電動機(jī)控制CH02電動機(jī)的啟動與制動課件

第二章電動機(jī)的啟動與制動２.１電機(jī)的發(fā)展２.２電動機(jī)的n-T特性２.３負(fù)載的n-T特性、穩(wěn)定運(yùn)行２.４加速時間２.５啟動電阻的計算２.６電動機(jī)的啟動方法２.７制動２.８正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、拖動、制動轉(zhuǎn)矩的表示

1第二章電動機(jī)的啟動與制動２.１電機(jī)的發(fā)展1２.１電機(jī)的發(fā)展1820.7，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)；1820－1825，安培（法國）研究了電流的磁場、電流的相互作用；1821，法拉第制作了帶電導(dǎo)體繞磁鐵旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)模型；1831，亨利發(fā)明具有換向器的可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)；1837，第一個電動機(jī)專利；1860-1870，發(fā)電機(jī)的自激原理被發(fā)明；1880，商用電動機(jī)；1885，兩相電動機(jī)模型；Tesla發(fā)明兩相異步電動機(jī)；1890年代，三相交流體系確立；1879，西門子已經(jīng)發(fā)明電動車；目前，電氣傳動技術(shù)＝電機(jī)＋電力電子＋控制技術(shù)2２.１電機(jī)的發(fā)展1820.7，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)；22.2電動機(jī)的轉(zhuǎn)速－轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)速－轉(zhuǎn)矩特性，即機(jī)械特性32.2電動機(jī)的轉(zhuǎn)速－轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)速－轉(zhuǎn)矩特性，即機(jī)械特性3幾個概念自然機(jī)械特性：額定條件下的n-T曲線；人工機(jī)械特性：改變u、R、If、f等時的n-T曲線；兩類機(jī)械特性：恒速特性：轉(zhuǎn)矩變化時，轉(zhuǎn)速變化不大；變速特性：轉(zhuǎn)矩變化時，轉(zhuǎn)速變化顯著（電車等）轉(zhuǎn)速變化率：Dn=(n0-nN)/nN堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（起動轉(zhuǎn)矩）：n=0時的Tst；額定轉(zhuǎn)矩：TN；IM停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：s↑,超過smax時，將停轉(zhuǎn)；SM失步轉(zhuǎn)矩：功角q↑，超過qmax時，將失步。4幾個概念自然機(jī)械特性：額定條件下的n-T曲線；4Tst、Tmax的比較TstTmaxDM∝Ist1.5~2.0TN繞線IM∝Ist2~3TNP*max<T*max(因為Spmax<STmax)籠式IM1~2TN2~3TNSM1.5~2.5TNP*max=T*max5Tst、Tmax的比較TstTmaxDM∝Ist1.5~2.TN的估算通常，電動機(jī)的銘牌上不提供TN，但TN可以用銘牌數(shù)據(jù)估算6TN的估算通常，電動機(jī)的銘牌上不提供TN，但TN可以用2.3負(fù)載的n-T特性、穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)載的

n-T

特性：驅(qū)動負(fù)載所需的轉(zhuǎn)矩T，常隨轉(zhuǎn)速n變化。72.3負(fù)載的n-T特性、穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)載的n-T特性負(fù)載的n-T特性舉例電梯、提升機(jī)T=const風(fēng)機(jī)類T∝n28負(fù)載的n-T特性舉例電梯、提升機(jī)風(fēng)機(jī)類T∝n28穩(wěn)定運(yùn)行問題運(yùn)行點：負(fù)載的n-T特性電機(jī)的n-T特性交點。穩(wěn)不穩(wěn)9穩(wěn)定運(yùn)行問題運(yùn)行點：負(fù)載的n-T特性穩(wěn)不穩(wěn)9穩(wěn)定運(yùn)行點的判斷 對于一個運(yùn)行點（交點）：當(dāng)轉(zhuǎn)速高于交點，若TL>ＴM，則減速，n可回到交點（穩(wěn)定）若TL<ＴM，則加速，n無法回到交點（不穩(wěn)定）當(dāng)轉(zhuǎn)速低于交點，若TL<TM，則加速，n也可回到交點（穩(wěn)定） 若TL>TM，則減速，n無法回到交點（不穩(wěn)定）結(jié)論：穩(wěn)定運(yùn)行點就是在速度偏離之后，如果干擾消失，則仍能回復(fù)到原交點的情況。

10穩(wěn)定運(yùn)行點的判斷10穩(wěn)定運(yùn)行點的判斷

11穩(wěn)定運(yùn)行點的判斷11穩(wěn)定判斷的例子答案答案12穩(wěn)定判斷的例子答案答案12穩(wěn)定判斷的例子答案答案13穩(wěn)定判斷的例子答案答案13穩(wěn)定判斷的例子答案14穩(wěn)定判斷的例子答案14２.４加速時間加速轉(zhuǎn)矩15２.４加速時間加速轉(zhuǎn)矩15２.４.１轉(zhuǎn)速與時間的關(guān)系電動機(jī)轉(zhuǎn)矩TM、負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的關(guān)系為16２.４.１轉(zhuǎn)速與時間的關(guān)系電動機(jī)轉(zhuǎn)矩TM、負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的關(guān)恒轉(zhuǎn)矩啟動時間電動機(jī)的加速時間常數(shù)Ti

1717２.４.２IM加速時間的估算若已知Tmax和則sm

，則近似有：因得18２.４.２IM加速時間的估算181919２.４.３DM的加速時間他勵DM，忽略DU0，則若起動時，TL不變，設(shè)TL對應(yīng)的電流為IL，則有：因Tm：機(jī)電時間常數(shù)20２.４.３DM的加速時間他勵DM，忽略DU0，則Tm：機(jī)電

皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴(yán)重?fù)p害的，全身性疾病，而且不少患者同時伴有惡性腫瘤。它的1癥狀表現(xiàn)如下：1、早期皮肌炎患者，還往往伴有全身不適癥狀，如-全身肌肉酸痛，軟弱無力，上樓梯時感覺兩腿費力；舉手梳理頭發(fā)時，舉高手臂很吃力；抬頭轉(zhuǎn)頭緩慢而費力。皮肌炎圖片——皮肌炎的癥狀表現(xiàn)皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴(yán)重機(jī)電時間常數(shù)轉(zhuǎn)速的時間函數(shù)

2222２.５啟動電阻的計算*主要針對繞線式IM，以及DM繞線式IMDM23２.５啟動電阻的計算*主要針對繞線式IM，以及DM繞線電阻啟動的檔數(shù)、電阻24電阻啟動的檔數(shù)、電阻24檔數(shù)、電阻值、啟動時間的計算原則幾個假定：啟動中，限制每檔的最大轉(zhuǎn)子電流為Ih，最小為I1；轉(zhuǎn)子反電動勢正比于轉(zhuǎn)差率s，在t＝０時為E（最大）。計算方法：令啟動總電阻上的壓降=轉(zhuǎn)子反電勢sE，列寫方程；總啟動時間=各檔時間之和適應(yīng)性：也適應(yīng)于DM的串電阻啟動的計算,但需定義

ns=最后一檔的空載轉(zhuǎn)速nf；

s=1–n/nf25檔數(shù)、電阻值、啟動時間的計算原則幾個假定：25檔檔電阻總電阻反電勢（初始）終了轉(zhuǎn)差第一檔R1s1

第二檔R2s2

第三檔R3s3

….….….….….第u檔Ru=Ra

su

具體過程：26檔檔電阻總電阻反電勢（初始）終了轉(zhuǎn)差第一檔R1由上圖得到：可見，確定I1和Ih后，就可以由Ra確定Ru-1…R1。檔數(shù)：第m檔用的時間(?)：=Ra27=Ra27串電阻分級啟動轉(zhuǎn)速、電流波形28串電阻分級啟動轉(zhuǎn)速、電流波形28２.６各種電動機(jī)的啟動方法２.６.１籠式IM的啟動２.６.２繞線式IM的啟動２.６.３DM的啟動29２.６各種電動機(jī)的啟動方法２.６.１籠式IM的啟動29２.６.１籠型IM的啟動直接啟動：(Ist=5-7IN，Tst=1-2TN) 當(dāng)電源容量小（譬如孤立電源），影響大；當(dāng)負(fù)載GD2較大時，啟動用時較長，易發(fā)熱、損傷；當(dāng)Tst過高時，可能破壞負(fù)載設(shè)備。Y-D啟動法（定子側(cè)）：啟動用Y，正常用D自耦調(diào)壓器降壓啟動（啟動補(bǔ)償器）：設(shè)降壓為原來的1/a

串電抗器啟動(設(shè)降壓為原來的1/a)：存在的問題30２.６.１籠型IM的啟動直接啟動：(Ist=5-7IN２.６.２繞線式IM的啟動轉(zhuǎn)子串電阻啟動：不僅可以提高啟動轉(zhuǎn)矩；還可以減少啟動電流。

31２.６.２繞線式IM的啟動轉(zhuǎn)子串電阻啟動：31２.６.３DM的啟動直接啟動：限于小容量（1kW以下）

串電阻啟動:手動法：（三點啟動器）自動法限流加速法：限定電流下限，到達(dá)即切換；反電勢加速法：根據(jù)檢測到的反電勢，進(jìn)行切換；限時加速法：按預(yù)定的時間切換。軟啟動:

即調(diào)壓啟動,利用電力電子技術(shù),使電壓由零開始上升。

32２.６.３DM的啟動直接啟動：限于小容量（1kW以下）32.6.4SM的啟動SM的啟動思路：異步啟動，牽入同步。方案一：采用實心磁極，利用阻尼繞組，異步啟動；方案二：同時利用勵磁繞組、阻尼繞組，異步啟動；牽入同步的條件:失步轉(zhuǎn)矩，代表勵磁的大小332.6.4SM的啟動SM的啟動思路：異步啟動，牽入同步。2.7制動2.7.1制動的分類

2.7.2制動時間

2.7.3制動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的損耗342.7制動2.7.1制動的分類342.7.1制動的分類制動舉例：（一邊吸收負(fù)載能量，一邊運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)行方式）減速停機(jī)反轉(zhuǎn)吊車下放物體、電車下坡：（速度不變）352.7.1制動的分類制動舉例：（一邊吸收負(fù)載能量，一邊運(yùn)制動方法：機(jī)械制動方法：（利用機(jī)械轉(zhuǎn)矩、摩擦轉(zhuǎn)矩） （停止時也有制動轉(zhuǎn)矩，但損耗大）電磁制動器無電壓動作制動器：靠彈力加壓、電磁鐵釋壓（安全）電壓動作制動器：靠電磁鐵加壓、彈力釋壓（易控）電動液壓制動器電氣制動法：（利用電路吸能） （可頻繁、連續(xù)制動，但停止時無制動轉(zhuǎn)矩）能耗制動：發(fā)電狀態(tài)，能量消耗于電阻反接制動：電源反接（DM）、或反相序（IM） （I↑→TM反向↑→能量消耗于電阻）回饋制動：接線不變，降低電源電壓或升高反電勢 （I反向→發(fā)電機(jī)狀態(tài)→能量回饋電網(wǎng)）渦流制動：安裝渦流吸能制動器

36制動方法：36制動的減速轉(zhuǎn)矩=TL+制動轉(zhuǎn)矩Tb制動時的運(yùn)動方程：

TL+Tb=-J

dw/dt

由此可計算制動到不同速度所需要的時間。2.7.2制動時間37制動的減速轉(zhuǎn)矩=TL+制動轉(zhuǎn)矩Tb2.7.2制Tb、TL分別產(chǎn)生制動能量：Ab：由制動機(jī)構(gòu)吸收；AL：由負(fù)載本身吸收（摩擦等）。制動的總能量=Ab+AL=動能的變化量DA能量Ab=DA–AL的去處：回饋制動時，Ab回饋電網(wǎng)，制動機(jī)構(gòu)不發(fā)熱；其它制動中，Ab轉(zhuǎn)換成熱量；反接制動時，除Ab外，還有來自電網(wǎng)的功率消耗在電動機(jī)的內(nèi)阻上。2.7.3制動的能耗38Tb、TL分別產(chǎn)生制動能量：2.7.3制動的能耗382.8正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、拖動、制動等轉(zhuǎn)矩的表示↓↑發(fā)電、減速電動、提升發(fā)電、下放電動、加速392.8正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、拖動、制動等轉(zhuǎn)矩的表示↓↑發(fā)電、減速電習(xí)題(10)他勵直流電動機(jī)額定數(shù)據(jù)為：Pe=22kW，Ue=220V，Ie=115A，ne=1500r/min，電樞回路電阻Ra=0.1W，電樞回路最大允許電流Imax=2Ie。求： ①電動機(jī)驅(qū)動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載Mz