電機(jī)與電器3直流電機(jī)的電力拖動(dòng)

13.1直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程并勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程第3章直流電機(jī)的電力拖動(dòng)

2GD

2表示為轉(zhuǎn)動(dòng)部分的飛輪矩，單位為N·m2，可從產(chǎn)品目錄中查到。由運(yùn)動(dòng)方程式可知：

(1)當(dāng)Tem=TL時(shí)，n不變，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)當(dāng)Tem>TL時(shí)，n升高，系統(tǒng)加速。

(3)當(dāng)Tem<TL

時(shí)，n降低，系統(tǒng)減速。Tem和TL

的正負(fù)號(hào)取法：電動(dòng)狀態(tài)下，首先規(guī)定n的正方向，則Tem與n的正方向相同時(shí)取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)；TL

與n的正方向相反時(shí)取正號(hào)，相同時(shí)取負(fù)號(hào)。TemTLn3負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性：指負(fù)載轉(zhuǎn)矩與機(jī)械的轉(zhuǎn)速的關(guān)系n=f(Tf)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可歸納為三類：一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又可分為兩種類型：反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小與轉(zhuǎn)速無關(guān)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩

方向始終與轉(zhuǎn)向相反。例如摩擦力負(fù)

載。4位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和方向均與轉(zhuǎn)速無關(guān)。例如位能負(fù)載。5二、恒功率負(fù)載特性其負(fù)載功率

與轉(zhuǎn)速成反比。例如

車床負(fù)載。恒功率負(fù)載特性6三、通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速平方成正比。例如風(fēng)機(jī)、水泵。除了這三種典型的負(fù)載外，還有其他類型的負(fù)載。實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性，往往是上述幾種典型特性的組合。例如，考慮摩擦力，實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性如圖中的虛線所示。實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性理想鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性73.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性一、直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般特性機(jī)械特性n=f(Tem)勵(lì)磁方式不同，直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性也不同。下面以他勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例分析：8二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性n0為Tem=0時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱為理想空載轉(zhuǎn)速。ΔnN很小，故他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是一條下降不多的“硬”特性。9三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性1.電樞回路串電阻的人為特性特點(diǎn)：（1）n0不變，它是通過理想空載點(diǎn)的直線。（2）特性變“軟”。102、降低端電壓的人為特性特點(diǎn)：（1）理想空載轉(zhuǎn)速正比于電壓降低。（2）硬度不變，一組平行的直線。113、減弱主磁通的人為特性特點(diǎn)：

（1）理想空在轉(zhuǎn)速增大；電極空載的話會(huì)“飛車”（2）弱磁后硬度變軟。12四、電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件1、前提條件2、要想穩(wěn)定運(yùn)行，抗干擾，還要133.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)若直接啟動(dòng)，U=UN，RΩ=0，n=0，Ea=0，則電樞電流為直接啟動(dòng)電流很大，有危害。只有小型電機(jī)才允許直接啟動(dòng)。14大電流啟動(dòng)電機(jī)的危害：引起電網(wǎng)的電壓波動(dòng)，影響其他用電設(shè)備的正常工作。使換向產(chǎn)生強(qiáng)烈火花；產(chǎn)生很大的電磁力，損壞繞組；使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖擊；為此，直流電動(dòng)機(jī)一般不允許直接啟動(dòng)。必須采用啟動(dòng)措施限制電流，一般要求啟動(dòng)時(shí)的Ist不超過(1.5~2)IN。同時(shí)，為獲得理想的加速轉(zhuǎn)矩盡快啟動(dòng)，應(yīng)在施加電樞電壓之前先加滿勵(lì)磁，使If=IfN，稱為滿勵(lì)磁啟動(dòng)。15一、電樞回路串電阻啟動(dòng)是在電樞回路串入幾段電阻（一般多采用2~5級(jí)），進(jìn)行分級(jí)啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)先接入全部電阻并施加額定電壓UN，使啟動(dòng)電流隨著n的升高，Ea增大，Ist減小，逐級(jí)切除所串電阻，啟動(dòng)完成。16二、降壓?jiǎn)?dòng)在電樞兩端先加低電壓，使

隨著轉(zhuǎn)速的升高，反電勢(shì)逐漸增大，電樞電流逐漸減小，電磁轉(zhuǎn)矩也逐漸減小，啟動(dòng)速度減慢，此時(shí)再逐漸升高電壓，直至U=UN，啟動(dòng)完畢。降壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)平穩(wěn)，能耗小，但需要有可調(diào)壓的直流電源。173.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)只要電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，就稱電動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)有三種制動(dòng)方法。一、能耗制動(dòng)

1、制動(dòng)方法和原理制動(dòng)時(shí)，將K倒向RZ。Ea由電動(dòng)時(shí)的反電勢(shì)變成發(fā)電機(jī)電勢(shì)，電流倒轉(zhuǎn)：18

特點(diǎn)：Ia改變了方向，變?yōu)椋ㄗ枇Γ┲苿?dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，全部消耗在Ra+R?上變成電熱量，故稱能耗制動(dòng)。19停機(jī)時(shí)分析：對(duì)于反抗性負(fù)載，停機(jī)后不會(huì)重新啟動(dòng)。

對(duì)于位能性負(fù)載，停機(jī)后會(huì)反向重新啟動(dòng)。反抗性負(fù)載位能性負(fù)載202-5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)二、反接制動(dòng)1、電壓反向的反接制動(dòng)（用于快速停機(jī)）（1）制動(dòng)方法和原理制動(dòng)時(shí)，將電樞繞組串入制動(dòng)電阻反接于電源上。電勢(shì)方程為：

此時(shí)，電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩方向和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起制動(dòng)作用。v212、電勢(shì)反向的反接制動(dòng)（用于位能負(fù)載穩(wěn)低速下放）保持If和UN不變，僅在電樞回路串入足夠大的電阻Rz，可使電機(jī)的人為機(jī)械特性n=f(T)與位能負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性n=f(TZ)相交于第四象限，如圖中D點(diǎn)。此時(shí)

T＞0，n＜0，Ea=CeφNn＜0

故稱為電勢(shì)反向的反接制動(dòng)。222-5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)三、回饋制動(dòng)

a)電車下坡

b)降低端電壓232-6他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1、電樞回路串電阻調(diào)速

特點(diǎn)是：（1）n＜nN；（2）有級(jí)調(diào)速，難以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；（3）輕載時(shí)效果不明顯；（4）低速時(shí)特性軟；（5）電阻上的能耗大，造成效率低。只適用于對(duì)調(diào)速要求不高的中小型電機(jī)。242、降壓調(diào)速

特點(diǎn)是：

（1）n＜nN；（2）無級(jí)調(diào)速；（3）調(diào)速范圍大；（4）能耗小。廣泛應(yīng)用于對(duì)起制動(dòng)和調(diào)速要求較高的場(chǎng)合。253、弱磁調(diào)速

特點(diǎn)是：（1）n＞nN（1.2~2倍nN)；（2）無級(jí)調(diào)速；（3）最高轉(zhuǎn)速受機(jī)械強(qiáng)度限制，調(diào)速范圍不宜不大；（4）控制方便，能耗小。應(yīng)當(dāng)注意：直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁回路不能斷開，否則，主極僅有很小的剩磁，可能造成“飛車”事故，或者出現(xiàn)過大的電樞電流而燒壞繞組。2626作業(yè)：1、寫出直流電動(dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)電壓方程式；2、寫出直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式；3、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)：PN=10kW，UN=220V，nN=10