[工学]02第二、三讲 直流电动机的电力拖动
第二、三讲 直流电动机的电力拖动（1）,杜少武,第二、三讲 直流电动机的电力拖动,1、他励直流电动机的机械特性 2、他励直流电动机的起动 3、他励直流电动机的制动 4、他励直流电动机的调速 5、晶闸管直流电动机系统 6、他励直流电动机过渡过程的能量损耗 7、串励直流电动机的电力拖动,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩T 的关系 n=f(T) ，其中：T是指电磁转矩； 机械特性是电动机机械性能的主要表现； 电动机工作在电动状态时T=TdT0； T：电磁转矩；Td：电动机轴上的输出转矩；T0：电动机空载转矩。 在运动方程式T-Tz=JdW/dt中 若T为电磁转矩，则Tz为负载转矩与空载转矩之和； 若定义Tz为负载转矩，则T为拖动转矩，相当于T=TdT0中的Td。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性方程式 直流电动机的几个基本方程式,电磁转矩：,感应电动势：,电枢回路电动势平衡方程式：,电动机转速特性：,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性方程式,由此可得机械特性方程式：,R：电枢回路总电阻，包括电枢电阻Ra和电枢串励电阻RW；Ce：电动机电动势常数，Ce=pN/(60a)；CT：电动机转矩常数， CT=pN/(2pa),或,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性方程式,理想空载转速,实际空载转速,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性方程式,电动机带负载后的转速降,额定转速变化率,b：机械特性斜率，b=R/(CeCTF)；,国产Z系列他励直流电动机的DnN%一般为10%18%，大容量电动机为3%8%。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性方程式,电枢反应对电动机机械特性的影响,当电枢电流较大时，产生去磁作用。磁通降低，转速就要回升，机械特性在负载大时呈上翘现象。,电枢反应对机械特性的影响,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性方程式,减少电枢反应对电动机机械特性的影响,在主磁极上加一个匝数很少的串励绕组，其磁动势可以减少电枢反映的去磁作用； 实质上变为复励电动机； 由于串励磁动势较弱，其机械特性与没有电枢反应时的他励直流电动机相同，因此仍视为他励直流电动机。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,固有机械特性与人为机械特性,当他励电动机电压及磁通均为额定值，电枢没有串联电阻时的机械特性称为固有机械特性。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,固有机械特性与人为机械特性,电枢串电阻时的人为机械特性,固有机械特性,电枢串联电阻时的人为机械特性,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,固有机械特性与人为机械特性,改变电枢电压时的人为机械特性,固有机械特性,电压不同时的人为机械特性UNU1U2,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,固有机械特性与人为机械特性,减弱电动机励磁时的人为机械特性,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,固有机械特性与人为机械特性,减弱电动机励磁时的人为机械特性,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性的绘制,由电动机机械特性方程式可知，计算或绘制机械特性，必须知道CeF与CTF等参数，而这些参数电动机结构参数p、a、N等有关，但这些参数不易得到； 设计时，一般根据电动机铭牌数据、产品目录或实测数据来计算或绘制机械特性； 对计算有用的数据通常有：PN、UN、IN和nN。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性的绘制固有机械特性绘制,固有机械特性是一条直线，只要求出线上两个点的数据，就可绘出这条直线。一般选择理想空载及额定运行两点较为方便；,理想空载点,其中,UN、IN和nN为已知，Ra可实测，或通过下式估算。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性的绘制固有机械特性绘制,额定工作点,CeF已在前面求得。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性的绘制人为机械特性的绘制,各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值代入相应的人为机械特性方程式即可；,电枢串电阻时的人为机械特性,改变电枢电压时的人为机械特性,减弱电动机励磁时的人为机械特性,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,机械特性的绘制例题,一台Z2型他励直流电动机的铭牌数据为：PN=22kW, UN=220V, IN=116A, nN=1500rpm。试绘制其机械特性。,解：,理想空载点，T0,额定工作点，,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,电力拖动稳定运行的条件,主要研究：生产机械负载转矩特性与电动机的机械特性这两种特性的配合问题。,在电力拖动运动方程式中，当转矩T 与Tz 方向相反，大小相等而相互平衡时，转速为某一稳定值，拖动系统处于稳态，或称静态。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,电力拖动稳定运行的条件,稳定运行的必要条件是：两种特性有交点。 稳定运行的充分条件是：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于出现某种干扰作用（如电网电压波动、负载转矩的微小变化等），使原来两种特性的平衡变成不平衡，电动机转速便稍有变化，这时，当干扰消除后，拖动系统必须有能力使转速恢复到原来交点处的数值。 电力拖动系统如能满足这样的特性配合条件，则该系统是稳定的，否则是不稳定的。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,电力拖动稳定运行的条件,稳定运行系统分析,主要分析：他励直流电动机拖动一恒定负载时，且不考虑电枢反应，当电枢电压发生变化时，工作点得变化如下图所示。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,1、他励直流电动机的机械特性,电力拖动稳定运行的条件,不稳定运行系统分析,主要分析：他励直流电动机拖动一恒定负载时，考虑电枢反应，且负载转矩特性与电动机机械特性相交在特性上翘段，当电机速度稍微变化时。,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动方法,起动时n0，如直接加额定电压起动，Ia 可能突增到额定电流的十多倍，必须限制起动电流 。 通常限制启动电流的启动方法有：降压起动和电枢回路串电阻起动。,他励直流电动机起动时，必须保证先有磁场（即先通励磁电流），而后加电枢电压。 不考虑电枢电感对电枢电流的影响，电枢电流Ia为,1.他励直流电动机的机械特性 1.1 机械特性方程式 1.2 固有与人为机械特性 1.3 机械特性的绘制 1.4 电力拖动稳定运行的条件 2.他励直流电动机的起动 2.1 起动方法 2.2 起动电阻计算 2.3 起动的过渡过程,2、他励直流电动机的起动,他励直流电动机的起动方法,降压起动
