第四章 直流电机的电力拖动.ppt

例题一台四极他励直流电机，单波绕组，电枢导体总数，电枢回路总电阻，此电机运行在电压的直流电网上，电机转速，气隙每极磁通，，，忽略附加损耗和励磁损耗。问该电机运行在发电机状态还是电动机状态求电磁转矩、输入功率、总损耗和效率。,解,不是输出电功率，而是吸收电功率所以，电机运行在电动机状态,也可用或进行判断,计算采用电动机惯例，比较简单，结果如下,第四章直流电机的电力拖动他励直流电机为例,本章主要内容直流电机的机械特性直流电机的起动、反转直流电机的调速直流电机的制动电力拖动系统的过渡过程,第一节他励直流电动机的机械特性,电机的机械特性电动机转速与电磁转矩之间的关系,一、机械特性的一般表达式,,由一般表达式可见，当、、一定时，此方程为一次函数，可用坐标系中的一条直线表示。,理想空载转速直线斜率,通常称k大的机械特性为软特性，k小的机械特性为硬特性。,二、直流电机的固有机械特性,称为额定转速降,一般情况下，制成的电机、是不变的。当、、时，称为固有特性。当人为改变或或时，称为人为特性。,三、直流电机的人为机械特性,1、电枢回路串电阻的人为特性,2、降电枢电压的人为特性,特点（1）n0不变，k变大；（2）Rc越大，特性越软。,特点（1）n0随U变化；（2）曲线是一组平行线。,3、弱磁的人为特性,四、机械特性的工程计算,求两点1）理想空载点2）额定运行点,1、固有机械特性（已知）,特点（1）弱磁，n0增大；（2）弱磁，k增大,步骤,1）估算,2）计算,3）计算理想空载点,4）计算额定工作点,1、的实测法1）不能用欧姆表；2）采用降压法。,2、的估算法,计算固有机械特性的关键是得到，另外的工程计算方法,例题一台Z系列他励直流电动机，试计算其固有机械特性。,解取,在固有机械特性方程的基础上，根据人为特性所对应的参数或或变化，重新计算和，然后得（）、（）。,2、人为机械特性的计算,第二节他励直流电动机的起动、反转,一、起动的有关问题,1、起动指电机从静止到转动直到稳定转速的过程,起动转矩起动电流,通常要求满磁通起动,讨论1、不加励磁电流起动会出现什么情况2、起动到一定转速时，励磁回路断路，会出现什么问题,绝不允许励磁回路断路,3、电动机拖动负载起动的一般条件,二、起动方式,1、直接起动（固有特性启动）,直流电机一般不允许直接起动,要使起动电流满足一般条件可采用两种方法电枢回路串电阻起动降压起动,2、电枢回路串电阻起动,串接电阻的计算（以三级起动为例）,串接电阻的计算步骤,3、降电压起动,4、反转,第三节他励直流电动机的调速,本课程只讲电机的调速方法及一些相关问题，调速方法的实现将在后续课程中介绍。,一、他励直流电动机的调速方法,对应的调速方法有三种。电枢回路串电阻调速降电压调速弱磁调速,1、电枢回路串电阻调速,性质调速方向向下基速调速方向稳态电枢电流不变串接电阻上损耗大特性变软，速度稳定性差电枢电流较大时，设备笨重有级调速,2、降低电源电压调速,性质调速方向向下；稳态电枢电流不变；特性硬度不变，速度稳定性好；可实现无级调速。,2、弱磁调速,性质调速方向向上稳态电枢电流恒功率负载不变恒转矩负载与磁通反比特性变软，速度稳定性变差可实现无级调速,二、调速方式,1、额定电流的含义长期运行条件下，电枢电流的上限值。,2、调速方式的含义在电枢电流为额定电流时，表征某种调速方法的负载能力与允许输出。,3、匹配的含义电枢电流为额定电流时，某种调速方式与负载性质的配合关系。,工况分析1）恒转矩调速方式恒转矩负载2）恒功率调速方式恒功率负载,工况分析3）恒转矩调速方式恒功率负载,4）恒功率调速方式恒转矩负载,须按最低转速选择电机不匹配,须按最高转速选择电机不匹配,三、调速指标,1、静差率（转速变化率）,2、调速范围,3、调速平滑性,4、调速经济性,第四节他励直流电动机的制动,一、象限问题,二、几种制动状态（过渡过程运行）,1、能耗制动,1）正向电动能耗制动带反抗性恒转矩负载时,切换后且平行于的人为特性。,的过程叫能耗制动过程,B点电枢电流,的选择,功率传递关系,2）正向电动能耗制动带位能性恒转矩负载时,2、电压反接制动,1）正向电动电压反接制动带反抗性恒转矩负载时,2）与能耗制动比较制动时间短，制动快；相同最大电流时，Rb几乎大一倍。,3）功率传递关系,3、电势反接制动（倒拉反转制动）带位能性恒转矩负载时,功率传递关系同电压反接制动,4、回馈制动（再生制动）,1）回馈制动运行的几种形式,拖动小车下坡时,降压调速一次降压较大时,以上两种情形的回馈制动称为正向回馈制动,电压反接带位能性负载时,该情形的回馈制动称为反向回馈制动,2）特点转速高于理想空载转速功率关系类似发电机,过渡过程的定义当系统平衡破坏之后，系统从一个稳态向另一个稳态过渡的过程。研究的主要内容在过渡过程中转速、电磁转矩、电枢电流随时间的变化规律。,第六节电力拖动系统的过渡过程,前提1、只考虑机械过渡过程，忽略电磁过渡过程2、过渡过程沿机械特性曲线向稳态点变化,一、数学分析及三要素法,1、数学分析,,,,2、三要素法,,三要素法由上面三个方程可知，要想得到电力拖动系统的过渡过程方程，只需要确定三个关键的量起始值、稳态值、机电时间常数。,3、简单分析直接起动的过渡过程,二、过渡过程时间的计算,1、整个过渡过程的时间,理论上，过渡过程达到稳定点的时间为无穷大,工程上，时，各量均达到稳态值的9598，可以认为过渡过程达到稳定点。,2、部分过渡过程时间的计算,设X为过渡过程中的任意一点的时间为,3、虚稳态点,三、一些典型过渡过程的三要素,1、能耗制动过渡过程,2、电压反接制动过渡过程,解,1）反接制动电阻的计算,2）能耗制动电阻的计算,3）制动时间的计算,4）转速过渡过程草图,本章小结,复习负载机械特性负载转矩与转速之间的关系；他励直流电动机的机械特性一般形式、固有特性、人为特性；他励直流电动机的起动直接起动、串电阻起动、降压起动；他励直流电动机的调速串电阻调速、降压调速、弱磁调速；他励直流电动机的制动能耗、电压反接、电势反接、再生制动；电力拖动系统的过渡过程,