「第2章直流电力拖动原理」.pdf

§2 直流电力拖动原理 总的思路：如何建立基本方程及用其解释拖动机电现象 §２－１ 运动方程式(转矩平衡方程) 对平面运动，有dtdvmmaF 旋转运动则为:dtdJT＝ 其中：转动惯量2mJ ,:惯量半径 电 动 机 电 动 运 行 时TTTTL－－＝，LT为 负 载 转 矩 ，为粘滞摩擦转矩T,转速较高时常忽略T 重要结论:(假定正向按电动机惯例） 转矩平衡方程:dtdJTTL 考虑3754)2(,6022222GDgGDDgGmJn＝，Ｄ为惯量直径，G=mg 转矩平衡方程的另一形式：dtdnGDTTL3752＋＝ 匀速运动条件 :LTT＝ 即电动机稳定运行时电机转矩由负载转矩决定,与电枢电压、电枢回路电阻等无关 二、转矩、转动惯量的折算(阅读） 三、工作机械的负载性质 问题：dtdJTTL,LT是否与有关? LT 的性质：负载特性 n=f(LT） 1、 恒转矩型:|LT|=C T-TL1L1n0TLTL1n0TL反抗型（摩擦）位能性（起重） 2、 恒功率型: CnTL(立车主轴) 0TLn恒功率性负载特性n0TL通风机型负载特性 3、 通风机型：CnTL＝ 四、拖动系统的稳定运行条件 必要条件:LTTdtdJT0＝＝ 对恒转矩负载： 稳定运行于A时因扰动n下降到Ｂ 扰动消失后,因Ｂ点电动机转矩大于负载转矩,电动机加速， 工作点可回到A 即扰动使 dn<0 时，若LdTdT ,可返回 若因扰动 n 上升到 C 扰动消失后,因 C 点电动T0nnAAT=TLT>TLTTLT０时，若LdTdT ,可返回 A 为稳定工作点。

因扰动 n 下降到 B 扰动消失后，因 B 点电动机转矩大于负载转矩,电动机加速,工作点背离 A，越升越高; 即扰动使 dn>0 时,若LdTdT ,不可返回 若因扰动ｎ上升到C 扰动消失后，因 C 点电动机转矩小于负载转矩，电动机减速，工作点也背离 A 即扰动使 dn<０时,若LdTdT ,不可返回 A 为不稳定工作点 稳定充分条件：dndTdndTL 对恒转矩负载，稳定充分条件为：0dndT §2-2 直流电动机的起动 aaeaaaIRnKIREU ＝＝ ·起动前应有励磁 ·起动开始时应限流 ∵t=0 时 n=0、Eａ=０ ∴ 无 限 流 时 ， 起 动 电 流aastRUII 以某直流电动机参数为例: AIRVUUNaN6 .15,35. 1,220 +MEa+-Ra+RcIaIf-U＋－Uf不限流时NastIAII17035. 1220 将使电机绕组、电刷和换向器烧坏 切记：工业直流电动机不能加全电压直接起动 限流措施: 1、 电枢回路串接附加起动电阻aamcRIUR;NiamII i为直流电动机电流短时允许过载倍数。

2、 降低电枢电压; 3、 起动过程中保持amaII不变，产生允许的最大加速度，缩短起动时间: ·Rc 随 n 升高逐步切除，直到Ｒc=0 ·或Ｕ随 n 升高逐步增大,直到NUU  §2-3 直流电动机的转速调节 调速:根据工作机械的要求人为改变电动机的运行速度 例:电动汽车 一、 如何调节电动机的稳定运行速度 转速特性 aecaeIKRRKUn 机械特性 TKKRRKUnTecae2 考虑恒转矩负载 :CTL ∵稳态时有：CTTL ∴稳态下n 与 Rc，Ｕ,φ有关 1、 电枢电路串附加电阻调速 设NNUU,,串 Rc 时的机械特性 TKKRRKUnTecae2 特点 ·在不同的 Rｃ下,0n不变； ·斜率绝对值随Rc 增大而增大 ·0cR:固有特性，0cR:人为特性 ·所有人为特性均在固有特性之下 ∴调速只能在固有特性之下进行 2、 改变电枢电压调速： 设0cNR，,NUU ,机械特性 特点: 0nn0TTLn1nnn234Rc=0Rc1Rc2Rc3Rc3>Rc2>Rc10nn0TTLn1nnn234U=UU=U1U=U2U=U3NU3

·在有效负载范围内，人为机械特性在固有特性之上 ·对恒转矩负载,弱磁后,速度升高同时电流相应也增大 额定转速以下:串电阻或调压调速; 额定转速以上:弱磁调速 二、 他励式直流电动机的基本调速方式 转速调节的机电过程 Ui·BlF(T)v(n)Bl·ve+- UKn=K+-Ia=U-EaRa+RcIaTTL375GD2∫ L)dt+CneEa忽略电磁惯性（L)时 直流电机调速的 4 个基本方程 acaaIRREU)(＝ nKEea  dtdnGDTTL3752＝－ aTIKT＝ 不考虑电枢电感的影响时调速动态过程中在机械特性图上 相点（T,n)沿 n=f(T)曲线的运动： 1、 改变电枢电路电阻 210ccRRt 时，增大;因机械能量不能突 变 ，2nn 不变,nKEea 不变 3,0nnTTTIEnTTTILaaLa ·旧的平衡打破之后，系统有能力通过自身的调节稳定在新的平衡点 起调节作用的关键：Ea -发电机原理的重要性 2、 调压调速： 0nn0TTLn1nnn234Rc=0Rc1Rc2Rc3Rc3>Rc2>Rc10nn0TTLn1nn23U=UU=U1U=U2NU2

解: ·电枢电阻的估算: 792. 05 .12220)5 .1222010005 .121 (5 . 0)1 (5 . 0NNNNNaIUIUPR ·Ｃe 的计算:（用电机固有参数计算) ]min/[14. 015005 .12792. 0220rVnIRUCNNaNe• · min)/(110814. 05 .125 . 0792. 0160rICRCUnaeae ３、调磁调速 : 0nn0NIn01n021N1N弱磁调速的转速特性0nn0NTn01n021N1N弱磁调速的机械特性TLIbbT 弱磁时,因励磁电路电磁时间常数影响,励磁电流不能突变,I、T 的最大值均不可能达到； 相点运动轨迹为曲线因 dT 小,弱磁升速过渡过程较长 三、 选择调速方式的基本依据 1、 调速范围 定义：额定负载下电机允许达到的最高转速maxn与保证不超过工作机械的最大允许静差率条件下的最低转速minn之比: 调速范围：minmaxnnD  静差率: 000nnnnnSNN 允 许 最 大 静 差 率 ：NTTnnnS0min0max TNTnn0N01nminnN调速范围和最大允许静差率的关系: NnSSnnnD)1 (maxmaxmaxminmax 结论：对同一调速系统静差率要求不同，则所能达到的调速范围也不同 DSmax; 当静差率一定时，若要求扩大调速范围,则 ·maxn(受限） ·n 必须设法减小n。

2、 电动机负载能力的充分应用 负载能力： 调速运行中在额定电流状态下，电动机轴上输出转矩与输出功率大小和变化规律 调压调速：常数NNTaTIKIKT CKnnTnTPN95509550＝,与转速成正比 称为恒转矩调速 改变磁通调速：1CKIRUKIRUneNaNeaa nCnICKIKTNTaT11  常数＝NNNNPnnCnnCnTnTP95501955019550955011 称为恒功率调速 关于转矩计算：：电磁转矩轴上输出转矩；NTNNNIKTPT :9550 二者相差空载转矩0T 调压调磁U增大减小0nTTNnNPPN 充分利用电动机的负载能力:按负载性质选择调速方式 3、 调速的平滑性〖略〗 相邻两级转速之比： 1iinnK; K=1 称为无级调速:调压、调磁 4、 原始投资与运行费用的合理利用〖略〗 §2－4 直流电动机的制动运行状态 一、 制动运行的基本特征 1、 产生与 n 相反的电磁转矩 2、 电机的作用为：将运动系统贮存的机械能转化为电能,实现能量的迅速转移 结论：制动运行状态本质上为发电机运行状态。

与发电机运行的差异： １、输入能量有限 2、机电能量转换不是目的,而是一种能量转移的手段 二、 分类 +MEa+-Ra IaIf-U＋－UfTnn,T同方向：电动 +MEa+-RaIaIf-U＋－UfTnn,T反方向：制动Ea>U (n>n0)回馈制动Ia反向－T反向+MEa+-Ra IaIf-U＋－UfTnn,T反方向：制动U反接：反接制动－Ia反向－T反向+MEa+-Ra IaIf-U＋－UfTnn,T反方向：制动Ea反接：反接制动n=Ea/Ke与U反接相同MEa+-Ra IaIf＋－UfTnn,T反方向：制动RU＝0：能耗制动Ia反向、T反向+MEa+-Ra IaIf-U＋－UfTnn,T反方向：制动Ea反方向：反接制动励磁反向－Ea反向、T反向 三、 他励直流电动机的回馈制动 1、 实现回馈制动的必要条件：UEa,因而0nn  2、 功率平衡关系： ·电动时:)(caaaRRIEU 功率平衡：aaacaaIERRIUI)(2 emcuPPP1 200PPTTTIELemaa P1PemP2PcuP0 ·回馈制动时：)(caaaRRIEU－ 功率平衡:aaacaaIERRIUI)(2－ aaacaaIERRIUI－－)(2 emcuPPP－－1 02PPPem 电磁功率为负,代表将机械功率转换为电功率输入 输入功率为负,代表功率回馈到电源 P1PemP2PcuP0 3、 机械特性（他励） TCCRRCUnTecae nn0回馈电动T0nn02T0n01n1n2TTbLn>n0 回馈n,T反号制动制动初转矩＝Tb+TL降压调速时的回馈制动（最终稳定运行在电动状态） nn0回馈电动T0TLnc下放位能负载时的回馈制动运行（最终稳定运行在回馈制动状态）nTTLG 四、 他励直流电动机的反接制动 实现:电枢电压或电动势极性突然改变 (励磁反向） ·电枢电压和电动势顺极性串联;反接时必须采取限制电枢电流的措施。

设各变量为无符号数，则电枢电压反接时，有 acaaIRREU)(,即acaaIRREU)(＝＋ Ea+-IaRaU+-电动Ea+-IaRa＋RcU+-反接制动TLnTTnTL ·功率平衡:cuemacaaaaPPPIRRIEUI12)(＝＋ 轴上机械功率通过电机转换为电磁功率后,连同电网输入功率全部消耗于电阻 ·机械特性 假定正向按电动机惯例不变时,各变量为有符号数,则机械特性方程不变，仍为 TCCRRCUnTecae TnTLTb0反抗性负载的反接制动n=0时停车TnTL0位能性负载的反接制动稳定运行点 TnTLTb0反接制动-TL位能负载反抗负载制动到0不断电回馈制动反向电动稳定运行点 五、 他励直流电动机的能耗制动 1、 实现：U=0,电枢回路串入电阻 EaU+-K1K2RcRa+-+-IfIa制动前EaRa+-+-IfIaRcTTnLTnTL能耗制动 2、 功率平衡：机械能量全部消耗在 R 中 acaaaIRREI)( 3、 机械特性：(假定正向仍按电动方向） TCCRRnTeca TnTLTb0位能负载反抗负载制动到0停车能耗制动稳定运行点Ra+RcRan,TTGL 习题：2－１２,2－14,2-15,２－1６,2-１7 串励与复励直流电动机的制动〖略〗 §2-5 动态过程 TTLEa+-LaRoIaU+-n 他励直流电动机运行的微分方程描述（数学模型的建立）    )4()(375)(3)()()()()()()()(20 2 1 dttdnGDTttiCttnCtedttdiLtiRtetuLaTeaaaaa LmmanndtdnTdtndTT22 0RLTaa：电磁时间常数 TemCCRGDT37502：机电时间常数 TLLCTI LeLICRnn00 最佳动态过程： tnTTmax-TmaxnLTL 。