直流电机的电力拖动m.ppt
1,第 4 章 直流电机的电力拖动,4.2 他励直流电动机的启动和反转,4.3 他励直流电动机的调速,4.4 他励直流电动机的制动,4.5 串励直流电动机的电力拖动,4.1 他励直流电动机的机械特性,2,4.1 他励直流电动机的机械特性,当 Ua、Ra、If=常数时：n=f(T),机械特性,=n0 T=n0n,理想空载转速,机械特性的硬度,4.1.1 固有特性,3,4.1.1 固有特性,n0,N,nN,TN,M,nM,TM,1.增加电枢电路电阻时的人为特性,n0,RaRa,(RaRr),即机械特性变软。,4.1 他励直流电动机的机械特性,N 点：额定状态。M 点：临界状态。,4.1.2 人为特性,4,2.降低电枢电压时的人为特性,n0,n0,Ua,n0,但、不变,机械特性的硬度不变。,UaUa,3.减小励磁电流时的人为特性（弱磁）,n0,n0,IfIf,If,n0,、,机械特性变软。,4.1 他励直流电动机的机械特性,4.1.2 人为特性,5,4.1 他励直流电动机的机械特性,4.1.3 电力拖动系统稳定运行的条件,（1）电动机的机械特性与负载的机械特性必须有交点，该点处TTL，实现转矩平衡（必要条件）。,（2）在交点处，满足dT/dn dTL/dn（充分条件）。,6,4.1 他励直流电动机的机械特性,4.1.3 电力拖动系统稳定运行的条件,某他励直流电动机数据如下：PN60kW，UN220V，IN350A，nN1000r/min。试求：,（1）固有的机械特性表达式。,（3）转速为1050r/min时的电枢电流值。,（2）50额定负载时的转速。,（4）电枢回路串R0.4时的人为机械特性表达式。,（5）端电压U110V时的人为机械特性表达式。,（6）磁通为0.8 N时的人为机械特性表达式。,7,4.1 他励直流电动机的机械特性,4.1.3 电力拖动系统稳定运行的条件,（1）求固有的机械特性表达式。,解：,8,4.1 他励直流电动机的机械特性,4.1.3 电力拖动系统稳定运行的条件,（2）求50额定负载时的转速。,解：,（3）求转速为1050r/min时的电枢电流值。,（4）求电枢回路串R0.4时的人为机械特性表达式。,9,4.1 他励直流电动机的机械特性,4.1.3 电力拖动系统稳定运行的条件,（5）求端电压U110V时的人为机械特性表达式。,解：,（6）求磁通为0.8 N时的人为机械特性表达式。,10,4.2 他励直流电动机的启动和反转,起动性能 起动电流 IST 起动转矩 TST 直接起动 起动瞬间：n=0，E=0，,对于他励电动机,换向决不允许!,需要可调直流电源。,4.2.1 他励直流电动机的启动,1.降低电枢电压起动,11,4.2 他励直流电动机的启动和反转,4.2.1 他励直流电动机的启动,2.增加电枢电阻启动,1.降低电枢电压启动,(1)起动过程,12,以此类推，若启动级数为m，则RmmRa,4.2 他励直流电动机的启动和反转,4.2.1 他励直流电动机的启动,2.增加电枢电阻启动,(2)启动电阻计算,各级启动电阻的计算，应该在启动过程中以最大启动电流I1及切换电流I2不变为原则。对普通型直流电动机通常取,I12IN2.5IN,I21.1IN1.2IN,令I1/I2，称为启动电流比。,利用转速不能突变的特性，得到电阻切换瞬间，电枢压降是相等的结论可得到,I2R3 I1R2,R3 R2,R3 3Ra,说明,13,4.2 他励直流电动机的启动和反转,4.2.1 他励直流电动机的启动,2.增加电枢电阻启动,(2)启动电阻计算,计算启动电阻时可能有以下两种情况：,情况一：启动级数尚未确定。可以按照下面步骤计算启动电阻。,根据电动机的铭牌数据估算，即,根据生产机械对启动时间、启动的平稳性以及电动机的最大允许电流，确定I1及I2，并计算Rm及，及,14,4.2 他励直流电动机的启动和反转,4.2.1 他励直流电动机的启动,2.增加电枢电阻启动,(2)启动电阻计算,由Ra、Rm及，按下式计算启动级数，即,应该把求出的m凑成整数m。,由m求出新的启动电流比，即,15,4.2 他励直流电动机的启动和反转,4.2.1 他励直流电动机的启动,2.增加电枢电阻启动,(2)启动电阻计算,计算各段启动电阻，即,16,4.2 他励直流电动机的启动和反转,4.2.1 他励直流电动机的启动,2.增加电枢电阻启动,(2)启动电阻计算,情况二：启动级数m已知。可以根据电动机最大允许电流确定I1并计算，即,由求得的可以计算出I2 I2/，然后校核I2，一般情况下I2应在1.1IN1.2IN的范围内，如果不在规定范围之内，应增加级数，重新计算和I2，直到满足要求为止，然后按情况一的第五步的公式计算各级启动电阻。,17,4.2 他励直流电动机的启动和反转,4.2.1 他励直流电动机的启动,他励直流电动机额定数据如下：PN29kW，UN440V，IN76.2A，nN1000r/min。采用三级启动，最大启动电流为2IN。试计算各段启动电阻值。,解：,估算电枢电阻为,最大启动电流为I12IN276.2152.4A,18,4.2 他励直流电动机的启动和反转,4.2.1 他励直流电动机的启动,启动时各级电枢回路电阻为,各级启动电阻为,4.2.2 他励直流电动机的反转,19,Ua,Ra,4.3 他励直流电动机的调速,4.3.1 改变电枢电阻调速,20,4.3 他励直流电动机的调速,4.3.2 改变电枢电压调速,4.3.3 弱磁调速,4.3.4 调速的性能指标,1.调速范围,调速范围是指电动机在额定负载下调速，其最高转速nmax与最低转速nmin之比，用D表示，即D nmax/nmin.,21,4.3 他励直流电动机的调速,4.3.4 调速的性能指标,2.静差率,静差率是指电动机从理想空载转速n0到额定负载时转速的变化率，用表示，即(n0n)/n0100.,3.调速的平滑性,调速的平滑性用调速时相邻两级转速之比表示，即k ni/ni-1.,4.经济指标,选择调速方案时，除考虑上述技术指标外，还必须考虑调速设备投资、调速时的电能消耗、维修工作量和费用等经济指标。,5.恒转矩和恒功率的调速方式并与负载类型的配合,22,4.3 他励直流电动机的调速,4.3.4 调速的性能指标,他励直流电动机额定数据如下：PN22kW，UN220V，IN115A，nN1500r/min，电枢电阻Ra0.1，忽略空载转矩T0，电动机带额定负载运行时，要求把转速降到1000r/min，计算：,（1）采用电枢串电阻调速需串入的电阻值。,（2）采用降低电源电压调速需把电源电压降到多少？,（3）上述两种调速情况下，电动机输入功率与输出功率各是多少?(输入功率不计励磁回路的功率),23,4.3 他励直流电动机的调速,4.3.4 调速的性能指标,解：,（1）采用电枢串电阻调速需串入的电阻值。,理想空载转速为,额定转速降落为,电枢串电阻后转速降落为,24,4.3 他励直流电动机的调速,4.3.4 调速的性能指标,解：,（2）采用降低电源电压调速需把电源电压降到多少？,降低电源电压后的理想空载转速为,降低后的电源电压为,（3）上述两种调速情况下，电动机输入功率与输出功率各是多少?(输入功率不计励磁回路的功率),电动机的输出转矩为,25,4.3 他励直流电动机的调速,4.3.4 调速的性能指标,解：,（3）上述两种调速情况下，电动机输入功率与输出功率各是多少?(输入功率不计励磁回路的功率),输出功率为,电枢电阻降速时输入功率为,26,目的：快速停车、匀速下放重物等。制动方法：,机械制动、电气制动。,电动状态,制动状态,能耗制动时：,动能转换成电能，被电阻消耗掉。,E,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.1 能耗制动,27,制动前：特性 1。制动开始后：Ua=0，n0=0,特性 2,1.能耗制动过程迅速停机,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.1 能耗制动,制动开始时应将Ia限制在最大允许值Imax，即,28,1.能耗制动过程迅速停机,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.1 能耗制动,2.能耗制动运行下放重物,29,制动过程,电动状态,能耗制动运行,E,E,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.1 能耗制动,30,1.电压反向反接制动迅速停机,电动状态,制动状态,Ua,电枢反接时：,动能、电源电能均被 Rb 消耗掉。,作用？,限制 Iamax,Ia 的方向？,T 的方向？,E,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.2 反接制动,31,制动前：特性1,制动开始后：,特性2,1.电压反向反接制动迅速停机,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.2 反接制动,32,1.电压反向反接制动迅速停机,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.2 反接制动,33,2.电动势（转速）反向反接制动下放重物,电动状态,制动状态,Ia 的方向？,T 的方向？,E,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.2 反接制动,34,a,2,c,制动运 行状态,制动前：特性 1,制动开始后：,特性 2,b,d,Ia 和 T 始终没有改变方向。,2.电动势（转速）反向反接制动下放重物,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.2 反接制动,35,2(Rb大),(Rb小),2.电动势（转速）反向反接制动下放重物,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.2 反接制动,36,2.正向回馈制动运行电车下坡,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.3 回馈制动,1.正向回馈制动过程,37,电动状态,nEIa(T)n=n0,E=Ua,T=0,制动状态,n E(Ua)Ia(T)0|T|,2.正向回馈制动运行电车下坡,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.3 回馈制动,下坡,38,3.反向回馈制动运行下放重物,电压反向,电动状态,制动过程,反向起动,n n0n EUaIa(T)反向,制动状态,Ia 的方向？,T 的方向？,限制 Iamax,E,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.3 回馈制动,39,a,c,b,d,e,电压反向反 接制动过程,反向起动过程,回馈制动过程,回馈制 动运行,3.反向回馈制动运行下放重物,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.3 回馈制动,40,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.3 回馈制动,一台他励直流电动机额定数据如下：PN33kW，UN440V，IN85A，nN1050r/min，电枢电阻Ra0.068 RN，负载为位能性负载。,（1）电动机在电枢反接的回馈制动下下放重物，如果此时负载电流IZ62A，若电枢电路中不串电阻，求电动机转速。,（2）电动机在能耗制动下下放重物，如果要求电动机转速为550r/min，电枢负载电流为额定值，求电枢电路附加电阻值（考虑空载转矩）。,（3）电动机在转速反向的反接制动下工作，电动机下放重物的转速为650r/min，电枢负载电流为50A，求电枢电路应串接的电阻（考虑空载转矩）。,解：,41,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.3 回馈制动,解：,（1）电动机在电枢反接的回馈制动下下放重物，如果此时负载电流IZ62A，若电枢电路中不串电阻，求电动机转速。,（2）电动机在能耗制动下下放重物，如果要求电动机转速为550r/min，电枢负载电流为额定值，求电枢电路附加电阻值（考虑空载转矩）。,42,4.4 他励直流电动机的制动,4.4.3 回馈制动,解：,（3）电动机在转速反向的反接制动下工作，电动机下放重物的转速为650r/min，电枢负载电流为50A，求电枢电路应串接的电阻（考虑空载转矩）。,43,知识回顾,一、电动状态,4.4 他励直流电动机的制动,44,二、制动状态,4.4 他励直流电动机的制动,45,4.5 串励直流电动机的电力拖动,4.5.1 串励直流电动机的机械特性,磁路不饱和KIa TCTKIa2,磁路饱和K2,46,4.5 串励直流电动机的电力拖动,4.5.1 串励直流电动机的机械特性,O,n,T,If IN,If=IN,47,4.5 串励直流电动机的电力拖动,电枢并联电阻调速,If Ia,降低电源电压起动电枢电路串联电阻起动,改变电源电压调速改变电枢电路电阻调速 改变励磁电流调速,一、起动,二、调速,4.5.2 串励直流电动机的启动与调速,48,电动状态,自励能耗制动,他励能耗制动,+U,E,E,4.5 串励直流电动机的电力拖动,4.5.3 串励直流电动机的电气制动,一、能耗制动,49,自励能耗制动,他励能耗制动,4.5 串励直流电动机的电力拖动,4.5.3 串励直流电动机的电气制动,一、能耗制动,50,电压反向反接制动,电动状态,电动势反向反接制动,4.5 串励直流电动机的电力拖动,4.5.3 串励直流电动机的电气制动,二、反接制动,51,4.5 串励直流电动机的电力拖动,4.5.3 串励直流电动机的电气制动,二、反接制动,电压反向反接制动,电动势反向反接制动,
