[學(xué)習(xí)]孫建忠電機與拖動第8章直流電動機的電力拖動

1、大連理工大學(xué)電氣工程系,第 8 章 直流電動機的電力拖動,第 8 章 直流電動機的電力拖動,8.2 他勵直流電動機的起動,8.3 他勵直流電動機的調(diào)速,8.4 他勵直流電動機的制動,8.5 他勵電動機的四象限運行,8.1 他勵直流電動機的機械特性,電機與拖動,8.1 他勵直流電動機的機械特性,當 Ua、Ra、If = 常數(shù)時： 　 n = f (Te),—— 機

2、械特性,= n0－β Te= n0－△n,理想空載轉(zhuǎn)速,—— 機械特性的硬度,,,電機與拖動,—— 固有機械特性,一、固有機械特性,二、人為機械特性1. 電樞回路串電阻的人為特性:,Ra,Ra＜Ra1＜Ra2,Ra↑,→β↑,→α↓,即機械特性變軟。,,,電機與拖動,特點：硬特性，?＝(3～8)%,2. 降低電樞電壓時的人為特性,UN＞Ua1＞Ua2,Ua↓,→n0↓,但β、α 不變,→機械特性的硬度不變。,,,電機與拖動,3.

3、減小勵磁電流時的人為特性,Tst,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,ΦN＞Φ1＞Φ2,堵轉(zhuǎn)電流,Ist= UN/Ra,Tst= CTΦUN/Ra,,,電機與拖動,8.2 他勵直流電動機的起動,● 起動性能:,①起動電流 Ist ；,②起動轉(zhuǎn)矩 Tst。,● 直接起動： 起動瞬間：,n = 0，E = 0,= (10 ~ 20) IN,—— 換向決不允許!,Te = Tst = CTΦ Ist,= (10 ~ 20) TN,,,電機與拖動,一、電樞

4、串聯(lián)電阻起動,,,1. 分級起動過程(1) 串聯(lián) (Rst1+Rst2) 起動：,起動轉(zhuǎn)矩 (電流)：T1 (I1) = (1.5 ~ 2.0) TN (IN),,,(2) 切除 Rst2 :,切換轉(zhuǎn)矩 (電流)： T2 (I2) = (1.1 ~ 1.2) TL (IL),R2 = Ra + Rst1 + Rst2,R1 = Ra + Rst1,,,電機與拖動,,,(2) 切除Rst1 :,電樞總電阻為: Ra,,起動 a 點,→加

5、速到 b 點,瞬間 n不變,跳變到 c 點,↓,→加速到 d 點,跳變到 e 點,瞬間 n不變,加速到 f 點←,穩(wěn)定運行于 f 點←,,,電機與拖動,2. 起動級數(shù)未定時的起動電阻的計算,(1) 測出或由銘牌數(shù)據(jù)估算出 Ra；(2) 確定最大起動電流 I1 、切換電流 I2 ； 起切電流比：,(3) 求出起動時的電樞總電阻 Rm,(4) 確定起動級數(shù) m：,,,電機與拖動,nd = ne,即：Ed = Ee,Ua － R1

6、I2 = Ua － RaI1,R1I2 = RaI1,=βRa,同理，由 nb = nc可得：,=βR1,=β2Ra,對于 m 級起動，有：,Rm=βmRa,,RaR1R2,,,電機與拖動,(5) 確定各段總電阻值和各段電阻值：,各段總電阻值：R1 =βRa R2 =βR1=β2Ra R3 =βR2=β3Ra

7、 …… Rm =βR(m－1) =βmRa各段電阻值： Rst1 = R1－Ra Rst2 = R2－R1 Rst3 = R3－R2 ……

8、 Rstm = Rm－R(m－1),,,電機與拖動,3. 起動級數(shù)已定時的起動電阻的計算,(1) 測出或由銘牌數(shù)據(jù)估算出 Ra；(2) 確定最大起動電流 I1，計算：,校驗： 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,,,電機與拖動,,二、降低電樞電壓起動,,,,,? 自動調(diào)節(jié)電壓，平滑起動，損耗小。? 需要可調(diào)直流電源。,三、 他勵直

9、流電動機的反轉(zhuǎn),1. 磁場反向,Te = CTΦ Ia,2. 電樞反向,● Lf大，過渡過程時間長?！?容易使繞組斷開。,正向電動,反向電動,問題： 怎樣改變并勵、串勵、積復(fù)勵電動機的轉(zhuǎn)向？,,,電機與拖動,8.3 他勵直流電動機的調(diào)速,◆ 調(diào)速的技術(shù)指標： 調(diào)速范圍、靜差率、平滑性、容許輸出。,20 ~ 120 20 ~ 40 3 ~ 120 3 ~ 20 30%

10、 5% 0.2% 0.01%,◆ 調(diào)速的經(jīng)濟指標： 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備投資、運行費用。,Ua,Ra,Φ,Φ,,,電機與拖動,,◆ 調(diào)速方法：,一、改變電樞電阻調(diào)速,＞,,,,,,(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)

11、 調(diào)速范圍：受穩(wěn)定性影響，D 較小。,,,電機與拖動,(4) 調(diào)速的平滑性：,P2 = Pe － P0 ≈ Pe = CE ? n Ia,—— 低速效率低。,(6) 調(diào)速時的允許負載： Te = CTΦN IaN,—— 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,取決于 Ra 的調(diào)節(jié)方式，一般為有級調(diào)速。(5) 調(diào)速的經(jīng)濟性： P1 = Ua Ia = CE? n

12、0 Ia,,,電機與拖動,● 結(jié)論：,(1) 調(diào)速的經(jīng)濟性很差；(2) 調(diào)速方法簡單，控制設(shè)備不復(fù)雜；(3) 一般用于：串勵或復(fù)勵直流電動機拖動的電車、 煉鋼車間的澆鑄吊車等生產(chǎn)機械?！?提高機械特性硬度的方法：,,,電機與拖動,二、改變電樞電壓調(diào)速,＞,降低 Ua 調(diào)速的過程:,,,,(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:

13、 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 ，可實現(xiàn)無級調(diào)速。 (5) 調(diào)速的經(jīng)濟性：需要專用直流電源。(6) 調(diào)速時的允許負載: Te = CTΦN IaN,——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,,,電機與拖動,三、減弱磁通調(diào)速,,Φ↓,E↓,→Ia↑,→Te↑,→n↑,→ Ia 和 Te上升至某一最大,→E 下降至某一最

14、小值后回升,→Te = TL,值后下降,→n = nc,→ Ta = Tc ，Ia1＜ Ia2,,,電機與拖動,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：受機械強度（nmax）的限制，D 不大。 普通 M ：D = 2，特殊設(shè)計的 M ：D = 4。(4) 調(diào)速的平滑性: 連續(xù)調(diào)節(jié)Uf（或Rf）可實

15、現(xiàn)無級調(diào)速。(5) 調(diào)速的經(jīng)濟性: 調(diào)節(jié)Rf 比較經(jīng)濟；調(diào)節(jié)Uf 則需要專用直流電源。(6) 調(diào)速時的允許負載： Φ↓→Te↓，n↑，,P 基本不變，,為恒功率調(diào)速。,,,電機與拖動,◆ 應(yīng)用：,不經(jīng)常逆轉(zhuǎn)的重型機床。如：國產(chǎn) C660、C670 等機床， 重型龍門刨床的主傳動在高速區(qū)的調(diào)速。,,,電機與拖動,8.4 他勵直流電動機的制動,制動目的：快速停車、勻速下放重物等。制動方法：,

16、機械制動、電氣制動,,一、能耗制動,制動狀態(tài),能耗制動時：,動能轉(zhuǎn)換成電能，,被電阻消耗掉。,,,電機與拖動,制動前：,制動開始后：特性 2 Ua = 0， n0 = 0,特性 1,,,1. 迅速停車(反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載)(1) 制動原理： 工作點由,a →b，,na = nb，,→Te 和 TL的共同作用,→n↓,Ea = Eb,→Ia 反向,→Te 反向，,制動開始,→O 點,→n = 0，E = 0,

17、→ Ia= 0，Te = 0，,制動停車。,制動過程,,,電機與拖動,(2) 制動效果,Rb↓,→Ia↑,→|Tb |↑,→制動快，停車迅速。,≤ (1.5~2) IaN,切換點:,Rb 的選擇:,,,電機與拖動,2. 下放重物（位能性恒轉(zhuǎn)矩負載）,,,→Te= 0， TL≠0,→Te 再次反向，,工作點由 a →b →O 點,→n 反向起動,→E 反向,→ Ia 再次反向,n 反向↑,→E 反向↑,→Ia↑,(1) 制動原理,,→Te

18、↑,→Te = TL,→c 點。,制動運行狀態(tài),,,電機與拖動,重物的作用使電機反轉(zhuǎn)，TL不等于0,(2) 制動效果,Rb↓,→特性 2 斜率↓,→ | nc | ↓,→下放重物慢。,Rb 的選擇:,校驗:,,,電機與拖動,,n↓→n=0, →n＜0 , E＜0,制動運行,,,電機與拖動,,二、反接制動,1. 電壓反向反接制動,—— 迅速停車,－Ua＋,制動狀態(tài),電樞反接時：,動能、電源電能均被 R 消耗掉。,,,電機與拖動,制

19、動前：,制動開始后：,特性1,特性2,,,,電機與拖動,,a→b，,na= nb，Ea= Eb，,→Te 和 TL的共同作用,→n↓,工作點由,→Ia 反向,→Te反向，,制動開始,↓→c點,→n = 0，Te ≠ 0,,立刻斷電，,停車。,制動過程,(1) 制動原理,,未斷電，反向起動,→ d 點，反向電動運行。,,,電機與拖動,（反抗性負載）,(2) 制動效果,Rb↓,→特性 2 斜率↓,→制動轉(zhuǎn)矩 Tb↑，制動快。,Rb 的選擇:

20、,制動開始時的E,,,電機與拖動,,,2. 電動勢反向反接制動 —— 低速下放重物,,開始減速,,①電樞接入 Rb ；,② Ia?? →Te↓,→Te＜TL→n↓,n = 0,,Te＜TL,③ n↓→ n＜0 →|n |↑,→ |E |↑,→Ia↑,→Te↑→Te = TL,制動狀態(tài),,,電機與拖動,,,a 點,n↓,Te↑,① 由正向電動提升重物到 反向制動下放重物的過程：制動前（特性 1）：,c點,(1) 制動原理,制動開

21、始后（特性 2）：,b 點,d點，Te = TL,n↓,Te↑,n不能躍變,制動運行狀態(tài),n＜0,Te＞0,,,電機與拖動,② 重物由靜止到反向制動下放重物的過程,制動前：,n = 0,制動開始后：,,Tst,a 點,b 點， Te = TL,電動機反向起動,－n↑,Te↑,→制動運行狀態(tài)。,(2) 制動效果： Rb↓,→機械特性斜率↓,→ b 點上移,Rb 的選擇:,→ nL↓。,,,電機與拖動,三、回饋制動,特點：

22、,n＞n0,→E＞Ua,→電動機處于發(fā)電狀態(tài)， 動能轉(zhuǎn)換為電能回饋電網(wǎng)。,1. 正向回饋制動 —— 電車下坡,,●平地或上坡行駛時工作在 a 點。,●下坡行駛時： TL 反向 →TL2,,→n ↑,,→n＞n0 → E＞Ua,→ Ia＜0 →Te＜0,→ n↑,→ b 點（TL2 = Te）。,,,電機與拖動,制動運行狀態(tài),n?→E?→Ia(Te)?→n=n0, E=Ua, T=0,n?→E(＞Ua)? →Ia(

23、Te)＜0→|Te|?,下坡,,,電機與拖動,● 在降低電樞電壓調(diào)速過程中,,＞,,,a點,n↓,Te↑,c點,b點,d點，Te =TL,n↓,Te ↑,n不能躍變,bc 段： n＞n0 —— 回饋制動。,,,電機與拖動,2. 反向回饋制動 ——下放重物,,,,,,,,E,Ia,,電動狀態(tài),＋Ua －,,,,,,＋Uf－,,制動過程,電壓反向,反向起動,n?→E＞Ua→Ia(Te)反向,回饋制動,,,電機與拖動,

24、2. 反向回饋制動 ——下放重物,,,,a 點,c 點,b 點,d 點,n不能躍變,e 點，Te = TL,回饋制動,電壓反向反接制動過程,反向起動過程,回饋制動過程,回饋制動運行,,,電機與拖動,● 制動效果：,Rb↓,→ ne↓。,● Rb 的選擇:,校驗:,,,電機與拖動,●電壓反向反接制動與反向回饋制動的比較,,,電機與拖動,8.5 他勵電動機的四象限運行,1. 電動狀態(tài),,,電機與拖動,2. 制動狀態(tài),,,電機與拖動