第8章直流电机的电力拖动总结ppt课件.ppt

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1、大连理工大学电气工程系,第 8 章 直流电机的电力拖动,8.2 他励直流电动机的起动,8.3 他励直流电动机的调速,8.4 他励直流电动机的制动,8.5 他励电动机在四象限中的运行状态,8.6 并励直流电动机的电力拖动,*8.7 串励直流电动机的电力拖动,*8.8 复励直流电动机的电力拖动,8.1 他励直流电动机的机械特性,第 8 章 直流电机的电力拖动,8.2 他励直流电动机的起动,8.3 他励直流电动机的调速,8.4 他励直流电动机的制动,8.5 他励电动机在四象限中的运行状态,8.6 并励直流电动机的电力拖动,*8.7 串励直流电动机的电力拖动,*8.8 复励直流电动机的电力拖动,8.1

2、 他励直流电动机的机械特性,电机与拖动,返回主页,大连理工大学电气工程系,8.1 他励直流电动机的机械特性,第8 章 直流电动机的电力拖动,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,大连理工大学电气工程系,一、固有特性,n0,N,8.1 他励直流电动机的机械特性,nN,TN,M,nM,TM,N 点：额定状态。M 点：临界状态。二、人为特性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。,大连理工大学电气工程系,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。,8.

3、1 他励直流电动机的机械特性,UaUa,3.减小励磁电流时的人为特性,n0,n0,IfIf,If,n0,、,机械特性变软。,大连理工大学电气工程系,8.1 他励直流电动机的机械特性,【例8.1.1】一台他励直流电动机，PN=10 kW，UaN=220 V，IaN=210 A，nN=750 r/min，求(1)固有特性；(2)固有特性的斜率和硬度。解：(1)固有特性忽略 T0，则,大连理工大学电气工程系,连接 n0 和 N(TN，nN)两点即可得到固有特性。(2)固有特性的斜率和硬度 E=CE nN,8.1 他励直流电动机的机械特性,=0.254750 V=190.5 V,大连理工大学电气工程系

4、,8.2 他励直流电动机的起动,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，,对于他励电机,=(10 20)IN,换向决不允许!,T=TST=CT IST,=(10 20)TN,一、降低电枢电压起动 需要可调直流电源。,第8 章 直流电动机的电力拖动,大连理工大学电气工程系,第8 章 直流电动机的电力拖动,二、增加电枢电阻起动,1.无级起动,起动时起动变阻器由最大电阻调至零。起动变阻器的最大电阻,Ra 的估算公式,大连理工大学电气工程系,T1(I1),a1,a2,(1)起动过程 串联(RST1+RST2)起动：Ra2=RaRST1RST2 起动转矩(电流)

5、：T1(I1)=(1.5 2.0)TN(IaN)切除 RST2：Ra1=RaRST1 切换转矩(电流)：T2(I2)=(1.1 1.2)TL(IL),b2,b1,8.2 他励直流电动机的起动,If,Ua,Ia,Uf,RST1 RST2,b,a,2.有级起动,Q 1,Q 2,大连理工大学电气工程系,切除 RST1：Ra0=Ra,8.2 他励直流电动机的起动,If,Ua,Ia,Uf,RST1 RST2,起动 a1 点,瞬间 n 不变,b1 点,c,c1,c2,p,c1 点,瞬间 n 不变,Q 1,Q 2,大连理工大学电气工程系,求出起切电流（转矩）比：确定起动级数m,(2)起动电阻的计算,选择起动

6、电流 I1 和切换电流 I2 I1(T1)=(1.5 2.0)IaN(TN)I2(T2)=(1.1 1.2)IL(TL),8.2 他励直流电动机的起动,大连理工大学电气工程系,重新计算，校验 I2 是否在规定的范围内,8.2 他励直流电动机的起动,公式推导:,nb2=nc1,即：Eb2=Ec1,UaNRa1I2=UaNRa0I1 Ra1I2=Ra0I1 Ra1=Ra0同理，由 na2=nb1 可得 Ra2=Ra1对于 m 级起动，有 Ram=mRa0,=2Ra0,大连理工大学电气工程系,8.2 他励直流电动机的起动,求出各级起动电阻。,RSTi=(i i1)Ra,i=1,2,m,大连理工大学电

7、气工程系,【例8.2.1】一台 Z4 系列他励直流电动机，PN=200 kW，UaN=440 V，IaN=497 A，nN=1 500 r/min，Ra=0.076，采用电枢串电阻起动。求起动级数和各级起动电阻。解：(1)选择 I1 和 I2 I1=(1.5 2.0)IaN=(745.5 994)A I2=(1.1 1.2)IaN=(546.7 596.4)A取 I1=840 A，I2=560 A。(2)求出起切电流比(3)求出起动级数,8.2 他励直流电动机的起动,大连理工大学电气工程系,取 m=5。(4)重新计算，校验 I2,8.2 他励直流电动机的起动,(在规定的范围内),大连理工大学电

8、气工程系,(5)求出各段总电阻值和各段电阻值,RST1=(1)Ra=(1.471)0.076=0.0357 RST2=(2)Ra=(1.4721.47)0.076=0.0525 RST3=(3 2)Ra=(1.4731.472)0.076=0.0772 RST4=(4 3)Ra=(1.4741.473)0.076=0.1135 RST5=(5 4)Ra=(1.4751.474)0.076=0.1668,8.2 他励直流电动机的起动,大连理工大学电气工程系,8.3 他励直流电动机的调速,Ua,Ra,第8 章 直流电动机的电力拖动,一、改变电枢电阻调速,RaRaRr,b,c,n0,a,大连理工大学

9、电气工程系,a,8.3 他励直流电动机的调速,b,c,b,c,a,(1)调速方向：在 nN 以下 调节。(Ra+Rr)n，(Ra+Rr)n。(2)调速的稳定性(Ra+Rr),稳定性变差。,(3)调速范围：受稳定性影响，D 较小。,大连理工大学电气工程系,(4)调速的平滑性,电枢电路总电阻,PCu=R Ia2=Ua Ia E Ia=Ua Ia(1 E/Ua)=Ua Ia(1 n/n0),低速效率低。,(6)调速时的允许负载 T=CTN IaN,恒转矩调速。,取决于 Ra 的调节方式，一般为有级调速。(5)调速的经济性 P1=Ua Ia=E IaR Ia2,8.3 他励直流电动机的调速,大连理工大

10、学电气工程系,结论：,(1)调速的经济性很差。(2)调速方法简单，控制设备不复杂。(3)一般用于串励或复励直流电动机拖动的电车、炼钢车间的浇铸吊车等生产机械。,8.3 他励直流电动机的调速,大连理工大学电气工程系,【例8.3.1】一台他励电动机，PN=4 kW，UaN=160 V，IaN=34.4 A，nN=1 450 r/min，用它拖动通风机负载运行。现采用改变电枢电路电阻调速。试问要使转速降低至 1 200 r/min，需在电枢电路串联多大的电阻 Rr？解：电枢电阻,8.3 他励直流电动机的调速,额定运行时 E=UaNRa IaN=(1601.2734.4)V=116.31 V,大连理工

11、大学电气工程系,8.3 他励直流电动机的调速,CT=9.55 CE=9.550.080 2=0.766,对于通风机负载 T n2，,当 n=1 200 r/min 时,n=n0n=(1 9951 200)r/min=795 r/min由于,大连理工大学电气工程系,由此求得,=1.436,8.3 他励直流电动机的调速,(1)调速方向：在 UN（或nN）以下调节。Ua n，Ua n。(2)调速的平滑性：连续调节 Ua，可实现无级调速。(3)调速的稳定性：改变 Ua(4)调速范围：D 不大（D8）。(5)调速的经济性：需要专用直流电源。(6)调速时的允许负载:T=CTN IaN,大连理工大学电气工程

12、系,二、改变电枢电压调速,8.3 他励直流电动机的调速,UaUa,b,c,n0n0,a,、不变，,但,稳定性变差。,恒转矩调速。,大连理工大学电气工程系,【例8.3.2】例 8.3.1 中的他励电动机，拖动恒转矩负载运行，TL=TN。现采用改变电枢电压调速。试问要使转速降低至 1 000 r/min，电枢电压应降低到多少？解：已知 Ra=1.27，CE=0.080 2，CT=0.766，TN=26.36 Nm。,8.3 他励直流电动机的调速,=544.94 r/minn0=nn=(1 000544.94)r/min=1 544.94 r/min Ua=CE n0=0.080 21 544.94

13、 V=123.9 V,大连理工大学电气工程系,三、改变励磁电流调速,TL,8.3 他励直流电动机的调速,21,b,c,a,n0n0,If,E,Ia,T,n,E 下降至某一最小值后回升 Ia 和 T 上升至某一最大值后下降 T=TL，n=nc。(1)调速方向 在 nN 以上（IfN 以下）调节。(2)调速的平滑性 连续调节Uf（或Rf）可实现无级调速。,大连理工大学电气工程系,(3)调速的稳定性(4)调速范围 受机械强度（nmax）的限制，D 不大。普通 M：D=2，特殊设计的 M：D=4。(5)调速的经济性 调节Rf 比较经济；调节Uf 则需要专用直流电源。(6)调速时的允许负载 T，n，,n

14、，n0,不变，,稳定性好。,P 基本不变，,为恒功率调速。,8.3 他励直流电动机的调速,大连理工大学电气工程系,应用 不经常逆转的重型机床。如：国产 C660、C670 等机床，重型龙门刨床的主传动在高速区的调速。调压调速与调励磁电流调速配合，可扩大 D，实现双向调速。,8.3 他励直流电动机的调速,大连理工大学电气工程系,【例8.3.3】例 8.3.1 中的他励电动机，拖动恒功率负载运行，现采用改变励磁电流调速。试问要使转速增加至 1 800 r/min，CE 应等于多少？解：已知 Ra=1.27，TN=26.36 Nm。对于恒功率负载 T 1/n，若忽略 T0，则,8.3 他励直流电动机

15、的调速,将已知数据代入机械特性方程，得 整理，得 1 800(CE)2160 CE 2.82=0,大连理工大学电气工程系,=0.064 7 或 0.024 2,两个答案是否都合理？为什么出现两个答案？,8.3 他励直流电动机的调速,大连理工大学电气工程系,8.4 他励直流电动机的制动,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。,一、能耗制动,电动状态,第8 章 直流电动机的电力拖动,制动状态,能耗制动时：,动能转换成电能，,被电阻消耗掉。,E,大连理工大学电气工程系,制动前：特性 1。制动开始后：Ua=0，n0=0 特性 2,制动过程,8.4 他励直流电动机的制动,b,a

16、,1.能耗制动过程 迅速停机 a 点b 点，Ia 反向(Ia0)制动开始n=0，E=0,na=nb，Ea=Eb T 反向(T0)，T 和 TL的共同作用 Ia=0，T=0，,n,O 点,自动停车。,2,大连理工大学电气工程系,制动效果,Rb,b,Ia,|Tb|,制动快，停车迅速。,Iamax,切换点（b 点）,Rb 的选择,8.4 他励直流电动机的制动,大连理工大学电气工程系,2.能耗制动运行 下放重物,8.4 他励直流电动机的制动,b,a,2,c,a 点b 点O 点 T=0，TL0n 反向起动(n0)E 反向(E0)Ia 再次反向(Ia0)T 再次反向(T0)，n T,反向起动,制动过程,能

17、耗制动运行,E Ia T=TL(c 点)。,大连理工大学电气工程系,8.4 他励直流电动机的制动,制动过程,电动状态,反向起动,能耗制动运行,E,E,大连理工大学电气工程系,制动效果,8.4 他励直流电动机的制动,b,Rb 特性 2 斜率 下放速度|nL|。,Rb 的选择（各量取绝对值）,校验,(Rb大),（对切换点 b 点电流的限制）,大连理工大学电气工程系,【例8.4.1】一台他励电动机，PN=22 kW，UaN=440 V，IaN=65.3 A，nN=600 r/min，Iamax=2IaN，T0 忽略 不计。试求：(1)拖动 TL=0.8 TN 的反抗性恒转矩负载，采用能耗制动实现迅速

18、停机，电枢电路至少应串联多大的制动电阻？(2)拖动 TL=0.8 TN 的位能性恒转矩负载，采用能耗制动以 300 r/min 的速度下放重物，电枢电路应串联多大的制动电阻？解：由额定数据求得,8.4 他励直流电动机的制动,大连理工大学电气工程系,(1)迅速停机时 TL=0.8TN=0.8350.32 Nm=280.256 Nm,CT=9.55 CE=9.550.562=5.365,E=UaNRa Ia=(4401.5852.24)V=357.46 V,8.4 他励直流电动机的制动,（切换点 b 点的 Eb）,大连理工大学电气工程系,8.4 他励直流电动机的制动,(2)下放重物时,该值大于 1

19、.16，故满足 Iamax 的要求。,大连理工大学电气工程系,二、反接制动,1.电压反向反接制动 迅速停机,8.4 他励直流电动机的制动,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,大连理工大学电气工程系,制动前：特性1,制动开始后：,特性2,制动过程,8.4 他励直流电动机的制动,b,a,c,d,a 点b 点，Ia 反向(Ia0)T 和 TL 的共同作用 n=0，T 0，,na=nb，Ea=Eb，T 反向(T0)，n 立刻断电，未断电，反向起动,制动开始；c 点 停机。d 点，反向电动运行。,立刻 断

20、电,大连理工大学电气工程系,制动瞬间b 点的 E,8.4 他励直流电动机的制动,制动效果,2(Rb小),b,Rb 特性 2 斜率 制动转矩 制动快。,Rb 的选择（各量取绝对值）,2(Rb大),大连理工大学电气工程系,2.电动势反向反接制动 下放重物,8.4 他励直流电动机的制动,电动状态,制动状态,电枢接入 Rb 瞬间,Ia T,TTL n,n=0，TTL,反向起动 n0|n|,|E|,Ia,T T=TL。,Ia 的方向？,T 的方向？,E,大连理工大学电气工程系,8.4 他励直流电动机的制动,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

21、有改变方向。,大连理工大学电气工程系,8.4 他励直流电动机的制动,制动效果,Rb 特性 2 斜率 下放速度。,2(Rb大),(Rb小),Rb 的选择(各量取绝对值),大连理工大学电气工程系,【例8.4.2】例 8.4.1 中的他励电动机，迅速停机和下放重物的要求不变，但改用反接制动来实现，试求电枢电路应串联的制动电阻值。解：(1)迅速停机在例 8.4.1 中已求得切换点的电动势，由公式可得,8.4 他励直流电动机的制动,大连理工大学电气工程系,8.4 他励直流电动机的制动,(2)下放重物时（忽略 T0）,=10.07,大连理工大学电气工程系,平地或上坡行驶时工作在 a 点。下坡行驶时 TL

22、反向TL2 nn0 EUa Ia0 T0 b 点（TL2=T）。,n n0 电动机处于发电状态，动能转换为电能回馈电网。,三、回馈制动,特点：,EUa,1.正向回馈制动 电车下坡,8.4 他励直流电动机的制动,n,n,a,b,大连理工大学电气工程系,电动状态,下坡,nEIa(T)n=n0,E=Ua,T=0,制动状态,n E(Ua)Ia(T)0|T|,8.4 他励直流电动机的制动,大连理工大学电气工程系,在降低电枢电 压调速过程中,8.4 他励直流电动机的制动,a,c,b,d,回馈制 动过程,在增加励磁电 流调速过程中,a,c,b,d,工作点 跳到何处？,回馈制 动过程,大连理工大学电气工程系,

23、2.反向回馈制动 下放重物,电压反向,8.4 他励直流电动机的制动,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？,作用？,限制 Iamax,E,大连理工大学电气工程系,2.反向回馈制动 下放重物,8.4 他励直流电动机的制动,a,c,b,d,e,a 点,改变Ua极性n不能跃变,c 点,b 点,反接制动,d 点,反向起动,e 点，T=TL。,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,T TL回馈制动,大连理工大学电气工程系,8.4 他励直流电动机的制动,制动效果,Rb 特性 2 斜率 下放速度。,2(Rb小),(

24、Rb大),Rb 的选择（各量取绝对值）,大连理工大学电气工程系,校验（各量取绝对值）,制动瞬间b 点的 E,8.4 他励直流电动机的制动,电压反接后瞬间,大连理工大学电气工程系,电压反向反接制动与反向回馈制动的比较,电压反向制动过程,回馈制动状态,8.4 他励直流电动机的制动,大连理工大学电气工程系,【例8.4.3】例 8.4.1 中的他励电动机，改用回馈制动下放重物。在电压反接瞬间，电枢电路串联较大的制动电阻，以保证 IaIamax；当转速反向增加到 n0 时，将制动电阻减小，使电动机以 1 000 r/min 下放重物。试求这时的制动电阻值。解：根据例 8.4.1 求得的数据，可得,8.4

25、 他励直流电动机的制动,=0.755,大连理工大学电气工程系,8.5 他励电动机在四象限中的运行状态,一、电动状态,第8 章 直流电动机的电力拖动,大连理工大学电气工程系,二、制动状态,8.5 他励直流电动机在四象限中运行状态,大连理工大学电气工程系,8.6 并励直流电动机的电力拖动,第8 章 直流电动机的电力拖动,增加电枢电路电阻起动,一、起动 降低电枢电压起动 需改接成他励。增加电枢电路电阻起动,二、调速 改变电枢电路电阻调速 改变电枢电压调速 改变励磁电流调速,（需改接成他励）,大连理工大学电气工程系,8.6 并励直流电动机的电力拖动,改变电枢电路电阻调速,改变励磁电流调速,三、制动 改

26、为他励方式进行。,大连理工大学电气工程系,*8.7 串励直流电动机的电力拖动,第8 章 直流电动机的电力拖动,一、起动 降低电源电压起动 电枢电路串联电阻起动 二、调速 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,励磁绕组并联电阻调速,电枢并联电阻调速,IfIa,If Ia,大连理工大学电气工程系,三、制动 能耗制动,电动状态,自励能耗制动,他励能耗制动,8.7 串励直流电动机的电力拖动,E,E,大连理工大学电气工程系,电压反向反接制动,8.7 串励直流电动机的电力拖动,电动状态,三、制动 反接制动,作用？,限制 Iamax,电动势反向反接制动,作用？,使 Ia T TTL n,E,大连理工大学电气工程系,*8.8 复励直流电动机的电力拖动,第8 章 直流电动机的电力拖动,一、起动 降低电源电压起动 需改接成他励；串励绕组短路。电枢电路串联电阻起动 二、调速 与并励电动机相同。三、制动 能耗制动 反接制动 回馈制动,大连理工大学电气工程系,练 习 题,8.1.1 8.1.28.2.1 5.2.2 8.2.38.3.1 8.3.2 8.3.3 8.3.4 8.4.1 8.4.2 8.4.3 8.4.4 8.4.5 8.4.68.6.1 8.6.2*以教师画勾的题为准。,第8 章 直流电动机的电力拖动,下一章,