电拖24

四、他励直流电动机的反接制动实现：电枢电压或电动势极性突然改变（励磁反向或转速反向）·电枢电压和电动势顺极性串联；反接时必须采取限制电枢电流的措施。设各变量为无符号数，则电枢电压反接时，有acaaIRREU)(,即acaaIRREU)(＝＋Ea+-IaRaU+-电动Ea+-IaRa＋RcU+-反接制动TLnTTnTL·功率平衡：cuemacaaaaPPPIRRIEUI12)(＝＋轴上机械功率通过电机转换为电磁功率后，连同电网输入功率全部消耗于电阻。·机械特性假定正向按电动机惯例不变时，各变量为有符号数，则机械特性方程不变，仍为TCCRRCUnTecaeTnTL-Tb0反抗性负载的反接制动n=0时停车TnTL0位能性负载的反接制动稳定运行点TnTLTb0反接制动-TL位能负载反抗负载制动到0不断电回馈制动反向电动稳定运行点五、他励直流电动机的能耗制动1、实现：U＝0，电枢回路串入电阻。（图中假定正向按实际方向）EaU+-K1K2RcRa+-+-IfIa制动前EaRa+-+-IfIaRcTTnLTnTL能耗制动2、功率平衡：机械能量全部消耗在R中。2acaaaI)RR(EI3、机械特性：(假定正向按电动方向)TCCRRnTecaTnTL-Tb0位能负载反抗负载制动到0停车能耗制动稳定运行点Ra+RcRan,TTGL实际方向例：已知他励直流电动机的kW12PN,V220UN,A62IN,min/r1340nN,25.0Ra。试求：1、带额定负载电动运行时采用反接制动，允许最大制动转矩为NT2，求此时应串入多大的制动电阻。2、反接制动中当转速降至Nn2.0时，换接到能耗制动停车。若换接时最大制动转矩也为NT2，串入电阻应为多大？3、画出它们的机械特性。解：1、额定电动运行时，电势平衡方程aaaIREU为NaaNNIREU;反电势V5.2046225.0220IRUnCENaNNeaN（也可先算出电势常数Ce）他励：电枢电流与转矩成正比，故最大制动电流为NaI2I。反接时电枢串入电阻Rc，电源电压为NUU＝－，则有acaaNI)RR(EU17.325.042.325.06225.204220RIEURaaaNc－－〖注：因反接制动，按电动机惯例列方程后，U应取负值代入；此时电动机工作在II象限，T、Ia也应取负值代入；此时n仍为正，故反电势取正值代入〗2、能耗制动开始时的转速为Nn2.0，此时的反电势为V9.402.05.204E2.0n)2.0CEaNNea（能耗制动时电源电压为0，故08.025.033.025.06229.400RIEURaaac－〖注：因能耗制动，按电动机惯例列方程后，U应取0值；此时电动机工作在II象限，T、Ia取负值代入；此时n仍为正，故反电势取正值代入〗TnTNTN0反接能耗Ra+RcRan0-n0-20.2nNnNABCD说明：本例计算中假定正向均采用电动机惯例。例：一并励直流电动机，V220UN,A10IN,min/r1500nN,1Ra。负载转矩为额定值和10％额定值稳定运行时，励磁回路断线，剩磁为额定值的2％。分别计算两种情况下断线瞬间电枢电流和电磁转矩和进入稳态后的电枢电流和转速。不考虑电枢反应影响。解：额定运行时，电枢反电势和电磁转矩分别为V210110220RIUEaNNaN,mN37.13150060210210n602IEPTNNaNNemNN,励磁断瞬间，电枢反电势变为V2.421002.0EEaNNa,电枢电流A8.21512.4220REUIaaNa电磁转矩为mN77.537.13108.21502.0TIITNNNa小于额定负载转矩，电机减速停车。对比A10IN。转速为0时，电枢电流最大值为A2201220RUIaNa,电磁转矩最大值为mN88.537.131022002.0TIITNNNa·10%额定负载时，V2191.0110220RIUEaNNaN,mN337.1T1.0TN,励磁断瞬间，电枢反电势变为V38.421902.0Ea,电枢电流A62.215138.4220REUIaaNa电磁转矩为mN76.537.131062.21502.0TIITNNNa大于负载转矩，电机加速稳定时：aNTNNTNaTI02.0KIK1.0T1.0IKT,A5002.0101.002.0I1.0INa对比：A10IN反电势V170150220RIUEaaNa电势系数NaNNeenE02.0K02.0K转速min/r60714150021002.0170nE02.0EKEnNaNaea结论：DCM运行失磁可能导致过流飞车（轻载）或过流堵转（重载）损坏电机的危险。串励与复励直流电动机的制动〖略〗作业习题：3－13、3－14，3－15，3－16，3－17§3－5动态过程TTLEa+-LaRoIaU+-n一、他励直流电动机运行的微分方程描述（数学模型的建立）设各变量假定正向按电动机惯例，有)4(dt)t(dn375GDT)t(3)t(iC)t(2)t(nC)t(e1dt)t(diL)t(iR)t(e)t(u2LaTeaaaa0a考虑一般情况，负载转矩可能也是时间的函数则（4）的一般形式为：dt)t(dn375GD)t()t(2L(4)按机械角速度的表达形式为：dt)t(dJ)t()t(L相应（2）可表为：)t(C)t(260C)t(e'eea将（2）、（3）、（4）代入（1），隐去时间变量t，可得)dtnd375GDdtd(CL)dtdn375GD(CRnCu222LTa2LT0e两边同除以Ce,得dtdCCRRLCCRCUndtdnCC375RGDdtndCC375RGDRLLTe00aLTe0eTe0222Te020a定义0aaRLT[秒]为直流电动机的电磁时间常数,〖量纲：具有时间量纲的量纲等价：的量纲与知：0aaRLTssAVAsVdidteL,dtdiLe〗Te02mCC375RGDT[秒]为机电时间常数〖量纲AmWbAmmWbN,BliF2知：,sWbsmmmWbV,Blve2知：sWbA1sWbmsmAmWbWbAVmsmNCC375RGDT222222Te02m〗讨论：mT与磁通有关，弱磁会使其增大，使系统转速变化减慢。对恒转矩负载,可得到他励DCM系统的微分方程模型为Lm22manndtdnTdtndTTTLLCTILeLICRnn00二、传递函数模型对系统以角速度表示的微分方程组在零初始条件下作Laplace变换，得电枢电路1STR/1)S(E)S(U)S(I)S(Ga0aaa电流与转矩关系TaTC)S(I)S(T)S(G转矩与转速关系JS1)S(T)S(T)S()S(GLm转速与反电势关系'eaEC)S()S(E)S(G由此可得到他励直流电动机在恒转矩负载时的动态结构框图为U(S)+1/R0TaS+1CT1JSIa(S)T(S)+TL(S)-(S)Ce-Ea(S)电枢电路电/机转换运动方程机/电转换系统表现为一个双输入单输出系统。按自控原理，由梅逊公式和叠加原理，不难求得各单输入状态的传递函数1STSTTC/1SUSm2am'e1STSTTCC/R)ST1(STSm2amT'e0aLT'e0Te02Te02mCCJRCC260g4RGDCC375RGDT当需要时也不难得到输入与中间变量的传递函数，如1STSTTCC/JSSUSIm2amT'ea系统的状态方程模型将系统的微分方程组按变量的一阶导数整理，对他励、恒转矩系统的4个方程可简化为2个：aa0a'eaaiLRLCUL1dtdiJTiJCdtdLaT写成矩阵方程的形式，有LaaTa'ea0aTUJ100L1i0JCLCLRi状态变量方程的优点：可不受常系数的约束动态过程分析举例〖略〗电动机运行的最佳动态过程：tnTTmax-TmaxnLTL0nTTmaxn0无静差限流保证无故障运行理想静特性小结〖阅读〗制动状态机械特性的主要特征：能耗交于原点；回馈交于n轴；反接交于T轴。象限：2或4。计算与作图时一般采用电动机惯例假定正向，机械特性方程不变，但各变量为有符号数。〖说明：DCM机械功率：ememMTPP＝力F对圆形旋转运动物体旋转一周所作的功为：2RFW若n1为单位时间内旋转的转数[转/秒]，则单位时间内所作的功为Tn12RFn1WP]/[1n2秒弧度,]mN[RFT什么是负载？如何描述负载的特性〗永磁直流电机【补充】PermanentMagnetDCMotor一、永磁直流电机的特点采用永磁后，既保留了直流电机的良好调速特性和机械特性，还因省去了励磁绕组和励磁损耗而具有结构工艺简单、体积小、效率高等特点。功率在300W以内时，永磁直流电动机的效率比同规格电励磁直流电动机的高10～20个百分点，而且，电动机功率越小，励磁结构体积占总体积的比例和励磁损耗占总损耗比例都越大，这些优点尤为突出，采用铁氧体永磁时总成本一般比电励磁电动机低。因而从家用电器、便携式电子设备、电动工具到要求有良好动态性能的精密速度和位置传动系统（如计算机外围设备、录像机等）都大量应用永磁直流电动机。据资料报导，500W以下的微型直流电动机中，永磁电动机占92%，而10W以下的永磁电动机占99%。目前正从微型和小功率电动机向中小型电动机扩展。另一个优点是永磁电机的有效气隙比普通直流机增加了许多倍，磁铁具有接近气隙的磁导率，因此不会因电枢反应引起磁场的失真变形，从而使电枢反应显著减小，换向和电机的过载能力得到改善。还有一个优点是气隙的增加降低了电枢的电抗，当电枢电流变化时，响应显著加快。永磁电机的缺点是永久磁铁相对高的成本和不能通过弱磁升速,永久磁铁也不能产生如同外部励磁那样高强度的磁场，每安培电流产生的电磁转矩要比同等他励直流电机小。此外，永久磁铁在电机运行时有去磁的危险。电机运行时，电枢反应磁势参与合成电机磁场，如果电枢电流太大，电枢反应磁势有可能造成永久磁铁的去磁。电机长期过载产生的高温也可能使永久磁铁去磁。图1显示典型铁磁材料的磁化特性B－H曲线（或磁通－磁势曲线）。当一个很强的磁势作用于它然后移去，它会保留一个剩磁通。为了使磁通变为0，需要在原来的反方向加一个能产生磁场强度为Hc（称为骄顽磁场强度）的磁势，普通直流机的骄顽磁势应该尽可能小，这样的材料具有较低的磁滞损耗。而永磁电机的材料应具有尽可能高的剩磁和大的Hc，磁化特性如图2.在过去数十年间，许多具有制作永久磁铁期望特性的新材料被研制出来。最主要的类型有陶类和稀土类磁铁。图3显示了某一陶类、稀土类和普通铁磁合金磁化曲线在2象限的比较。从中可以看出，稀土类可以产生普通合金相当的剩磁，同时对因电枢反应可能产生的去磁具有非常强的免疫能力。0-100-200-300-400-500-600-700-800-900-10000.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.4钕铁硼钐钴陶铝镍钴磁钢H,kA/mB,T几种典型磁性材料的磁化特性曲线的第二象限稀土类磁铁具有很高的剩磁和很高的矫顽磁场强度二、永磁直流电机的分类永磁直流电机种类很多，分类方法也多种多样。按运动方式和结构特点又可分为直线式和旋转式，其中