電機與電力拖動

第二章直流電機的電力拖動1、電力拖動：以電動機來拖動生產(chǎn)機械的拖動方式成為電力拖動。電力拖動主要由電動機、傳動機構、工作機構三個基本環(huán)節(jié)所組成。URUR2、 電力拖動系統(tǒng)的表達式：n=f一上1n= /一和?TC9C9NC9CC(0)2eN eN eNeTN3、 多軸系統(tǒng)等效單軸系統(tǒng)的原則：保持拖動系統(tǒng)在折算前后其傳送的功率和儲存的動能不變。4、 、負載轉矩特性按轉矩與轉速的關系分為恒轉矩負載、恒功率負載、通風機負載。5、 制動狀態(tài)分為制動停車和制動運行。制動方法分為機械制動和電氣制動。電氣制動方法有：能耗制動、反接制動、回饋制動。6、 能耗制動：將電樞兩端從電網(wǎng)斷開并立即接到制動電阻上。U=O,Ea將在電樞閉合回路中產(chǎn)生電流。電樞電流為負值，由此產(chǎn)生的電磁轉矩隨之反向成為制動轉矩而對電動機起制動作用。反接制動：維持勵磁電流不變，改變電樞兩端外電壓的極性，電樞電流變?yōu)樨撝涤纱水a(chǎn)生的電磁轉矩隨之反向成為制動轉矩而對電動機起制動作用?；仞佒苿樱弘妱訖C的轉速高于理想空載轉速時，電動機處于回饋制動狀態(tài)。電動機將機車下坡時失去的位能轉變?yōu)殡娔芊答伣o電網(wǎng)。7、 單軸系統(tǒng)：電動機直接與工作結構相連接，沒有通過一套轉動機構，工作機構的負載轉矩就等于作用在電動機轉軸上的阻轉矩。2-1他勵直流電動機的機械特性的斜率與哪些量有關？什么叫硬特性？什么叫軟特性？答：卩與所串電阻RC及勵磁磁場①有關；卩值較小的機械特性稱硬特性，反之為軟特性。卩=R/CeCt①彳2-2為什么n稱為理想空載轉速？0答：因為實際中空載轉矩乙不可避免，故n達不到。002-3什么叫人為機械特性？答：人為機械特性指通過改變u、9、R參數(shù)得到的機械特性。2-4為什么降低電源電壓的人為機械特性是互相平行的？為什么減弱氣隙每極磁通后機械特性會變軟？答：u與卩值無關；因為卩*1????減小，卩增大，特性變軟。2-5什么是電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行？能夠穩(wěn)定運行的充分必要條件是什么？答：系統(tǒng)在某種外界擾動下離開原的平衡狀態(tài)，在新的條件下獲得的新的平衡；或當擾動消失后系統(tǒng)能自動恢復到原來的平衡狀態(tài)。滿足上述條件，系統(tǒng)就是穩(wěn)定的。系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件是：1） 電機的機械特性與負載轉矩特性必須有交點，在交點處T=Tl；dTdT2） 在父點附近應有丁<一嚴。dndn2-6他勵直流電動機穩(wěn)定運行時，電樞電流的大小由什么決定？改變電樞回路電阻或改變電源電壓的大小時，能否改變電樞電流的大??？答：I由負載T決定。不能。aL2-7他勵直流電動機為什么不能直接起動？直接起動會引起什么不良后果？答：起動開始瞬間，由于機械慣性的影響，電動機轉速n=0,E=0,這時起動電流為aI二UR，因電樞電阻數(shù)值很小，因此，I很大，可達額定電流的（10?20）倍。因此st Na st不能直接起動。直接起動可能產(chǎn)生如下后果：1、大電流使電樞繞組受到過大的電磁力，易損壞繞組；2、使換向困難，主要是在換向器表面產(chǎn)生火花及環(huán)火，燒壞電刷與換向器；3、過大的起動電流還會產(chǎn)生過大的起動轉矩，從而使傳動機構受到很大的沖擊力，加速過快，易損壞傳動變速機構；4、過大的起動電流會引起電網(wǎng)電壓的波動，影響電網(wǎng)上其他用戶的正常用電。2-8起動他勵直流電動機前勵磁繞阻斷線，沒發(fā)現(xiàn)就起動了，下面兩種情況會引起什么后果？（1）空載起動；（2）負載起動，T=TLN答：（1）電機飛車，轉速太高，容易造成事故。（2）電機電樞中電流很大，卻很可能起動不了，由于T二C01，此時磁場只有點剩磁很TC小。2-9如何判斷他勵直流電動機是處于電動運行狀態(tài)還是制動運行狀態(tài)？答：電機所發(fā)出的電磁轉矩與轉速方向相同，即為電動狀態(tài)。若電磁轉矩與轉動方向相反則為制動狀態(tài)。2-10他勵直流電動機有哪幾種調速方法？各有什么特點？答：1）電樞串電阻調速特點：優(yōu)點：設備簡單、初投資少；缺點：1、有級調速，級數(shù)有限，平滑性差2、輕載時，調速范圍小3、低速時，低，電能損耗大4、低速運行，轉速穩(wěn)定性差適用于調速性能要求不高的場合。2）降低電壓調速特點：優(yōu)點：1、電源電壓能連續(xù)調節(jié)，調速的平滑性好，可達到無級調速；2、低速時電能損耗小，效率高。3、調速范圍大缺點：設備的初投資大。適用于對調速性能要求較高的設備上。3）減弱勵磁磁通調速特點：優(yōu)點：1、電流較小的勵磁電路中進行調節(jié)、控制方便，功率損耗小2、用于調速的變阻器功率小，可以較平滑的調速，實現(xiàn)無級調速。缺點：調速范圍較小。第三章三相異步電動機的電力拖動1、制動。能耗制動：將轉子的動能轉變?yōu)殡娔?，消耗在轉子電阻上。反接制動：定子繞組兩相反接，定子相序改變，旋轉磁場的轉向也隨之改變，從而得到理想空載轉速與原轉向相反的機械特性。S>1?；仞佒苿樱耗撤N原因下，在轉向不變的條件下，時轉速n大于同步轉速n1時，電動機便處于回饋制動狀態(tài)，因為n>nl，所以sVO。2、 調速的方法：改變電動機的極對數(shù)p,改變電動機的電源頻率fl,改變電動機的轉差率s。變極調速：因為幾乎是成倍地變化，因此調速的平滑性差，但它在每個轉速等級運轉時，和通常的感應電動機一樣，具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性較好，適用于不需要無極調速的機械，如通風機、升降機。轉子串電阻調速:方法簡單，設備投資不高，在中小容量的繞線轉子感應電動機中應用廣泛。3、 拖動系統(tǒng)電動機的選擇：主要是確定電動機的功率和工作方式，同時還要確定電動機的電流種類、型式、額定電壓和額定轉速。4、 三相繞線式轉子感應電動機的起動：轉子串電阻起動、轉子串接頻敏變阻器起動。3-l何謂三相異步電動機的固有機械特性和人為機械特性?答：固有特性：異步電機在額定電壓和頻率下，按規(guī)定的接線方式接線，定、轉子外接電阻為零時的n與T的關系。人為特性：人為改變電動機參數(shù)或電源參數(shù)而得到的機械特性。3-2異步電動機的最大轉矩T受哪個參數(shù)變化的影響最大max解：T受電壓參數(shù)變化影響很大。max3-2為什么通常把異步電動機機械特性的直線段稱為穩(wěn)定運行區(qū)，而把它的曲線段稱為不穩(wěn)定運行區(qū)?曲線段是否有穩(wěn)定運行點?答：對于恒轉矩負載而言，只有特性的直線段滿足穩(wěn)定運行條件，曲線段不滿足。但若是對于風機、泵類負載整條特性都滿足條件，都是穩(wěn)定工作區(qū)域。3-3三相異步電動機電磁轉矩與電源電壓大小有什么關系?如果電源電壓比額定電壓下降30%，電動機的最大轉矩T和起動轉矩T，將變?yōu)槎啻?若電動機拖動的額定負載轉矩不maxst變，問電壓下降后，電動機轉速n、定于電流I、轉于電流I、主磁通0、定子功率因數(shù)cos012m1和轉子功率因數(shù)cos02將有什么變化？答：Txu2,若U=0.7u，則T'=0.49T,T'=0.49T，當電壓下降后，n減小，INmaxmaxstst1與I'增大，0減小，cos0與cos0降低。2m123-4三相籠型異步電動機的起動方法有哪幾種?各有何優(yōu)缺點?各適用于什么條件?答：各起動方法比較，如下表。起動方法UTU1'NI〃1st 1stT'/Tst st優(yōu)缺點直接起動111起動最簡單，但起動電流大,起動轉矩小，只適用于小容量輕載起動串電阻或電抗起動1a1a1a2起動設備較簡單，起動轉矩較小，適用于輕載起動自耦變壓器1k~a1a1a起動轉矩較大，有一種抽頭可選，起動設起動備較復雜，可帶較大負載起動Y-A起動1J31313起動設備簡單，起動轉矩較小，適用于輕載起動，只用于A聯(lián)結電動機3-5三相繞線轉子異步電動機有哪幾種起動方法?為什么繞線轉子電動機的轉子串頻敏變阻器可以得到“挖土機機械特性”而串一個固定電阻卻得不到?答；起動方法：直接起動、定子串電阻或電抗器降壓起動、自耦變壓器降壓起動、Y-A起動、轉子串頻敏變阻器起動、轉子串電阻起動、變頻啟動、軟啟動。由頻敏變阻器隨起動過程進行，自動根據(jù)s減小所串入的電阻，參數(shù)選擇合適時可以維持起動轉矩不變。3-6繞線轉子異步電動機、轉子電路串入適當電阻，為什么起動電流減小而起動轉矩反而增大?如串入的電阻太大，起動轉矩為什么會減小?若串入電抗器，是否也會這樣?答:因為串入電阻后，z值變大，故I減小，而T=CeI'cos0雖然I沁I'減小，但COS0k 1st stTm2 12 2增加更多，所以使T增大，當串入電阻太大時，cosO亦減小，使T減小，串電抗器不行，st2st因為這樣會使cosO始終減小。（或上課介紹的方法也行）23-7為使異步電動機停車，可采用哪幾種制動方法?并說明實現(xiàn)方法答:（1）能耗制動:（2）兩相反接的反接制動:3-8當異步電動機拖動位能性負載時，為了限制負載下降時的速度，可采用哪幾種制動方法?如何改變制動運行的速度?答:可以采用能耗制動，轉速反向的反接制動，回饋制動，通過改變轉子所串電阻可以改變運行的速度。3-9繞線轉子異步電動機轉子突然串入電阻后電動機降速的電磁過程是怎樣的？答：當轉子突然串入電阻后，電動機所發(fā)出的電磁轉矩減小，使T<T，此時電機轉速沒L變，在負載作用下，開始減速，同時T增大，當T二T時，電機穩(wěn)定運行。L3-10繞線轉子異步電動機轉子串電阻調速時，為什么他的機械特性變軟？為什么輕載時其轉速變化不大？答:串電阻后，s隨著R的增大而增大。這樣0~s這個穩(wěn)定工作區(qū)域增大，特性變軟。mm由于串電阻不改變同步轉速，故所有的人為特性均通過縱軸上同一個點，這樣越靠近縱軸即輕載時，調速范圍越小。3-11怎樣實現(xiàn)變極調速？變極調速時為什么同時要改變定子電源的相序？答:通過改變定子繞組的接法，當變極后，將會引起繞組相序的變化，故要改變定子相序。3-12變頻調速時，為什么需要定子電壓隨頻率按一定的規(guī)律變化？試舉例說明之。答：u沁E=4.44fNkw? xUi， 當f變化時，為使0保持恒定，u也要隨f11111mmf1m111同時變。2-11一臺他勵直流電動機，銘牌數(shù)據(jù)為PN=60kW，UN=220V，IN=305A，nN=1000r/min，試求：（1） 固有機械特性并畫在坐標紙上。

2)T=0.75TN時的轉速。3)轉速n=1100r/min時的電樞電流。)=2嚴巳5芒)=2嚴巳5芒000)=F305x305解：（1）R=二（十弋Na2I2NC①eNU-IR=C①eNU-IR=—N N_anN220-305x0.0381000=0.208V.r-minUCT~eN2200.208=1058rminT=9.55C0I=9.55x0.208x305=605.8N-mN eNN???通過（1058,0）及（1000,605.8）可以作出固有機械特性URT2）n=尸-宀???T=0.75T2）C0C0C0 NeNeNTN=1016r.min220 0.038x0.75=1016r.minn= ——0.208 9.55x0.208x0.2083）n=1100r/min“U R Tn——n~— 7~IC0 C0NeN e NU C0 0.208?I—（——片—n）—^-n—（1058—1100） ——229.9AnC0 R 0.038eN a2-12電動機的數(shù)據(jù)同上題，試計算并畫出下列機械特性:電樞回路總電阻為0.5Rn時的人為機械特性。電樞回路總電阻為2Rn的人為機械特性。電源電壓為0.5Un，電樞回路不串電阻時的人為機械特性。電源電壓為UN，電樞不串電阻，少=0.50N時的人為機械特性。注:Rn=un/in稱為額定電阻，它相當于電動機額定運行時從電樞兩端看進去的等效電阻。解:⑴rn=/=305=0?721°N當外串后總電阻為0.5R時:n

n=Ct-c；Tne?T=1058-0.874TeNeNTN當電樞總電阻為2R=1.4420時:nUn= Un= n-CeeNn -T=1058-3.49TCeCeeNTN3）U=0.5UN0.5Un=nCeeN3）U=0.5UN0.5Un=nCeeNRaT=529-0.092TCC(e)2TNe=0.5QN0.5Ce 0.25CC(e)2T=2116-0.368TeN eTN2-13Z2—71型他勵直流電動機，PN=7.5kWUN=110V，IN=85.2A，nN=750r/min，R=0.129Q。a采用電樞串電阻分三級起動，最大起動電流為21，試計算各級起動電阻值。n解：選I=2INU110=―n= =0.6460I 2x85.21'—1=:0646=1.71130.129=1.711x0.129=0.2210=0.221x1.711=0.3780.Rst3=R-R=0.221-0.129=.Rst33aR=R-R=0.378-0.221=0.1570TOC\o"1-5"\h\zst2 2 3R=R-R=0.646-0.378=0.2680st3 1 22-14一臺他勵直流電動機，P=7.5kW，U=220V，I=41A，n=1500r/min，R=0.376N N N N aQ，拖動恒轉矩負載運行，7=卩。當把電源電壓降到U=180V時，問：（1） 降低電源電壓瞬間電動機的電樞電流及電磁轉矩是多少？（2） 穩(wěn)定運行時轉速是多少？解：CoeNU解：CoeNU-1R=—N N_anN220-41x0.3761500=0.316V.r-min-1???機械特性???機械特性n—n aCo CC(o)2eNeTN(1)當在額定點運行時E—C°-n—0.136x1500—204VNeNN降壓瞬間180降壓瞬間180—204+1-Raaa-加--63^AT—C0I—9.55x0.136x（-63.8）—-82.9N-mTNa180 0.376仆 「c1^,11:.（2）n—一-41—1324一113—1211r.mm'丿0.136 0.136 '2-15一臺他勵直流電動機P=3KW,U=110V,/=35.2A,g=750r/min,R=0.35Q。電動N N N N a機原工作在額定電動狀態(tài)下，已知最大允許電樞電流為I=2/n,試問：amaxN（1） 采用能耗制動停車，電樞中應串入多大電阻？（2） 采用電壓反接制動停車，電樞中應串入多大電阻？（3） 兩種制動方法在制動到n=0時，電磁轉矩各是多大？（4） 要使電動機以-500r/min的轉速下放位能負載，匕=!^采用能耗制動運行時電樞應串入多大電阻？U IR解：C0—nna—0.1304Vr-min-1eN nN(1)E—C0n—0.13024x750—97.68VNeNN能耗制動：0—E+1(R+R)Naan代入數(shù)據(jù)，可解得R—1.03750n(2)-U—E+1(R+R).R—2.60N N aa nn3）能耗制動時：n=0則T=0；UR+R反接制動時：n^―—-—-a n—?TC0C0C)eNeNTN將U=—110V，R—2.60代入:得T—-46.3N-m

eNTNR二1.50eNTN2-16一臺他勵直流電動機，P/13KW,U=220V,/=68.7A,nT=1500r/min,R=0.195Q,NNNNa拖動一臺起重機的提升機構。已知重物的負載轉矩tl=tn，為了不用機械閘而由電動機的電U220oC0 0.138=U220oC0 0.138=1594rmineNR固有機械特性n=1594- a-TC0C0若使重物吊在空中不動，即n=0時T=TNeNTNNeNTN解得R=302-17提升機下放重物可采用哪些方法？實現(xiàn)高于理想空載轉速下放可采用哪些方法？3-13一臺三相繞線轉子異步電動機，已知：P