《电机原理与电力拖动 教学课件 ppt 作者 范国伟 第3章 直流电机电力拖动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机原理与电力拖动 教学课件 ppt 作者 范国伟 第3章 直流电机电力拖动（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 直流电动机的电力拖动,电力拖动系统的基本概念 由原动机带动生产机械运转称为拖动。 以电动机为原动机带动生产机械运转的拖动方式称为电力拖动。 电力拖动系统的组成：,电源,电动机,控制,设备,传动机构,工作机构,31电力拖动系统运动方程式,单轴电力拖动系统 ： 电动机转轴直接拖动生产机械运转的系统 三部分在同一轴线上 三部分转速相同 一般指风机、水泵等,电动机,传动装置,（连接器）,生产机械,T,TL,系统运动方程式,在上图的单轴电力拖动系统中 若Td=TL说明系统静止、匀速运动 加速度 Td TL说明系统加速(产生加速度) 加速度 系统运动方程式： 在工程上往往不用转动惯量，而用飞轮矩G
2、D2表示旋转体的惯性。 ()回转直(半)径，与物体的半径不同，详见专表。,各物理量正方向的规定,转速n规定某一旋转方向为正，反之为负； T与n正方向相同为正，反之为负； TL与n正方向相反为正，反之为负。 例,32多轴电力拖动系统简化,在实际应用中： 为了满足生产工艺的要求，生产机械的运行速度一般很低； 而电动机为了合理经济地使用材料，制造较高转速的电机。 电机的 P = 2Tn/60 即 P Tn 在P一定时 n T 或 n T 而电机的mIs 若使 T (或Is) 电机体积增大 因此电动机不直接与生产机械联接(单轴系统)而 需在两者之间加减速机构如减速齿轮箱,蜗轮蜗杆 或皮带轮等传动装置构
3、成多轴系统.,多轴电力拖动系统,由于不同转轴上具有不同的转动惯量和转速, 因而不可能用一个运动方程式来描述整个系统 原则上可列出每根轴自身运动方程式，再列出各轴间互相联系的方程式，最后把这些方程式联立求解，才能分析研究整个系统的运动状况 为了方便起见：我们力图用某一轴的运动来代表整个系统的运动 在工程应用中：通常是把整个系统折算电动机轴上，用电动机轴的运动代表整个系统的运行,一、负载转矩的折算,折算的实质：把系统各个部件的参数折算电动机轴上 折算的原则：要求折算前后系统在能量关系和动力学性能方面是等效的 一、负载转矩的折算 （原则：传送功率不变） 设TL折算到电机轴的等效负载转矩Tdx 则：T
4、dxdTLL/ c Tdx=TL L d c=TL / j c c为整个系统的传动效率，且为各传动部件的传动效率之积c j为系统的传动比，且为各传动部件的转速比之乘积 j = j1 j2 j3 j n,二、转动惯量的折算,原则：系统的动能不变 系统总的折算到电动机的动能dxd2/ 2 此总的动能应为各部件动能之和： 工程上用近似计算(认为电机和负载的动能大) 若生产机械负载的飞轮矩也未知,则更简单:,电机轴,第一轴,第二轴,负载轴,且,代入上式化简为：,取1.11.25,=1.151.3,23负载的转矩特性,负载的转矩特性描述的是负载的转矩随转速变化TL=f(n)关系。 包括恒转矩、恒功率、风
5、机类。 1. 恒转矩负载特性 包括反抗性和位能性恒转矩负载 反抗性恒转矩负载 又称摩擦转矩、反作用转矩 特点： 转矩的方向总是阻碍运动方向， 当运动方向改变时，反抗性转矩的方向随之改变； 但大小（绝对值）不随转速变化； 当n=0时，反抗性转矩的大小、方向是不确定的； 机械特性位于、 象限，且与纵轴平行的直线。,n,T,-TL,+TL,n,TD,n,33负载的转矩特性,位能性负载特性 特点： 由重力作用产生的； 转矩的大小恒定不变； 作用方向也保持不变,当n0时TL0 为阻碍运动的制动转矩， 当n0为帮助运动的拖动转矩； 机械特性是穿过、象限的直线。 起重机的提升机构、 矿井卷扬机等。,n,TL
6、,TL,TL,n,n,33负载的转矩特性,2. 恒功率负载 当n变化时,从电动机吸收的功率基本不变。 K TL = - n 即：P = T 常数 3. 风机类负载 鼓风机、水泵、输油泵等。其转矩与转速的 二次方成正比。即 TL n2 写为：TL=K n2 实际负载可能是几种典型的综合,如实际风机。,n,n,T,T,电力拖动系统稳定运行的条件,电动机的机械特性与负载转矩特性在 Tn 平面上有相交点，是电力拖动系统可能稳定的必要条件；（但不够充分） 稳定运行充分条件：若电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于某种干扰使转速变化，可达到新的平衡。干扰消除后，可回到原来的平衡点位置，则称此系统是稳定的。,
7、电力拖动系统稳定运行的条件,例1:如右图他励直流电机拖动恒转矩 负载时受到电网电压的变化干扰： 原稳定工作在A点 当电网电压U下降，使机械特性偏 移到B点,TTL系统加速， 沿DA上升，恢复到A点稳定工作。此系统属稳定系统。 UTB点T TLnEa Ia=UEa/RT=CTIa T = TL稳定在A点。,T,TL,n,n0,n0,A,B,C,D,判断稳定的方法,不稳定运行的系统 例2：图示差复励电动机机械特性 原在A点平衡运转，因电网电压 扰动引起机械特性变化,平衡点 离开A点： UBT TLnT TLn飞车 UCT TL时系统稳定,或,在 T TL处：,T,TL,n,A,B,C,怎样判断稳定
8、？,例3. 试判断下例系统是否稳定? (a)表示电动机机械特性T的硬度为负值,而负载转矩TL硬度为正值； (b)表示电动机机械特性T和负载转矩TL硬度都为正值； (c)表示电动机机械特性T和负载转矩TL硬度都为负值； 上三系统的交点转速之上：T TL 所以系统不稳定。,(a),(b),(c),(d),(e),(f),T,T,T,T,T,T,TL,TL,TL,TL,TL,TL,M,n,3 4 他励直流电动机的起动,一、直接起动 电枢电流 Ia = (UEa) / Ra 将停转的直流电机直接通入额定电压，瞬间 n =o, Es=o 起始电流 Ia= Ua / Ra =(1020)IaN 由于绕组R
9、s很小，起动电流很大带来的影响为： 巨大电磁力损坏绕组； 保护装置动作无法起动； 电网电压波动影响其他设备； 换向恶化； 冲击力大，损坏传动装置。 因此，直流电动机是不允许直接起动。,他励直流电机的起动方法,在直流电机起动时： 电枢的电流 起动时若降低起动电流,需降压或加大Ra 降低电枢电压； 增加电枢回路电阻电枢中串电阻。,起动方法, 降压起动,同步上升,Ia,2IL,IL,实际,n,n0,T,TL,2TL,U Ra,电机启动时降低供给电枢起始电压，可防止过大起动电流； 随电机转速升高，反电势Ea亦上升，逐渐同步增加电压，可保证起动过程中电枢电流不超过允许值。, 串电阻起动（串一级电阻起动）
10、,Ia= UNRa+R 在电枢回路串电阻后能降低起动电流，但串一级 电阻往往不能在限定电流条件下切换到固有特性。 问题：、串电阻值小，启动电流仍很大； 、串电阻值大,升速慢,切换后电流仍很大； 一般采用多级电阻起动。,n,T,TL,T1,固有,三、串多级电阻起动的计算,一般选 T1= TN（ = 1.52.5) T2 = (1.11.2) TL ; 使用电机时选= (1.11.2) TL 先选择起动级数m , 再计算:（其中Rm=Ue1） R1= a 每段所串电阻 1=R1RS R2= 2a 2=R2R1 Rm= ma m=RmRm-1,U,Rs,R2,R1,R3,R1,R2,R3,1C,2C
11、,3C,n,A,T,T1,T2,TL,计 算 题,例1、一台直流电机PN=10KW，UN=220V，nN=1500r/min，IN=53.8A。试求：直接起动时的Ia；限制Ia100A应串最小电阻值? TL=TN恒转矩负载、降压起动时最初起动电流Ist=?最小电压Umin=?,解：,估算,分 析 题,例2、一台他励直流电机,起动前励磁绕组断线。 但末发现空载起动和满载起动各会产生什么后果？ （原因励磁回路通电后，没注意观察有否电流， 就合电枢回路电源） 解： 空载时起动会导致飞车,剩磁 愈小特性愈陡n愈大； TL=TN时起动不了,停转时通 电时间长了会烧坏绕组。,n,n0,n0,T,T0,固,
12、弱磁人为特性,TN,3 5 他励直流电动机的调速,根据直流电机转速方程： 式中 n 转速（r/min）； U 电枢电压（V）； I 电枢电流（A）； R 电枢回路总电阻（ ）； 励磁磁通（Wb）； Ce 由电机结构决定的电动势常数。 由上式可以看出，有三种方法调节电动机的转速： （1）调节电枢供电电压 U； （2）减弱励磁磁通 ； （3）改变电枢回路电阻 R。,电力拖动系统的调速指标,机械调速有级调速,需停机不方便 电气调速无级调速,易实现自动化 1调速范围 相对稳定性：指负载转矩变化下转速变化的程度. 转速变化愈小,相对稳定性愈好. 不同生产机械对D的要求是不同：车床D20120；龙门 刨床
13、D20120；造纸机D320；轧钢机D3120。,生产机械速度调节,受机械强度、换向等限制,受相对稳定性的限制。,电力拖动系统的调速指标,2、静差率（相对稳定性） 电动机的机械特性愈硬，则静差率愈小，相对稳定性就愈高。 固有特性 串电阻人为特性 均不相同 变电压人为特性 1= (800-700)800 = 0.175 2= (200-100)200 = 0.5 3= (800-100)800 = 0.875 结论：静差率越小，相对稳定性越高； 低速特性的大于高速特性,因此只要低速时稳定,高速时 一定是稳定的； 一般设备 0.5、机床 0.7、要求最高的是造纸机 0.01,800,400,200
14、,电力拖动系统的调速指标,、平滑性：在一定调速范围,调速的级数愈多则认为调速愈平滑 值愈接近时，则平滑性愈好。 时称为无级调速，即转速连续可调，级数接近无穷多，此时调速的平滑性最好。,电力拖动系统的调速指标,、调速时功率与转矩的配合（或调速时的容许输出） 允许输出的功率与转矩指电动机在得到充分利用的情况下，在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩。 例：一台直流电机,当= e,Is=Ie,在此条件下允许输出的转矩Me=Cme Ie；允许输出的功率(n=ne)Pe=Me e，以上为电机长期工作的允许值。 、调速的经济指标（设备投资、运行费用、能量损耗、维修费用） 电动机轴上功率 调速时的损耗功率,他励直流电动机的调速,一、电枢串电阻调速 工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ； 调节过程：增加电阻 Ra R R n ，n0不变； 此方法：调速指标不高 调速范围不大(空载时调速作用小低速时特性软)；
