直流電機(jī)的電力拖動教學(xué)課件

目錄第3章直流電動機(jī)的電力拖動3.1電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程3.2他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性3.3他勵直流電動機(jī)的啟動3.4他勵直流電動機(jī)的制動3.5他勵直流電動機(jī)的調(diào)速3_1電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方·3.1.1運(yùn)動方程式電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式描述了系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài),系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)取決于作用在原動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的各種轉(zhuǎn)矩。(1)運(yùn)動方程表達(dá)式電動機(jī)直接與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)相接。下面分析電動機(jī)直接與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)相接時(shí),拖動系統(tǒng)的各種轉(zhuǎn)矩及運(yùn)動方程式。在圖3,1中,電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T。m通常與轉(zhuǎn)速n同方向,是驅(qū)動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩,即負(fù)載轉(zhuǎn)矩T通常是制動性質(zhì)的如果忽略電動機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩T,根據(jù)牛頓第二定律可知,拖動系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)動方程式為T-71.=J3.1)3_1電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方式中,J為運(yùn)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量,單位為kgm2;ω為系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的角速度,單位為rad/s為系統(tǒng)的慣性轉(zhuǎn)矩,單位為Nm在實(shí)際工程計(jì)算中,經(jīng)常用轉(zhuǎn)速n代替角速度來表示系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動速度,用飛輪慣量或稱飛輪矩GD2代替轉(zhuǎn)動慣量J來表示系統(tǒng)的機(jī)械慣性。由此可得運(yùn)動方程的實(shí)用形式375dt式中,GD2為旋轉(zhuǎn)體的飛輪矩,單位為N●m2。飛輪矩GD是反映物體旋轉(zhuǎn)慣性的一個整體物理量。電動機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的G;可從產(chǎn)品樣本和有關(guān)設(shè)計(jì)資料中查到。(2)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的三種狀態(tài)當(dāng)Tem=TL時(shí),=0,系統(tǒng)處于靜止或恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài),即處于穩(wěn)態(tài)3_1電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方當(dāng)Tem>T1時(shí),,>0,系統(tǒng)處于加速運(yùn)行狀態(tài),即處于瞬態(tài)過程。當(dāng)Tem<TL時(shí)<0,系統(tǒng)處于減速運(yùn)行狀態(tài),也是處于瞬態(tài)過程。(3)運(yùn)動方程式中轉(zhuǎn)矩正、負(fù)號的規(guī)定選定電動機(jī)處于電動狀態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檗D(zhuǎn)速:的正方向,然后按照下列規(guī)則確定轉(zhuǎn)矩的正、負(fù)號電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)速n的正方向相同時(shí)為正,相反時(shí)為負(fù);負(fù)載轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的正方向相反時(shí)為正,相同時(shí)為負(fù)。3.1.2負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式是集電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Tem、生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T及系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速:之間的關(guān)系于一體,定量地描述了拖動系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律。但是,要對運(yùn)動方程式求解,首先必須知道3_1電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方電動機(jī)的機(jī)械特性:n=f(Tm)及負(fù)載的機(jī)械特性:n=f(TL)。負(fù)載的機(jī)械特性也稱為負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性,簡稱負(fù)載特性。下面先介紹生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性。雖然生產(chǎn)機(jī)械的類型很多,但是生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性基本上可以分為三大類1)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性所謂恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性,是指生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速:無關(guān)的特性。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又分為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小恒定不變,而負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向總是與轉(zhuǎn)速的方向相反,即負(fù)載轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)總是起反抗運(yùn)動作用的阻轉(zhuǎn)矩。顯然,3_1電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性在第一和第三象限內(nèi),如圖3,2所示。如皮帶運(yùn)輸機(jī)、軋鋼機(jī)、機(jī)床的刀架平移和行走機(jī)構(gòu)等由摩擦力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的機(jī)械都屬于反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小恒定不變,而且負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向也不變。位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性位于第一和第四象限內(nèi),如圖33所示。如起重機(jī),無論是提升重物還是下放重物,由物體重力所產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向是不變的。(2)恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載的特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù),即負(fù)載功率PL=TLω=常數(shù),即負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n成反比。恒功率負(fù)載特性是3_1電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方條雙曲線,如圖34所示。某些生產(chǎn)工藝過程,要求具有恒功率負(fù)載特性。例如車床的切削,粗加工時(shí)需要較大的吃刀量和較低的轉(zhuǎn)速,精加工時(shí)需要較小的吃刀量和較高的轉(zhuǎn)速;又如軋鋼機(jī)軋制鋼板時(shí),小工件需要高速度低轉(zhuǎn)矩,大工件需要低速度高轉(zhuǎn)矩,這些工藝要求都是恒功率負(fù)載特性(3)泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性水泵、油泵、通風(fēng)機(jī)和螺旋槳等機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比。這類機(jī)械的負(fù)載特性是一條拋物線,如圖3,5所示32他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性·3.2.1機(jī)械特性的表達(dá)式直流電動機(jī)的機(jī)械特性是指在電動機(jī)的電樞電壓、勵磁電流、電樞回路電阻為恒定值的條件下,即電動機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩Tcm之間的關(guān)系。由于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都是機(jī)械量,所以把它稱為機(jī)械特性。電動機(jī)的機(jī)械特性對分析電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)行是非常重要的。圖3,6是他勵直流電動機(jī)的電路原理圖,按圖中標(biāo)明的各個量的正方向,可以列出電樞回路的電壓平衡方程式,即(3.3)式中,R=Ra+R,為電樞回路總電阻。將電樞電動勢E=Con和電磁轉(zhuǎn)矩Tem=CIa代入式(3.3)中,可得他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性方程式為32他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性C中CCrΦ7m=1o-67(3.4)式中,n0為電磁轉(zhuǎn)矩Tem=0時(shí)的轉(zhuǎn)速,稱為理想空載轉(zhuǎn)速為機(jī)械特性的斜率;△n為轉(zhuǎn)速降由于電磁轉(zhuǎn)矩Tem與電樞電流r成正比,故機(jī)械特性也可以用下式表示,即C中C(3.5)由式(34)可知,當(dāng)為常數(shù)時(shí),他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性是一條以β為斜率向下傾斜的直線,如圖3,7所示。必須指出,電動機(jī)的實(shí)際空載轉(zhuǎn)速n比理想空載轉(zhuǎn)速n略低。這是因?yàn)殡妱訖C(jī)由于摩擦等原因存在一定的空載轉(zhuǎn)矩,在空載運(yùn)行時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩不可能為零,它必須克服空載轉(zhuǎn)矩,即Tem=T。轉(zhuǎn)速降32他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性△n是理想空載轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速之差,轉(zhuǎn)矩一定時(shí),它與機(jī)械特性的斜率β成正比。β越大,特性越陡,△n越大鄺越小,特性越平,Δn越小。通常稱β大的機(jī)械特性為軟特性,而β小的特性為硬特性?！?.2.2固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性在實(shí)際應(yīng)用中,式(34)中的電樞回路電阻R、端電壓U和勵磁磁通Φ都是可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的,每調(diào)節(jié)一個參數(shù)