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第四章 他勵直流電動機的電力拖動 結束 他勵電機的起動和反轉 他勵電機的機械特性 他勵電機的調速 他勵電機的制動 他勵直流電動機的電力拖動 結束 第六章直流電動機的電力拖動 本章要求 結束 第一節(jié)他勵直流電動機的機械特性 一 一般概念 電動機的機械特性指 電壓 磁通 電樞回路總電阻均為常數(shù) Tem與n的關系 即n f Tem 有自然特性和人工特性兩種 上 下 特性仿真 結束 二電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 穩(wěn)定運行必須滿足Tem TL 且能抗干擾 B 判斷電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定工作點的條件 1 電動機的機械特性與負載機械特性的交點 2 在交點處必須滿足 上 下 負載瞬間波動 結束 第二節(jié)他勵直流電動機的起動和正反轉 一 直流電動機的起動 電動機的起動指接通UN 轉速從n 0到n nN 起動要求 1 Tst大 2 Ist小 滿足Tst足夠大的條件下 盡量減少Ist 全壓Ist 上 下 結束 直接起動Ist太大 須限制Ist 1 5 2 IN 限制Ist的方法有 降壓起動 電樞回路串電阻起動 一 電樞回路串電阻起動 1概念 串電阻Rst起動后 起動電流為 上 下 串的電阻是分級的 結束 電樞回路串電阻起動電路圖 上 下 2起動電阻的計算 計算原則 保持起動最大電流I1和切換電流I2不變 取I1 1 5 2 IN I2 1 1 1 2 IN 圖中bc兩點電壓方程為 I2Rst3 I1Rst2 于是 Rst3 Rst2 同理 d e點有Rst2 Rst1 同理 f g點有Rst1 Ra 上 下 結束 結論 若起動級數(shù)為m 則 1 起動級數(shù)m不確定 起動電阻計算 1 估算Ra 2 確定 計算總電阻Rstm I1 I2 Rstm UN I1 3 計算m 取整m 4 由m 修正 上 下 結束 5 計算各段起動電阻 上 下 結束 2 起動級數(shù)m已知 起動電阻的計算 1 估算Ra 2 確定I1 計算總電阻Rstm Rstm UN I1 3 校核I2 4 按 1 中步驟計算各級起動電阻 滿足 I2 I1 1 1 1 2 IN 串電阻起動特點 起動設備簡單 但損耗大 上 下 結束 二 降壓起動 需要可調壓的電源 起動過程 先建立勵磁 再給電樞加低壓且RC 0 并隨轉速逐漸加大U 特點 能耗小 起動平滑 但設備復雜 維修不便 上 下 結束 二他 并 勵直流電動機的反轉 Tem CT Ia 改變 If 或Ia U 的方向 可改變轉向 上 下 啟動特性仿真 結束 第三節(jié)他勵電動機的調速 一 調速的基本概念 電動機轉速由機械特性交點 工作點 決定 調速要求 1 調速范圍D nmax nmin大 2 調速平滑 3 能耗小 上 下 以恒轉矩負載為例 結束 二他勵電動機的調速方法 Tem不變時 改變U 電樞串電阻都可以調速 要求 1 計算轉速 2 分析調速物理過程 計算調速瞬間物理量 3 計算功率 上 下 結束 一 電樞串電阻調速 B 物理過程分析 串電阻瞬間n Ea 不變 但Ia UN Ea Ra RC Tem TLn 電機開始減速 隨著n減小 EaIaTem 上 下 直到Tem TL電機轉速重新穩(wěn)定 結束 調速后功率變化情況 TL Tem CT Ia不變 調速前后 Ia不變 P1 UIa不變 P2 TL 特點 1 調速范圍小 D 2 3 2 調速不平滑 3 特性變軟 4 能耗大 5 設備簡單 上 下 結束 二 降壓調速 B 物理過程分析 降壓瞬間n Ea 不變 但Ia U Ea Ra Tem TLn 電機開始減速 隨nEa IaTem 直到Tem TL電機轉速重新穩(wěn)定 上 下 結束 調速后功率變化情況 TL Tem CT Ia不變 調速前后 Ia不變 P1 UIa P2 TL 特點 1 調速范圍大 D 4 8 2 調速平滑 3 能耗小 4 設備投資大 不變 上 下 結束 三 減少磁通調速 B 物理過程分析 減少磁通瞬間n不變 Ea減小 Ia增加 Tem CT Ia TL 電機開始加速 隨著n Ea 增加 Ia T 減小 直到Tem TL電機轉速重新穩(wěn)定 上 下 結束 調速后功率變化情況 TL Tem CT Ia不變 調速前后 CT Ia CT Ia Ia Ia P1 UIa P2 TL 特點 1 調速范圍小 D 1 1 2 2 調速平滑 3 能耗小 4 設備投資小 5 n只能調高 上 下 結束 三 調速的性能指標 1 調速范圍D nmax nmin 3 調速平滑 2 靜差率 4 經(jīng)濟指標 上 下 結束 四 電動機調速時允許輸出的轉矩和功率 允許輸出的轉矩和功率表示電動機帶負載的能力 超過該值電動機將被損壞 該值由電動機的發(fā)熱決定 而發(fā)熱由Ia決定 IaN是電動機長期運行所允許的電流 對應的T2 P2就是允許輸出的轉矩和功率 電動機運行時應盡量使Ia IaN 上 下 結束 電動機調速時分恒轉矩和恒功率調速 一 恒轉矩調速 在用某種調速方法調速時 若保持Ia IaN不變時 則電動機允許輸出的Tem TN不變 該調速方法稱恒轉矩調速 但P2 Tem n 串電阻和降壓調速 保持磁通和Ia為額定值不變時 允許輸出Tem CT Ia也不變 它們屬于恒轉矩調速方式 上 下 結束 二 恒功率調速 在用某種調速方法調速時 若保持Ia IaN不變時 則電動機允許輸出的P2不變 該調速方法稱恒功率調速 由P2 T2 不變 T2與n成反比 弱磁調速中 U不變 磁通減小 若保持Ia IaN不變時 Tem CT IaN會減小 該方式只適合變轉矩負載TL與n成反比 上 下 結束 五 電動機調速方式與負載轉矩的配合 原則 恒轉矩負載配合恒轉矩調速方式 恒功率負載配合恒功率調速方式 上 下 調速特性仿真 結束 第四節(jié)他勵直流電動機的制動 電動狀態(tài) 制動狀態(tài) 電動機制動的目的 停車 限速 電動機制動的方法有 機械制動 電磁制動 電磁制動分類 能耗制動 發(fā)電制動 反接制動 上 下 電磁制動的概念 讓電動機產生一個與旋轉方向相反的電磁力矩來實現(xiàn)制動 結束 一 能耗制動 一 能耗制動過程 能耗時U 0 Tem與TL都為制動轉矩 加快停車 電機變?yōu)榘l(fā)電機 將動能轉化為電能消耗在電阻上 當n 0時 Tem 0 上 下 結束 機械特性 Tem kn B 過原點的直線 在第二象限 上 下 結束 二 能耗制動運行 工作在發(fā)電狀態(tài)Tem TL 提升系統(tǒng)中下放重物轉速穩(wěn)定需要一過程 機械特性 正方向是提升時的正方向 上 下 結束 能耗制動運行特性為過原點的直線 在第四象限 n0 上 下 結束 二 反接制動 一 電壓反接制動 電壓反接瞬間n不變 Ea U Ia很大 因此需串大電阻以限制電流 上 下 結束 機械特性 B 機械特性位于第二 三象限 功率分析 正方向為電動時正方向 Pem Tem 0機械能轉換為電能 P1 UIa 0從電網(wǎng)吸收電能 總銅耗 上 下 結束 2 n接近0時 應斷電 否則電動機可能反轉 1 電壓反接制動時 需串入大電阻Rc以限制電流 Rc 2UN Iamax 結論 上 下 B 結束 二 電動勢反接制動 用于下放重物 電源接線與正轉電動一樣 但電樞串大電阻 Tst TL反向加速n 0 Ea 0 隨著n Ea Ia T CT Ia T TL穩(wěn)定 上 下 結束 機械特性 機械特性位于第四象限 T 0 n 0 功率分析 正方向為電動時正方向 Pem T 0機械能轉換為電能 P1 UIa 0從電網(wǎng)吸收電能 總銅耗 nB 0 該制動也稱倒拉反轉制動運行 上 下 結束 三 回饋發(fā)電制動運行 用于高速下放重物 通電后 為電動 Tst和TL都為拖動轉矩 很快加速 隨著n Ea Ia T CT Ia 當n Ea U時 Ia 0 T 0 n Ea U Ia 0 T 0 隨著n Ea T CT Ia Ia T TL穩(wěn)定 上 下 結束 機械特性 機械特性位于第二象限 Tn0 功率分析 Pem T 0機械能轉換為電能 P1 UIa 0向電網(wǎng)回送電能 銅耗 上 下 正方向 下放n為正 結束 四 他勵電動機四象限機械特性 上 下 制動和四象特性仿真 結束 1 他勵直流電動機 PN 1325KW UN 750V IN 1930A nN 200rpm ra 0 0161 U 2V 帶額定負載轉矩運行時 1 電樞串電阻Rc 0 0743 串電阻瞬間和最后穩(wěn)定時I和n 2 降低10 最后穩(wěn)定時I和n 上 下 直流電力拖動習題課 結束 上 下 解 額定運行時 1 串電阻調速瞬間B點 n 200不變 調速前后穩(wěn)定時T不變 Ia也不變 調速前A點 調速后C點 C點電壓方程 結束 2 降低10 最后穩(wěn)定于D點 此時T TN不變 D點電壓方程 調速前A點 調速后D點 上 下 結束 2 一他勵直流電動機 PN 22KW UN 220V IN 115A nN 1500rpm Ra 0 1 該電動機帶額定負載轉矩運行時 要求把轉速從額定降到1000rpm 試計算 1 采用電樞串電阻 需要RC 串電阻瞬間Ea Ia T 各為多少 P1 P2 2 采用降低U U 降壓瞬間Ea Ia T 各為多少 P1 P2 上 下 結束 上 下 解 額定運行時 1 串電阻調速 調速前后T不變 Ia也不變 115A 調速前A點 調速后C點 C點電壓方程 結束 上 下 串電阻瞬間n nN 1500 Ea EaN 208 5V 串電阻瞬間電壓方程為 結束 上 下 功率 調速前后I不變 輸入功率相等 2 降壓調速 調速前后T不變 Ia也不變 115A 調速前A點 調速后C點 C點電壓方程 結束 上 下 串電阻瞬間n nN 1500 Ea EaN 208 5V 串電阻瞬間電壓方程為 功率 結束 3 起重用并勵直流電動機 UN 220V 起重時IN 350A nN 795rpm Ra 0 032 RfN 275 1