接，同時在電樞回路串入限流的反接制動電阻R來實現(xiàn)的。拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、C) 時，其機械特性如圖所示。(a)(b)圖 3.4.9 反接制動過程R反向電源反接制動停車 (B正向電源IaM1: 固有機械特性；2: U = U n ，電樞串電阻的機械特性D2022/8/1211I a ( Ra + R ) +GD dn12表 3.4.3 反接制動過程中的功率關(guān)系電動機空載損耗p0輸出機械功率P2輸入電功率P1U N Ia =電樞回路總損耗 PCua2電磁功率（電?機） PMEa IaTe =+T0 +T222375 dtP

8、 = T2 = (TL T0 +) 0 ，減少的動能2022/8/1212反向電源IaTeB正向電源nARM對于采用可調(diào)節(jié)電壓源的電力拖動系統(tǒng)，常常采用先降壓減速（避免接限流電阻）、再反接低電壓從而反接制動停車并接著反向（或正向）起動的運行方式，達到迅速制動并反轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)）的目的。132022/8/1213145 倒拉反轉(zhuǎn)運行(不講)圖 3.4.10 倒拉反轉(zhuǎn)運行1: 固有特性2: 電樞串電阻人為特性他勵直流電動機如果拖動位能性負(fù)載運行，電樞回路串入電阻時，轉(zhuǎn)速 n 下降，但是如果電阻值大到一定程度后，如圖3.4.6-5 所示，就會使轉(zhuǎn)速 n 0 ，與 n 方向相反，是一種制動運行狀態(tài)，稱為倒拉

9、反轉(zhuǎn)運行或限速反轉(zhuǎn)運行。2022/8/1214圖 3.4.6-7反向回饋制動運行如果他勵直流電動機拖動位能性負(fù)載，當(dāng)電源電壓反接時，工作點在第 4 限，見圖（a）中的 B 點，這時電磁轉(zhuǎn)矩Te 0 ，轉(zhuǎn)速 n 0 ，Te 與 n 反方向，稱為反向回饋制動運行。157 反向回饋制動運行（不講）2022/8/121516他勵直流電動機如果拖動位能性負(fù)載進行反接制動，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到 n = 0 時，如果不及時切除電源，也不抱閘抱住電動機軸，那么由于電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩不相等，系統(tǒng)不能維持 n = 0 的恒速，而繼續(xù)減速即反轉(zhuǎn)，如圖（b）所示直到達到反接制動機械特性與負(fù)載機械特性交點 C，方才穩(wěn)定。電動機

10、在 C 點的運行狀態(tài)也是反向回饋制動運行狀態(tài)。2022/8/121617圖 3.4.4 他勵直流電機的四象限運行各種運行狀態(tài)和功率流程圖3.4.3 小結(jié)2022/8/121718例題：例3.4-2 Word 文檔2022/8/1218例3.4-3典型的電梯的機械結(jié)構(gòu)如圖3.4.14所示、分為定滑輪、載物轎箱和配重（圖中用黑框表示）。此外，還在定滑輪上設(shè)置了抱閘裝置用于停車時將定滑輪抱死以保證可靠停車。配重的重量一般為載物轎箱滿載重量的一半，于是轎箱空載時負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向為拖動轎箱上升的方向，轎箱滿載時負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向為拖動轎箱下降的方向。試分析采用調(diào)壓調(diào)速的直流電機拖動電梯轎箱作四象限運行的基本運

11、行狀態(tài)。nTe0下降nTLTLnTeTen0Te下降TLnTLnTe提升提升設(shè)定： TL 逆時針為正，順時針為負(fù)； n 下降為正，上升為負(fù)；電壓 U 右正時為加正電壓，右負(fù)時為加反電壓。圖 3.4.14 電梯的四象限運行示意192022/8/1219nTe0下降nTLTLnTeTen0Te下降TLnTLnTe提升提升設(shè)定：TL 逆時針為正，順時針為負(fù)；n 下降為正，上升為負(fù)；電壓 U 右正時為加正電壓，右負(fù)時為加反電壓。圖 3.4.14 電梯的四象限運行示意20解：首先按電動機慣例設(shè)定各個物理量的正方向如圖3.4.14中的說明。注意：若不假定正方向，則無法討論. 其次,由于是穩(wěn)態(tài)運行，電磁轉(zhuǎn)矩

12、和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向相反。2022/8/1220nTe0下降nTLTLnTen0Te提升下降TLnTLnTe設(shè)定：TL 逆時針為正，順時針為負(fù)；n 下降為正，上升為負(fù)；電壓 U 右正時為加正電壓，右負(fù)時為加反電壓。圖 3.4.14 電梯的四象限運行示意21TeIa提升EaUIaEaUIaEaUIaU電樞回路的作圖：人為規(guī)定電壓U右正時為加正電壓，右負(fù)時為加反電壓。2022/8/1221nTe0提升TLn在減速停車時，有可能進入象限nTeTeTL在加速時，有可能進入? 象限tnn下降A(chǔ)B圖 3.4.15 轎箱空載下降并降壓停車和加速上升（正方向同圖 3.4.14）222022/8/122223本節(jié)(4.3)小結(jié)：本節(jié)定性分析了他激直流電機的調(diào)速方法以及相對應(yīng)的電機輸出的轉(zhuǎn)矩或功率的特性。討論中不考慮電樞回路的動態(tài)，只定性考慮動轉(zhuǎn)矩（Te TL ）的影響。（1）有三種調(diào)速方法，其中降壓調(diào)速優(yōu)點突出、應(yīng)用最為普遍。（2）調(diào)速系統(tǒng)是否經(jīng)濟、調(diào)速方法是否合適，還取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性和調(diào)速方法轉(zhuǎn)矩特性的匹配關(guān)系。電樞串電阻調(diào)速和降壓調(diào)速方法具有恒轉(zhuǎn)矩特性，調(diào)速范圍為額定轉(zhuǎn)速以下；弱磁調(diào)速是恒功率調(diào)速，一般地調(diào)速范圍為額定轉(zhuǎn)速以上。