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1、第2章 直流电机的电力拖动,电气控制设备要按一定规律控制电动机,使电机按预定的要求运行,深入研究电力拖动系统的运动规律、运行特性,建立电力拖动的运动方程式,第2章 内容(7),2-1 电力拖动系统的运动方程式,2-2 生产机械的负载转矩特性,2-3 他励直流电动机的机械特性,2-4 他励直流电动机的起动,2-5 他励直流电动机的制动,2-6 他励直流电动机的调速,2-1 电力拖动系统的运动方程式,概 念,1.单机单轴系统（单轴系统）,最简单的系统，单台电动机直接与生产机械同轴联接,单轴系统的运动方程式,总负载转矩,空载转矩,生产机械的转矩,工程中，用飞轮矩GD2来表征转动体的惯性作用，它与转动
2、惯量之间的关系,-(2),B.转矩单位为Nm；转速用r/min；飞轮矩GD2单位为Nm2。若产品目录中查得的飞轮矩以kgm2为单位，则必须乘以9.8,C.转矩T和Tz具有方向性，正负号取法如下：电动状态：规定某一电动状态时n的方向为系统的旋转正方向 转矩T的实际方向与n相同时，T为正号；相反则为负号；转矩Tz的实际方向与n相反时，Tz为正号；Tz相反则为负号。,多轴系统的运动方程式,研究对象：电动机轴,把生产机械连同它的传动机构=电动机直接联接的机构负载,根据能量守恒，将各传动轴的上GD2与Tz折算到电动机的轴上,2-2 生产机械的负载转矩特性,单轴或多轴系统，运动方程式,电动机的机械特性,2
3、-2,二、恒功率负载特性,三、通风机负载特性,鼓风机、水泵及油泵,一般负载：两种或几种典型特性的组合,具有这种关系的负载特性，称为通负机型负载转矩特性,还有其他类型的负载特性,2-3 他励直流电动机的机械特性,一、直流电动机机械特性的一般形式 n=f(T),二、他励直流电动机的固有机械特性,下降不多的“硬”特性，负载变化时转速变化很小,与负载转矩特性的配合，决定电力拖动系统的稳定运行和过渡过程。,额定工作点时，不变损耗=可变损耗,2-3,1.电枢回路串电阻时的人为机械特性,特点：理想n0跟固有机械特性相同,2.改变端电压时的人为机械特性,特点：n0比固有机械特性低，且电压越 低，n0越低。,特
4、点：n0比固有机械特性高，且磁通越低，n0越高。,2-3,举例1,举例 2,稳定运行条件,原来平衡状态A点,外界扰动,原来平衡点,扰动消失后,两式相减,结 论,机械特性具有下降特性（他励、并励），带T=c，P=c，通风机等不同性质的负载都稳定运行，其交点就是平衡运行点。,2-4 他励直流电动机的起动,一、方法（他励直流电动机）,刚起动时,起动要求,限制起动电流，一般要求起动初瞬的Ia，不超过IN的1.52.0倍。,必须起动时的电磁转矩TTz而且足够大，使系统获得较大的a而顺利起动。,1.降压起动,方法,F-D,KZ-D,优点：起动平稳，能量损耗小缺点：系统复杂,2.电枢回路串电阻起动,分级起动
5、,全部切除,第三级起动,第二级起动,第一级起动,保证切换时每一级的Imax为I1(T1),而切换电流均为I2(T2),使电机有较大而且较均匀的a，又不会因起动电流过大而造成危害。,分段数m，I1及切换电流I2是根据生产过程与起动要求来选定的。,设计电阻,2-5 他励直流电动机的制动,最简单的办法：断开电枢电源，在总负载转矩下，转速渐停 至停机，称为“自由停车”,缺点：时间长（尤其是空载时）,某些场合要求：快速停车（或降速)，或位能性负载以稳定 的速度下放，这就要求在电机的轴上加一个 与转向相反的制动转矩,1.最简单的办法：用机械动作刹车，依靠摩擦力,2.抱闸制动，采用电磁制动器,3.最好的办法
6、：电气制动，依靠电动机本身产生一个与 转向相反的电磁转矩,制动状态的运行特点,2-5,制动过程中，实际上成为一台他励直流发电机，把机械能转化为电能，消耗在电枢回路上，所以称为能耗制动,参数：,2-5,停车过程,位能性负载稳速下放,影响能耗制动机械特性的斜率,2-5,停车过程,位能性负载稳速下放,若Rz=0,直接起动电流,若Rz大,若Rz小,Rz的选择：取I1=2IN代入能耗特性表达式,Rz的作用：将制动瞬间的电流限制在允许范围内,分段切除制动电阻,F,2-5,二、反接制动,反接制动特点：1）电动机的实际转向与其理想空载转速相反。2）机械能变为电能：,方法：电动机的外加电枢电压与感应电动势的方向
7、在外界的作用下由相反变为相同在反接制动中，把改变电枢电压的方向所产生的反接制动称为电压反向的反接制动；而把改变电枢电动势的方向所产生的反接制动称为电动势反向的反接制动。,2-5,三个象限对应三种状态,2-5,制动瞬间电流,制动效果比较好（与能耗制动相比），可用于快速停机,2-5,2)系统反向起动,2-5,反向起动过程 中，亦可仿照正向电动的方法，逐级切除电枢回路中的电阻Rz，使系统稳定运行在反向固有特性A点上。因此对于要求快速停机而且随后即反向起动的场合，采用电枢反接的反接制动是较合适的。,（3）回馈制动状态,2-5,因此，电机将轴上的机械能（即系统所储的位能）转移成电能而返回电源，处于再生发
8、电机状态，称之为回馈制动,2-5,具有反接制动的特点：,db段的n0，两者相反,U0,Ia0,P10,输入电能Ea0,PM0，输入机械能,这种制动，电枢不反接，但Ea反向了，所以称为电动势 反向的反接制动,可以使系统快速停机或使位能性负载以极低速下放，但制动过程消耗能量最大，是要付出代价的。,例,直流电动机不仅有良好的起动、制动性能，而且具有非常好的调速性能，因而在电力拖动系统中得以应用。,电动机的调速是在一定的负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速。,这种转速的变化是人为改变（或调节）电枢回路的电阻大小所造成的，故称调速或速度调节。,速度变化是指由于电动机的负载转矩发
9、生变化（增大与减小）而引起电动机转速的变化（下降或上升）。,当负载转矩由T1增加到T2时，电动机的转速由nA降低到nB，它是沿某一条机械特性发生的转速变化。,二、他励电动机的调速方法,1.电枢回路串电阻调速,同一T，串入电阻 R 越大，则稳定转速越低，从而达到调速的目的，而且是低于nN的方向调节,优点：设备简单，操作方便,2-6,同一负载Tz，U低，n也低，低于nN方向调节,特点：(1)空载或满载，都有明显的调速效果(2)硬度不变，低速时由于负载变化引起的 转速波动不大，所以静态稳定性好，调 速范围广。(3)无级调速(4)调节过程中能量损耗小,优点：起动能量损耗小，停机可采用回馈制动，能在较大
10、范围实现无级调速缺点：设备复杂，投资大,3.减弱磁通调速,2-6,三、评价调速方法的主要指标,衡量电力拖动系统相对稳定性的一个重要指标，其值大，则转速波动大，要求其值小于某一允许值。,低速时满足要求,4.调速时的电动机的容许输出,5.调速时的经济性,2-6,四、调速方式,Pl，Tl称为调速时容许输出功率与转矩调速方式：表征在整个调速范围内Pl，Tl与转速n的关系,1.恒转矩调速方式（降压调速与串电阻调速),整个调速范围内Tl=TN为常数，故称为恒转矩调速方式,2-6,.恒功率调速方式（弱磁调速),整个调速范围内Pl为常数，故称为恒功率调速方式,电机调速时的利用限度，仅表示容许输出的转矩与功率，不一定是电机的实际输出,
