第一節(jié)電力拖動系統(tǒng)的運動方程一．運動方程該式中：J為轉(zhuǎn)動慣量dΩ/dt是角加速度，mG是旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（kg）和重量（N）ρD分別是慣性半徑和直徑（米）為電動機轉(zhuǎn)子與生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)動部分的飛輪矩（牛.米2）飛輪矩是用來表征轉(zhuǎn)動體的慣性作用的。

第二章直流電動機的電力拖動由：

及

得：

所以，旋轉(zhuǎn)運動的運動方程式為：

二．運動方程式符號的確定轉(zhuǎn)矩Tem和TZ是具有方向性的，在各種不同的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，Tem及TZ的大小要變化，方向也要變化。

因此，運動方程式可表示為：

正負號的取法：

Tem：當Tem

與規(guī)定的轉(zhuǎn)速正方向一致取正，反之取負；

TZ：當TZ與規(guī)定的轉(zhuǎn)速正方向一致取負，反之取正。,第二節(jié)生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性負載轉(zhuǎn)矩特性：是指生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。即：n=f(TZ)一．負載的類型1．反抗性負載：負載轉(zhuǎn)矩TZ總與n的方向相反。

如：摩擦、葉片撥動空氣等2．位能性負載：負載轉(zhuǎn)矩TZ的方向總是不變的。

如：提升重物。

二．負載轉(zhuǎn)矩特性1．恒轉(zhuǎn)矩負載特性：其TZ大小與n無關(guān)，TZ=常數(shù)。

特點：TZ大小與n無關(guān)，TZ方向始終與n相反。（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載特性

位能性恒轉(zhuǎn)矩負載特性

如：摩擦轉(zhuǎn)矩特點：TZ大小與n無關(guān)，且TZ具有固定的方向。TZnTZn（2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負載特性

反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載特性

2．恒功率負載特性特點：n不論為何值時，PZ=常數(shù)，即輸出功率為定值。

由于PZ=C,所以：TZn=Pz=C，即：TZ與n的關(guān)系為雙曲線。TZn3．通風機負載特性特點：負載轉(zhuǎn)矩TZ的大小正比與轉(zhuǎn)速的平方。即：TZ=Cn2nTZ第三節(jié)他勵直流電動機的機械特性一.機械特性的概念

電動機的機械特性指：電壓、磁通、電樞回路總電阻均為常數(shù)，Tem與n的關(guān)系，即n=f(Tem).有固有特性和人為特性兩種。上下結(jié)束

由

：

得

：nTem0n0TNnN二.固有特性和人為特性（一）固有機械特性定義：在U＝UN，Ф＝ФN，電樞電路沒有附加（外加電阻的條件下所測得的n=f(Tem)。固有機械特性方程：固有特性曲線：

nT兩個特殊點：

理想空載點（0，n0）

額定工作點（TN，nN）

(TN,nN)

（二）人為機械特性定義：人為地改變電動機的一個或二個運行參數(shù)所得到的機械特性，稱為人為機械特性。

1.電樞串電阻所得到的人為機械特性特性方程為：nT0n0TNnN固有特性特性曲線：2．改變電壓所得到的人為機械特性機械特性方程：特性曲線：nT0n0TNnN固有特性降低U，n0減小,K不變，特性向下平移3．減小磁通Ф時的人為機械特性

機械特性方程:機械特性曲線：

nT0n0TNnN固有特性減小，n0和K都增加，特性上移，且變軟弱磁可以升速三．機械特性的繪制1.固有機械特性的繪制通過固有機械特性上的兩個特殊點：理想空載點、額定工作點來繪制。（1）理想工作點（0，n0）坐標的確定：由求得

（2）額定工作點（TN，nN

）坐標的確定

：

nN

已知

2.人為特性的繪制通過（0，n0’）和（TN，n）來繪制四.電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件穩(wěn)定運行必須滿足Tem=TZ，且能抗干擾。0nTn0TZA負載瞬間波動B

判斷電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定工作點的條件：1）電動機的機械特性與負載機械特性的交點；2）在交點處必須滿足:第四節(jié)他勵直流電動機的起動一、直流電動機的起動及起動要求電動機的起動:指接通UN，轉(zhuǎn)速從n=0到n=nN起動要求：1）Tst大2）Ist小滿足Tst足夠大的條件下，盡量減少Ist全壓Ist：上下結(jié)束起動電流太大將會造成一定影響。直接起動Ist太大，須限制Ist=(1.5~2)IN

限制Ist的方法有：降壓起動；電樞回路串電阻起動。(一）電樞回路串電阻起動1概念：串電阻Rst起動時，使得起動電流為：上下串的電阻是分級的。結(jié)束電樞回路串電阻起動電路圖rst1k1rst2k2rst3k3U+-Rst3=rst3+rst2+rst1+RaRst2=rst2+rst1+RaRst1=rst1+RanTTzT2T1RaRst3Rst2Rst1Aabcdefgk3k2k1上下2起動電阻的計算計算原則:保持起動最大電流I1和切換電流I2不變?nèi)1=(1.5~2)IN,I2=(1.1~1.2)INnTTzT2T1RaRst3Rst2Rst1AabcdefgI2I1圖中bc兩點電壓方程為:UN=Eab+I2Rst3UN=Eac+I1Rst2nb=nc,Eab=EacI2Rst3=I1Rst2于是:Rst3=Rst2同理:d,e點有Rst2=Rst1同理:f,g點有Rst1=Ra上下結(jié)束結(jié)論:若起動級數(shù)為m,則上下nTTzT2T1RaRst3Rst2Rst1AabcdefgI2I1結(jié)束(二)降壓起動UUfEaIaRrIfK2K1Rc需要可調(diào)壓的電源起動過程:先建立勵磁,再給電樞加低壓且RC=0,并隨轉(zhuǎn)速逐漸加大U.nT0TN特點:能耗小,起動平滑;但設(shè)備復(fù)雜,維修不便上下結(jié)束二他(并)勵直流電動機的反轉(zhuǎn)電動機生產(chǎn)機械TnTzTem=CTIa改變(If)或Ia(U)的方向,可改變轉(zhuǎn)向K正K正K反K反+-K正K正K反K反+-上下啟動特性仿真結(jié)束第五節(jié)他勵直流電動機的制動電動機生產(chǎn)機械TnTz電動機生產(chǎn)機械TnTz電動狀態(tài)制動狀態(tài)電動機制動的目的：停車；限速電動機制動的方法有：機械制動；電磁制動電磁制動分類：能耗制動；回饋制動；反接制動上下電磁制動的概念：讓電動機產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁力矩來實現(xiàn)制動。結(jié)束一、能耗制動1.進行方式UEaRrUfIfRcC1C1C2C2生產(chǎn)負載UEaRrUfIfRcC1C1C2C2生產(chǎn)負載TnTLIa能耗時U=0Tem與Tz都為制動轉(zhuǎn)矩，加快停車UEaRrUfIfRcC1C1C2C2生產(chǎn)負載TnTzIa當n=0時，Tem=0上下結(jié)束2.機械特性：由:得：

nABTzTBnT(1.5~2.0)INCRaRa+RCRa+RZTTL機械特性曲線過原點位于2、4象限。

UEaRrUfIfRcC1C1C2C2TnTzLIa重物上下結(jié)束3.能量轉(zhuǎn)換關(guān)系電動運轉(zhuǎn)：EaIa>0，表示電動機從電網(wǎng)吸收電功率轉(zhuǎn)換為機械功率。制動運轉(zhuǎn)：EaIa<0,

表示電動機從軸上吸收（輸入）械功率而轉(zhuǎn)換為電功率。

電動機靠系統(tǒng)的動能發(fā)電，轉(zhuǎn)化為發(fā)電機，把動能（機械能）轉(zhuǎn)化為電能，消耗在電樞電路的電阻上，因此稱之為能耗制動。二、反接制動（一）電壓反接制動C1UEaRrUfIfRcC1C2C2TnTzIa重物電壓反接瞬間n不變，EaU,Ia很大，因此需串大電阻以限制電流

UEaRrUfIfRcC1C1C2C2TnIa重物上下結(jié)束進行方式（原處于電動運行狀態(tài)。）斷開c1，合上c2n=-UCeRa+RcCTCe2T2.機械特性nTTzAn0-n0B機械特性位于第二、三象限3.能量轉(zhuǎn)換關(guān)系Pem=Tem<0機械能轉(zhuǎn)換為電能P1=UIa>0從電網(wǎng)吸收電能總銅耗上下結(jié)束電機一方面從電網(wǎng)吸收電能，一方面從軸上吸收機械能轉(zhuǎn)換成電能，都消耗在電樞電阻上。（二）電動勢反接制動UEaRrUfIfRcTnTzIa重物用于下放重物電源接線與正轉(zhuǎn)電動一樣，但電樞串大電阻。Tst<Tz反向加速n<0,Ea<0隨著nEaIaT=CTIaT=Tz穩(wěn)定上下結(jié)束1.進行方式n=UCeRa+RcCTCe2T2.機械特性機械特性位于第四象限，T>0,n<03.能量轉(zhuǎn)換關(guān)系Pem=T<0機械能轉(zhuǎn)換為電能P1=UIa>0從電網(wǎng)吸收電能總銅耗nTTzAn0BnB<0該制動也稱倒拉反轉(zhuǎn)制動運行上下結(jié)束2、n接近0時，應(yīng)斷電，否則電動機可能反轉(zhuǎn)1、電壓反接制動時，需串入大電阻Rc以限制電流，Rc2UN/Iamax結(jié)論：上下nTTzAn0-n0-TzB結(jié)束三、回饋制動

正向回饋制動反向回饋制動nT-TZ’TZn0AB1．正向回饋制動（轉(zhuǎn)速為正）如：電車下坡（不切斷電源）下坡時，負載轉(zhuǎn)矩為摩擦性阻力矩與一個位能性拖動轉(zhuǎn)矩的合成轉(zhuǎn)矩，后者比前者大，二者方向相反，合成轉(zhuǎn)矩TZ’與n方向一致，在T與TZ’的共同作用下，車速越來越高。

當轉(zhuǎn)速n>n0,由Ia=(U-Ea)/R，知：Ia<0，即電樞電流改變方向，所以電磁轉(zhuǎn)矩M也改變方向，因此：電機進入制動運行狀態(tài)。2．反向回饋制動UEaRrUfIfRcTnTzIa重物（1）進行方式電動機帶位能性負載處于電動運行時，忽將電樞電壓反接。電動機經(jīng)過反接制動、反向電動，最終進入反向回饋制動狀態(tài)。UIa<0（U<0,Ia>0）,電動機向電網(wǎng)輸送（回饋）電功率EaIa<

0（Ea<0,Ia>0）

,從軸上吸收機械能轉(zhuǎn)換成電能電動機將軸上的機械能轉(zhuǎn)換成電能，一部分消耗在電樞回路的電阻上，另一部分回饋到電網(wǎng)。。AnTEDCBTZn0

-n0

-TZ（2）機械特性（3）能量轉(zhuǎn)換關(guān)系n=-UCeRa+RcCTCe2T四、他勵電動機四象限機械特性URa+Rcn=CeCTCe2TemnTTLAn0-n0電動運行能耗制動運行倒拉反轉(zhuǎn)運行發(fā)電制動運行能耗制動電壓反接制動上下制動和四象特性仿真結(jié)束第六節(jié)他勵電動機的調(diào)速電動機生產(chǎn)機械TnTZ一、調(diào)速的基本概念電動機轉(zhuǎn)速由機械特性交點(工作點)決定R3nTTZRaR2R1ADCB調(diào)速要求:1)調(diào)速范圍D=nmax/nmin大2)調(diào)速平滑3)能耗小上下以恒轉(zhuǎn)矩負載為例結(jié)束二他勵電動機的調(diào)速方法Tem不變時，改變U、、電樞串電阻都可以調(diào)速要求：1）計算轉(zhuǎn)速2）分析調(diào)速物理過程，計算調(diào)速瞬間物理量3）計算功率上下結(jié)束（一）電樞串電阻調(diào)速BnTTZRaR2R1ACD物理過程分析:串電阻瞬間n（Ea）不變,但Ia=[(UN-Ea)/(Ra+RC)]Tem<TZn,電機開始減速.隨著n減小,EaIaTem,UUfEaIaRrIfRc上下直到Tem=TZ電機轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定結(jié)束nTTZRaR2R1ACD調(diào)速后功率變化情況TZ=Tem=CTIa不變調(diào)速前后Ia不變P1=UIa不變P2=TZ特點：1）調(diào)速范圍小，D=2~3；2）調(diào)速不平滑；3）特性變軟；4）能耗大；5）設(shè)備簡單上下結(jié)束（二）降壓調(diào)速B物理過程分析降壓瞬間n（Ea）不變,但Ia=[(U-Ea)/Ra]Tem<TZn,電機開始減速隨nEa，IaTem，直到Tem=TZ電機轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定.nTTZUNU1ACUUfEaIaRrIfRc上下結(jié)束調(diào)速后功率變化情況TZ=Tem=CTIa不變調(diào)速前后Ia不變P1=UIaP2=TZ特點：1）調(diào)速范圍大，D=4~8；2）調(diào)速平滑；3）能耗?。?）設(shè)備投資大nTTZUNU1AC不變上下結(jié)束（三）減少磁通調(diào)速B物理過程分析減少磁通瞬間n不變,Ea減小Ia增加，Tem=CTIa>TZ，電機開始加速隨著n（Ea）增加，Ia（T）減小，直到Tem=TZ電機轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定nTTZN1ACUUfEaIaRrIfRc上下結(jié)束調(diào)速后功率變化情況TZ=Tem=CTIa不變調(diào)速前后CTIa=CT,Ia’，Ia,/Ia=/,P1=UIaP2=TZ特點：1）調(diào)速范圍小，D=1.1~2；2）調(diào)速平滑；3）能耗??；4）設(shè)備投資小；5）n只能調(diào)高nTTLZN1AC上下結(jié)束三、調(diào)速的性能指標1)調(diào)速范圍D=nmax/nmin3)調(diào)速平滑2)靜差率4)經(jīng)濟指標nTTZUNU1AC上下結(jié)束四、電動機調(diào)速時允許輸出的轉(zhuǎn)矩和功率電動機生產(chǎn)機械TnTZ允許輸出的轉(zhuǎn)矩和功率表示電動機帶負載的能力，超過該值電動機將被損壞。該值由電動機的發(fā)熱決定，而發(fā)熱由Ia決定.IaN是電動機長期運行所允許的電流，對應(yīng)的T2、P2就是允許輸出的轉(zhuǎn)矩和功率電動機運行時應(yīng)盡量使Ia=IaN上下結(jié)束電動機調(diào)速時分恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速（一）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速在用某種調(diào)速方法調(diào)速時，若保持Ia=IaN不變時，則電動機允許輸出的Tem=TN不變。該調(diào)速方法稱恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。但P2=Temn串電阻和降壓調(diào)速，保持磁通和Ia為額定值不變時，允許輸出Tem=CTIa也不變。它們屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式上下結(jié)束（二）恒功率調(diào)速在用某種調(diào)速方法調(diào)速時，若保持Ia=IaN不變時，則電動機允許輸出的P2不變。該調(diào)速方法稱恒功率調(diào)速。由P2=T2不變T2與n成反比弱磁調(diào)速中，U不變，磁通減小，若保持Ia=IaN不變時，Tem=CTIaN會減小。該方式只適合變轉(zhuǎn)矩負載TL與n成反比上下結(jié)束五、電動機調(diào)速方式與負載轉(zhuǎn)矩的配合原則：恒轉(zhuǎn)矩負載配合恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式恒功率負載配合恒功率調(diào)速方式nTTZUNU1ACT允許nTTZT允許上下調(diào)速特性仿真結(jié)束1、他勵直流電動機：PN=1325KW，UN=750V,IN=1930A,nN=200rpm,ra=0.0161,U=2V.帶額定負載轉(zhuǎn)矩運行時：1）電樞串電阻Rc=0.0743，串電阻瞬間和最后穩(wěn)定時I和n=？2）降低10%，最后穩(wěn)定時I和n=？上下直流電力拖動習(xí)題課結(jié)束上下解：+-UN額定運行時：1、串電阻調(diào)速瞬間B點：n=200不變nTTLNRaR1ACB調(diào)速前后穩(wěn)定時T不變，Ia也不變調(diào)速前A點:調(diào)速后C點:C點電壓方程:結(jié)束2、降低10%，最后穩(wěn)定于D點nTTLN

NAD此時T=TN不變D點電壓方程：調(diào)速前A點:調(diào)速后D點:上下結(jié)束2、一他勵直流電動機：PN=22KW，UN=220V,IN=115A,nN=1500rpm,Ra=0.1。該電動機帶額定負載轉(zhuǎn)矩運行時，要求把轉(zhuǎn)速從額定降到1000rpm,試計算：1）采用電樞串電阻，需要RC=？串電阻瞬間Ea′、Ia′、T′