電機(jī)與電器3直流電機(jī)的電力拖動

1、120020=emLLemLTTTTTTTTTT電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的轉(zhuǎn)矩平衡表達(dá)式（忽略空載轉(zhuǎn)矩，很小）：電磁轉(zhuǎn)矩：輸出轉(zhuǎn)矩：空載轉(zhuǎn)矩：負(fù)載轉(zhuǎn)矩3.1 直流電動機(jī)的運(yùn)動方程直流電動機(jī)的運(yùn)動方程并勵電動機(jī)并勵電動機(jī)拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程2=375emLdGD dnTTJdtdt第第3章章 直流電機(jī)的電力拖動直流電機(jī)的電力拖動 2GD 2表示為轉(zhuǎn)動部分的飛輪矩，單位為表示為轉(zhuǎn)動部分的飛輪矩，單位為 Nm2，可從產(chǎn)品目錄，可從產(chǎn)品目錄中查到。中查到。由運(yùn)動方程式可知：由運(yùn)動方程式可知： (1)當(dāng)當(dāng)Tem=TL時，時，n不變，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。不變，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 (2)當(dāng)當(dāng)TemTL時，時，n升

2、高，系統(tǒng)加速。升高，系統(tǒng)加速。 (3)當(dāng)當(dāng)TemTL 時，時，n降低，系統(tǒng)減速。降低，系統(tǒng)減速。Tem和和TL 的正負(fù)號取法：電動狀態(tài)下，首先規(guī)定的正負(fù)號取法：電動狀態(tài)下，首先規(guī)定n的正方向，的正方向，則則Tem與與n的正方向相同時取正號，相反時取負(fù)號；的正方向相同時取正號，相反時取負(fù)號；TL 與與n的的正方向相反時取正號，相同時取負(fù)號。正方向相反時取正號，相同時取負(fù)號。TemTL vn2=375emLGD dnTTdt3 負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性：指負(fù)載轉(zhuǎn)矩與機(jī)械的轉(zhuǎn)速的關(guān)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性：指負(fù)載轉(zhuǎn)矩與機(jī)械的轉(zhuǎn)速的關(guān)系系n=f (Tf ) 生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可歸納為三類：生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可歸納為三類：

3、一一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 又可分為兩種類型：又可分為兩種類型： 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小與轉(zhuǎn)速無關(guān)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小與轉(zhuǎn)速無關(guān)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩 方向始終與轉(zhuǎn)向相反。例如摩擦力負(fù)方向始終與轉(zhuǎn)向相反。例如摩擦力負(fù) 載。載。4 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和方向均與轉(zhuǎn)速無關(guān)。例如位能負(fù)載。其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和方向均與轉(zhuǎn)速無關(guān)。例如位能負(fù)載。5二、恒功率負(fù)載特性二、恒功率負(fù)載特性 其負(fù)載功率其負(fù)載功率 與轉(zhuǎn)速成反比。例如與轉(zhuǎn)速成反比。例如 車床負(fù)載。車床負(fù)載。恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載特性6三、通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性三、通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性 負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速平方成正比。例如風(fēng)

4、機(jī)、水泵負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速平方成正比。例如風(fēng)機(jī)、水泵 。 除了這三種典型的負(fù)載外，還有其他類型的負(fù)載。實(shí)際生除了這三種典型的負(fù)載外，還有其他類型的負(fù)載。實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性，往往是上述幾種典型特性的組合。例產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性，往往是上述幾種典型特性的組合。例如，考慮摩擦力，實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性如圖中的虛線所如，考慮摩擦力，實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性如圖中的虛線所示。示。2LTkn實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性的負(fù)載特性理想鼓風(fēng)機(jī)理想鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性的負(fù)載特性73.2 3.2 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性一、直流電動機(jī)機(jī)械特性的一般特性一、直流電動機(jī)機(jī)械特性的一般特性 機(jī)械特性 n=f

5、(Tem) 勵磁方式不同，直流電動機(jī)的機(jī)械特性也不同。下面以他勵電動機(jī)為例分析：()aasasaeeeUIRRRRUnICCCemTaTCI2asemeeTRRUnTCC CaEMUaIemTLTnfIfU02NaememeeTURnTnTCCC8二、他勵直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性二、他勵直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性 n0為為Tem=0時的轉(zhuǎn)速，稱為理想空時的轉(zhuǎn)速，稱為理想空載轉(zhuǎn)速。載轉(zhuǎn)速。 nN很小，故他勵電動機(jī)的固有機(jī)很小，故他勵電動機(jī)的固有機(jī)械特性是一條下降不多的械特性是一條下降不多的“硬硬”特特性。性。002NaemNemeNeTNURnTnTnnCCC9三、他勵直流電動機(jī)的人為機(jī)械特性三、

6、他勵直流電動機(jī)的人為機(jī)械特性1.電樞回路串電阻的人為特性電樞回路串電阻的人為特性特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1）n0不變，它是通過理想空載不變，它是通過理想空載點(diǎn)的直線。點(diǎn)的直線。 （2）特性變）特性變“軟軟”。2NaSemeNeTNURRnTCCC102、降低端電壓的人為特性、降低端電壓的人為特性特點(diǎn)特點(diǎn)： （1）理想空載轉(zhuǎn)速正比于電壓降）理想空載轉(zhuǎn)速正比于電壓降低。低。 （2）硬度不變，一組平行的直線硬度不變，一組平行的直線。2aemeNeTNRUnTCCC113、減弱主磁通的人為特性、減弱主磁通的人為特性特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1）理想空在轉(zhuǎn)速增大；）理想空在轉(zhuǎn)速增大；電極空載的話會電極空載的話會“飛車飛車

7、” （2）弱磁后硬度變軟。）弱磁后硬度變軟。2NaemeeTURnTCCC12四、電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件四、電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件 1、前提條件、前提條件 2、要想穩(wěn)定運(yùn)行，抗干擾，還要、要想穩(wěn)定運(yùn)行，抗干擾，還要emLTTemLdTdTdndn133.3 3.3 他勵直流電動機(jī)的啟動他勵直流電動機(jī)的啟動 若直接啟動，若直接啟動，U= UN ，R=0， n=0，Ea=0，則電樞電流為，則電樞電流為 直接啟動電流很大，有危害。只有直接啟動電流很大，有危害。只有小型電機(jī)才允許直接啟動。小型電機(jī)才允許直接啟動。astNaaUEUIIRR （10 20）aEMUaIemTLTnfIfU14大電流啟

8、動電機(jī)的危害：大電流啟動電機(jī)的危害： 引起電網(wǎng)的電壓波動，影響其他用電設(shè)備的正常工作。引起電網(wǎng)的電壓波動，影響其他用電設(shè)備的正常工作。 使換向產(chǎn)生強(qiáng)烈火花；使換向產(chǎn)生強(qiáng)烈火花； 產(chǎn)生很大的電磁力，損壞繞組；使傳動機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖產(chǎn)生很大的電磁力，損壞繞組；使傳動機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖擊；擊；為此，直流電動機(jī)一般不允許直接啟動。必須采用啟動措施為此，直流電動機(jī)一般不允許直接啟動。必須采用啟動措施限制電流，一般要求啟動時的限制電流，一般要求啟動時的Ist不超過不超過(1.52)IN。同時，。同時，為獲得理想的加速轉(zhuǎn)矩盡快啟動，應(yīng)在施加電樞電壓之為獲得理想的加速轉(zhuǎn)矩盡快啟動，應(yīng)在施加電樞電壓之前先加滿勵磁，使

9、前先加滿勵磁，使If=IfN，稱為滿勵磁啟動。，稱為滿勵磁啟動。15一、電樞回路串電阻啟動一、電樞回路串電阻啟動 是在電樞回路串入幾段電阻（一般多采用是在電樞回路串入幾段電阻（一般多采用25級），進(jìn)行級），進(jìn)行分級啟動。分級啟動。 啟動時先接入全部電阻并施加額定電壓啟動時先接入全部電阻并施加額定電壓UN，使啟動電流，使啟動電流 隨著隨著n 的的 升高，升高，Ea 增大，增大，Ist減小，逐級切除所串電阻，減小，逐級切除所串電阻，啟動完成。啟動完成。(1.5 2)NstNUIIR16二、降壓啟動二、降壓啟動 在電樞兩端先加低電壓，使在電樞兩端先加低電壓，使 隨著轉(zhuǎn)速的升高，隨著轉(zhuǎn)速的升高， 反電

10、勢逐漸增大，電樞電流逐漸減小反電勢逐漸增大，電樞電流逐漸減小，電磁轉(zhuǎn)矩也逐漸減小，啟動速度減慢，此時再逐漸升，電磁轉(zhuǎn)矩也逐漸減小，啟動速度減慢，此時再逐漸升高電壓，直至高電壓，直至U= UN ，啟動完畢。，啟動完畢。降壓啟動的優(yōu)點(diǎn)是啟動平穩(wěn)，能耗小，但需要有可調(diào)壓的降壓啟動的優(yōu)點(diǎn)是啟動平穩(wěn)，能耗小，但需要有可調(diào)壓的直流電源。直流電源。(1.5 2)NUIIstRa173.4 他勵直流電動機(jī)的制動他勵直流電動機(jī)的制動只要電動機(jī)只要電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反相反，就稱電動機(jī)制動運(yùn)動狀態(tài)。，就稱電動機(jī)制動運(yùn)動狀態(tài)。他勵電動機(jī)有三種制動方法。他勵電動機(jī)有三種制動方法。 一、

11、能耗制動一、能耗制動 1、制動方法和原理、制動方法和原理 制動時，將制動時，將K 倒向倒向RZ 。Ea由電動時的反電勢變成由電動時的反電勢變成發(fā)電機(jī)電勢，電流倒轉(zhuǎn)：發(fā)電機(jī)電勢，電流倒轉(zhuǎn)：)(0zaaaRRIE 18 特點(diǎn)：特點(diǎn)：Ia改變了方向，變?yōu)楦淖兞朔较?，變?yōu)?（阻力）（阻力）制動轉(zhuǎn)矩。制動過程中，電動機(jī)的制動轉(zhuǎn)矩。制動過程中，電動機(jī)的動能轉(zhuǎn)換成電能，全部消耗在動能轉(zhuǎn)換成電能，全部消耗在Ra+R上變成電熱量，故稱能耗制上變成電熱量，故稱能耗制動。動。19停機(jī)時分析：對于反抗性負(fù)載，停機(jī)后不會重新啟動不會重新啟動。 對于位能性負(fù)載，停機(jī)后會反向重新啟動會反向重新啟動。反抗性負(fù)載位能性負(fù)載20

12、2-5 他勵直流電動機(jī)的制動二、反接制動二、反接制動1、電壓反向的反接制動（用于快速停機(jī)）、電壓反向的反接制動（用于快速停機(jī)）（1）制動方法和原理）制動方法和原理制動時，將電樞繞組串入制動電阻反接于電源上。電勢方程為： 此時，電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩 方向和電機(jī)轉(zhuǎn)動方向相反，是制動轉(zhuǎn)矩，起制動作用。)(zaaaNRRIEU ,2ZaNZaNeNaRRURRnCUI ,aNmICTv212、電勢反向的反接制動、電勢反向的反接制動（用于位能負(fù)載穩(wěn)低速下放）（用于位能負(fù)載穩(wěn)低速下放）保持If和UN不變，僅在電樞回路串入足夠大的電阻Rz，可使電機(jī)的人為機(jī)械特性n=f(T)與位能負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性n=f(TZ)相

13、交于第四象限，如圖中D點(diǎn)。此時 T0，n 0，Ea=CeNn0 故稱為電勢反向的反接制動。222-5 他勵直流電動機(jī)的制動三、回饋制動三、回饋制動 a)電車下坡電車下坡 b)降低端電壓降低端電壓)(zaaaNRRIEU 232-6 他勵直流電動機(jī)的調(diào)速1、電樞回路串電阻調(diào)速、電樞回路串電阻調(diào)速 特點(diǎn)是： （1）nnN； （2）有級調(diào)速，難以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速； （3）輕載時效果不明顯； （4）低速時特性軟； （5）電阻上的能耗大，造成效率低。只適用于對調(diào)速要求不高的中小型電機(jī)。 TnTCCRRCUnNmeaNeN 02242、降壓調(diào)速、降壓調(diào)速 特點(diǎn)是： （1） nnN； （2）無級調(diào)速； （3）調(diào)速范圍大； （4）能耗小。廣泛應(yīng)用于對起制動和調(diào)速要求較高的場合。TnTCCRRCUnNmeaNeN 02253、弱磁調(diào)速、弱磁調(diào)速 特點(diǎn)是： （1） nnN（1.22倍nN)； （2）無級調(diào)速； （3）最高轉(zhuǎn)速受機(jī)械強(qiáng)度限制，調(diào)速范圍不宜不大； （4）控制方便，能耗小。 應(yīng)當(dāng)注意：直流電動機(jī)運(yùn)行時，勵磁回路不能斷開，否則，主極僅有很小的剩磁，可能造成“飛車”事故，或者出現(xiàn)過大的電樞電流而燒壞繞組。TnTCCaRCUnNomeeN 22626作業(yè)：作業(yè)：1、寫出直流電動機(jī)、直流發(fā)電機(jī)電壓方程式；、寫出