直流電力拖動(dòng)原理

1、 2直流電力拖動(dòng)原理總的思路：如何建立根本方程及用其解釋拖動(dòng)機(jī)電現(xiàn)象 2 - 1運(yùn)動(dòng)方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程對(duì)平面運(yùn)動(dòng)，有dt旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)那么為：T = J dt其中：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=m2, :慣量半徑電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)a T= T- Tl-，Tl為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，為粘滯摩擦轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速較高時(shí)常忽略T。重要結(jié)論：假定正向按電動(dòng)機(jī)慣例轉(zhuǎn)矩平衡方程:d1dt考慮知-g即爸專,D為慣量直徑，0=噸GD2 dn375 dt轉(zhuǎn)矩平衡方程的另一形式: 勻速運(yùn)動(dòng)條件：T = Tl。即電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩由負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定，與電樞電壓、電 樞回路電阻等無(wú)關(guān)。二、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算閱讀三、工作機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)問題：d門T - tl =

2、 J dt ， tl是否與門有關(guān)?Tl的性質(zhì)：負(fù)載特性n=f Tl 1、恒轉(zhuǎn)矩型：| TL |=C-T L10Tli - TL0TlT對(duì)抗型摩擦位能性起重 T= J=0二 T 二 Tl dtdT dTL，可返回3、 通風(fēng)機(jī)型：Tl= Cn四、拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件必要條件：對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：穩(wěn)定運(yùn)行于A時(shí)因擾動(dòng)n 下降到B擾動(dòng)消失后，因B點(diǎn)電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電 動(dòng)機(jī)加速，工作點(diǎn)可回到A即擾動(dòng)使d*0時(shí)，假設(shè)假設(shè)因擾動(dòng)n上升到C 擾動(dòng)消失后，因C點(diǎn)電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電 動(dòng)機(jī)減速，工作點(diǎn)也可回到A即擾動(dòng)使dn0時(shí)，假設(shè)dT : dTL ,可返回A為穩(wěn)定工作點(diǎn)。因擾動(dòng)n下降到B擾動(dòng)消失后

3、，因B點(diǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)加速，工作點(diǎn)背離A ,越升越高；即擾動(dòng)使dn0時(shí)，假設(shè)dT dTL,不可返回假設(shè)因擾動(dòng)n上升到C擾動(dòng)消失后，因C點(diǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)減速，工作點(diǎn)也背離A。即擾動(dòng)使d*0時(shí)，假設(shè)dT : dTL，不可返回A為不穩(wěn)定工作點(diǎn)。dT dTL穩(wěn)定充分條件：dn dn-JT對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，穩(wěn)定充分條件為：廠:0dn 2-2直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)U = EaRaIa= KenRaIa起動(dòng)前應(yīng)有勵(lì)磁起動(dòng)開始時(shí)應(yīng)限流t t=0 時(shí) n=0、Ea=01stURa二無(wú)限流時(shí)，起動(dòng)電流以某直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)為例:不限流時(shí)唁廠丙17A Tn將使電機(jī)繞組、電刷和換向器燒壞。切記：工業(yè)

4、直流電動(dòng)機(jī)不能加全電壓直接起動(dòng)。限流措施：1、電樞回路串接附加起動(dòng)電阻 民=|U - Ra ； lam二N1 ami為直流電動(dòng)機(jī)電流短時(shí)允許過載倍數(shù)。2、降低電樞電壓；3、起動(dòng)過程中保持la = lam不變，產(chǎn)生允許的最大加速度，縮短起動(dòng)時(shí)間：-Rc隨n升高逐步切除，直到 Rc= 0或U隨n升高逐步增大，直到u -un 2-3直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)調(diào)速：根據(jù)工作機(jī)械的要求 人為改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度例：電動(dòng)汽車如何調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行速度UK7RaRcKe轉(zhuǎn)速特性n URa T 機(jī)械特性KeKeKT考慮恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：tl =c 穩(wěn)態(tài)時(shí)有：T = Tl = C二穩(wěn)態(tài)下n與Rc, U, 有關(guān)1、電樞電路

5、串附加電阻調(diào)速 設(shè)U =Un = N，串 Rc時(shí)的機(jī)械特性人為特性KJKeKT 2特點(diǎn)在不同的Rc下，n不變;-斜率絕對(duì)值隨Rc增大而增大Rc:固有特性，Rc:-所有人為特性均在固有特性之下二調(diào)速只能在固有特性之下進(jìn)行。2、改變電樞電壓調(diào)速:八N , R廠0,U 1Un,機(jī)械特性特點(diǎn): n0與U成正比-斜率不變，與U無(wú)關(guān)-所有人為特性均在固有特性之下3、改變勵(lì)磁調(diào)速：U = Un，比=0，空n 弱磁調(diào)速I stTSt2 |St1 |st弱磁調(diào)速的機(jī)械特性弱磁調(diào)速的轉(zhuǎn)速特性特點(diǎn)：Un no 一 kj隨磁通下降而增大斜率絕對(duì)值隨磁通下降而增大-轉(zhuǎn)速特性所有堵轉(zhuǎn)電流1st =山交與一點(diǎn)Ra-機(jī)械特性

6、：磁通下降，Tst = Kt I st下降。在有效負(fù)載范圍內(nèi)，人為機(jī)械特性在固有特性之上對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，弱磁后，速度升高同時(shí)電流相應(yīng)也增大額定轉(zhuǎn)速以下：串電阻或調(diào)壓調(diào)速； 額定轉(zhuǎn)速以上：弱磁調(diào)速。二、他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的根本調(diào)速方式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的機(jī)電過程Bl V直流電機(jī)調(diào)速的4個(gè)根本方程U = Ea (Ra Rc)IaEa =心 nGD2 dnT-Tl= L 375 dtT = Kt Ia不考慮電樞電感的影響時(shí)調(diào)速動(dòng)態(tài)過程中在機(jī)械特性圖上相點(diǎn)(T,n)沿n=f(T)曲線的運(yùn)動(dòng)：1、改變電樞電 路電阻t = 0時(shí)，R1 -； RC2 大；因機(jī)械能量不 突變，n = n2不變， Em二Ke n不變I a

7、r T r T - Tl0 r 門Eg T ?T =Tl,n 二 n3舊的平衡打破之后，系統(tǒng)有能力通過自身的調(diào)節(jié)穩(wěn)定在新 的平衡點(diǎn)起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵：Ea 發(fā)電機(jī)原理的重要性2、調(diào)壓調(diào)速：PN =2.5kW,UN = 220V, I N =12.5A, nN = 1500r/min ,0. 5額定負(fù)載下將電樞電壓調(diào)至160V，求電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行速度。解：-電樞電阻的估算:21血覚嚴(yán)220X2.5 12.5二 0.792門-Ce的計(jì)算：用電機(jī)固有參數(shù)計(jì)算Ce=U n _ Ra I NnN220- 0.792 12.51500二 0.14V * min/ r n&IaCe Ce 9160- 0.79

8、2 0.5 12.50.141108(r/min)3、調(diào)磁調(diào)速:N弱磁調(diào)速的機(jī)械特性弱磁調(diào)速的轉(zhuǎn)速特性nmin之比:弱磁時(shí)，因勵(lì)磁電路電磁時(shí)間常數(shù)影響，勵(lì)磁電流不能突變，I、T的最大值均不可能到達(dá);相點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為曲線。因 dT小，弱磁升速過渡過程較長(zhǎng)。三、選擇調(diào)速方式的根本依據(jù)1、調(diào)速范圍定義：額定負(fù)載下電機(jī)允許到達(dá)的最高轉(zhuǎn)速nmax與保證不超過工作機(jī)械的最大允許靜差率條件下的最低轉(zhuǎn)速靜 差 率：S 二 n0 _ nNnNnono允許最大靜差率：S = n0 nminSmax T =Tnno調(diào)速范圍和最大允許靜差率的關(guān)系:D _ nmax _ nmaxSmaxnmin Smax凸 nN結(jié)論：對(duì)

9、同一調(diào)速系統(tǒng)靜差率要求不同，那么所能到達(dá)的調(diào)速范圍也不同Smax = D ；當(dāng)靜差率一定時(shí)，假設(shè)要求擴(kuò)大調(diào)速范圍，那么 nmax 受限於必須設(shè)法減小人n。2、電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力的充分應(yīng)用負(fù)載能力：調(diào)速運(yùn)行中在額定電流狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)軸上輸出轉(zhuǎn)矩與輸出功率大小和變化規(guī)律。調(diào)壓調(diào)速：T二Kt Ta二KT N 1 N常數(shù)P9550Tnn9550二CKn ,與轉(zhuǎn)速成正比稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速改變磁通調(diào)速：nRJaU N 一 Ral NKeKektcp=n9550Tn9550Ci19550Ci丄nN9550關(guān)于轉(zhuǎn)矩計(jì)算：TnN :軸上輸出轉(zhuǎn)矩；TNKT T N :電磁轉(zhuǎn)矩9550二者相差空載轉(zhuǎn)矩To充分利用電動(dòng)機(jī)的負(fù)

10、載能力：按負(fù)載性質(zhì)選擇調(diào)速方式3、調(diào)速的平滑性略相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比：K =止；K = 1稱為無(wú)級(jí)調(diào)速: ni 二調(diào)壓、調(diào)磁4、 原始投資與運(yùn)行費(fèi)用的合理利用略 2 4直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)-、制動(dòng)運(yùn)行的根本特征1、產(chǎn)生與n相反的電磁轉(zhuǎn)矩2、 電機(jī)的作用為：將運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)貯存的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能， 實(shí)現(xiàn)能量的迅速轉(zhuǎn)移結(jié)論：制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)本質(zhì)上為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。與發(fā)電機(jī)運(yùn)行的差異：1、輸入能量有限2、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換不是目的，而是一種能量轉(zhuǎn)移的手段分類n,T同方向：電動(dòng)+ Un,T反方向：制動(dòng)EaU (nn ) 回饋制動(dòng)la反向一T反向+ 亠UfU反接：反接制動(dòng)一la反向一T反向 n,T反方向：制動(dòng)n廠 T(

11、M)+EaQrY*YYORa la丄。+ Un,T反方向：制動(dòng)Ea反接：反接制動(dòng)Ro1 IoTn RaiaEalfOrwYq+ U-n,T反方向：制動(dòng)n=Ea/Ke與U反接相同U= 0:能耗制動(dòng) la反向、T反向勵(lì)磁反向一Ea反向、T反向n,T反方向：制動(dòng)Ea反方向：反接制動(dòng)三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)1、 實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)的必要條件：Ea U，因而n2、 功率平衡關(guān)系:電動(dòng)時(shí)：U =Ea Ia(Ra RJ功率平衡:Ula 二謂傀 Ra) EalaP = P P11cuemEala f U Tl P P2P1PemPa-回饋制動(dòng)時(shí)：U = Ea- la(Ra Rc)功率平衡：Ula Ia(Rc R

12、a)丘日冷-Ula(Rc Ra)- EalaR = P u_ FemEm = P2 - P0電磁功率為負(fù)，代表將機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率輸入輸入功率為負(fù)，代表功率回饋到電源?uP0吟.Pem -3、機(jī)械特性他勵(lì)下放位能負(fù)載時(shí)的回饋制動(dòng)運(yùn)行(最終穩(wěn)定運(yùn)行在回饋制動(dòng)狀態(tài))四、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)實(shí)現(xiàn)：電樞電壓或電動(dòng)勢(shì)極性突然改變(勵(lì)磁反向)電樞電壓和電動(dòng)勢(shì)順極性串聯(lián)； 反接時(shí)必須采取限制電樞電流的措施。設(shè)各變量為無(wú)符號(hào)數(shù)，那么電樞電壓反接時(shí)，有-U 二Ea -(Ra Rc)la,即 U + Ea=(& RJa功率平衡：Ula+ EaIa=(Ra R/a二 R 薪二 Pcu軸上機(jī)械功率通過電機(jī)轉(zhuǎn)換為電磁功率后，連同電網(wǎng)輸入功率全部消耗于電阻。機(jī)械特性假定正向按電動(dòng)機(jī)慣例不變時(shí)， 各變量為有符號(hào)數(shù)，那么機(jī)械特性 方程不變，仍為U-R-RcT反接制動(dòng)-TlnTb反向電動(dòng)對(duì)抗負(fù)載制動(dòng)到0不斷電位能負(fù)載回饋制動(dòng)“氣穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)五、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)1、 實(shí)現(xiàn)：U = 0，電樞回路串入電阻2、 功率平衡：機(jī)械能量全部消耗在 R中。1 aEa = Ra