1、第七章第七章 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎第一節(jié)第一節(jié) 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動電力拖動:用電動機拖動各種生產機械裝置完成一定的任務.對電動機的控制要求：正、反轉、制動、轉速控制等。計算機接口及驅動裝置電動機機械裝置工作機構電源電力拖動自動控制系統(tǒng)框圖電力拖動自動控制系統(tǒng)框圖運動方程式運動方程式F-F阻力=mdvdtT-TZ=Jddt=2n/60 TZ = T負載直線運動方程式：旋轉運動方程式：T-TZ=dndtGD2375電機工作狀態(tài)：dndt=0時， T=TZ ，n=0或者n=常數，電機靜止或者等速旋轉， 電力拖動系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)dn

2、dt0時， T TZ ，電力拖動系統(tǒng)處于加速狀態(tài)，過渡狀態(tài) dndt0時， T TZ ，電力拖動系統(tǒng)處于減速狀態(tài)，過渡狀態(tài) T-（ TZ）=dndtGD2375運動方程式中轉矩的正負符號的分析運動方程式中轉矩的正負符號的分析+-+-預先設定旋轉的正方向，轉矩T的方向如果與所規(guī)定的正方向相同，則T前帶正號，相反則帶負號；轉矩TZ的方向規(guī)定同T相反,轉矩TZ的方向如果與所規(guī)定的正方向相同，則TZ前帶負號，相反則帶正號。第二節(jié)第二節(jié) 工作機構轉矩、力、飛輪矩和質量工作機構轉矩、力、飛輪矩和質量的折算的折算TJdJ11J22JzzTZTTZJ=等效等效折算圖傳動圖折算的參數為：TZ T， J1 、 J

3、2 、 Jz J, mz、Fz折算原則折算原則：保持兩個系統(tǒng)的傳送功率及儲存的動能相同工作機構轉矩、力的折算工作機構轉矩、力的折算工作機構轉矩Tz的折算Tz= Tzz Tz= Tz/(/ z)= Tz/j j= / z j=j1 j2 j3 工作機構直線作用力的折算：Tz= Fzvz Tz= Fzvz / =9.55(Fzvz /n )T Fzvz折算原則折算原則：保持兩個系統(tǒng)的傳送功率同TZTJ傳動機構與工作機構飛輪矩的折算傳動機構與工作機構飛輪矩的折算12J2=12Jd2+12J112+12J222+.+12Jzz2J= Jd+ J1/ +1( )2J2/ +.+2( )2Jz/ z( )

4、2GD2 = GDd2 + GD12 /(n/n1) 2 + GD22 /(n/n2) 2+.+ GDz2 /(n/nz) 2 工作機構直線運動質量的折算工作機構直線運動質量的折算Jz 22= mz vz 22(GDz2 )=365 Gvz2 /n 2 飛輪矩和質量的計算飛輪矩和質量的計算生產機械的負載轉矩特性生產機械的負載轉矩特性 Tz= f(n)Tzn-nTzn-n反抗性恒轉矩負載特性位能性恒轉矩負載特性Tzn通風機負載特性Tzn恒功率負載特性pz =Tz= Tz(2n)/60= Tzn/9.55=K Tz =K/nTz =Kn2第八章第八章 直流電動機的電力拖動直流電動機的電力拖動第一節(jié)

5、第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性RaUR他勵直流電動機等效電路U LfR ia電動狀態(tài)：T=Td+T0 =TZ T= CT Ia Ia = T/CT U= Cen + Ra ian=UCe-RaCeian=UCe-RCeCT2TTn0n0TNnN他勵直流電動機機械特性n0=UCe（轉速降） n=RCeCT2TRaCeia=（理想空載轉速）Tn0n0TNnN他勵直流電動機機械特性nNnN%= (n0- nN)nN%n=uCe-RaCeia= n0 - ia 特性斜率=RaCe他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性額定轉速降特性斜率越大,特性越軟;否則,特性越硬.

6、固有機械特性固有機械特性: 他勵電動機電壓和磁通均為額定值，電樞他勵電動機電壓和磁通均為額定值，電樞 沒有串電阻沒有串電阻 時的機械特性時的機械特性人為機械特性：人為機械特性：改變電動機參數（端電壓、磁通、電樞電阻等）所獲得改變電動機參數（端電壓、磁通、電樞電阻等）所獲得 的機械特性的機械特性Tn0n0固有機械特性和人為機械特性RaRa +R1Ra +R2n=uNCeN-RaCeCTN2Tn=uNCeN-CeCTN2TRa +R固有機械特性固有機械特性電樞串電阻時的人為機械特性電樞串電阻時的人為機械特性電樞串電阻時電樞串電阻時,理想空載轉速不變理想空載轉速不變,特性斜率隨串入電阻增加而變大特性

7、斜率隨串入電阻增加而變大,特性硬度降低特性硬度降低人為機械特性人為機械特性改變電壓改變電壓U時的人為機械特性時的人為機械特性 =Nn=uCeN-RaCeCTN2Tn0=uCeN （理想空載轉速）Tn0n0改變電壓時的人為機械特性Ran01n02改變電壓改變電壓U時，理想空載轉速變化，而特性斜率不變，人為機械特性時，理想空載轉速變化，而特性斜率不變，人為機械特性在不同端電壓下為幾根平行（斜率相同）的直線在不同端電壓下為幾根平行（斜率相同）的直線人為機械特性人為機械特性減弱電動機磁通時的人為機械特性減弱電動機磁通時的人為機械特性（ Ra 、U不變）不變）n=uNCeN-RaCeCTN2T（堵轉電流

8、）Isc=UN/Ra=常值Tsc= CTIsc n0n0減弱磁通時n=f(Ia)1Tn0n02NIscIa21NTscNTsc2Tsc1減弱磁通時n=f(T)N1 2U= Cen + Ra ia機械特性的繪制機械特性的繪制Tn0n0RaRa +RTNnN（0，n0）（TN，nN）（TN，n）n0=uNCeNUN= CeNnN + Ra INCeN=（UN - Ra IN ）/ nN固有機械特性的繪固有機械特性的繪制制人為機械特性的繪人為機械特性的繪制（電樞串電阻）制（電樞串電阻）n0=uNCeNn=uNCeN-CeCTN2TNRa +R電動機在負載擾動下的調節(jié)過程電動機在負載擾動下的調節(jié)過程T

9、/（Ia）n0n0T1穩(wěn)定運行T2ABU= Cen + Ra iaT-TZ=dndtGD2375A點:T=TZ TZ TTZ n ia T T=TZ (B點) 穩(wěn)定運行 過渡過程 穩(wěn)定運行T/（Ia）n0n0T1n1電動機穩(wěn)定運行的條件電動機穩(wěn)定運行的條件T=TZ T TZ T n (擾動消失后) T T TZ n 穩(wěn)定運行T=TZ T TZ T n (擾動消失后) T n T 不能 恢復到原來運行工作點例題：例題：他勵直流電動機：PN=1325KW，UN=750V，IN=1930A，nN=200/300r/min,電樞繞組的電阻為：Ra=0.0161,電刷接觸壓降2UC=2V,設電動機原來在

10、轉速200r/min和額定負載下運行,在負載的總制動轉矩(包括損耗轉矩)保持不變的情況下,試求:1、在電樞回路突然串入電阻R=0.0743，當串入電阻的最初瞬間和達到穩(wěn)定時的電樞電流和轉速為多少？額定負載時： Ua = Ea + RaIa +2UC 所以 Ea = Ua - R ia = Ua - Ra Ia - 2UC =750-1930 0.0161-2=717V突然串入電阻時,n不變, Ea不變,則Ua = Ea + (Ra + R ) Ia +2UC Ia = (Ua - Ea - 2UC) /(Ra + R )=343A重新穩(wěn)定運行時, Tem = T負載=T2+T0不變, 不變,所

11、以電樞電流保持不變: Ia = 1930AEa= Ua (Ra + R ) Ia - 2UC =573V不變, Ea= Cen ; Ea = CenEaEaCenCen=n =n=161r/minEaEa2、減少電動機的勵磁電流，使磁通減少10%，當達到穩(wěn)定時的電樞電流和轉速為多少？解：負載不變，則穩(wěn)定后的電磁轉矩不變。 / =1/0.9 Tem = T負載= Tem Tem =CM Ia Tem =CM Ia CM Ia =CM Ia Ia = IaIa = Ia=1930/0.9=2145AEa = Ua - Ra Ia - 2UC =713VEa= Cen ; Ea = Cen EaEa

12、n = n=221V第二節(jié)第二節(jié) 他勵直流電動機的起動他勵直流電動機的起動U= Ea + RaIaIa= (U-Ea )/ Ra 起動時:n=0 Ea =0 Ia= U/ Ra (舉例:220/0.2=1100A )直接起動的問題(電樞回路出現大電流)限制電流起動的方法(降壓起動:)Ia= (U-Ea )/ Ra1、降壓起動:降低電機端電壓U2、電樞串電阻限制起動電流RaRU iaK1K2R1T/In0n0RaR1=Ra +R1R2=Ra +R1+R2I1I2Iz電樞串電阻起動電樞串電阻起動abcdfegRaR2U iaK2K1R1Ia= (U-Ea )/ RaI1= U/ (Ra +R1+R

13、2 )他勵直流電動機起動電阻的計算他勵直流電動機起動電阻的計算一、圖解法一、圖解法n=n0-RCeCT2T n=RCeCT2T=KRKRa = nheKR1 =K(Ra +R1)= nhcKR2 =K(Ra +R1+R2) = nhaRaRa +R1nhenhc=Ra nhenha=Ra +R1+R2T/In0n0RaRa +R1Ra +R1+R2I1I2Izabcdfegh他勵直流電動機起動電阻的計算他勵直流電動機起動電阻的計算二、解析法二、解析法I2= (U-Eb )/ R2I1= (U-Ec )/ R1I1I2R2 R1 =nb = nc U-Eb = U-Ec I1I2R1Ra =I1

14、I2Rm Rm-1 =Rm-1 Rm-2 =.R2 R1 R1Ra =R1 = RaR2 = R1 = Ra2Rm= Rm-1 = Ram =Rm Ra mRm=U/ I1T/In0n0RaR1= Ra +R1R2= Ra +R1+R2I1I2Izabcdfegh第三節(jié)第三節(jié) 他勵直流電動機的制動他勵直流電動機的制動n Tn T電動狀態(tài)制動狀態(tài)停車方法：1、自由停車2、快速停車（產生制動力矩） 制動方法：機械制動：電磁制動器（抱閘制動） 電氣制動：能耗制動、反接制動、回饋制動能耗制動能耗制動能耗制動電路：KRZIaEaEaIa+-UnTnT電動狀態(tài)制動狀態(tài)U=UU=0, n、Ea方向不變Ia方

15、向改變，T方向改變+-+KRZIa =EaRa +R能耗制動的機械特性能耗制動的機械特性n=UCe-Rz+RaCeCT2T = n0 - TT/In0n0能耗制動時的機械特性RaRa +RzRa +Rzn1-nz-nTz/I1-T1/ -I1( n0 =0 )反抗性負載：反抗性負載：穩(wěn)定工作點：原點（T=0，n=0）AIa =-EaRa +Rn Ea Ia (-) T (-) T =0位能負載位能負載(負載轉矩方向不變負載轉矩方向不變)n(-) Ea (-) Ia (+) T (+) T = Tz穩(wěn)定工作點：A點（T= Tz ，n= -nz ）KRZIaEanTnIaEanTnU+-能耗制動（

16、位能性負載）能耗制動（位能性負載）+-+-KRZIaEanTn+-Ia+ Ea + T + n +Ia - Ea + T - n +Ia+ Ea - T + n -電動狀態(tài)制動狀態(tài)1制動狀態(tài)2TZTZTZ習題習題1：他勵直流電動機：UN=220V，nN=1000r/min,電樞電流保持20A.勵磁電流額定.電樞串入電阻R為1.2時, n=900r/min;串入電阻R為3.2時, n=700r/min,求此電動機的額定電流和電樞電阻.(0.8 25A)習題習題2：他勵直流電動機：PN=21KW，UN=220V，IN=115A，nN=980r/min,電樞電阻為：Ra=0.1, 若負載電流為0.8

17、 IN ,最大起動電流為2IN,求電動機起動的最少起動級數及電阻值.(m=3 0.1123 0.2384 0.5061)反接制動反接制動轉速反向的反接制動轉速反向的反接制動IaEanTnU+-+-n0n0Tz轉速反向的反接制動Tst-nTEa (+) Ia (+) n(+) T (+) Tst Tz n(n-) Ea (-) (U+Ea ) Ia T Tst= Tz Ea (-) Ia (+) n(-) T (+)Ia (Ra +R) = U-(-Ea ) =U+EaRn=UCe-Rz+RaCeCT2T電動狀態(tài)制動狀態(tài)IaEanT-+U+-TZTZIaEanTU+-+-RKKFF反接制動反接制

18、動電樞反接的反接制動電樞反接的反接制動Ia =-U+EaRa +R-T-TZ=dndtGD2375n= -n0-Ra +RCeCT2Tn0n0Tz-n0T-TzABCDE電樞反接時的機械特性電樞反接:電源電壓極性改變,U變成-U-U = Ea +(Ra +R ) IaIa (-) T (-) n(+) 制動狀態(tài)n=-UCe-Ra +RCeCT2T-+n0n0Tz-n0T-TzABCDE電樞反接時的過渡過程電樞反接時的過渡過程一、反作用負載一、反作用負載(負載轉矩與轉速方向相反負載轉矩與轉速方向相反)-T-TZ=dndtGD2375-T-（-TZ ） =dndtGD2375-T+TZ=dtGD2

19、375dnn0 n0負載轉矩負載轉矩改變方向改變方向TB BC（n0)：反接制動階段（TZ+ , Ea+, Ia-, T-, U-） CD (n0)：反向電動階段（TZ -, Ea -, Ia-, T-, U-）Ia= (-U+Ea)/REa Ia -)(|-T|TZ|)C點：點： Ea=0, U-，Ia-, T- ，n反向起動反向起動n0，電樞反接時的過渡過程電樞反接時的過渡過程n0n0Tz-n0T-TzABCDETB制動狀態(tài)電動狀態(tài)(UEa Ia -)電樞反接時的過渡過程電樞反接時的過渡過程二、位能負載二、位能負載(負載轉矩方向不變負載轉矩方向不變)n0n0Tz-n0T-TzABCDETB

20、 BC： 反接制動階段C-n0 ： 反向電動階段-n0 E： 回饋制動階段反接制動反向電動回饋制動-T-（+TZ ） =dndtGD2375C點：點： Ea=0, U-，Ia-, T- ， TZ+(負載轉矩方向不變) n反向起動n0，-T-TZ =dndtGD2375C-n0 ：-n0 E： |n|-n0| ,|Ea|U|, Ia （+ ）, T（+ ） T-TZ =K(dn/dt) Ia=(-U- (-Ea)/R = (-U+Ea)/R0, n Ea Ia T T= TZ(穩(wěn)定運行)|Ea|U|Ea|U|n|-n0| ,|Ea|U|, Ia=(-U- (-Ea)/R = (-U+Ea)/R|U|Ea|U|電樞反接時的過渡過程電樞反接時的過渡過程（回饋制動）（回饋制動）IaEanTnU+-+R他勵電動機改變電樞電壓時的調速他勵電動機改變電樞電壓時的調速）Tn0n0穩(wěn)定運行TZABnN-TUEaIaEa-+U+-U|U|Ea|U|n =UN -Ra ILCeN=-440-600.393 0.391=-1186r/m-CeNn = (Ra +R ) IR =- CeNn / I- Ra =2.173 例題：例題：他勵直流電動機