4他勵直流電動機的運行ppt課件

1、 第四章 他勵直流電動機的運行DC Motor Drives本章教學基本要求本章教學基本要求1. 掌握他勵直流電動機機械特性、起動、掌握他勵直流電動機機械特性、起動、制動及其過渡過程的基本特性；制動及其過渡過程的基本特性；2.了解電樞反應對過渡過程的影響；了解電樞反應對過渡過程的影響；3.掌握他勵直流電動機調速性能指標和掌握他勵直流電動機調速性能指標和直流電動機調速方法直流電動機調速方法本章重點本章重點重點：重點：1.1.直流電動機機械特性和起動、制直流電動機機械特性和起動、制動的過渡過程特性；動的過渡過程特性；2.2.調速性能指標和調速方法。調速性能指標和調速方法。目錄4.1 他勵直流電動機

2、的啟動4.2 他勵直流電動機的調速4.3 他勵直流電動機的電動與制動運行4.4 直流電力拖動系統(tǒng)的過渡過程4.1 他勵直流電動機的起動他勵直流電動機的起動3.2.1他勵直流電動機的起動他勵直流電動機的起動起動：指電動機從靜止狀態(tài)轉動起來。起動：指電動機從靜止狀態(tài)轉動起來。 起動過程：電動機從靜止運轉到某一穩(wěn)態(tài)轉速起動過程：電動機從靜止運轉到某一穩(wěn)態(tài)轉速的過程叫起動過程。的過程叫起動過程。1.系統(tǒng)對起動的要求系統(tǒng)對起動的要求 不同的生產(chǎn)機械對起動有不同的要求。不同的生產(chǎn)機械對起動有不同的要求。例例如，無軌電車要求起動慢些平穩(wěn)些，但一般生如，無軌電車要求起動慢些平穩(wěn)些，但一般生產(chǎn)機械都要求快速起動

3、。即要求起動時間產(chǎn)機械都要求快速起動。即要求起動時間 ts小小些，則起動轉矩些，則起動轉矩Ts大些。大些。目錄起動電流起動電流 Is為起動電流，也稱為堵轉電流為起動電流，也稱為堵轉電流 (在起動瞬間在起動瞬間n=0)。從式。從式T=CtIa可知，當可知，當一定時，一定時，T與與 Ia成正成正比，比， Is越大，越大， Ts 也越大。但起動電流不能太大。也越大。但起動電流不能太大。否則會引起換向惡化，產(chǎn)生嚴重的火花。還會導致否則會引起換向惡化，產(chǎn)生嚴重的火花。還會導致很大的線路壓降，使電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定。很大的線路壓降，使電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定。 Is不能太大，一般為不能太大，一般為1.52 IN ，因為，

4、因為 T大小是大小是受機械強度限制，受機械強度限制， T太大，突然加到傳動機構上，太大，突然加到傳動機構上，會損壞機械部件的薄弱部分，例如傳動齒輪的輪齒會損壞機械部件的薄弱部分，例如傳動齒輪的輪齒等。等。4.1.1 電樞回路串電阻起動電樞回路串電阻起動 電壓不變，在電樞回路中串接電阻，可達到限制起動電流的目的，使NaNstIRRUI0 . 25 . 11串入恒值電阻起動串入恒值電阻起動 在電樞回路串入固定的起動電阻R，電機拖動恒轉矩負載，在額定磁場下，將刀開關K合向電源使電機起動。缺點：起動時間ts 較長，穩(wěn)態(tài)轉速ns低，長期串入電阻不經(jīng)濟。串固定電阻起動特性串固定電阻起動特性nT0 0TLn

5、0電樞串入固定電阻特性曲線電樞串入固定電阻特性曲線nAA2)分級起動分級起動(逐級切除起動電阻的起動逐級切除起動電阻的起動) 為了在起動過程中使電樞和轉矩被限制在允許的范圍之內(nèi)，采用分級起動。UfNIfNRfM-RaRs1Rs2R1=Ra+Rs1KM1KM2R2=Ra+Rs1+Rs2UN+-(a)接線圖(b)機械特性電樞回路串電阻起動nn00T(I)TLT2(I2)T1(I2)RaR1AabcdeR24.1.2 降壓起動降壓起動 起動瞬間把加在電樞兩端電源電壓降低，可把電源電壓降低到 U=(1.52.0) INRa，隨著轉速n的上升，電勢Ea也逐漸增大，Ia 相應減小，此時電壓U必須不斷升高(

6、手動調節(jié)或自動調節(jié))，而且使Ia保持在 (1.52.0) IN范圍內(nèi)，直到電壓升到額定電壓UN ，電動機進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，起動過程結束。 降壓起動需要一套可以調節(jié)的直流電源，初投資大。TSTLOnn0T圖圖4.2 降電壓啟動降電壓啟動例題例題4-1 某他勵直流電動某他勵直流電動機機,PN=96W,UN=440V,IN=250A,nN=500r/min,Ra=0.078，拖動額定大小的恒轉矩負載運行，忽略空，拖動額定大小的恒轉矩負載運行，忽略空載轉矩。（載轉矩。（1若采用串電阻啟動，若采用串電阻啟動，IS=2IN，計算，計算所串電阻所串電阻RS和和TS；（；（2若采用降壓啟動，條件同若采用降壓啟

7、動，條件同上，求電壓降至多少并計算上，求電壓降至多少并計算TS802. 0078. 02502440aSNSRIURmNnPTNNN5 .1833500109655. 955. 93mNTTNS36675 .183322(1)解解例題例題4-1 某他勵直流電動某他勵直流電動機機,PN=96W,UN=440V,IN=250A,nN=500r/min,Ra=0.078，拖動額定大小的恒轉矩負載運行，忽略空，拖動額定大小的恒轉矩負載運行，忽略空載轉矩。（載轉矩。（1若采用串電阻啟動，若采用串電阻啟動，IS=2IN，計算，計算所串電阻所串電阻RS和和TS；（；（2若采用降壓啟動，條件同若采用降壓啟動，

8、條件同上，求電壓降至多少并計算上，求電壓降至多少并計算TSVRIUaSS39078. 02502mNTTNS36675 .183322(2)解解4.2 他勵直流電動機調速他勵直流電動機調速調速：是指通過人為手段改變電力拖動系統(tǒng)調速：是指通過人為手段改變電力拖動系統(tǒng)的轉速以滿足生產(chǎn)實際的需要。的轉速以滿足生產(chǎn)實際的需要。1.機械調速：指通過改變變速機構傳動比以機械調速：指通過改變變速機構傳動比以改變轉速的方法，特點是：調速時必須停，改變轉速的方法，特點是：調速時必須停，多為有級調速，同生活中如變速自行車原理多為有級調速，同生活中如變速自行車原理基本相似。基本相似。本章目錄2. 電氣調速：電氣調速

9、： 指通過改變電動機有關電氣參數(shù)指通過改變電動機有關電氣參數(shù)調節(jié)轉速的方法，特點是簡化機械傳動與變調節(jié)轉速的方法，特點是簡化機械傳動與變速機構，調速時不需停車，在運行中便可以調速機構，調速時不需停車，在運行中便可以調速，可實現(xiàn)無級調速，必要時還可采用各種反速，可實現(xiàn)無級調速，必要時還可采用各種反饋環(huán)節(jié)提高機械特性硬度，以便提高拖動系統(tǒng)饋環(huán)節(jié)提高機械特性硬度，以便提高拖動系統(tǒng)靜態(tài)與動態(tài)運行指標，易于實現(xiàn)電氣控制自動靜態(tài)與動態(tài)運行指標，易于實現(xiàn)電氣控制自動化?；?。3.電氣電氣機械調速：指上述兩種方法都采用機械調速：指上述兩種方法都采用的混合調速法。（主要介紹電氣調速）的混合調速法。（主要介紹電氣調

10、速）4.2.1 他勵直流電動機的調速方法他勵直流電動機的調速方法1.降壓調速：降壓調速： 降低電樞外加電壓的數(shù)值，使理想空載轉速降低電樞外加電壓的數(shù)值，使理想空載轉速n0下降，導致轉速下降。下降，導致轉速下降。2.電樞回路串電阻調速電樞回路串電阻調速 電樞回路串入不同數(shù)值的附加電阻，使機械特電樞回路串入不同數(shù)值的附加電阻，使機械特性斜率性斜率變大，負載轉速降變大，導致轉速下降。變大，負載轉速降變大，導致轉速下降。3. 弱磁調速弱磁調速 減少他勵直流電動機的勵磁電流減少他勵直流電動機的勵磁電流If，使每極磁，使每極磁通減少通減少(1 ，顯，顯n然，調速的級數(shù)越多，然，調速的級數(shù)越多， 越接近于越

11、接近于1，調速的平滑，調速的平滑n性越好。當性越好。當=1 時，稱為無級調速，即在調速范圍時，稱為無級調速，即在調速范圍n內(nèi)，轉速可得到任意值。內(nèi)，轉速可得到任意值。1iinn4.經(jīng)濟性經(jīng)濟性 在考慮技術指標的同時，還應考慮設備投資、電能消耗、運行費用等。表表4.1 他勵直流電動機三種調速方法的性能比較他勵直流電動機三種調速方法的性能比較調速方法調速方法電樞串電阻電樞串電阻 降電源電壓降電源電壓減弱磁通減弱磁通調速方向調速方向向下調向下調向下調向下調向上調向上調50%時的調速時的調速范圍范圍210121.22，34（與（與無關）無關）一定調速范圍內(nèi)一定調速范圍內(nèi)轉速的穩(wěn)定性轉速的穩(wěn)定性差差好好

12、較好較好負載能力負載能力恒轉矩恒轉矩恒轉矩恒轉矩恒功率恒功率調速平滑性調速平滑性有級調速有級調速無級調速無級調速無級調速無級調速設備初投資設備初投資少少多多較多較多電能損耗電能損耗多多較少較少少少返回目錄4.3 他勵直流電動機制動他勵直流電動機制動電動狀態(tài)與制動狀態(tài)1.電動狀態(tài) 特點：轉速n與轉矩T方向相同，T為拖動轉矩，Ia 與Ea 方向相反，輸入電能，輸出機械能，機械特性在直角坐標的第一、 三象限。2.制動狀態(tài)特點：轉速n與轉矩T方向相反， Ia 與Ea 方向一樣，電機工作在發(fā)電狀態(tài)。目錄T反向電動正向電動-n0nn01n0U1UNUN321CBA-TLTL直流電機拖動系統(tǒng)示意圖直流電機拖

13、動系統(tǒng)示意圖表表4.2 他勵直流電機穩(wěn)態(tài)運行時的功率關系他勵直流電機穩(wěn)態(tài)運行時的功率關系輸入輸入電樞回路電樞回路電磁功率電磁功率電動機電動機輸出輸出電功率電功率總損耗總損耗（電（電機）機）空載損耗空載損耗機械功率機械功率P1pCuaPMp0P2UIa= Ia2（Ra+R）+EaIaT=T0+ T2+制動的概念制動的概念n制動：制動： n 指通過某種方法產(chǎn)生一個與拖動系統(tǒng)轉指通過某種方法產(chǎn)生一個與拖動系統(tǒng)轉n向相反的阻轉矩以阻止系統(tǒng)運動的過程。向相反的阻轉矩以阻止系統(tǒng)運動的過程。n制動作用：制動作用：n 它可以維持受位能轉矩作用的拖動系統(tǒng)它可以維持受位能轉矩作用的拖動系統(tǒng)恒恒n速運動，如起重類機

14、械等速下放重物。列車速運動，如起重類機械等速下放重物。列車等等n速下坡等。也可以用于使拖動系統(tǒng)減速或停速下坡等。也可以用于使拖動系統(tǒng)減速或停車車.實現(xiàn)制動方法實現(xiàn)制動方法n實現(xiàn)制動方法有：實現(xiàn)制動方法有：n 機械制動，即剎車，它是用磨擦力產(chǎn)機械制動，即剎車，它是用磨擦力產(chǎn)生生n阻轉矩實現(xiàn)制動的。其特點是損耗大，多阻轉矩實現(xiàn)制動的。其特點是損耗大，多用用n于停車制動，如起重類機械的抱閘；電氣于停車制動，如起重類機械的抱閘；電氣制制n動，是使電動機變直流發(fā)電機將系統(tǒng)的機動，是使電動機變直流發(fā)電機將系統(tǒng)的機械械n能或位能負載的位能轉變?yōu)殡娔埽脑谀芑蛭荒茇撦d的位能轉變?yōu)殡娔?，消耗在電電n樞電路的總

15、電阻或回饋電網(wǎng)。樞電路的總電阻或回饋電網(wǎng)。電氣制動的分類電氣制動的分類電氣制動方法分：電氣制動方法分： 能耗制動，反接制動，再生制動。能耗制動，反接制動，再生制動。 直流電機正常工作時，出現(xiàn)制動狀態(tài)情況分析如直流電機正常工作時，出現(xiàn)制動狀態(tài)情況分析如下：下：(1)要求停車要求停車 切斷電樞電源，自由停車，或小容量電機切斷電切斷電樞電源，自由停車，或小容量電機切斷電源，機械抱閘，幫助停車。源，機械抱閘，幫助停車。(2) 降速過程中：降速過程中： 在降壓調速幅度比較大時，降速過程中要經(jīng)過制在降壓調速幅度比較大時，降速過程中要經(jīng)過制動狀態(tài)。動狀態(tài)。制動的分類制動的分類(3) 提升機構下放重物提升機構

16、下放重物 提升機構下放重物時，電動機要處于制動狀態(tài)。提升機構下放重物時，電動機要處于制動狀態(tài)。(4) 反轉反轉 電動機從正轉變?yōu)榉崔D，首先要制動停車，然后電動機從正轉變?yōu)榉崔D，首先要制動停車，然后才能反向起動，從上面分析可見，制動不能簡單地理才能反向起動，從上面分析可見，制動不能簡單地理解為停車，停車只是制動過程中的一種形式而以。解為停車，停車只是制動過程中的一種形式而以。3.4.2能耗制動能耗制動1.能耗制動實現(xiàn)及機械特性能耗制動實現(xiàn)及機械特性(1)實現(xiàn)方法：實現(xiàn)方法：a.電動狀態(tài)電動狀態(tài) 接觸器接觸器KM1閉合，閉合，KM2斷開斷開,轉矩轉矩T與轉速與轉速n相同相同方向，電樞電流與反電勢方

17、向，電樞電流與反電勢方向相反。方向相反。b.能耗制動能耗制動 接觸器接觸器KM2閉合閉合,KM1斷斷開開(電機原運行在電機原運行在A點點)，電樞脫離電源經(jīng)電阻電樞脫離電源經(jīng)電阻R將將電樞短接。電樞短接。UfIfRfM-RKM1KM2UN+-IaIaEaTTn能耗制動原理接線圖（2能耗制動分析能耗制動分析 U=0, 由于電機慣性， n0，Ea0 ，在反電動勢Ea作用下產(chǎn)生電樞電流Ia反向，電動機的轉矩也反向。這時IB=-Ea/(R+Ra)。 IB與原來的IA 方向相反，TB反向，與n相反, 轉速下降，當n=0 ，停車。（3能耗制動特性能耗制動特性T(I)TB(IB)BAn0TL(IL)C0-TL

18、nRaRa+Rad位能性負載轉矩反抗性負載轉矩他勵直流電動機能耗制動機械特性（4特性方程及制動電阻特性方程及制動電阻n特性是一條過原點的直線，在第二象限，特性是一條過原點的直線，在第二象限，n特性斜率取決于能耗制動電阻特性斜率取決于能耗制動電阻 R。ICRRnTCCRRnUNeaNtea , 02或分析分析 R越大，特性越斜，越大，特性越斜， R越小，特性越越小，特性越平，但平，但R不能太小，否則在制動瞬間會產(chǎn)生不能太小，否則在制動瞬間會產(chǎn)生過大的沖擊電流，取過大的沖擊電流，取IB=(22.5) IN，IB為制動為制動瞬間的電樞電流，設制動瞬間電勢為瞬間的電樞電流，設制動瞬間電勢為EB ，有：

19、有：aBBRIER2.能耗制動運行能耗制動運行3.能耗制動特點能耗制動特點(i) 制動時制動時 U=0，n0=0 ，直流電動機脫離電網(wǎng)變成直，直流電動機脫離電網(wǎng)變成直流發(fā)電機單獨運行，把系統(tǒng)存儲的動能，或位能流發(fā)電機單獨運行，把系統(tǒng)存儲的動能，或位能性負載的位能轉變成電能性負載的位能轉變成電能( EaIa)消耗在電樞電路消耗在電樞電路的總電阻上的總電阻上I2(Ra+R).(ii) 制動時，制動時， n與與T成正比成正比 ,所以轉速所以轉速n 下降時，下降時，T也下也下降，故低速時制動效果差，為加強制動效果，可降，故低速時制動效果差，為加強制動效果，可減少減少R，以增大制動轉矩，以增大制動轉矩T

20、 ，此即多級能耗制動，此即多級能耗制動(iii) 實現(xiàn)能耗制動的線路簡單可靠，當實現(xiàn)能耗制動的線路簡單可靠，當n=0 時時T=0 ,可可實現(xiàn)準確停車。實現(xiàn)準確停車。nTRRnCCICTaNeNtaNt , 4.應用應用 能耗制動多用于一般生產(chǎn)機械的制動停車，對于起重機械，能耗制動可使位能性負載的恒低速下放，確保生產(chǎn)安全，對反抗性負載能確保停車。5.功率流程圖表表4.3 他勵直流電機能耗制動過程中的功率關系他勵直流電機能耗制動過程中的功率關系輸入輸入電樞回路電樞回路電磁功率電磁功率電動機電動機輸出輸出電功率電功率總損耗總損耗（電（電機）機）空載損耗空載損耗機械功率機械功率P1pCuaPMp0P2

21、UIa= Ia2（Ra+R）+EaIaT=T0+ T20+-+-4.3.3 反接制動反接制動1.電壓反接的反接制動電壓反接的反接制動(1)方法：方法： 將正在運行的電機電樞串入制動電阻將正在運行的電機電樞串入制動電阻 R，且電樞兩端電壓極性改變。要實現(xiàn)反接制且電樞兩端電壓極性改變。要實現(xiàn)反接制動電路有兩種，一種手動適合小容量電動動電路有兩種，一種手動適合小容量電動機，另一種是自動線路適合大容量的電動機，另一種是自動線路適合大容量的電動機采用。機采用。反接制動實現(xiàn)反接制動實現(xiàn)（2方程式方程式方程式為：方程式為：TCCRRCUnNteaeN2(3) 機械特性曲線機械特性曲線 特性特性BC段為電段為

22、電壓反接制動機械特壓反接制動機械特性曲線，由于制動性曲線，由于制動狀態(tài)到狀態(tài)到 n=0 告終，告終，所以只有實線部分所以只有實線部分為反接制動特性。為反接制動特性。E-n0nATTBBAn0TLC0-TLnRa位能性負載轉矩反抗性負載轉矩電壓反接制動機械特性D(4) 制動電阻制動電阻R的計算的計算aNNaNaNaaaNaaaNRIURIEURIEURIEURmaxmaxmin制動電阻的比較制動電阻的比較aNNRIUR2能耗反接制動過程比能耗制動過程電樞串反接制動過程比能耗制動過程電樞串入的電阻最小值幾乎大一倍入的電阻最小值幾乎大一倍表表4.4 他勵直流電機反接制動過程中的功率關系他勵直流電機反

23、接制動過程中的功率關系輸入輸入電樞回路電樞回路電磁功率電磁功率電動機電動機輸出輸出電功率電功率總損耗總損耗（電（電機）機）空載損耗空載損耗機械功率機械功率P1pCuaPMp0P2UIa= Ia2（Ra+R）+EaIaT=T0+ T2+-+-4.3.4. 倒拉反接制動倒拉反接制動又稱轉速反向的反又稱轉速反向的反接制動或電動勢接制動或電動勢反接制動反接制動(1) 方法方法電樞回路串入大電電樞回路串入大電阻阻（2特性特性 從從C點至點至D點為電動點為電動減速狀態(tài)，減速狀態(tài)，從從D點至點至B點點為發(fā)電狀態(tài)為發(fā)電狀態(tài)。nAT-nBA An0TLC C0 0nRa電動勢反接制動機械特性B BD（3電阻計算

24、電阻計算aaaNRIEUR反接制動時的能量關系反接制動時的能量關系( 1 ) 電壓反接制動時電壓反接制動時 說明從電源吸收電說明從電源吸收電能能 說明電動機說明電動機從負載吸收機械能使電機處于發(fā)電狀態(tài)，將機械能轉從負載吸收機械能使電機處于發(fā)電狀態(tài)，將機械能轉化為電能。化為電能。 上述兩部分能量加在一起消耗在電樞回路的電上述兩部分能量加在一起消耗在電樞回路的電阻上。阻上。00 , 0aaUIIU00 , 00aaaaIEIEn( 2 )電動勢反接制動時電動勢反接制動時 說明從電源吸收電能 說明從負載吸收機械能上述兩部分能量全部消耗在電樞回路的電阻上，其能量關系同電壓及制動時一樣。00 , 000

25、0 , 0aaaaaaIEIEnUIIU反接制動功率流程圖反接制動功率流程圖兩種反接制動的異同點兩種反接制動的異同點共同點：能量關系相同。共同點：能量關系相同。不同點：電壓反接制動特性位于第二象限，不同點：電壓反接制動特性位于第二象限，制動轉矩大，制動效果好，倒拉反轉反接制制動轉矩大，制動效果好，倒拉反轉反接制動特性位于第四象限，機械能來自負載的位動特性位于第四象限，機械能來自負載的位能，不能用于停車。能，不能用于停車。5.應用應用：應用： 轉速反向的反接制動，可應用于位能負載，一轉速反向的反接制動，可應用于位能負載，一般可在般可在nn0 那么那么 EaU ，Ia與與Ea同方向，同方向，T 與

26、與 n 方向相反，電機工作在發(fā)電狀態(tài)，回方向相反，電機工作在發(fā)電狀態(tài)，回饋能量給電源，經(jīng)濟。饋能量給電源，經(jīng)濟。2.變電壓過程中的回饋制動變電壓過程中的回饋制動nn0A0TLTn01UNU1他勵直流他勵直流電動電動機降機降壓過壓過程程 中的回中的回饋饋制制動動機械特性機械特性說明說明 在回饋過程中，電動機向電源回送電能在回饋過程中，電動機向電源回送電能為了節(jié)省能量，在電動機具有可調電源拖動為了節(jié)省能量，在電動機具有可調電源拖動反抗性負載時，使整個停車過程都處于回饋反抗性負載時，使整個停車過程都處于回饋制動狀態(tài)，直到轉速等于零。這個制動停車制動狀態(tài)，直到轉速等于零。這個制動停車過程都處于回饋制動

27、狀態(tài)。直到轉速等于零過程都處于回饋制動狀態(tài)。直到轉速等于零這個制動停車方法最節(jié)省能量，制動時間也這個制動停車方法最節(jié)省能量，制動時間也短，過原點的最后一級特性，是電樞回路電短，過原點的最后一級特性，是電樞回路電阻阻Ra的能耗制動狀態(tài)。的能耗制動狀態(tài)。3.位能負載下放重物時回饋制動位能負載下放重物時回饋制動nn0AB0TBCTLT-n0位能性負載時電機回饋制動機械特性DEF4.回饋制動時的功率流程圖回饋制動時的功率流程圖5.應用應用 回饋制動多用于電力機車高速下坡或起回饋制動多用于電力機車高速下坡或起重類機械高速下放重物的場合。在調速的過重類機械高速下放重物的場合。在調速的過程中也會出現(xiàn)回饋制動

28、。程中也會出現(xiàn)回饋制動。注意：回饋制動只有在注意：回饋制動只有在|n|n0| 時才會出現(xiàn)，時才會出現(xiàn)，故不能用于停車制動中。故不能用于停車制動中。4.3.6他勵直流電動機的四個象限上的運行n電動狀態(tài)：特性在第一，三象限，其中第電動狀態(tài)：特性在第一，三象限，其中第一象限是正向電動狀態(tài)，第三象限是反向一象限是正向電動狀態(tài)，第三象限是反向電動狀態(tài)。電動狀態(tài)。n制動狀態(tài)：特性在第二，四象限，其中第制動狀態(tài)：特性在第二，四象限，其中第二象限是正向能耗，正向回饋制動，電壓二象限是正向能耗，正向回饋制動，電壓反接制動。第四象限是反向能耗，反向回反接制動。第四象限是反向能耗，反向回饋制動，轉速反向反接制動，處

29、在反向電饋制動，轉速反向反接制動，處在反向電動狀態(tài)時進行電壓反接的電壓反接制動。動狀態(tài)時進行電壓反接的電壓反接制動。四象限運行分析四象限運行分析例題例題4-7 已知例題已知例題4-2中的某他勵直流電動機的中的某他勵直流電動機的Iamax2IN,若運行于正向電動狀態(tài)時，若運行于正向電動狀態(tài)時，TL=0.9TN。（1負載為反抗性恒轉矩時，采用能耗制動過程負載為反抗性恒轉矩時，采用能耗制動過程停車時，電樞回路應串入的制動電阻最小值為多少？停車時，電樞回路應串入的制動電阻最小值為多少？7 .827 .1582139. 0240NNennC，知由例4 .747 .829 . 09 . 0Nnn3 .15

30、084 .747 .15820nnn(1)解解7 .2093 .1508139. 0nCENeannN-2TNTNTnn00.9TN812. 01 . 011527 .209maxminaaaRIER例題例題4-7 （2負載為位能性恒轉矩時，例如起重負載為位能性恒轉矩時，例如起重機機,傳動機構的轉矩損耗傳動機構的轉矩損耗T=0.1TN，要求電機運行，要求電機運行在在n=-200r/min勻速下放重物，采用能耗制動運行，勻速下放重物，采用能耗制動運行，電樞回路應串入的電阻值為多少？該電阻上的功率電樞回路應串入的電阻值為多少？該電阻上的功率損耗為多少？損耗為多少？8 .27200139. 0nCE

31、Nea245. 01 . 05 .808 .27aaaRIERWRIpaR1588245. 05 .8022(2)解解5 .801157 . 07 . 0NaII-2000.7TNn-2TNTnn00.9TN例題例題4-7 （3負載為反抗性恒轉矩時，采用反接負載為反抗性恒轉矩時，采用反接制動過程停車時，電樞回路應串入的制動電阻最小制動過程停車時，電樞回路應串入的制動電阻最小值為多少？值為多少？(3)解解768. 11 . 011527 .209220maxminaaaNRIEUR-n0n-2TNTnn00.9TN例題例題4-7 （4負載為位能性恒轉矩時，例如起重負載為位能性恒轉矩時，例如起重機

32、機,傳動機構的轉矩損耗傳動機構的轉矩損耗T=0.1TN，要求電機運行，要求電機運行在在n=-1000r/min勻速下放重物，采用倒拉反轉運行，勻速下放重物，采用倒拉反轉運行，電樞回路應串入的電阻值為多少？該電阻上的功率電樞回路應串入的電阻值為多少？該電阻上的功率損耗為多少？損耗為多少？1391000139. 0nCENea36. 41 . 05 .80139220aaaNRIEURWRIpaR2825436. 45 .8022(4)解解5 .801157 . 07 . 0NaII-10000.7TNnTnn00.9TN例題例題4-7 （5負載為位能性恒轉矩時，例如起重機負載為位能性恒轉矩時，例

33、如起重機,傳動機構的轉矩損耗傳動機構的轉矩損耗T=0.1TN，采用反向回饋制動，采用反向回饋制動運行，電樞回路不串電阻時，電動機轉速為多少？運行，電樞回路不串電阻時，電動機轉速為多少？89.577 .827 . 07 . 0Nnn(5)解解6 .164089.577 .15820nnn返回4.4 電力拖動系統(tǒng)過渡過程電力拖動系統(tǒng)過渡過程一一 過渡過程的概述過渡過程的概述1.穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)(靜態(tài)靜態(tài))：指電動機轉矩：指電動機轉矩T和負載轉和負載轉矩矩TL相等。系統(tǒng)靜止不動或以恒速運動的狀相等。系統(tǒng)靜止不動或以恒速運動的狀態(tài)。態(tài)。2.動態(tài)：指動態(tài)：指 T與與TL不相等，加速或減速不相等，加速或減速狀態(tài)。

34、狀態(tài)。即非平衡狀態(tài)即非平衡狀態(tài)dn/dt0，動態(tài)也稱過渡，動態(tài)也稱過渡過程。過程。 轉速由轉速由n=0升至某一轉速或從某一轉速升至某一轉速或從某一轉速升至另升至另一轉速的變化過程均稱為過渡過程。一轉速的變化過程均稱為過渡過程。目錄3.產(chǎn)生過渡過程的原因產(chǎn)生過渡過程的原因外因：外因： 例：例： TL變化，或電機參數(shù)變化，引起變化，或電機參數(shù)變化，引起T變化。變化。內(nèi)因：系統(tǒng)存在內(nèi)因：系統(tǒng)存在GD2，即機械慣性以及電磁慣性，即機械慣性以及電磁慣性，即存在即存在L(電感電感)。 GD2 的存在，使的存在，使n不能突變。不能突變。L的存在，使電流的存在，使電流不能突變。若只考慮不能突變。若只考慮GD2

35、影響，稱機械過渡過程；影響，稱機械過渡過程；只考慮只考慮L的影響，稱電磁過渡過程；兩者都考慮稱的影響，稱電磁過渡過程；兩者都考慮稱機電過渡過程。機電過渡過程。4.過渡過程過渡過程重點：機械過渡過程，因為較多的情況下，重點：機械過渡過程，因為較多的情況下，機械慣量的影響遠大于電磁慣量影響，為簡機械慣量的影響遠大于電磁慣量影響，為簡化分析，略去電磁慣量影響?；治?，略去電磁慣量影響。 研究過渡過程的實際意義在于：找出減研究過渡過程的實際意義在于：找出減小過渡過程持續(xù)時間，提高生產(chǎn)率；探討減小過渡過程持續(xù)時間，提高生產(chǎn)率；探討減少過渡過程損耗功率的途徑，提高電機利用少過渡過程損耗功率的途徑，提高電機

36、利用率和力能指標；改善系統(tǒng)動態(tài)或穩(wěn)定運行品率和力能指標；改善系統(tǒng)動態(tài)或穩(wěn)定運行品質，使設備能安全可靠運行。質，使設備能安全可靠運行。4.4.1 過渡過程數(shù)學分析過渡過程數(shù)學分析n分析他勵直流電動機的過渡過程，忽略電磁過渡分析他勵直流電動機的過渡過程，忽略電磁過渡過程，只考慮機械過渡過程，并假定如下條件過程，只考慮機械過渡過程，并假定如下條件n1電源電壓在過渡過程中恒定不變；電源電壓在過渡過程中恒定不變；n2勵磁磁通恒定不變；勵磁磁通恒定不變；n3負載轉矩為常數(shù)不變。負載轉矩為常數(shù)不變。1.轉速的變化規(guī)律n將機械特性方程和電力拖動系統(tǒng)運動方程聯(lián)立，將機械特性方程和電力拖動系統(tǒng)運動方程聯(lián)立，消除中

37、間變量電磁轉矩消除中間變量電磁轉矩T，可得微分方程如下：，可得微分方程如下：Tnn0dtdnGDTTL3752dtdnTnMLdtdnGDTnnL37520dtdnGDTnL37520dtdnTnnMB0分離變量法解微分方程分離變量法解微分方程整理后得：整理后得：MLTdtnndnMTtLMLKennCtTnn1lnMTtLFLennnn)( 0因此積分得：積分得：LFnnK0由初始條件得：由初始條件得：穩(wěn)態(tài)值初始值時間常數(shù)2.過渡過程中轉矩變化規(guī)律 00000FFLLTnnTnnTnnmTtLFLeTTTT)(0mTtLFLeTnTnTnTn)(00000代入轉速變化規(guī)代入轉速變化規(guī)律方程，

38、得律方程，得3.過渡過程中電樞電流變化規(guī)律 00FtFLtLatICTICTICTmTtLFLaeIIII)(0mTtLtFtLtateICICICIC)(0代入轉矩變化規(guī)代入轉矩變化規(guī)律方程，得律方程，得4.過渡過程時間的計算過渡過程時間的計算 當t時，n=nB。實際上，當t=(34)Tm，nnB，工程上認為系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)，所以只要已知機電時間常數(shù)Tm，就可求出整個過渡過程所需的時間。但實際生產(chǎn)中，往往還需要求過渡過程進行到某一階段所需的時間，例如求A、B之間任意一點x，轉速nx為已知，則過渡過程時間tx計算如下：計算過渡過程時間計算過渡過程時間tX公式公式 LXLFMXTTTTTt0lnMX

39、TtLFLXennnn0LXLFMXnnnnTt0ln同理有：同理有：LXLFMXIIIITt0ln4.4.2 起動過渡過程起動過渡過程起動過渡過程表達式：起動過渡過程表達式：)1 (MTtAenn)1 (mTtAenn)1 (mTtAennMMTtsTtLeTeTT)1 (MMTtsTtLaeIeII)1 (4.4.3 能耗制動過渡過程能耗制動過渡過程虛穩(wěn)態(tài)點的概念虛穩(wěn)態(tài)點的概念XTtBFBntennnnM0)(01 拖動反抗性恒轉矩負載拖動反抗性恒轉矩負載0nennnnMTtCAC0TeTTTTMTtABAAABMCCAMTTTTnnnTtlnln02 拖動位能性恒轉矩負載拖動位能性恒轉矩

40、負載BO（C）：）：0nennnnMTtCAC0TeTTTTMTtABA010nennMTttD010TeTTMTttDOD：1. 拖動反抗性恒轉矩負載拖動反抗性恒轉矩負載4.4.4 反接制動過渡過程反接制動過渡過程BE（C）：）：0nennnnMTtCACETtABATTeTTTTM010nennMTttDETttAEATTeTTTTM0ED：2. 拖動位能性恒轉矩負載拖動位能性恒轉矩負載BE（C）：）：0nennnnMTtCACETtABATTeTTTTM010nennMTttDETttDEDTTeTTTTM0ED：例題例題4-8 已知某他勵直流電動機，已知某他勵直流電動機，PN=5.6k

41、W，UN=220V，IN=31A，nN=1000r/min，Ra=0.4。如果。如果GD2=9.8Nm2，TL=49Nm，在電動運行時進行制動停車，制動的起始電流，在電動運行時進行制動停車，制動的起始電流為為2IN。試就反抗性恒轉矩負載與位能性恒轉矩負載兩種情。試就反抗性恒轉矩負載與位能性恒轉矩負載兩種情況，求：況，求：（1能耗制動停車時間；能耗制動停車時間；208. 010004 . 031220NaNNNenRIUC3 .1010208. 055. 9494 . 0208. 022055. 922TCRCUnNeaNeNA(1)解解nTAnLCBTL-TLTF0=-2TNn0nF01 .2103 .1010208. 0ANeaAnCE39. 33121 .2102NaAaIERR214. 03758 . 9208. 055. 939. 337555. 9222GDCRRTNeaMsnnnTtCCAM269. 04024023 .1010ln214. 0ln0nTAnLCBTL-TLTF0=-2TNn0nF0402208. 055. 94939. 355. 922LNeaCTCRRn0nennnnMTtCAC（2反接制動停車時間；反接制動停車時間；(2)解解FEnTAnLCBTL-TLTF0=-2TNn0nF094. 63121 .2102202N