[學(xué)習(xí)]孫建忠電機(jī)與拖動(dòng)第8章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

1、大連理工大學(xué)電氣工程系,第 8 章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng),第 8 章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng),8.2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),8.3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,8.4 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),8.5 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行,8.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,電機(jī)與拖動(dòng),8.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,當(dāng) Ua、Ra、If = 常數(shù)時(shí)： 　 n = f (Te),—— 機(jī)

2、械特性,= n0－β Te= n0－△n,理想空載轉(zhuǎn)速,—— 機(jī)械特性的硬度,,,電機(jī)與拖動(dòng),—— 固有機(jī)械特性,一、固有機(jī)械特性,二、人為機(jī)械特性1. 電樞回路串電阻的人為特性:,Ra,Ra＜Ra1＜Ra2,Ra↑,→β↑,→α↓,即機(jī)械特性變軟。,,,電機(jī)與拖動(dòng),特點(diǎn)：硬特性，?＝(3～8)%,2. 降低電樞電壓時(shí)的人為特性,UN＞Ua1＞Ua2,Ua↓,→n0↓,但β、α 不變,→機(jī)械特性的硬度不變。,,,電機(jī)與拖動(dòng),3.

3、減小勵(lì)磁電流時(shí)的人為特性,Tst,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,ΦN＞Φ1＞Φ2,堵轉(zhuǎn)電流,Ist= UN/Ra,Tst= CTΦUN/Ra,,,電機(jī)與拖動(dòng),8.2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),● 起動(dòng)性能:,①起動(dòng)電流 Ist ；,②起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst。,● 直接起動(dòng)： 起動(dòng)瞬間：,n = 0，E = 0,= (10 ~ 20) IN,—— 換向決不允許!,Te = Tst = CTΦ Ist,= (10 ~ 20) TN,,,電機(jī)與拖動(dòng),一、電樞

4、串聯(lián)電阻起動(dòng),,,1. 分級(jí)起動(dòng)過(guò)程(1) 串聯(lián) (Rst1+Rst2) 起動(dòng)：,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 (電流)：T1 (I1) = (1.5 ~ 2.0) TN (IN),,,(2) 切除 Rst2 :,切換轉(zhuǎn)矩 (電流)： T2 (I2) = (1.1 ~ 1.2) TL (IL),R2 = Ra + Rst1 + Rst2,R1 = Ra + Rst1,,,電機(jī)與拖動(dòng),,,(2) 切除Rst1 :,電樞總電阻為: Ra,,起動(dòng) a 點(diǎn),→加

5、速到 b 點(diǎn),瞬間 n不變,跳變到 c 點(diǎn),↓,→加速到 d 點(diǎn),跳變到 e 點(diǎn),瞬間 n不變,加速到 f 點(diǎn)←,穩(wěn)定運(yùn)行于 f 點(diǎn)←,,,電機(jī)與拖動(dòng),2. 起動(dòng)級(jí)數(shù)未定時(shí)的起動(dòng)電阻的計(jì)算,(1) 測(cè)出或由銘牌數(shù)據(jù)估算出 Ra；(2) 確定最大起動(dòng)電流 I1 、切換電流 I2 ； 起切電流比：,(3) 求出起動(dòng)時(shí)的電樞總電阻 Rm,(4) 確定起動(dòng)級(jí)數(shù) m：,,,電機(jī)與拖動(dòng),nd = ne,即：Ed = Ee,Ua － R1

6、I2 = Ua － RaI1,R1I2 = RaI1,=βRa,同理，由 nb = nc可得：,=βR1,=β2Ra,對(duì)于 m 級(jí)起動(dòng)，有：,Rm=βmRa,,RaR1R2,,,電機(jī)與拖動(dòng),(5) 確定各段總電阻值和各段電阻值：,各段總電阻值：R1 =βRa R2 =βR1=β2Ra R3 =βR2=β3Ra

7、 …… Rm =βR(m－1) =βmRa各段電阻值： Rst1 = R1－Ra Rst2 = R2－R1 Rst3 = R3－R2 ……

8、 Rstm = Rm－R(m－1),,,電機(jī)與拖動(dòng),3. 起動(dòng)級(jí)數(shù)已定時(shí)的起動(dòng)電阻的計(jì)算,(1) 測(cè)出或由銘牌數(shù)據(jù)估算出 Ra；(2) 確定最大起動(dòng)電流 I1，計(jì)算：,校驗(yàn)： I2 >(1.1~1.2) IL,(4) 確定各段總電阻值和各段電阻值。,(3) 確定切換電流 I2,,,電機(jī)與拖動(dòng),,二、降低電樞電壓起動(dòng),,,,,? 自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓，平滑起動(dòng)，損耗小。? 需要可調(diào)直流電源。,三、 他勵(lì)直

9、流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn),1. 磁場(chǎng)反向,Te = CTΦ Ia,2. 電樞反向,● Lf大，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)。● 容易使繞組斷開(kāi)。,正向電動(dòng),反向電動(dòng),問(wèn)題： 怎樣改變并勵(lì)、串勵(lì)、積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向？,,,電機(jī)與拖動(dòng),8.3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,◆ 調(diào)速的技術(shù)指標(biāo)： 調(diào)速范圍、靜差率、平滑性、容許輸出。,20 ~ 120 20 ~ 40 3 ~ 120 3 ~ 20 30%

10、 5% 0.2% 0.01%,◆ 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)： 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用。,Ua,Ra,Φ,Φ,,,電機(jī)與拖動(dòng),,◆ 調(diào)速方法：,一、改變電樞電阻調(diào)速,＞,,,,,,(1) 調(diào)速方向：在 nN 以下 調(diào)節(jié)。 (Ra + Rc)↑→n↓，(Ra + Rc)↓→n↑ 。(2) 調(diào)速的穩(wěn)定性: (Ra + Rc)↑,→β↑,→α↓,→δ↑,→ 穩(wěn)定性變差。,(3)

11、 調(diào)速范圍：受穩(wěn)定性影響，D 較小。,,,電機(jī)與拖動(dòng),(4) 調(diào)速的平滑性：,P2 = Pe － P0 ≈ Pe = CE ? n Ia,—— 低速效率低。,(6) 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載： Te = CTΦN IaN,—— 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,取決于 Ra 的調(diào)節(jié)方式，一般為有級(jí)調(diào)速。(5) 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性： P1 = Ua Ia = CE? n

12、0 Ia,,,電機(jī)與拖動(dòng),● 結(jié)論：,(1) 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性很差；(2) 調(diào)速方法簡(jiǎn)單，控制設(shè)備不復(fù)雜；(3) 一般用于：串勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的電車、 煉鋼車間的澆鑄吊車等生產(chǎn)機(jī)械?！?提高機(jī)械特性硬度的方法：,,,電機(jī)與拖動(dòng),二、改變電樞電壓調(diào)速,＞,降低 Ua 調(diào)速的過(guò)程:,,,,(1) 調(diào)速方向: 在 UN（或nN）以下調(diào)節(jié)。 Ua↓→n↓，Ua↑→n↑。(2) 調(diào)速的穩(wěn)定性:

13、 改變 Ua,→α、β不變，,但δ↑,→穩(wěn)定性變差。,(3) 調(diào)速范圍：D 不大（D≤8） 。(4) 調(diào)速的平滑性：連續(xù)調(diào)節(jié) Ua ，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 (5) 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性：需要專用直流電源。(6) 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載: Te = CTΦN IaN,——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,,,電機(jī)與拖動(dòng),三、減弱磁通調(diào)速,,Φ↓,E↓,→Ia↑,→Te↑,→n↑,→ Ia 和 Te上升至某一最大,→E 下降至某一最

14、小值后回升,→Te = TL,值后下降,→n = nc,→ Ta = Tc ，Ia1＜ Ia2,,,電機(jī)與拖動(dòng),在 nN 以上（ΦN 以下）調(diào)節(jié)。(2) 調(diào)速的穩(wěn)定性: Φ↓,(1) 調(diào)速方向:,→△n↑，n0↑,→δ 不變，,穩(wěn)定性好。,(3) 調(diào)速范圍：受機(jī)械強(qiáng)度（nmax）的限制，D 不大。 普通 M ：D = 2，特殊設(shè)計(jì)的 M ：D = 4。(4) 調(diào)速的平滑性: 連續(xù)調(diào)節(jié)Uf（或Rf）可實(shí)

15、現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。(5) 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性: 調(diào)節(jié)Rf 比較經(jīng)濟(jì)；調(diào)節(jié)Uf 則需要專用直流電源。(6) 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載： Φ↓→Te↓，n↑，,P 基本不變，,為恒功率調(diào)速。,,,電機(jī)與拖動(dòng),◆ 應(yīng)用：,不經(jīng)常逆轉(zhuǎn)的重型機(jī)床。如：國(guó)產(chǎn) C660、C670 等機(jī)床， 重型龍門刨床的主傳動(dòng)在高速區(qū)的調(diào)速。,,,電機(jī)與拖動(dòng),8.4 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),制動(dòng)目的：快速停車、勻速下放重物等。制動(dòng)方法：,

16、機(jī)械制動(dòng)、電氣制動(dòng),,一、能耗制動(dòng),制動(dòng)狀態(tài),能耗制動(dòng)時(shí)：,動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，,被電阻消耗掉。,,,電機(jī)與拖動(dòng),制動(dòng)前：,制動(dòng)開(kāi)始后：特性 2 Ua = 0， n0 = 0,特性 1,,,1. 迅速停車(反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載)(1) 制動(dòng)原理： 工作點(diǎn)由,a →b，,na = nb，,→Te 和 TL的共同作用,→n↓,Ea = Eb,→Ia 反向,→Te 反向，,制動(dòng)開(kāi)始,→O 點(diǎn),→n = 0，E = 0,

17、→ Ia= 0，Te = 0，,制動(dòng)停車。,制動(dòng)過(guò)程,,,電機(jī)與拖動(dòng),(2) 制動(dòng)效果,Rb↓,→Ia↑,→|Tb |↑,→制動(dòng)快，停車迅速。,≤ (1.5~2) IaN,切換點(diǎn):,Rb 的選擇:,,,電機(jī)與拖動(dòng),2. 下放重物（位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）,,,→Te= 0， TL≠0,→Te 再次反向，,工作點(diǎn)由 a →b →O 點(diǎn),→n 反向起動(dòng),→E 反向,→ Ia 再次反向,n 反向↑,→E 反向↑,→Ia↑,(1) 制動(dòng)原理,,→Te

18、↑,→Te = TL,→c 點(diǎn)。,制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài),,,電機(jī)與拖動(dòng),重物的作用使電機(jī)反轉(zhuǎn)，TL不等于0,(2) 制動(dòng)效果,Rb↓,→特性 2 斜率↓,→ | nc | ↓,→下放重物慢。,Rb 的選擇:,校驗(yàn):,,,電機(jī)與拖動(dòng),,n↓→n=0, →n＜0 , E＜0,制動(dòng)運(yùn)行,,,電機(jī)與拖動(dòng),,二、反接制動(dòng),1. 電壓反向反接制動(dòng),—— 迅速停車,－Ua＋,制動(dòng)狀態(tài),電樞反接時(shí)：,動(dòng)能、電源電能均被 R 消耗掉。,,,電機(jī)與拖動(dòng),制

19、動(dòng)前：,制動(dòng)開(kāi)始后：,特性1,特性2,,,,電機(jī)與拖動(dòng),,a→b，,na= nb，Ea= Eb，,→Te 和 TL的共同作用,→n↓,工作點(diǎn)由,→Ia 反向,→Te反向，,制動(dòng)開(kāi)始,↓→c點(diǎn),→n = 0，Te ≠ 0,,立刻斷電，,停車。,制動(dòng)過(guò)程,(1) 制動(dòng)原理,,未斷電，反向起動(dòng),→ d 點(diǎn)，反向電動(dòng)運(yùn)行。,,,電機(jī)與拖動(dòng),（反抗性負(fù)載）,(2) 制動(dòng)效果,Rb↓,→特性 2 斜率↓,→制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tb↑，制動(dòng)快。,Rb 的選擇:

20、,制動(dòng)開(kāi)始時(shí)的E,,,電機(jī)與拖動(dòng),,,2. 電動(dòng)勢(shì)反向反接制動(dòng) —— 低速下放重物,,開(kāi)始減速,,①電樞接入 Rb ；,② Ia?? →Te↓,→Te＜TL→n↓,n = 0,,Te＜TL,③ n↓→ n＜0 →|n |↑,→ |E |↑,→Ia↑,→Te↑→Te = TL,制動(dòng)狀態(tài),,,電機(jī)與拖動(dòng),,,a 點(diǎn),n↓,Te↑,① 由正向電動(dòng)提升重物到 反向制動(dòng)下放重物的過(guò)程：制動(dòng)前（特性 1）：,c點(diǎn),(1) 制動(dòng)原理,制動(dòng)開(kāi)

21、始后（特性 2）：,b 點(diǎn),d點(diǎn)，Te = TL,n↓,Te↑,n不能躍變,制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài),n＜0,Te＞0,,,電機(jī)與拖動(dòng),② 重物由靜止到反向制動(dòng)下放重物的過(guò)程,制動(dòng)前：,n = 0,制動(dòng)開(kāi)始后：,,Tst,a 點(diǎn),b 點(diǎn)， Te = TL,電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng),－n↑,Te↑,→制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。,(2) 制動(dòng)效果： Rb↓,→機(jī)械特性斜率↓,→ b 點(diǎn)上移,Rb 的選擇:,→ nL↓。,,,電機(jī)與拖動(dòng),三、回饋制動(dòng),特點(diǎn)：

22、,n＞n0,→E＞Ua,→電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)， 動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能回饋電網(wǎng)。,1. 正向回饋制動(dòng) —— 電車下坡,,●平地或上坡行駛時(shí)工作在 a 點(diǎn)。,●下坡行駛時(shí)： TL 反向 →TL2,,→n ↑,,→n＞n0 → E＞Ua,→ Ia＜0 →Te＜0,→ n↑,→ b 點(diǎn)（TL2 = Te）。,,,電機(jī)與拖動(dòng),制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài),n?→E?→Ia(Te)?→n=n0, E=Ua, T=0,n?→E(＞Ua)? →Ia(

23、Te)＜0→|Te|?,下坡,,,電機(jī)與拖動(dòng),● 在降低電樞電壓調(diào)速過(guò)程中,,＞,,,a點(diǎn),n↓,Te↑,c點(diǎn),b點(diǎn),d點(diǎn)，Te =TL,n↓,Te ↑,n不能躍變,bc 段： n＞n0 —— 回饋制動(dòng)。,,,電機(jī)與拖動(dòng),2. 反向回饋制動(dòng) ——下放重物,,,,,,,,E,Ia,,電動(dòng)狀態(tài),＋Ua －,,,,,,＋Uf－,,制動(dòng)過(guò)程,電壓反向,反向起動(dòng),n?→E＞Ua→Ia(Te)反向,回饋制動(dòng),,,電機(jī)與拖動(dòng),

24、2. 反向回饋制動(dòng) ——下放重物,,,,a 點(diǎn),c 點(diǎn),b 點(diǎn),d 點(diǎn),n不能躍變,e 點(diǎn)，Te = TL,回饋制動(dòng),電壓反向反接制動(dòng)過(guò)程,反向起動(dòng)過(guò)程,回饋制動(dòng)過(guò)程,回饋制動(dòng)運(yùn)行,,,電機(jī)與拖動(dòng),● 制動(dòng)效果：,Rb↓,→ ne↓。,● Rb 的選擇:,校驗(yàn):,,,電機(jī)與拖動(dòng),●電壓反向反接制動(dòng)與反向回饋制動(dòng)的比較,,,電機(jī)與拖動(dòng),8.5 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行,1. 電動(dòng)狀態(tài),,,電機(jī)與拖動(dòng),2. 制動(dòng)狀態(tài),,,電機(jī)與拖動(dòng)