第8章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

第8章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)8.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)8.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速8.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)8.5他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行8.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電機(jī)與拖動(dòng)8.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=UaCEΦ－RCECTΦ2Te當(dāng)Ua、R、If

=常數(shù)時(shí)：

n=f(Te)——機(jī)械特性=n0－β

Te=n0－△n理想空載轉(zhuǎn)速β=

dndTeRCECTΦ2=α=1β——機(jī)械特性的硬度電機(jī)與拖動(dòng)——固有機(jī)械特性一、固有機(jī)械特性O(shè)Te

nn0二、人為機(jī)械特性1.電樞回路串電阻的人為特性:n=－TeUNCEΦNRa+RcCECTΦN2RaRa1Ra2Ra＜Ra1＜Ra2Ra↑→β↑→α↓即機(jī)械特性變軟。n=f(Te

)UaN,

IfN,Ra電機(jī)與拖動(dòng)特點(diǎn)：硬特性，

＝(3～8)%2.降低電樞電壓時(shí)的人為特性n=UaCEΦN－RaCECTΦN2TeOTenn0UNUa1n01Ua2n02UN＞Ua1＞Ua2Ua↓→n0↓但β、α不變→機(jī)械特性的硬度不變。電機(jī)與拖動(dòng)3.減小勵(lì)磁電流時(shí)的人為特性O(shè)Tenn0ΦNΦ1n01Φ2n02Tst堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩ΦN＞Φ1＞Φ2n=UNCEΦ－RaCECTΦ2Te

Φ1n01Φ2n02OIann0ΦNIst堵轉(zhuǎn)電流Ist=UN/RaTst=

CTΦUN/Ra電機(jī)與拖動(dòng)8.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)●

起動(dòng)性能:①起動(dòng)電流Ist

；②起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst?！?/p>

直接起動(dòng)：起動(dòng)瞬間：n=0，E=0Ia=

Ist=UaRa=(10~20)IN——換向決不允許!Te=

Tst=CTΦIst=(10~20)TN電機(jī)與拖動(dòng)一、電樞串聯(lián)電阻起動(dòng)OTenn0T1(I1)TLT2(I2)ab1.分級(jí)起動(dòng)過(guò)程(1)串聯(lián)(Rst1+Rst2)起動(dòng)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(電流)：T1(I1)=(1.5~2.0)TN(IN)

d(2)切除Rst2:切換轉(zhuǎn)矩(電流)：T2(I2)

=(1.1~1.2)TL(IL)c

R2=Ra+Rst1+Rst2

R1=Ra+Rst1ME＋Ua－Rst1Rst2＋Uf－電機(jī)與拖動(dòng)eOTenn0T1(I1)TLT2(I2)abcd(2)切除Rst1:電樞總電阻為:Ra起動(dòng)a點(diǎn)→加速到b點(diǎn)切除Rst2瞬間n不變跳變到c點(diǎn)↓→加速到d點(diǎn)跳變到e點(diǎn)切除Rst1瞬間n不變加速到f點(diǎn)←穩(wěn)定運(yùn)行于f點(diǎn)←fME+Ua－Rst1Rst2+Uf－電機(jī)與拖動(dòng)2.起動(dòng)級(jí)數(shù)未定時(shí)的起動(dòng)電阻的計(jì)算(1)測(cè)出或由銘牌數(shù)據(jù)估算出Ra；(2)確定最大起動(dòng)電流I1

、切換電流I2

；

起切電流比：β=

I1

I2

(3)求出起動(dòng)時(shí)的電樞總電阻RmRm=

Ua

I1

=

UN

(1.5~2)IN

(4)確定起動(dòng)級(jí)數(shù)m：m

=RmRa

lgβ

lg電機(jī)與拖動(dòng)eOTenn0T1(I1)TLT2(I2)abcdfnd

=ne即：Ed

=EeUa－R1I2=Ua－RaI1R1I2=RaI1R1=RaI1I2=βRa同理，由nb

=nc可得：R2=R1I1I2=βR1=β2Ra對(duì)于m級(jí)起動(dòng)，有：Rm=βmRam=RmRa

lgβ

lgRaR1R2電機(jī)與拖動(dòng)(5)確定各段總電阻值和各段電阻值：各段總電阻值：R1=βRaR2=βR1=β2RaR3=βR2=β3Ra……Rm=βR(m－1)=βmRa各段電阻值：

Rst1=R1－RaRst2=R2－R1Rst3=

R3－R2……Rstm=Rm－R(m－1)電機(jī)與拖動(dòng)3.起動(dòng)級(jí)數(shù)已定時(shí)的起動(dòng)電阻的計(jì)算(1)測(cè)出或由銘牌數(shù)據(jù)估算出Ra；(2)確定最大起動(dòng)電流I1，計(jì)算：Rm

=UNI1β=RmRa

mI2

=

β

I1

校驗(yàn)：I2

=(1.1~1.2)IL(4)確定各段總電阻值和各段電阻值。(3)確定切換電流I2電機(jī)與拖動(dòng)二、降低電樞電壓起動(dòng)

OTenn0UaNUa1Ua2Ua3aT1(I1)cegT2(I2)bdfTLh

自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓，平滑起動(dòng)，損耗小。

需要可調(diào)直流電源。三、

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)OTenn01.磁場(chǎng)反向Te=CTΦIa2.電樞反向－n0●

Lf大，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)?！?/p>

容易使繞組斷開(kāi)。正向電動(dòng)反向電動(dòng)問(wèn)題：怎樣改變并勵(lì)、串勵(lì)、積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向？電機(jī)與拖動(dòng)8.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速◆

調(diào)速的技術(shù)指標(biāo)：調(diào)速范圍、靜差率、平滑性、容許輸出。車床龍門(mén)刨床軋鋼機(jī)造紙機(jī)

Dδ20~12020~403~1203~20

30%5%0.2%0.01%◆

調(diào)速的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用。n=CEΦUa－RaCECTΦ2TeUaRaΦΦ電機(jī)與拖動(dòng)◆

調(diào)速方法：一、改變電樞電阻調(diào)速Ra2OTe

nn0Ra1＞TLabcncTLOTenn0Ra2Ra1＞abcOTenn0Ra2Ra1＞TLacb(1)

調(diào)速方向：在nN以下調(diào)節(jié)。

(Ra+Rc)↑→n↓，(Ra+Rc)↓→n↑。(2)

調(diào)速的穩(wěn)定性:

(Ra+Rc)↑

→β↑→α↓→δ↑→穩(wěn)定性變差。(3)

調(diào)速范圍：受穩(wěn)定性影響，D較小。電機(jī)與拖動(dòng)(4)

調(diào)速的平滑性：P2=

Pe

－

P0

≈Pe=CE

nIa

=P2P1=nn0——低速效率低。(6)

調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載：

Te=CTΦNIaN——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。取決于Ra

的調(diào)節(jié)方式，一般為有級(jí)調(diào)速。(5)

調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性：

P1=Ua

Ia

=CE

n0

Ia電機(jī)與拖動(dòng)●

結(jié)論：(1)調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性很差；(2)調(diào)速方法簡(jiǎn)單，控制設(shè)備不復(fù)雜；(3)一般用于：串勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的電車、煉鋼車間的澆鑄吊車等生產(chǎn)機(jī)械?！?/p>

提高機(jī)械特性硬度的方法：ME＋U－Rc1＋Uf－Rc2Ra+RcOTenn0Ran0'電機(jī)與拖動(dòng)二、改變電樞電壓調(diào)速OTenUa1Ua2＞TL降低Ua

調(diào)速的過(guò)程:adbcTb(1)

調(diào)速方向:

在UN（或nN）以下調(diào)節(jié)。

Ua↓→n↓，Ua↑→n↑。(2)

調(diào)速的穩(wěn)定性:

改變Ua

→α、β不變，但δ↑→穩(wěn)定性變差。(3)

調(diào)速范圍：D不大（D≤8）。(4)

調(diào)速的平滑性：連續(xù)調(diào)節(jié)Ua

，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。(5)

調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性：需要專用直流電源。(6)

調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載:Te=CTΦNIaN——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。電機(jī)與拖動(dòng)三、減弱磁通調(diào)速OTenΦ2Φ1＞TLacbΦ↓n不能躍變E↓→Ia↑→Te↑→n↑→

Ia和Te→E

回升→Te=TL下降→n=nc→

Ta

>Tc

，Ia1=

Ia2電機(jī)與拖動(dòng)在nN以上（ΦN以下）調(diào)節(jié)。(2)

調(diào)速的穩(wěn)定性:

Φ↓(1)

調(diào)速方向:→△n↑，n0↑→δ

不變，穩(wěn)定性好。(3)

調(diào)速范圍：受機(jī)械強(qiáng)度（nmax）的限制，D不大。普通M：D=2，特殊設(shè)計(jì)的M：D=4。(4)

調(diào)速的平滑性:

連續(xù)調(diào)節(jié)Uf（或Rf）可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。(5)

調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性:

調(diào)節(jié)Rf

比較經(jīng)濟(jì)；調(diào)節(jié)Uf

則需要專用直流電源。(6)

調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載：

Φ↓→Te↓，n↑，P基本不變，

為恒功率調(diào)速。電機(jī)與拖動(dòng)◆

應(yīng)用：不經(jīng)常逆轉(zhuǎn)的重型機(jī)床。如：國(guó)產(chǎn)C660、C670等機(jī)床，重型龍門(mén)刨床的主傳動(dòng)在高速區(qū)的調(diào)速。電機(jī)與拖動(dòng)8.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)制動(dòng)目的：快速停車、勻速下放重物等。制動(dòng)方法：機(jī)械制動(dòng)、電氣制動(dòng)一、能耗制動(dòng)Te

nE＋Ua－Ia＋Uf－電動(dòng)狀態(tài)E＋Uf－RbIaTen制動(dòng)狀態(tài)能耗制動(dòng)時(shí)：動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，被電阻消耗掉。電機(jī)與拖動(dòng)TLTLTLOTen12制動(dòng)前：制動(dòng)開(kāi)始后：特性2Ua

=0，n0=0

n=－Ra+RbCECTΦ2Te特性1ba1.迅速停車(反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載)(1)制動(dòng)原理：工作點(diǎn)由a→b，na=nb，→Te

和TL的共同作用→n↓Ea=Eb→Ia

反向→Te

反向，制動(dòng)開(kāi)始→O點(diǎn)→n=0，E=0

→Ia=0，Te=0，制動(dòng)停車。

制動(dòng)過(guò)程電機(jī)與拖動(dòng)(Ia)(Ia')(2)制動(dòng)效果Rb↓2(Rb大)bOTen1TLa2'(Rb小)b'→Ia↑→|Tb

|↑→制動(dòng)快，停車迅速。Ia

=EbRa+Rb≤(1.5~2)IaN切換點(diǎn):Rb

的選擇:Ra+Rb

≥Eb(1.5~2)IaN電機(jī)與拖動(dòng)E＋Uf－RbIaTenTL2.下放重物（位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）TLOTen12ba→Te=0，TL≠0→Te

再次反向，工作點(diǎn)由a→b→O

點(diǎn)→n

反向起動(dòng)→E反向→

Ia再次反向n反向↑→E反向↑→Ia↑制動(dòng)過(guò)程(1)制動(dòng)原理c→Te↑→Te=TL→c點(diǎn)。制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電機(jī)與拖動(dòng)(2)制動(dòng)效果Rb↓TLOTen12bac2'c’→特性2斜率↓→|

nc|

↓→下放重物慢。Rb

的選擇:(Ia)ncRa＋Rb

=|Ec|Iac=CEΦ|nc|IL校驗(yàn):Ra＋Rb≥Eb

(1.5~2)IaN電機(jī)與拖動(dòng)b’E＋Uf－Rbnn↓→n=0,→n＜0,E＜0IaTe制動(dòng)運(yùn)行電機(jī)與拖動(dòng)nTeTLE＋Ua－Ia＋Uf－電動(dòng)狀態(tài)TenTLE＋Uf－RbIaTen制動(dòng)過(guò)程TL二、反接制動(dòng)1.電壓反向反接制動(dòng)——迅速停車E＋Uf－－Ua＋RbnIaTe

制動(dòng)狀態(tài)電樞反接時(shí)：動(dòng)能、電源電能均被R

消耗掉。電機(jī)與拖動(dòng)E＋Ua－Ia＋Uf－電動(dòng)狀態(tài)TenTLTL2－n0OTen1n0TL制動(dòng)前：n=CEΦUa－RaCECTΦ2Te制動(dòng)開(kāi)始后：特性1特性2ban=CEΦ－Ua－Ra+RbCECTΦ2Tece電機(jī)與拖動(dòng)2OTen1n0TLbaa→b，na=nb，Ea=Eb，→Te

和TL的共同作用→n↓工作點(diǎn)由→Ia

反向→Te反向，制動(dòng)開(kāi)始↓→c點(diǎn)→n=0，Te

≠

0,

立刻斷電，停車。

制動(dòng)過(guò)程(1)制動(dòng)原理－TLcd未斷電，反向起動(dòng)

→d點(diǎn)，反向電動(dòng)運(yùn)行。電機(jī)與拖動(dòng)MTe

nTLMTe

nTLMTe

nTL（反抗性負(fù)載）(2)制動(dòng)效果Rb↓→特性2斜率↓→制動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tb↑，制動(dòng)快。Rb

的選擇:制動(dòng)開(kāi)始時(shí)的ERa＋Rb

≥(1.5~2)IaNUa

＋Eb

電機(jī)與拖動(dòng)2b1OTenn0TLa2‘b

TbTb’E＋Ua－Ia＋Uf－2.電動(dòng)勢(shì)反向反接制動(dòng)——低速下放重物n開(kāi)始減速TeRbnE①電樞接入Rb；②Ia

→Te↓→Te＜TL→n↓E↓→Ia↑Te＜TLn

=0,Te＜TL③n↓→

n＜0

→|n|↑→|E|↑→Ia↑→Te↑→Te

=TL制動(dòng)狀態(tài)電機(jī)與拖動(dòng)E＋Ua－Ia＋Uf－電動(dòng)狀態(tài)TenTLTLTLOTen12bada點(diǎn)n↓,Te↑①由正向電動(dòng)提升重物到反向制動(dòng)下放重物的過(guò)程：制動(dòng)前（特性

1）：c點(diǎn)(1)制動(dòng)原理cn=CEΦUa－RaCECTΦ2Te

制動(dòng)開(kāi)始后（特性

2）：n=CEΦUa－Ra+RbCECTΦ2Te

b點(diǎn)電樞串聯(lián)RbTb＜TLd點(diǎn)，Te

=TLTc＜TLn↓,Te↑n不能躍變制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)n＜0,Te＞0電機(jī)與拖動(dòng)n0②重物由靜止到反向制動(dòng)下放重物的過(guò)程

制動(dòng)前：n=0制動(dòng)開(kāi)始后：n=CEΦUa－Ra+RbCECTΦ2TeTLOTnbaTsta點(diǎn)b點(diǎn)，Te

=TLTst＜TL電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)Te＜

TL－n↑,Te↑→制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

(2)制動(dòng)效果：

Rb↓→機(jī)械特性斜率↓→

b

點(diǎn)上移Rb的選擇:→nL↓。Ua+|CEΦ

nL|ILRa+Rb

=nL電機(jī)與拖動(dòng)三、回饋制動(dòng)特點(diǎn)：n＞n0→E＞Ua

→電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能回饋電網(wǎng)。OTen1n01.正向回饋制動(dòng)——電車下坡TL12a●平地或上坡行駛時(shí)工作在a點(diǎn)?！裣缕滦旭倳r(shí)：

TL反向→TL2TL23→n↑→n＞n0→E＞Ua

→Ia＜0→Te＜0

b→n↑

→b點(diǎn)（TL2=Te）。電機(jī)與拖動(dòng)TLEn＋Ua－＋Uf－制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)TLEIa電動(dòng)狀態(tài)Ten＋Ua－＋Uf－TLEIaTen＋Ua－＋Uf－n

→E

→Ia(Te)

→n=n0,

E=Ua,

T=0n

→E(＞Ua)

→Ia(Te)＜0→|Te|

En0＋Ua－＋Uf－TLIaTe下坡電機(jī)與拖動(dòng)●在降低電樞電壓調(diào)速過(guò)程中OTenUa1Ua2＞bcTLada點(diǎn)n↓,Te↑c(diǎn)點(diǎn)b點(diǎn)降低UaTb＜0,n＞n0d點(diǎn)，Te

=TLTc＜TLn↓,Te

↑n不能躍變bc段：n＞