第3讲《电力拖动自动控制系统》第三版陈伯时

tnGDTTzdd37521）电力拖动系统主要研究电动机和生产机械之间的关系问题，具体表现在拖动转矩T与负载转矩Tz的关系上，用电力拖动运动方程式具体表现，即2）负载的转矩特性方程式为)(zTfn3）电动机的机械特性方程式为)(Tfn小结把上述两个特性画在同一个图上，即可分析电力拖动系统的稳定运行情况；此外，利用以上两种特性可以清楚地分析电力拖动系统的各种过渡过程，包括起动和制动过程。主要内容1.他励直流电动机的机械特性；2.他励直流电动机的起动方法；3.他励直流电动机的制动方法；4.他励直流电动机的调速方法及调速性能指标；本章的内容较多，概括起来主要有以下几个部分：直流电机及其拖动(教材1第九章)第一节他励直流电动机的机械特性电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩T的关系n=f(T)一般情况下，空载转矩T0很小，故在工程计算中可略去，而近似认为电磁转矩T和拖动转矩Td相等；弄清楚：电磁转矩、拖动（输出）转矩、空载转矩的关系；（电磁转矩=拖动转矩+空载转矩）0TTTd＝即一、机械特性方程式直流电机的基本方程式如下：式（1）即为机械特性方程式，由此式可画出直流电机的机械特性曲线，如下图所示。一、机械特性方程式（续）由特性曲线可知，转速n随转矩T的增大而降低，这说明电动机一加负载转速就会有些降落，分析如下：eCUn0理想空载转速电动机实际空载转速0200TCCRnnTe的大小。空载转速即可改变电动机的理想或磁通改变电压0Un一、机械特性方程式（续）2TeCCR由式（1）可得电动机带负载后的转速降为其中，机械特性的斜率TTCCRnTe2Δ)!,()(')()2'),'()()10000NNNZaaZZZTnTTTTIEnTTTnnTnTTTT态新的稳定状，这时，又达到了一个到满足直一加负载；转速，此时，，处于稳态即开始时，有一、机械特性方程式（续）%100%%0NNNNnnnnn表达式为为额定转速变化率，其大。大，特性软，小；小，特性硬，nn（2）Tnn0由直流电机的基本方程式（1），可得下式：式（2）是机械特性方程式的简单形式。一、机械特性方程式（续）电枢反应对机械特性的影响当电枢电流较大时，由于饱和的影响，产生去磁作用。磁通降低，转速就要回升，机械特性在负载大时呈上翘现象。解决方法：常在主磁极上增加一个匝数很少的串励绕组，其磁动势可以抵消电枢反应的去磁作用。上述串励绕组通常称为稳定绕组。二、固有机械特性与人为机械特性当他励电动机电压及磁通均为额定值，且电枢没有串联电阻时的机械特性称为固有机械特性。TCCRCUneae2NTNN他励直流电动机固有机械特性电枢串联电阻时的人为机械特性可以通过改变电动机参数的方法获得电动机的人为机械特性，主要有以下3种方法：电枢串电阻、改变电压、减弱磁通。他励直流电动机固有机械特性电枢串联电阻时的人为机械特性Ω,,RRRUUaNN而就越大。转速降在一定的负载转矩下，越大，特性越软，越大，斜率串联电阻nRΩ.3特点：1.和固有机械特性具有相同的理想空载转速（n0）；2.由交纵坐标轴于一点（n=n0）,但具有不同斜率的射线簇组成！（一）电枢串联电阻时的人为机械特性)(Ω1Ω2RRTCCRRCUneae2NTΩNN（二）改变（降低）电压时的人为机械特性TCCRCUneae2NTN电压不同时的人为机械特性21NUUU特点：1.和固有特性曲线平行的几根平行线，斜率不变，硬度不变；2.特性比串电阻时硬；3.一般是降低电压。)(21UUUNURRaN而通常,,（三）减弱电动机磁通时的人为机械特性而通常,,aNRRUU32TNTCCRCUneae的曲线，如右图。可画出由式aIfn44NaeaeICRCUn，可得代入式将3aTICT电流；常数，为短路（堵转）aRUINk图。时的人为机械特性如右不同。时的短路（堵转）转矩、、分别为图中，2121,,NkkkNTTT（三）减弱电动机磁通时的人为机械特性(续)kTkeNNkICTCURUI和短路（堵转）转矩磁通常数；短路（堵转）电流可得由式0an.2.1:4三、机械特性的绘制（一）固有机械特性的绘制NNNNNNnRIUnECae其中），（NN00eCUn固有机械特性是一条直线，只要求出线上两个点的数据，就可绘出这条直线。一般选择理想空载点及额定运行点两点较为方便。理想空载点IN，UN及nN为已知，Ra可以估算出)n55.9(NNeNNTNNICICT，NeaCIPIUR2NNNN32~21额定运行点：重来确定！根据铜损占总损耗的比是额定损耗功率，系数)32~21()(NNNPIU（二）人为机械特性的绘制各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值代入相应的人为机械特性方程式即可。[例9-1]一台Z2型他励直流电动机的铭牌数据为：kW22NPV220NUA116NImin/r1500Nn试计算其机械特性。解Ω174.0Ω11622000116220323222NNNNIPIURaV/(r/min)133.0V/(r/min)1500174.0116220NNNNnRIUCae理想空载点0TNN0eCUnnr/min1650r/min133.0220额定点mN3.147mN116133.055.955.9NNNICTTe四、电力拖动稳定运行的条件实质上就是分析生产机械的负载转矩特性与电动机的机械特性这两种特性配合问题。他励直流电动机的机械特性负载特性负载特性在电力拖动运动方程式中已指出，当转矩T与Tz方向相反，大小相等而相互平衡时，转速为某一稳定值，拖动系统处于稳态，或称静态。稳态时电动机发出转矩的大小是由负载转矩的数值决定的！上图中，1、2为恒转矩负载特性，3为电动机的机械特性，其变化过程分析如下：在A点稳态运行时，如果负载转矩特性由1变为2，即Tz由Tz1增大为Tz2时，由于惯性，转速开始时仍为nA，T还是由A点决定的，即T=TZ1TZ2，平衡状态被破坏，dn/dt0，拖动系统进入动态减速过程！两种特性曲线有交点仅是稳定运行的必要条件。稳定运行的充分条件是：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于出现某种干扰作用（如电网电压波动、负载转矩的微小变化等），使原来两种特性的平衡变成不平衡，电动机转速便稍有变化，这时，当干扰消除后，拖动系统必须有能力使转速恢复到原来交点处的数值。电力拖动系统如能满足这样的特性配合条件，则该系统是稳定的，否则是不稳定的。点）。达到了一个新的稳态（时，电动机不再减速，直到转矩电枢电流感应电动势数变化如下：在减速过程中，各个参BTTICTREUInCEZTaaAeaA2aa)(n四、电力拖动稳定运行的条件（续）