第2章 直流电机的电力拖动.ppt

1.1 直流电机的工作原理 电力拖动系统工作时，有些部件是做直线运动的，例如：直线电动机，起重机的吊钩，电梯的轿厢；有些部件是做旋转运动的，例如：旋转电动机，齿轮机构及各种作旋转运动的工作机构。因此，运动方程式有两种不同形式： （1）直线运动方程式 2.位能性恒转矩负载 负载转矩大小恒定，而且方向不变，不随转速方向改变而改变，即n0时，TL0，负载转矩为制动转矩； n0时，TL0，负载转矩为拖动转矩；这种负载称为位能性恒转矩负载，总在第一象限或第四象限 起重机类机械提升和下放重物时产生的负载转矩是典型的位能性恒转矩负载 2.3.3 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 与 成反比，特性曲线为一条双曲线。 金属切削机床是典型的恒功率负载 2.4.2 固有机械特性 电源U=UN，气隙每极磁通?= ?N，电枢回路不串附加电阻即RSa=0时的机械特性称为固有机械特性。 (2)降低电压时的人为机械特性 ?=?N（If=IfN),Rsa=0，降低电压U可得降低电压时的人为机械特性，特性方程为 二、人为特性的求取 2.5.2 电枢回路串电阻起动——起动时在电枢回路串入起动电阻Rst 原理：在电枢回路中串入电阻，可减小起动电流，当起动转矩大于负载转矩，电动机开始转动，随着转速的升高，反电动势不断增大，起动电流继续减小，但是，同时起动转矩也在减小，所以为了在整个起动过程中保持一定的起动转矩 ，加速电动机的起动过程，我们采用将起动电阻一段一段逐步切除，最后电动机进入稳态运行，此时，起动电阻应被完全切除。 适用场合：由于能量损耗大，经济性差，常用于容量不大，对启动调速性能要求不太高的场合。 2.5.3 降压启动 原理：启动时，先加足励磁，再给电枢回路施加低电压，使得Ist=U/Ra=2IN,随着转速的上升，电动势的不断增大，相应的不断升高电枢端电压，使得启动电流和启动转矩基本不变。启动快而平稳。 降压起动的优点是既限制了起动电流，起动过程又平稳、能量损耗小。缺点是必须有单独的可调压直流电源、起动设备复杂、初期投资大 适用场合：多用于要求经常起动的场合和大中型电动机的起动，实际使用的直流伺服系统多采用这种起动方法。。 （2）调速的经济指标 一是调速设备初投资的大小，二是运行过程中能量损耗的多少，三是维护费用的高低，三者综合较小者经济指标好 2.7.3 弱磁调速（a) 减弱磁通调速后，n0上升，特性斜率增大，当?减小至?1时，特性上升，工作点由A点移到B点，转速由n上升至n1，；当?减小至?2时，特性又上升，工作点移到C点，转速升到n2 结论： 直流电动机上述三种调速方法中，改变电枢电压和电枢回路串电阻调速属于恒转矩调速，而弱磁调速属于恒功率调速。 许多生产机械的快速减速或停车，都需要产生一个与旋转方向相反的制动转矩。利用机械摩擦获得制动转矩的方法称为机械 (用抱闸)制动；使电动机产生一个与旋转方向相反的电磁转矩称为电气制动。 电气制动的优点是制动转矩大，制动强度控制比较容易。直流电动机的电气制动方法有以下三种：1)能耗制动；2)反接制动；3)回馈制动。 a 实现能耗制动的方法 能耗制动的方法是将正在运转的电动机转子两端从电源断开(励磁绕组仍接电源)，并立刻在转子两端接入一制动电阻，这样电动机就从电动状态变为发电状态，将其动能转变为电能消耗在电阻上，故称为能耗制动。他励直流电动机能耗制动的原理图和机械特性如图所示。 C 转速反向反接制动的特点及适用场合 优点：设备简单，操作方便 缺点：串电阻较大，机械特性较软，转速稳定性差，能量损耗大 适用场合：适用于低速匀速下放重物 C 回馈制动的特点及适用场合 优点：不需要改接线路即可从电动状态自行转换到制动状态，将轴上的机械功率变为电功率反馈回电网，简便可靠而经济。 缺点：只有当nn0时才能产生回馈制动，故不能用来使电动机停车，所以其应用范围较窄。 适用场合：高速匀速下放重物 调速过程电流变化曲线:调速前、后电流不变 调速过程转速变化曲线 结论：带恒转矩负载时,串电阻越大,转速越低。 调速过程中电流和转速的变化情况 (b) 电阻Rsa增加，n不能突变，Ea不能突变，因此电流Ia减小，T减小，TTL时，n减小，Ea减小，Ia回升，T回升，，直到T=TL,系统恢复稳定运行，T不变，电枢电流也不变 优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。 2）低速时特性曲线斜率大,静差率大,所以转速的相对稳定性差 3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D≦2； 4）损耗大，效率低，不经