第四章 直流电动机的 电力拖动 Electric Drive Systems of DC ....ppt

第四章直流电动机的电力拖动ElectricDriveSystemsofDCMotorDrives,第一节他励直流电动机的机械特性,,,第二节他励直流电动机的起动和反转,第三节他励直流电动机的调速,,第四节他励直流电动机的制动,本章教学基本要求,1.掌握分析直流电动机机械特性及各种运行状态的基本理论和基本运算方法；2.掌握他励直流电动机机械特性、起动、制动及其过渡过程的基本特性；3.了解电枢反应对过渡过程的影响；4.掌握他励直流电动机调速性能指标和直流电动机调速方法,本次课程教学重点和难点,教学重点机械特性、直流电动机的起动。教学难点电力系统的稳定运行。,第一节他励直流电动机的机械特性,一、机械特性方程式机械特性指电源电压U、气隙磁通Φ、电枢回路电阻R均为常数时，电动机产生的电磁转矩T与电力拖动系统的转速n之间的关系，即nfT。机械特性方程,硬度斜率β的倒数或定义机械特性曲线工作范围内某一点转矩对该点转速的导数，即α越大（β越小），特性越硬，称为硬特性。即T变化时，Δn的变化不大。,,1.并他励电动机α较大，称为硬特性。2.串励电动机α较小，称为软特性。,,,,,,,,,,,,,,,,,,T,n,0,0,n,差复励,他励,积复励,串励,各种直流电动机机械特性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,二、固有机械特性,他励直流电动机的固有机械特性是指在电源电压UUN，气隙磁通ФФN，电枢外串电阻RΩ0时，nƒT的机械特性，其数学表达式为式中β称为斜率，Δn为负载时的转速降。,固有机械特性,三、人为机械特性,人为机械特性指改变电机参数，即改变U或变R或变Φ得到机械特性。1.电枢回路串接电阻时的人为机械特性条件当UUN，ΦΦN，电枢回路外串电阻RΩ时,电枢回路串电阻时的人为机械特性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,U,fN,I,fN,R,f,M,-,R,a,R,s1,R,s2,R,1,R,a,R,s1,KM,1,KM,2,R,2,R,a,R,s1,R,s2,U,N,,-,a接线图,b机械特性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,n,n,0,0,TI,T,L,T,2,I,2,,T,1,I,2,,R,a,R,1,A,a,b,c,d,e,R,2,①,②,③,2.改变电动机供电电源的人为特性,条件当U,F,2,四、电力拖动系统稳定运行的条件,稳定运行的概念当TTL，nfT与nfTL有交点称静态平衡，这是稳定运行的必要条件TTL是平衡稳定运行的一个必要条件。在电力拖动中，为使问题简化均忽略即T0≈0,TT2TL。,静态平衡示意图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,n,T,0,T,L,n,T,T,L,n,0,A,n,A,问题,问有了交点是否平衡了即为稳定运行答1要看系统出现干扰后在新的条件下能否平衡。2干扰消失后，能否回到原来的平衡点。如果能满足以上两条件，即为稳定运行。,例1.电网电压波动,分析,系统原工作在平衡点A，这时电网电压向下波动，从UN降到U’，在此瞬间由于机械惯性，转速来不及变化，从A点过渡到B点。负载转矩TL没变，则UN↓→Ia↓→T↓→TTL从B’点过渡到C点，TL没变，TTL系统加速。n↑→Ea↑→Ia↓→T↓→系统沿CA特性加速到A点，nnN时，TTL，达到原来平衡点A。说明当UnN，可用近似公式计算，即反接制动电阻比能耗制动电阻几乎大一倍。,2.电动势反接制动,又称转速反向的反接制动或倒拉反接制动1方法电枢回路串入大电阻,（2）特性,从C点至D点为电动减速状态，从D点至B点为发电状态。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,n,A,,,,,,,,,T,-,n,B,A,n,0,T,L,C,0,n,R,a,电动势反接制动机械特性,B,D,（3）电阻计算,3.反接制动时的能量关系,1电压反接制动时说明从电源吸收电能说明电动机从负载吸收机械能使电机处于发电状态，将机械能转化为电能。上述两部分能量加在一起消耗在电枢回路的电阻上。,2电动势反接制动时,说明从电源吸收电能说明从负载吸收机械能上述两部分能量全部消耗在电枢回路的电阻上，其能量关系同电压及制动时一样。,,反接制动功率流程图,4.两种反接制动的异同点,共同点能量关系相同。不同点电压反接制动特性位于第二象限，制动转矩大，制动效果好，转速反向反接制动特性位于第四象限，机械能来自负载的位能，不能用于停车。,5.应用,转速反向的反接制动，可应用于位能负载，一般可在nn0则EaU，Ia与Ea同方向，T与n方向相反，电机工作在发电状态，回馈能量给电源，经济。,2.变电压过程中的回馈制动,说明,在回馈过程中，电动机向电源回送电能为了节省能量，在电动机具有可调电源拖动反抗性负载时，使整个停车过程都处于回馈制动状态，直到转速等于零。这个制动停车过程都处于回馈制动状态。直到转速等于零这个制动停车方法最节省能量，制动时间也短，过原点的最后一级特性，是电枢回路电阻Ra的能耗制动状态。,3.位能负载下放重物时回馈制动,位能性负载时电机回馈制动机械特性,4.回馈制动时的功率流程图,回馈制动过程中的功率流程图,5.应用,回馈制动多用于电力机车高速下坡或起重类机械高速下放重物的场合。在调速的过程中也会出现回馈制动。注意回馈制动只有在|n||n0|时才会出现，故不能用于停车制动中。,六、他励直流电动机的四个象限上的运行,电动状态特性在第一，三象限，其中第一象限是正向电动状态，第三象限是反向电动状态。制动状态特性在第二，四象限，其中第二象限是正向能耗，正向回馈制动，电压反接制动。第四象限是反向能耗，反向回馈制动，转速反向反接制动，处在反向电动状态时进行电压反接的电压反接制动。,直流电动机各种运行状态示意图,,本章结束,,,