第8章直流电机的电力拖动.ppt

大连理工大学电气工程系,第8章直流电机的电力拖动,8.2他励直流电动机的起动,8.3他励直流电动机的调速,8.4他励直流电动机的制动,8.5他励电动机在四象限中的运行状态,8.6并励直流电动机的电力拖动,*8.7串励直流电动机的电力拖动,*8.8复励直流电动机的电力拖动,8.1他励直流电动机的机械特性,第8章直流电机的电力拖动,8.2他励直流电动机的起动,8.3他励直流电动机的调速,8.4他励直流电动机的制动,8.5他励电动机在四象限中的运行状态,8.6并励直流电动机的电力拖动,*8.7串励直流电动机的电力拖动,*8.8复励直流电动机的电力拖动,8.1他励直流电动机的机械特性,电机与拖动,返回主页,大连理工大学电气工程系,8.1他励直流电动机的机械特性,第8章直流电动机的电力拖动,当Ua、Ra、If常数时nfT,机械特性,n0－γTn0－△n,理想空载转速,机械特性的硬度,,,,大连理工大学电气工程系,,一、固有特性,n0,,N,8.1他励直流电动机的机械特性,,nN,TN,,M,,nM,TM,N点额定状态。M点临界状态。二、人为特性1增加电枢电路电阻时的人为特性,n0,,RaRa“,,＜,,,Ra＋Rr,→γ,→,即机械特性变软。,,大连理工大学电气工程系,2.降低电枢电压时的人为特性,,n0“,,n0,Ua↓,→n0↓,但γ、不变,→机械特性的硬度不变。,,,8.1他励直流电动机的机械特性,UaUa“,＜,3.减小励磁电流时的人为特性,,n0“,,n0,If“If,＜,If→Φ,→n0,→γ、,→机械特性变软。,,大连理工大学电气工程系,,,8.1他励直流电动机的机械特性,【例8.1.1】一台他励直流电动机，PN10kW，UaN220V，IaN210A，nN750r/min，求1固有特性；2固有特性的斜率和硬度。解1固有特性忽略T0，则,,大连理工大学电气工程系,连接n0和NTN，nN两点即可得到固有特性。2固有特性的斜率和硬度ECEΦnN,,,8.1他励直流电动机的机械特性,0.254750V190.5V,,大连理工大学电气工程系,8.2他励直流电动机的起动,起动性能①起动电流IST②起动转矩TST直接起动起动瞬间n0，E0，,对于他励电机,1020IN,换向决不允许,TTSTCTΦIST,1020TN,一、降低电枢电压起动需要可调直流电源。,第8章直流电动机的电力拖动,,,,大连理工大学电气工程系,第8章直流电动机的电力拖动,二、增加电枢电阻起动,1.无级起动,起动时起动变阻器由最大电阻调至零。起动变阻器的最大电阻,Ra的估算公式,大连理工大学电气工程系,,,T1I1,,,,a1,a2,1起动过程①串联RST1RST2起动Ra2Ra＋RST1＋RST2起动转矩电流T1I11.52.0TNIaN②切除RST2Ra1Ra＋RST1切换转矩电流T2I21.11.2TLIL,b2,b1,,,8.2他励直流电动机的起动,,,,,,,,If,,＋Ua－,Ia,,＋Uf－,,,RST1RST2,b,a,,,2.有级起动,Q1,Q2,大连理工大学电气工程系,③切除RST1Ra0Ra,,,8.2他励直流电动机的起动,,,,,,,,If,,＋Ua－,Ia,,＋Uf－,,,RST1RST2,,,起动a1点,瞬间n不变,b1点,,,c,c1,c2,p,c1点,瞬间n不变,,Q1,Q2,大连理工大学电气工程系,②求出起切电流（转矩）比③确定起动级数m,2起动电阻的计算,①选择起动电流I1和切换电流I2I1T11.52.0IaNTNI2T21.11.2ILTL,,,8.2他励直流电动机的起动,,大连理工大学电气工程系,④重新计算，校验I2是否在规定的范围内,,,8.2他励直流电动机的起动,,公式推导,nb2nc1,即Eb2Ec1,UaN－Ra1I2UaN－Ra0I1Ra1I2Ra0I1Ra1βRa0同理，由na2nb1可得Ra2βRa1对于m级起动，有RamβmRa0,β2Ra0,大连理工大学电气工程系,,,8.2他励直流电动机的起动,,⑤求出各级起动电阻。,RSTiβiβi–1Ra,i1,2,,m,,大连理工大学电气工程系,,,【例8.2.1】一台Z4系列他励直流电动机，PN200kW，UaN440V，IaN497A，nN1500r/min，Ra0.076Ω，采用电枢串电阻起动。求起动级数和各级起动电阻。解1选择I1和I2I11.52.0IaN745.5994AI21.11.2IaN546.7596.4A取I1840A，I2560A。2求出起切电流比3求出起动级数,8.2他励直流电动机的起动,,大连理工大学电气工程系,取m5。4重新计算，校验I2,,,8.2他励直流电动机的起动,在规定的范围内,,大连理工大学电气工程系,5求出各段总电阻值和各段电阻值,RST1β－1Ra1.47－10.076Ω0.0357ΩRST2β2－βRa1.472－1.470.076Ω0.0525ΩRST3β3－β2Ra1.473－1.4720.076Ω0.0772ΩRST4β4－β3Ra1.474－1.4730.076Ω0.1135ΩRST5β5－β4Ra1.475－1.4740.076Ω0.1668Ω,,,8.2他励直流电动机的起动,,大连理工大学电气工程系,8.3他励直流电动机的调速,Ua,Ra,Φ,Φ,第8章直流电动机的电力拖动,,,一、改变电枢电阻调速,,RaRa＋Rr,,b,c,n0,,a,,,,大连理工大学电气工程系,a,8.3他励直流电动机的调速,b,c,,b,c,,a,1调速方向在nN以下调节。RaRr→n，RaRr→n。2调速的稳定性RaRr,→β,→α,→δ,→稳定性变差。,3调速范围受稳定性影响，D较小。,,,,,,,,大连理工大学电气工程系,4调速的平滑性,电枢电路总电阻,PCuRIa2UaIa－EIaUaIa1－E/UaUaIa1－n/n0,低速效率低。,6调速时的允许负载TCTΦNIaN,恒转矩调速。,取决于Ra的调节方式，一般为有级调速。5调速的经济性P1UaIaEIa＋RIa2,,,8.3他励直流电动机的调速,,大连理工大学电气工程系,结论,1调速的经济性很差。2调速方法简单，控制设备不复杂。3一般用于串励或复励直流电动机拖动的电车、炼钢车间的浇铸吊车等生产机械。,,,8.3他励直流电动机的调速,,大连理工大学电气工程系,,,【例8.3.1】一台他励电动机，PN4kW，UaN160V，IaN34.4A，nN1450r/min，用它拖动通风机负载运行。现采用改变电枢电路电阻调速。试问要使转速降低至1200r/min，需在电枢电路串联多大的电阻Rr解电枢电阻,8.3他励直流电动机的调速,额定运行时EUaN－RaIaN160－1.2734.4V116.31V,,大连理工大学电气工程系,,,8.3他励直流电动机的调速,CTΦ9.55CEΦ9.550.08020.766,对于通风机负载T∝n2，,当n1200r/min时,nn0－n1995－1200r/min795r/min由于,,大连理工大学电气工程系,由此求得,1.436Ω,,,8.3他励直流电动机的调速,,1调速方向在UN（或nN）以下调节。Ua→n，Ua→n。2调速的平滑性连续调节Ua，可实现无级调速。3调速的稳定性改变Ua4调速范围D不大（D≤8）。5调速的经济性需要专用直流电源。6调速时的允许负载TCTΦNIaN,大连理工大学电气工程系,二、改变电枢电压调速,＞,,,8.3他励直流电动机的调速,,UaUa“,,b,c,n0n0“,,a,→、不变，,但,→稳定性变差。,恒转矩调速。,,,,大连理工大学电气工程系,,,【例8.3.2】例8.3.1中的他励电动机，拖动恒转矩负载运行，TLTN。现采用改变电枢电压调速。试问要使转速降低至1000r/min，电枢电压应降低到多少解已知Ra1.27Ω，CEΦ0.0802，CTΦ0.766，TN26.36Nm。,8.3他励直流电动机的调速,544.94r/minn0n＋n1000＋544.94r/min1544.94r/minUaCEΦn00.08021544.94V123.9V,,大连理工大学电气工程系,三、改变励磁电流调速,TL,,,,8.3他励直流电动机的调速,＞,,Φ2Φ1,,b,c,,a,n0n0“,If→Φ,E,→Ia,→T,→n,→E下降至某一最小值后回升→Ia和T上升至某一最大值后下降→TTL，nnc。1调速方向在nN以上（IfN以下）调节。2调速的平滑性连续调节Uf（或Rf）可实现无级调速。,,,,大连理工大学电气工程系,3调速的稳定性Φ4调速范围受机械强度（nmax）的限制，D不大。普通MD2，特殊设计的MD4。5调速的经济性调节Rf比较经济；调节Uf则需要专用直流电源。6调速时的允许负载Φ→T，n，,→n，n0,→不变，,稳定性好。,,P基本不变，,为恒功率调速。,,,8.3他励直流电动机的调速,,大连理工大学电气工程系,应用不经常逆转的重型机床。如国产C660、C670等机床，重型龙门刨床的主传动在高速区的调速。调压调速与调励磁电流调速配合，可扩大D，实现双向调速。,,,8.3他励直流电动机的调速,,大连理工大学电气工程系,,,【例8.3.3】例8.3.1中的他励电动机，拖动恒功率负载运行，现采用改变励磁电流调速。试问要使转速增加至1800r/min，CEΦ应等于多少解已知Ra1.27Ω，TN26.36Nm。对于恒功率负载T∝1/n，若忽略T0，则,8.3他励直流电动机的调速,将已知数据代入机械特性方程，得整理，得1800CEΦ2－160CEΦ＋2.820,,大连理工大学电气工程系,0.0647或0.0242,两个答案是否都合理为什么出现两个答案,,,8.3他励直流电动机的调速,,大连理工大学电气工程系,8.4他励直流电动机的制动,目的快速停车、匀速下放重物等。制动方法,机械制动、电气制动。,一、能耗制动,电动状态,第8章直流电动机的电力拖动,制动状态,能耗制动时,动能转换成电能，,被电阻消耗掉。,,,,,E,大连理工大学电气工程系,制动前特性1。制动开始后Ua0，n00特性2,制动过程,8.4他励直流电动机的制动,b,,,a,1.能耗制动过程迅速停机a点→b点，→Ia反向Ia＜0制动开始→n0，E0,nanb，EaEb→T反向T＜0，→T和TL的共同作用→Ia0，T0，,→n↓,→O点,自动停车。,,,2,,,,,大连理工大学电气工程系,制动效果,Rb,b,→Ia,→|Tb|↑,→制动快，停车迅速。,≤Iamax,切换点（b点）,Rb的选择,,,8.4他励直流电动机的制动,,大连理工大学电气工程系,2.能耗制动运行下放重物,8.4他励直流电动机的制动,b,,,a,2,c,a点→b点→O点→T0，TL≠0→n反向起动n＜0→E反向E＜0→Ia再次反向Ia＞0→T再次反向T＞0，→n→T,反向起动,制动过程,能耗制动运行,,,→E→Ia→TTLc点。,,,,,大连理工大学电气工程系,,,8.4他励直流电动机的制动,制动过程,电动状态,反向起动,能耗制动运行,,E,E,大连理工大学电气工程系,制动效果,8.4他励直流电动机的制动,b,Rb→特性2斜率→下放速度|nL|。,Rb的选择（各量取绝对值）,校验,,,Rb大,（对切换点b点电流的限制）,,大连理工大学电气工程系,,,【例8.4.1】一台他励电动机，PN22kW，UaN440V，IaN65.3A，nN600r/min，Iamax2IaN，T0忽略不计。试求1拖动TL0.8TN的反抗性恒转矩负载，采用能耗制动实现迅速停机，电枢电路至少应串联多大的制动电阻2拖动TL0.8TN的位能性恒转矩负载，采用能耗制动以300r/min的速度下放重物，电枢电路应串联多大的制动电阻解由额定数据求得,8.4他励直流电动机的制动,,大连理工大学电气工程系,1迅速停机时TL0.8TN0.8350.32Nm280.256Nm,CTΦ9.55CEΦ9.550.5625.365,EUaN－RaIa440－1.5852.24V357.46V,,,8.4他励直流电动机的制动,（切换点b点的Eb）,,大连理工大学电气工程系,,,8.4他励直流电动机的制动,2下放重物时,该值大于1.16Ω，故满足Iamax的要求。,,大连理工大学电气工程系,二、反接制动,1.电压反向反接制动迅速停机,,,8.4他励直流电动机的制动,电动状态,制动状态,－Ua＋,电枢反接时,动能、电源电能均被Rb消耗掉。,作用,限制Iamax,Ia的方向,T的方向,,E,大连理工大学电气工程系,制动前特性1,制动开始后,特性2,制动过程,8.4他励直流电动机的制动,b,,a,c,d,a点→b点，→Ia反向Ia＜0→T和TL的共同作用→n0，T≠0，,nanb，EaEb，→T反向T＜0，→n↓立刻断电，未断电，反向起动,制动开始；↓→c点停机。→d点，反向电动运行。,,,,立刻断电,,,,,大连理工大学电气工程系,制动瞬间b点的E,,,8.4他励直流电动机的制动,制动效果,,2Rb小,b,Rb→特性2斜率→制动转矩→制动快。,Rb的选择（各量取绝对值）,2Rb大,,大连理工大学电气工程系,2.电动势反向反接制动下放重物,8.4他励直流电动机的制动,电动状态,制动状态,电枢接入Rb瞬间,→Ia→T,→T＜TL→n,n0，T＜TL,→反向起动→n＜0→|n|,→|E|,→Ia,→T→TTL。,,,Ia的方向,T的方向,,E,大连理工大学电气工程系,,,8.4他励直流电动机的制动,,,a,2,c,制动运行状态,制动前特性1,制动开始后,特性2,b,d,※Ia和T始终没有改变方向。,,,,,大连理工大学电气工程系,8.4他励直流电动机的制动,制动效果,Rb→特性2斜率→下放速度。,2Rb大,,Rb小,,,Rb的选择各量取绝对值,,大连理工大学电气工程系,,,【例8.4.2】例8.4.1中的他励电动机，迅速停机和下放重物的要求不变，但改用反接制动来实现，试求电枢电路应串联的制动电阻值。解1迅速停机在例8.4.1中已求得切换点的电动势，由公式可得,8.4他励直流电动机的制动,,大连理工大学电气工程系,,,8.4他励直流电动机的制动,2下放重物时（忽略T0）,10.07Ω,,大连理工大学电气工程系,平地或上坡行驶时工作在a点。下坡行驶时TL反向→TL2→n＞n0→E＞Ua→Ia＜0→T＜0→b点（TL2T）。,n＞n0→电动机处于发电状态，→动能转换为电能回馈电网。,三、回馈制动,特点,→E＞Ua,1.正向回馈制动电车下坡,,,,8.4他励直流电动机的制动,→n,→n,,a,b,,大连理工大学电气工程系,电动状态,下坡,n→E→IaT→nn0,EUa,T0,制动状态,n→E＞Ua→IaT＜0→|T|,,,8.4他励直流电动机的制动,,大连理工大学电气工程系,在降低电枢电压调速过程中,,＞,,,8.4他励直流电动机的制动,,a,c,b,d,回馈制动过程,在增加励磁电流调速过程中,,＞,,a,c,b,d,工作点跳到何处,回馈制动过程,,,,,,,,大连理工大学电气工程系,2.反向回馈制动下放重物,电压反向,8.4他励直流电动机的制动,电动状态,制动过程,反向起动,,,n→n0n→E＞Ua→IaT反向,制动状态,Ia的方向,T的方向,作用,限制Iamax,,E,大连理工大学电气工程系,2.反向回馈制动下放重物,8.4他励直流电动机的制动,,a,c,b,d,e,a点,,改变Ua极性n不能跃变,c点,b点,,反接制动,d点,,反向起动,e点，TTL。,,电压反向反接制动过程,反向起动过程,回馈制动过程,回馈制动运行,,,T＜TL回馈制动,,大连理工大学电气工程系,,,8.4他励直流电动机的制动,制动效果,Rb→特性2斜率→下放速度。,2Rb小,,Rb大,Rb的选择（各量取绝对值）,,大连理工大学电气工程系,校验（各量取绝对值）,制动瞬间b点的E,,,8.4他励直流电动机的制动,电压反接后瞬间,,大连理工大学电气工程系,电压反向反接制动与反向回馈制动的比较,电压反向制动过程,回馈制动状态,,,8.4他励直流电动机的制动,,大连理工大学电气工程系,,,【例8.4.3】例8.4.1中的他励电动机，改用回馈制动下放重物。在电压反接瞬间，电枢电路串联较大的制动电阻，以保证Ia≤Iamax；当转速反向增加到n0时，将制动电阻减小，使电动机以1000r/min下放重物。试求这时的制动电阻值。解根据例8.4.1求得的数据，可得,8.4他励直流电动机的制动,0.755Ω,,大连理工大学电气工程系,8.5他励电动机在四象限中的运行状态,一、电动状态,第8章直流电动机的电力拖动,,,,大连理工大学电气工程系,二、制动状态,,,8.5他励直流电动机在四象限中运行状态,,大连理工大学电气工程系,8.6并励直流电动机的电力拖动,第8章直流电动机的电力拖动,,,增加电枢电路电阻起动,一、起动降低电枢电压起动需改接成他励。增加电枢电路电阻起动,,二、调速改变电枢电路电阻调速改变电枢电压调速改变励磁电流调速,（需改接成他励）,大连理工大学电气工程系,8.6并励直流电动机的电力拖动,,,改变电枢电路电阻调速,改变励磁电流调速,,三、制动改为他励方式进行。,大连理工大学电气工程系,*8.7串励直流电动机的电力拖动,第8章直流电动机的电力拖动,,,一、起动降低电源电压起动电枢电路串联电阻起动二、调速改变电源电压调速改变电枢电路电阻调速改变励磁电流调速,励磁绕组并联电阻调速,电枢并联电阻调速,If＜Ia,If＞Ia,,大连理工大学电气工程系,三、制动能耗制动,电动状态,自励能耗制动,他励能耗制动,8.7串励直流电动机的电力拖动,,,,E,E,大连理工大学电气工程系,电压反向反接制动,8.7串励直流电动机的电力拖动,,,电动状态,三、制动反接制动,作用,限制Iamax,电动势反向反接制动,作用,使Ia→T→T＜TL→n,,E,大连理工大学电气工程系,*8.8复励直流电动机的电力拖动,第8章直流电动机的电力拖动,,,一、起动降低电源电压起动需改接成他励；串励绕组短路。电枢电路串联电阻起动二、调速与并励电动机相同。三、制动能耗制动反接制动回馈制动,,大连理工大学电气工程系,练习题,8.1.18.1.28.2.15.2.28.2.38.3.18.3.28.3.38.3.48.4.18.4.28.4.38.4.48.4.58.4.68.6.18.6.2*以教师画勾的题为准。,第8章直流电动机的电力拖动,下一章,,