【正文】 電力拖動與控制 李嵐 梅麗鳳 第二章 直流電動機的電力拖動 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程，需要使用各種各樣的生產(chǎn)機械。而拖動各種生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)，可以采用氣動、液壓傳動和電力拖動方式。由于電力拖動具有控制簡單、調(diào)節(jié)性能好、損耗小、經(jīng)濟、能實現(xiàn)遠距離控制和自動控制等一系列優(yōu)點，因此大多數(shù)生產(chǎn)機械均采用電力拖動。按照電動機的種類不同，電力拖動系統(tǒng)分為 直流電力拖動 系統(tǒng)和 交流電力拖動系統(tǒng)兩大類。本章重點介紹直流電動機的電力拖動。 第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 第二節(jié) 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 第三節(jié) 他勵直流電動機的起動 第四節(jié) 他勵直流電動機的制動 第五節(jié) 直流電動機電力拖動系統(tǒng)的動態(tài)特性 第六節(jié) 他勵直流電動機的調(diào)速 第七節(jié) 串勵直流電動機的電力拖動 第八節(jié) 復勵直流電動機的機械特性 第二章 直流電動機的電力拖動 一、機械特性方程式 二、固有機械特性 三、人為機械特性 四、根據(jù)電動機的銘牌數(shù)據(jù)計算和繪制機械特性 第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 定義： 在 U、 If、 Ra為常數(shù)的 條件下， 的關(guān)系曲線定義為機械特性。 ()n f T?一、機械特征方程式 TCCRCUnTee2?? ??nCE ea ??aT ICT ??aa RIEU ?????eaCRIUn電樞感應電動勢： 電磁轉(zhuǎn)矩： 電樞電路電壓平衡方程： 電機轉(zhuǎn)速特征方程： 電機機械特征方程： ?Ta CTI ?因為 第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 nnnTnn??????00由 得 apNCe 60?eT CapNC 2 ?? ?第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 2e eTURnTC CC??? ?圖 22 他勵電動機的機械特性 圖 22中的 A點即為理想空載點。 在 A點： T=0， Ia=0，電樞壓降 Ia(Ra+RC)=0，電樞電動勢 Ea=U，電動機的轉(zhuǎn)速 n=n0=U/(CeΦ)。 第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 理想空載轉(zhuǎn)速和實際空載轉(zhuǎn)速是不同的。由電機學我們知道： T=T2+T0，電動機在實際的空載狀態(tài)下運行時，雖然軸輸出轉(zhuǎn)矩T2=0，但由于空載轉(zhuǎn)矩 T0不為零，使得電動機的電磁轉(zhuǎn)矩 T≠0，所以實際空載轉(zhuǎn)速 n0′為 n0′= n0βT0 圖 22 他勵電動機的機械特性 第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 圖 22的 B點即為堵轉(zhuǎn)點。 在 B點， n=0，因而 Ea=0。由于 U=Ea+Ia(Ra+RC)， 所以電樞電流 Ia=U/(Ra+RC)=Ik，稱為堵轉(zhuǎn)電流， 與 Ik相對應的電磁轉(zhuǎn)矩 Tk=CTΦIk稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。 第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 二、固有機械特性 當電樞上加額定電壓、氣隙每極磁通為額定磁通、電樞回路不串任何電阻， 固有機械特性方程式為： 2aNeN e T NRUnTC CC??? ?圖 23 他勵直流電動機的固有特性 三 .人為機械特性 (1)電樞回路串電阻的人為機械特性 TCCRRCUnNTeCaNeN2?????第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 (2)改變電樞電壓的人為機械特性 TCCRCUnNTeaNe2?? ??1) 理想空載轉(zhuǎn)速 n0與 U成正比變化。 2) 轉(zhuǎn)速降 Δn不變，此時 Δn等于額定轉(zhuǎn)速降 ΔnN，或者說 β不變，各條特性均與固有特性相平行。 第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 減小氣隙每極磁通量 的方法是通過減小勵磁電流 (3)改變磁通的人為機械特性 ?fITCC RCUnTeaeN2?? ??圖 26 減弱磁通時的原理圖和機械特性 第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 1) 理想空載轉(zhuǎn)速 n0與 Φ成反比變化，因此減弱磁通會使 n0升高。 2) 特性的斜率 β(或 Δn)與Φ2成反比，因此減弱磁通會使斜率 β(或 Δn)加大，特性變軟。 3) 特性曲線是一簇直線，既不平行，又非放射。 圖 26 減弱磁通時的原理圖和機械特性 第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 四、根據(jù)電動機的銘牌數(shù)據(jù)計算和繪制機械特性 為了繪制這一機械特性，不論是固有機械特性，還是人為機械特性，只要知道兩點就可以了。為此需要知道電動機的參數(shù)，例如 等。而這些參數(shù)又和電動機繞組結(jié)構(gòu)參數(shù) P、 ?、 N等有關(guān)，要把所有的參數(shù)都查清楚不太容易，特別是這些參數(shù)在電動機銘牌上更是不會標出的。 eTCC及Φ Φ 在設(shè)計時，往往根據(jù)電動機銘牌數(shù)據(jù)、產(chǎn)品目錄或?qū)崪y數(shù)據(jù)來計算機械特性。對計算有用的數(shù)據(jù)一般是 。下面介紹固有機械特性與人為機械特性的計算機繪制方法。 N N N NP U I n、 、 和第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 1. 固有機械特性的計算與繪制 直流他勵電動機的固有機械特性可以方便地由理想空載點 (0、 )和額定工作點 ( )決定。 由固有機械特性方程，理想空載轉(zhuǎn)速 式中額定電壓可由電動機的銘牌數(shù)據(jù)取得。而 可由額定狀態(tài)下電樞回路的電壓平衡方程式求出，即 NNTn、0nNeN0UnC??eNC?第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 N N N aeNNNE U I RCnn???? 上式是一個經(jīng)驗公式，認為在額定負載下，電樞銅損耗占電動機總損耗的 1/2～ 2/3。 求出電樞電阻 Ra，然后將 值代入 )求出 。再將 帶入，求出理想空載轉(zhuǎn)速 ，這樣，理想空載點 (0、 )即可確定。 對于額定工作點，由式 知 按上式求出額定轉(zhuǎn)矩，額定工作點 ( )即可確定。有了額定工作點和理想空載點，就可以繪出固有機械特性。 N N NaN~ 21223 U I PR I ???? ????aR eNC? eNC?0n0nTe9 . 5 5NNCC? ? ?N T N NT C I? ?NNTn、第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 各種人為機械特性的計算較為簡單，只要把相應的參數(shù)值代入相應的人為機械特性方程式即可。例如，電樞串聯(lián)電阻 的人為機械特性可用式求得，式中 為已知， 與 的計算方法相同。根據(jù)串聯(lián)電阻 的數(shù)值，假定一個轉(zhuǎn)矩 T值 (一般用 )，用式求出 值，這樣得出人為機械特性上的一點 ，連接這點與理想空載點，即得電樞串聯(lián)電阻的人為機械特性。 用類似的方法，可繪出改變電壓 U及減弱磁通 Φ時的人為機械特性 。 2. 人為機械特性的計算與繪制 CRNU TNC ? eNC?NT n? ?N ,TnCR第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 第二節(jié) 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 ? 電力拖動系統(tǒng)受外界某種短時 擾動離開 原平衡狀態(tài)，當外界 擾動消失 ，系統(tǒng)恢復到原轉(zhuǎn)速， 或 在新條件下達到 新平衡狀態(tài) ，電力拖動就稱該系統(tǒng)能 穩(wěn)定運行 ，否則就稱為 不穩(wěn)定運行。 ? 為使系統(tǒng)能穩(wěn)定運行，電動機的機械特性和負載的轉(zhuǎn)矩特性必須配合得當，這就是電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件。 第二節(jié) 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 圖 29 穩(wěn)定運行和不穩(wěn)定運行時電動機的機械特性 一、穩(wěn)定運行的必要條件 在 T=TL處 圖 210 穩(wěn)定運行充分條件的判定 1—電動機的機械特性 2—鼓風機的機械特性 二、穩(wěn)定運行的充要條件 LdTdTdn dn?第二節(jié) 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 1) 電動機的機械特性與負載轉(zhuǎn)矩特性必須有交點，在交點處 T=TL； 2) 在交點附近應有 。 LdTdTdn dn?第二節(jié) 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 即電磁轉(zhuǎn)矩的變化與轉(zhuǎn)速的變化要異號 ,圖示則為電動機的機械特性曲線應是往下傾斜的。 結(jié)論： 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的 充分必要 條件 起動 ： 指電動機從靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)動起來。 起動過程 ： 電動機從靜止運轉(zhuǎn)到某一穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過程叫起動過程。 第三節(jié) 他勵直流電動機的起動 一、系統(tǒng)對起動的要求 不同的生產(chǎn)機械對起動有不同的要求。例如，無軌電車要求起動慢些平穩(wěn)些，但一般生產(chǎn)機械都要求快速起動。即要求起動時間 tst小些，則起動轉(zhuǎn)矩 Tst大些。 第三節(jié) 他勵直流電動機的起動 （ 1）起動轉(zhuǎn)矩足夠大，電動機才能順利起動）。 （ 2）起動電流要限制在