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1、第1章 电力拖动基础,1.1 电力拖动系统的运动方程 1.2 电力拖动系统的机械特性 1.3 他励直流电动机的起动、调速与制动1.4 异步电动机的起动、调速与制动,用各种原动机带动生产或工作机械（负载） 产生运动，以完成一定的任务。,1.1.1 电力拖动系统的构成,1.1 电力拖动系统的运动方程,一、“电力拖动 ”的概念,1. 拖动：,用各种电动机作为原动机的拖动方式。,电力拖动控制系统：1.电机及负载2.电力电子变换器（主电路）3.控制器4.检测、反馈装置,电力拖动系统,四个组成部分：1. 电动机 2. 电机控制装置3. 机械传动机构4. 工作机械,二、电力拖动系统的构成,三、电力拖动控制系
2、统结构框图,2. 电力拖动：,1.1.2 机械传动机构与工作机械的折算,物理量： 转矩（力）、转速（速度）、转动惯量（质量） 单位： Nm （N ）、rad/s（m/s)、 kg/m2 ( kg),1折算的概念及折算原则,1） 折算的概念：,折算把一个多轴系统用一个单轴系统或单拖动（推动）系统 来取代。,a）保持折算前后两个系统传送的功率相同 b）保持折算前后两个系统储存的动能相同,2） 折算原则：,3） 折算的物理量：,多轴系统,单轴系统,能量守恒,例，负载轴的动能在折算前后相等，有：,2.折算到电机旋转轴上,（1）负载转矩Tl 的折算,.电动机工作在电动状态时,.电动机工作在发电制动状态时
3、,根据功率相等原则：,传动损耗由电动机承担，,传动损耗功率由工作机构承担,传动效率,得负载转矩折算式为 ：,得负载转矩折算式为 ：,式中，速比,（2）转动惯量J的折算,根据动能相等原则，系统储存的动能相等。,总转动惯量是J为：,得：,例，把电机轴的旋转动能折算为直线运动动能后，两者相等：,3. 折算到直线运动的工作机构上,以电动汽车为例，把旋转的量折算到工作机械方。,（1）拖动力F的折算,（2）运动质量m的折算,有：,根据功率相等原则：,根据动能相等原则，系统储存的动能相等。,得直线运动质量为：,总拖动质量为：,总拖动质量m是电动汽车总质量加上旋转部分的折算值,1.1.3 电力拖动系统的运动方
4、程,对直线运动，运动方程为,对旋转运动，运动方程为,式中：G重量（N）；g重力加速度，g = 9.81m/s2 ； D惯性直径（m）； 惯性半径（m）,的实用形式为,称为飞轮矩,工程上，习惯使用工程单位：转速为n(r/min)，转动惯量用飞轮矩GD2(Nm2)。,375具有加速度量纲,1.1.4 速度控制的本质是对转矩的控制,一、由运动方程式,可知：,当 T=Tl 时， d/dt=0，电力拖动系统处在匀速旋转（含静止不动）的稳态中。,，,当 TTl 时，d/dt0，电力拖动系统处在加速（或反向减速）状态 。,当 TTl 时，d/dt0，电力拖动系统处在减速（或反向加速）状态 。,二、电力拖动自
5、动控制系统（调速系统）控制的目标是速度,要想使系统稳定运行在某一个转速n1时，必须在n1转速下使T=Tl 。,若要使系统稳定在一个更高的转速时，则首先在原转速下使 TTl ，电机加速。,当到达新转速后，再使 T=Tl ，则电机就在新的转速下稳定运行。,三、重要结论：电动机速度控制的本质是对其输出转矩的控制。,四、例：他励直流电动机调压调速的物理过程,原状态：,新状态：,负载转矩 Tl 恒定,1.2 电力拖动系统的机械特性,1.2.1 机械特性,1. 机械特性是指转速与转矩之间的关系曲线，即,机械特性,负载机械特性,电动机机械特性,固有机械特性,人为机械特性,2. 运行状态：,转速n 、转矩T都
6、有正、负值 ,要选定参考正方向。,电动：转矩与转速的方向一致,制动：转矩与转速的方向相反,3. 四象限运行：,1.2.2 负载的机械特性,a)反抗性 b）位能性 c）粘滞摩擦力 d）流体阻力 e）恒功率阻力,例：实际风机的负载机械特性：,实际的机械装置则是多种性质的负载转矩的组合,1.2.3 电动机的固有机械特性,a）他励直流电动机 b）异步电动机 e）同步电动机,1.2.4 电力拖动系统稳定运行条件,条件1. 电机机械特性曲线及负载机械特性曲线的交点,条件2. 且在交点处满足,稳定点,不稳定点,交点处满足,，所以,判别方法：,1.3 他励直流电动机的起动、调速与制动,1.3.1他励直流电动机
7、的人工机械特性,他励直流电动机方程,固有机械特性方程（额定参数时）,人为机械特性,固有机械特性,1.3.2 他励直流电动机的调速,1调速方法,电枢回路串电阻调速；改变电枢端电压调速；弱磁调速。,分别改变则得到三组不同的人为机械特性曲线族,所允许的最大输出转矩,1.3.2 他励直流电动机的调速,2调速时的转矩与功率,图1-11 调速时转矩与功率曲线,所允许的最大输出功率,电机允许流过的最大电流受制于电机的散热条件，一般为额定电流IaN。,自然冷却，自扇冷式 ，他扇冷式 ，水外冷，水内冷，蒸发冷却，超导，等,不变,下降,不变,与转速成正比,在 nnN 的区域，磁通不变，IaN不变，Tmax不变，称
8、恒转矩调速区域。,在 nnN 的区域，磁通减小， ， Pmax不变，称恒功率调速区域。,电机的冷却 方式：,1调速方法,1.3.3 他励直流电动机的起动,常用的起动方法有：,2.降压起动,3.电枢回路串电阻起动,1.直接全压起动,只能用于小容量电机,1.3.4 他励直流电动机的制动,1能耗制动,a）原理电路图,b）机械特性图,制停过程 （是一个动态过程）,c）能量传递简图,最终的稳态工作点：（1）反抗性负载，C点（2）位能性负载 ，D点,制动最常用的地方有二：,1. 快速停车或快速降速,2. 限制（或控制）工作机械产生过高的速度,直流电机制动方法有四：,2回馈制动（再生发电制动 ）,c）能量传
9、递简图,a）原理电路图,b）机械特性图,回馈制动实际中常常出现于：,回馈制动发生条件：电机转速nn0 ，即电机反电势 。,位能性负载拖动电动机转动时，,在调压调速中突然降低端电压以及弱磁调速中突然增加磁通时。,突然降压产生回馈制动分析：,动态制动,电动,3反接制动,4倒拉反转制动,b）能量传递简图,a）机械特性图,条件：电枢电压反向,串入Rj的目的,电机最终的稳态运行点,制动停车用时切断电源方法,条件：1） 电枢正电压； 2） 位能性负载； 3） 电机反转； 4） 串电阻；,制动停车过程为动态过程,倒拉反转制动是稳态运行,1.4 异步电动机的起动、调速与制动,1.4.1 异步电动机的机械特性,
10、1固有机械特性,转矩的物理表达式,转矩的参数表达式 （额定参数时即为固有机械特性表达式）,2人工机械特性,a)改变输入电压 b)绕线式转子回路串电阻 c)改变电源频率 d)改变极对数,1.4.2 异步电动机的起动,a) 降压起动 b) 转子回路串电阻起动 c)变频起动 d)其它,1.4.3 异步电动机的调速,a)调压调速 b) 转子回路串电阻调速c)定子回路串电抗调速,1。变频调速2。变转差调速3。 变极调速,1.4.4 异步电动机的制动,1回馈制动,a)负载带动电机发电 b)变频调速时的回馈制动 d)能量传递简图,发生条件： 1）接交流电源 2）,回馈（发电）原理,发生的场合： a）位能负载带动电机发电 b) 变频调速时降低变频器的输出频率 c) 变极调速时的回馈制动,机械特性曲线图,能量传递简图,c)变极调速时的回馈制动,2能耗制动,1) 原理电路图,2)制动的工作原理： 方法 原理,3) 机械特性曲线图,4) 能量传递简图,原理电路图,3反接制动,4倒拉反转制动,5阻容制动,原理电路图,制动的工作原理,
