10电力系统基础知识PPT

电力拖动22.6.2考虑电磁惯性时的过渡过程3.6.2.1考虑电枢电感时的数学模型，通常，对于直流电动机电枢绕组，由于其自身电感的电感量很小，往往忽略不计。但是，对于采用电力电子装置供电的直流电动机，为了滤波，需在电动机的电枢回路中串入一定电感量的电感线圈，这时，电枢回路的电磁惯性往往不能忽略。第二章直流电动机的电力拖动3第二章直流电动机的电力拖动4第二章直流电动机的电力拖动56第二章直流电动机的电力拖动72.6.2.2考虑电磁惯性时的他励直流电动机起动过渡过程现以电动机拖动恒转矩负载起动为例，分析一下电磁惯性和机械惯性并存时的电气一机械过渡过程。由于电枢电感的存在，此时的起动过渡过程将分为两个阶段；第二章直流电动机的电力拖动81、转速为零阶段由于电枢电感的存在，电枢回路中的电流不能突变。因此，在电枢电流增大到负载电流IL值之前，电磁转矩M＜ML，电动机转速为零。由于这时n＝0，该阶段电枢电流的变化规律由电磁惯性决定。于是，有电枢回路电势平衡方程第二章直流电动机的电力拖动9第二章直流电动机的电力拖动10第二章直流电动机的电力拖动11第二章直流电动机的电力拖动12第二章直流电动机的电力拖动13第二章直流电动机的电力拖动1415第二章直流电动机的电力拖动16第二章直流电动机的电力拖动17第二章直流电动机的电力拖动182.6.3.2加快励磁回路过渡过程的方法按指数规律变化的过渡过程，减小励磁回路时间常数Tf即可加快过渡过程，或减小Lf，或增大Rf，都可以减小Tf。但是，通常减小Lf是很难实现的，而增加励磁回路总电阻．则在保证稳态励隘电流不变的条件下需要增加Uf，最终将导致励磁容量和励磁损耗的增加，因而是不可取的。第二章直流电动机的电力拖动19第二章直流电动机的电力拖动20第二章直流电动机的电力拖动21第二章直流电动机的电力拖动222.6.4时间常数的确定2.6.4.1励磁回路时间常数Tf的确定在突加励磁电压作用下的励滋电流变十曲线如图所示。由于第二章直流电动机的电力拖动23第二章直流电动机的电力拖动24第二章直流电动机的电力拖动25第二章直流电动机的电力拖动26第二章直流电动机的电力拖动27第二章直流电动机的电力拖动28第二章直流电动机的电力拖动292．7他励直流电动机过渡过程中的能量损耗当电动机处于过渡过程中。由于电枢电流比稳定运行状态时的电枢电流大许多倍，从面将产生很大的能量损耗。过多的能量损耗将使电动机发热加剧，甚至超过电动机所允许的程度，造成电机损坏。对于频繁起、制动的生产机械，为了提高生产率，必须采取措施降低电动机的损耗，提高起、制动的频繁程度；分析电动机在过渡过程中的能量损耗，设法减小损耗非常必要。第二章直流电动机的电力拖动30他励直流电动机电抠回路电压乎衡方程式为第二章直流电动机的电力拖动31在过渡过程时间内，对功率平衡方程进行积分可得能量平衡关系第二章直流电动机的电力拖动32第二章直流电动机的电力拖动332.7.1理想空载下恒压起动的能量损耗在起动过程中电压为恒定值，所以电动机的理想空载角速度为常数。理想空载起动时的初始角速度Ω1＝0，终了角速度Ω2＝Ω0。于是，第二章直流电动机的电力拖动342.7.2理想空载下电压分级起动的能量损耗第二章直流电动机的电力拖动35第二章直流电动机的电力拖动362．7．3理想空载下能耗制动的能量损耗他励直流电动机在理想空载下进行能耗制动，转速由n0下降到零。由于系统的动能全部转变为电能消耗在电枢电路中，所以能量损耗就等于系统的动能，即第二章直流电动机的电力拖动372.7.4理想空载下反接制动的能量损耗考虑到反接电枢使理想空载转速改变符号以及初姑值Ω1＝Ω0，终了值Ω2＝0，于是第二章直流电动机的电力拖动382.7.5理想空载下反转的能量损耗他励直流电动机在理想空载下以角速度Ω0运行时反接电枢，经过反接制动和反向起动，达到角速度-Ω0稳定运行，实现反转。这时的边界条件为Ω1＝Ω0，Ω2＝-Ω0第二章直流电动机的电力拖动392.7.6减小过渡过程能量损耗的方法2.7.6.1减小系统的动能2.7.6.2选择适当的起动方式第二章直流电动机的电力拖动408串励直流电动机的机械特性和运行特点第二章直流电动机的电力拖动41串励直流电动机的电路，电枢回路总电阻R包括电枢电阻Ra、励磁绕组电阻Rf、外串电阻Rc。由于励磁绕组与电枢绕组串联，所以，励磁电流等于电枢电流，从而使磁通随电枢电流变化而变化。这是串励直流电动机与他励直流电动机的根本区别。使串励直流电动机具有许多不同于他励直流电动机的特点。第二章直流电动机的电力拖动422.8.1串励直流电动机的机械特性2.8.1.1固有机械特性串励直流电动机的电压平衡方程式、感应电势公式和电磁转矩公式都与他励直流电动机具有相同的形式，第二章直流电动机的电力拖动43第二章直流电动机的电力拖动44第二章直流电动机的电力拖动45第二章直流电动机的电力拖动46第二章直流电动机的电力拖动47第二章直流电动机的电力拖动48第二章直流电动机的电力拖动49第二章直流电动机的电力拖动502.8.2串励直流电动机作电动运行时的特点串励直流电动机的磁通随着电枢电流的增大而增大，由于M＝CmΦIa。，串励直流电动机电磁转矩增大的倍数超过电枢电流增大的倍数，若不考虑饱和的影响，串励直流电动机的电磁转矩与电流的平方成正比。若在允许的最大电流与额定电流比值一定的条件下，串励直流电动机与他励直流电动机相比．其起动转矩大，过载能力强。第二章直流电动机的电力拖动51当电动机空载时，励磁电流接近于零，磁通近似等于剩余磁通，串励电动机的n0通常可达到额定转速的5~6倍，出现所谓的转速飞逸(俗称飞车)。这种大大高于额定转速的转速将导致电动机损坏。所以，串励直流电动机不允许空载或轻载运行。串励直流电动机不能通过简单地改变电源电压极性的方法来改变电动机的转向．这是因为，当电源电压极性改变后，电枢电流和励磁电流同时反向，故电磁转矩方向不变。第二章直流电动机的电力拖动52当串励直流电动机拖动反抗性负载时，如要改变电动机的转向，通常采用对调电枢两端点a1、a2的做法，如图所示。从电机工作原理上讲．串励宜流电动机接上交流电源也能工作。第二章直流电动机的电力拖动53第二章直流电动机的电力拖动542.8.3串励直流电动机作制动运行时的转点对于串励直流电动机．如果不考虑剩磁，要使电枢电势与电网电压相平衡，即Ea＝U，电机转速必须趋干无穷大方能实现。虽然实际的电机有剩磁存在，但要使Ea＞U，电动机的转速n也将达到所不能允许的数值，这在机械特性曲线上可明显地看出，故串励直流电动机不存在回馈制动运行状态。第二章直流电动机的电力拖动552.8.3.1能耗制动串励直流电动机的能耗制动通常可采用两种方法来实现。方法之一是将电动机改接成他励形式。这时，励磁绕组由另外一个电源供电，电枢绕组经出外控制动电阻构成闭合回路，其制动过程和特性与他励直流电动机的能耗制动一样。方法之二是采用自励方式进行。所谓自励方式是将电动机由电网切除，然后将电枢回路通过外接制动电阻构成闭合回路。由于惯性作用，在制动开始的瞬间电动机的转速不变，又因存在剩磁，所以电枢绕组内存在感应电势并产生电枢电流。图中给出了制动前后电动机的接线图，为了产生制动性质的转矩，能耗制动时的励磁绕组必须按图中的方式接线。第二章直流电动机的电力拖动56第二章直流电动机的电力拖动57串励直流电动机采用自励方式能耗制动时，其内部存在一个自励过程。制动过程中电枢回路需满足方程上式中，R为电枢回路的总电阻。感应电势与电枢电流的关系为一条直线，我们称其为电阻线。由于此时的电枢电流就是励磁电流，感应电势与电枢电流还应满足磁化曲线的关系，因而工作点将是磁化曲线与电阻线的交点。第二章直流电动机的电力拖动58磁化曲线与电机转速有关，随着转速的降低，工作点也将发生变化。例如，在图中，当n＝nN时，工作点为a点，当转速下降到o．75nN时，工作点移到b点，……。在图中，由不同的n值定出对应的Ia值，进而定出相应的M值，使可绘出串励直流电动机能耗制动时的机械持性。第二章直流电动机的电力拖动59第二章直流电动机的电力拖动60当转速下降到一定数值时，电动机已不能自励，这时，电动机内磁通很少，电动机运行在图中的c点。很显然，这时电动机的制动转矩小，制动效果差，但若能适时地减小电枢回路中外串电阻，则可使制动转矩再次增大。自励磁能耗制动的机械特性示于图中。特性1和持性2分别对应于外串电阻较大相较小时的情况。与接成他励形式的能耗制动相比，自励能耗制动时，随着转速的下降其制动电磁转还下降得更多。第二章直流电动机的电力拖动61第二章直流电动机的电力拖动622.8.3.2反接制动与他励直流电动机相似．串励直流电动机反接制动可以靠反接电枢实现，用于迅速停车，机械持性如图第II象限所示；当串励直流电动机拖动位能性负载时．也可以在电枢回路中串接足够大的电阻，靠位能负载的作用使转速反向来实现反按制动，用于匀速下放位能负载，机械特性如图第IV象限所示。第二章直流电动机的电力拖动63第二章直流电动机的电力拖动64串励直流电动机拖动反抗性负载运行时，要实现反接制动，只能反接电枢绕组或反接励磁绕组，而通常的做法是反接电枢绕组。在图中，设电动机拖动反抗性负载ML2，在第I象限电动运行时反接电枢，并同时在电枢中串入电阻限制电流，电动机变到反按制动状态，转速迅速下降。当转速降低到零．如果反向起动转矩大于静负载转矩，电动机就会反向起动，最终在反向电动状态下稳定运行。如果转矩小于静负载转矩，就可以切除反接制动电阻，然后按电阻分级起动方式，使电动机加速到反向电动状态下稳定运行。第二章直流电动机的电力拖动652.8.4串励直流电动机机械特性的绘制和起动电阻的计算2.8.4.1固有特性的绘制第二章直流电动机的电力拖动662.8.4.2电枢回路串电阻的人为特性串励直流电动机电枢回路串电阻Rc时的人为转速特性为第二章直流电动机的电力拖动67第二章直流电动机的电力拖动682.8.4.3用图解法求取串励直流电动机的起动电阻串励直流电动机电枢回路串电阻的入为机械特性如式所示若Ia固定，Φ也随之固定，于是，n与(Ra十Rf十Rc)之间的关系为一直线，通常称其为转速电阻线(此时，将Ra十Rf十Rc视为自变量)，并写成第二章直流电动机的电力拖动69第二章直流电动机的电力拖动70第二章直流电动机的电力拖动71第二章直流电动机的电力拖动72第二章直流电动机的电力拖动73第二章直流电动机的电力拖动74第二章直流电动机的电力拖动75第二章直流电动机的电力拖动76第二章直流电动机的电力拖动772.9复励直流电动机的机械特性他励直流电动机的固有机械特性是硬特性，但是其过载能力不如串励直流电动机。而串励直流电动机虽然过载能力强，但机械持性往往过软。为了兼顾机械特性硬度和过载能力，可同时采用并励和串励两种方式励磁，构成复励直流电动机。第二章直流电动机的电力拖动78复励直流电动机的电路如图所示。f1、f2为并励绕组，c1、c2为串励绕组。当两个励磁绕组的磁势相互加强，为积复励;相互抵消，为差复励。由于差复励的串励磁势起去磁作用，使机械待性可能上翘，造成运行不稳定，故一般都采用积复励。积复励直流电动机的机械特性介于他励直流电动机的机械待性和串励直流电动机的机械特性之间。当并励磁势起主要作用时，特性更接近于他励；当串励磁势起主要作用时．特性更接近于串励。第二章直流电动机的电力拖动79第二章直流电动机的电力拖动80第二章直流电动机的电力拖动81第二章直流电动机的电力拖动82第二章直流电动机的电力拖动83特性1是固有特性；特性2为电枢串电阻的机械特性；特性3在第II象限的部分