当前位置:
文档之家› 直流电机拖动 《电机与拖动基础》 第三版 林瑞光 主编
直流电机拖动 《电机与拖动基础》 第三版 林瑞光 主编
第二章 直流电动机的电力拖动
2.3 他励直流电动机的起动
电动机的起动是指电动机接通电源后,由静止状态加速到稳 定运行状态的过程。 起动瞬间,起动转矩和起动电流分别为 Tst CT ΦI st UN I st Ra 起动时由于转速为零,电枢电动势为零,而且电枢电阻很 小,所以起动电流将达很大值。 过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户 的正常用电、使电动机的换向恶化;同时过大的冲击转矩会损 坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。
T2 I2
第二章 直流电动机的电力拖动
二、分级起动电阻的计算 设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3,则有: b点 R3 I 2 U N Ea1
c点 R2 I1 U N Ea1
d点 R2 I 2 U N Ea 2 e点 R1 I1 U N Ea 2 f点 R1 I 2 U N Ea 3 g点 Ra I1 U N Ea 3
GD2 dn (3)惯性转矩 375 dt 的大小和正负号由 T 和 TZ 的代数和决定。
第二章 直流电动机的电力拖动
2.1.2
负载的转矩特性
负载的转矩特性,就是负载的机械特性,简称负载特性。 一、恒转矩负载特性 恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩TL 与转速 n 无关 的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。 1.反抗性恒转矩负载 2.位能性恒转矩负载
I aB
RZ
M
制动
Ea
Tem
n
If
T
第二章 直流电动机的电力拖动
能耗制动时的机械特性为:
n Ra Rz T T 2 CeCM N
Ce N n Ia Ra Rz
制动瞬间 工作点
n
B
电动机电动状 态工作点
n0
A
Ra
制动过程 工作段
Ra R Z
0
C
电动机拖动反抗性 负载,电机停转。
第二章 直流电动机的电力拖动
2.3.2 电枢回路串电阻起动 一、起动过程 以三级电阻起动时电动机为例
n
S
U
S1 S 2
M
S3
nN
n3
n0
h
n2
f 3
d
b
1
n1
TZ IZ
2
a
g Ra Ra R1 R1
Ra R 1 R 2 R 3
e
c
R a R 1 R 2 R2
R a R 1 R 2 R 3 R 3 T T1 I1 I
Tz
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.1 机械特性的表达式 直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、 电枢回路电阻为恒值的条件下,即电动机处于稳态运行时,电动 机的转速与电磁转矩之间的关系:n f(T ) 由电机的电路原理图可得机械特性的表达式:
Ra R U n T 2 Ce CeCM
n
TZ
第二章 直流电动机的电力拖动
运动方程的实用形式:
GD2 dn T TZ 375 dt
系统旋转运动的三种状态 dn 1)当 T TZ 或 0 时,系统处于静止或恒转速运行状态,即处 dt 于稳态。 2)当 T TZ 或
dn 0 时,系统处于加速运行状态,即处于动态。 dt dn T TZ 或 3)当 0 时,系统处于减速运行状态,即处于动态。 dt
比较以上各式得:
R3 R2 R1 I1 β R2 R1 Ra I 2
第二章 直流电动机的电力拖动
计算各级起动电阻的步骤:
(1)估算或查出电枢电阻 Ra ;
(2)根据过载倍数选取最大转矩 T1 对应的最大电流 I 1 ;
(3)选取起动级数 m;
β (4)计算起动电流比: m Rm Ra
n UN Ra .T 2 Ce N CeCM N n0 N .T
由于电枢电阻很小,特性曲线斜率很小,所以固有机械特性 是硬特性。 二、人为机械特性 当改变U 或 Ra 或Φ 得到的机械特性称为人为机械特性。
第二章 直流电动机的电力拖动
1、电枢串电阻时的人为特性
保持 U U N ,Φ ΦN 不变,只在电枢回路中串入电阻 R 的人为 特性
n02 n
n01
Φ2
Φ1
Φ2 Φ1 Φ N
n0
n 特点:1)弱磁,0增大;
β 2)弱磁, 增大
ΦN
T
Tk 2 Tk 1 Tk
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2.3
机械特性求取
二、人为特性的求取
一、固有特性的求取
已知 PN ,U N, I N , nN ,求两点:1)理想空载 点 (T 0, n n 0 ) 和额定运行 (T TN , n n N ) 。 具体步骤:
在已知起动电流比β和电枢电 阻前提下,经推导可得各级串联电 阻为:
R 1 (β 1) R a R 2 (β 1) βR a βR 1 R 3 (β 1) β 2 R a β 2 R 1 R m (β 1) β m 1R a β m 1R 1
n0 称为理想空载转速。
n0 n'0 nN
n
Ra U 实际空载转速n T0 0 2 Ce Φ Ce C M Φ
Tem
T0
TN
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2.2 固有机械特性和人为机械特性 一、固有机械特性 当 U U N , Φ ΦN , R R a 时的机械特性称为固有机械特性:
T (4)计算额定工作点: N CM ΦN I N , n n N
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件 处于某一转速下运行的电力拖动系统,由于受到某种扰动, 导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态,如果系统能在 新的条件下达到新的平衡状态,或者当扰动消失后系统回到原来 的转速下继续运行,则系统是稳定的,否则系统是不稳定的。 在A点,系统平衡 T TZ 扰动使转速有微小增量,转速由nA T 上升到nA , TZ 。 扰动消失,系统减速,回到 A 点运行。 扰动使转速有微小下降,由n A下降 到 n , T TZ 。 A
U N I N PN Ra (1)估算 Ra : 2 I2 N U N I N Ra (2)计算 CeΦN 和CM ΦN : Ce Φ N nN CM ΦN 9.55CeΦN UN (3)计算理想空载点:T 0, n 0 Ce Φ N
在固有机械特性 方程 n n 0 βT 的基础上,根据人为 R 特性所对应的参数 f 或 U 或Φ 变化,重新 计算n0 和 β ,然后得 到人为机械特性方程 式。
UN Ra R n T 2 Ce Φ N Ce C M Φ N
β 特点:1)n0 不变, 变大;
n
n0
2) β 越大,特性越软。
Ra
Ra R T
第二章 直流电动机的电力拖动
2、降低电枢电压时的人为特性 保持 R Ra ,Φ ΦN 不变,只改变电枢电压时的人为特性:
Ra U n T 2 Ce Φ N Ce C M Φ N
为了限制起动电流,他励直流电动机通常采用电枢回路串 电阻或降低电枢电压起动。
第二章 直流电动机的电力拖动
2.3.1
降压起动
当直流电源电压可调时,可采用降压方法起动。
起动时,以较低的电源电压起动电动机,起动电流随电源 电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升,反电动势逐 渐增大,再逐渐提高电源电压,使起动电流和起动转矩保持在 一定的数值上,保证按需要的加速度升速。 降压起动需专用电源,设备投资较大,但它起动平稳,起 动过程能量损耗小,因此得到广泛应用。
n
TZ
n
TZ
第二章 直流电动机的电力拖动
二、恒功率负载特性 恒功率负载特点是:负载转 矩与转速的乘积为一常数,即TZ 与 n 成反比,特性曲线为一条双 曲线。
三、泵与风机类负载特性
负载的转矩TZ 基本上与转 速 n 的平方成正比。负载特性 为一条抛物线。
n
n
理想的通 风机特性
实际通风 机特性
Tz
Tz0
Ea I aB I max ( 2 ~ 2.5 ) I N Ra RB Ea RB Ra ( 2~2.5 ) I N
其中Ea 为制动瞬间的电枢电动势。
能耗制动操作简单,但随着转速下降,电动势减小,制动电流 和制动转矩也随着减小,制动效果变差。若为了尽快停转电机,可 在转速下降到一定程度时,切除一部分制动电阻,增大制动转矩。
n
n0
UN
n01
特点:1)n0随 U 变化, β 不变; 2)U不同,曲线是一组平行线。
U1 U N
U1
Tem
第二章 直流电动机的电力拖动
3、减弱励磁磁通时的人为特性
保持R Ra ,U U N 不变,只改变励磁回路调节电阻R f的人为特性:
UN Ra n T 2 Ce Φ Ce C M Φ
GD2 dn 或 (T TZ ) 称为动负载转矩,把 TZ 称为静负载转矩. 常把 375 dt
第二章 直流电动机的电力拖动
二、运动方程式中转矩正、负号的规定
首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方 向,然后规定:
(1)电磁转矩 T 与转速 n 的正方向相同时为正,相反时为负。
(2)负载转矩 TZ 与转速 n 的正方向相同时为负,相反时为正。
n
nA nA nA
0
A
T
TZ
扰动消失,系统加速,回到 A 点运行。
第二章 直流电动机的电力拖动