第2章_直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)基礎(chǔ)

1、電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P1電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Electrical Drive and Control System哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 電氣工程系電氣工程系武健武健 E-mail:2022年年3月月17日日電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P2第二章第二章 直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)基礎(chǔ)直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)基礎(chǔ)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 固有機(jī)械特性與人工機(jī)械特性固有機(jī)械特性與人工機(jī)械特性 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的計(jì)算和繪制直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的計(jì)算和繪制 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作狀

2、態(tài)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài) 調(diào)速的基本指標(biāo)調(diào)速的基本指標(biāo) 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)與負(fù)載性質(zhì)的配合直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)與負(fù)載性質(zhì)的配合電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P32.1 直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 “電機(jī)學(xué)”中，注重電機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理，主要研究的是電機(jī)在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換時(shí)其內(nèi)部的電磁過(guò)程；而“電力拖動(dòng)”，則注重的是電動(dòng)機(jī)的使用電動(dòng)機(jī)的使用，主要研究的是電機(jī)的外特性電機(jī)的外特性。在電動(dòng)機(jī)的各類(lèi)工作特性中首要的是機(jī)械特性。 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(Speed-Torque Characteristics)， 是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩(

3、電磁轉(zhuǎn)矩) T 與其轉(zhuǎn)速 n 之間的關(guān)系，即 n=f(T)。電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P4機(jī)械特性的重要性 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)性能的主要表現(xiàn)，只有掌握好電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，才能正確選擇和使用電動(dòng)機(jī)。 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性在很大程度上決定了電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和過(guò)渡過(guò)程的性質(zhì)和特點(diǎn)。 電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的研究是“電氣傳動(dòng)”課程的核心內(nèi)容。電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P5直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式假設(shè)： 電源電壓為恒值 磁通為恒值，即勵(lì)磁電流不變，認(rèn)為無(wú)電樞反應(yīng)， 電樞回路電阻為恒值。 Uf If rf ra Rfad

4、I E Rad U + + M 電樞回路 勵(lì)磁回路 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P6電壓平衡方程電壓平衡方程 （基爾霍夫定律）（基爾霍夫定律） 電樞回路的電壓平衡方程式為：U = E + I Ra U電動(dòng)機(jī)的電樞電壓(V)；E電動(dòng)機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)(電樞電勢(shì))(V)；I 電樞電流(A)；Ra電樞回路總電阻()， Ra=ra+Rad。電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P7電機(jī)電動(dòng)勢(shì) 直流電機(jī)的電樞電勢(shì)公式為：E=Cen Ce電勢(shì)常數(shù);p電機(jī)極對(duì)數(shù)；N電樞繞組的有效導(dǎo)體數(shù)；a電樞繞組的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)；每極磁通(Wb)；n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)。電氣傳動(dòng)自動(dòng)控

5、制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P8電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式為：T=CTI 式中：CT轉(zhuǎn)矩常數(shù)；則有： T電磁轉(zhuǎn)矩(Nm)。電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P9直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式 U= Cen+IraICRCUneaeTCCRCUnTeae2TCTIn0n0T0T0n電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P10直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的特點(diǎn)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的特點(diǎn) 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一條向下傾斜的直線； 斜率愈大，速度降落愈大，特性向下傾斜就愈明顯，即稱(chēng)為機(jī)械特性愈“軟”； 特性愈平坦，機(jī)械特性愈“硬”。 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制

6、系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P11機(jī)械特性分為固有機(jī)械特性 定義：當(dāng)電動(dòng)機(jī)電樞接額定電壓，正常接線，磁通為額定磁通，電樞回路無(wú)附加電阻時(shí)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性稱(chēng)為固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性。 U=UN，=N，Rad=0，Ra=ra代入機(jī)械特性，即得固有機(jī)械特性方程式為：TCCrCUnNTeaNeN2電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P12直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性曲線 Tst nN n0 TN T 0 n N I II IV III 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P13直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性具有以下幾個(gè)特點(diǎn) 其電磁轉(zhuǎn)矩T越大，轉(zhuǎn)速n越低，機(jī)械特性是一條下斜直線。

7、原因是：原因是：T增大，電樞電流增大，電樞電流I與與T成正比，成正比，I也增大，電也增大，電樞電勢(shì)樞電勢(shì) E=Ce nN=UN-Ira，E則減小，轉(zhuǎn)速則減小，轉(zhuǎn)速n則降低。則降低。 當(dāng)T=0時(shí)，為固有機(jī)械特性的理想空載轉(zhuǎn)速。此時(shí)I=0，E=UN。固有機(jī)械特性的斜率為： 轉(zhuǎn)速降為： 2NTeaCCrbTCCrbTnNTea2電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P14 當(dāng)n=0，即電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，E=CenN=0，此時(shí)電樞電流，稱(chēng)為起動(dòng)電流； 電磁轉(zhuǎn)矩T=CTNIst=Tst，稱(chēng)為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是一條向下傾斜的直線，橫跨I、II、IV三個(gè)象限，特性較硬。 機(jī)械

8、特性只表征電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系，是電動(dòng)機(jī)本身的能力，至于電動(dòng)機(jī)具體運(yùn)行狀態(tài)，還要看拖動(dòng)什么樣的負(fù)載。 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P15人工機(jī)械特性人工機(jī)械特性 1. 電樞串接電阻時(shí)的人工機(jī)械特性電樞串接電阻時(shí)的人工機(jī)械特性 電樞串接電阻時(shí)，Rad0，電樞回路總電阻Ra=ra+Rad。電源電壓U=UN，磁通=N，此時(shí)的人工機(jī)械特性方程式為：TCCRCUnNTeaNeN2n0raT0nRa1=ra+Rad1Ra2=ra+Rad2Rad1U1U2U1U2U=0U=-UN-n0能耗制動(dòng)電樞反接制動(dòng)U改變時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速隨之成正比變化；而特性斜率b不變，都與固有機(jī)械

9、特性的相同。 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P173.減弱電動(dòng)機(jī)磁通時(shí)的人工機(jī)械特性減弱電動(dòng)機(jī)磁通時(shí)的人工機(jī)械特性改變勵(lì)磁回路的附加電阻改變勵(lì)磁回路的附加電阻Rfad，即可改變勵(lì)磁電流，即可改變勵(lì)磁電流If，從而，從而使磁通改變。一般，電機(jī)在額定磁通下工作時(shí)，磁路已接使磁通改變。一般，電機(jī)在額定磁通下工作時(shí)，磁路已接近飽和，所以只能是近飽和，所以只能是減弱磁通減弱磁通。 TCCrCUnTeaeN2 n0 2 T 0 n n01 n02 1 N N12 Tst2 Tst1 Tst 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P18人工機(jī)械特性小結(jié) 電樞串接電阻和弱磁時(shí)，

10、機(jī)械特性都變軟了； 只有調(diào)壓調(diào)速，才保持和固有機(jī)械特性相同的硬度；電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P19直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的計(jì)算和繪制直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的計(jì)算和繪制 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一條向下傾斜的直線 為了繪制其機(jī)械特性，不論是固有機(jī)械特性，還是人工機(jī)械特性，只需兩點(diǎn)即可，即：“兩點(diǎn)法”。 TCCRCUnTeae2電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P201.固有機(jī)械特性的計(jì)算和繪制固有機(jī)械特性的計(jì)算和繪制 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性可以由理想空載點(diǎn)(0，n0)和額定工作點(diǎn)(TN，nN)這兩點(diǎn)來(lái)決定。（1) 首先確定理想空載點(diǎn)(0，n0) 額

11、定電壓額定電壓UN由電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)可得，而由電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)可得，而Ce N可由額定狀態(tài)下可由額定狀態(tài)下電樞回路的電壓平衡方程式求出。電樞回路的電壓平衡方程式求出。 額定電壓額定電壓UN、額定電流、額定電流IN以及額定轉(zhuǎn)速以及額定轉(zhuǎn)速nN都是電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)都是電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)，而電樞電阻據(jù)，而電樞電阻ra的值在產(chǎn)品目錄中一般并不給出。我們可以的值在產(chǎn)品目錄中一般并不給出。我們可以通過(guò)實(shí)測(cè)得出電樞電阻通過(guò)實(shí)測(cè)得出電樞電阻ra的值，或可以按照電機(jī)工作時(shí)的銅損的值，或可以按照電機(jī)工作時(shí)的銅損來(lái)估算來(lái)估算.NeNCUn0NaNNNNNenrIUnEC電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，

12、P21 給出電樞電阻ra的估算公式，即：認(rèn)為在額定負(fù)載時(shí)，電樞電阻ra所引起的電樞銅損占電機(jī)全部損耗的一半到三分之二。 NNaNUIrI132212NNaIUr13221電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P22（2)確定額定工作點(diǎn)確定額定工作點(diǎn)(TN，nN) 額定工作點(diǎn)(TN，nN)，額定轉(zhuǎn)速nN是銘牌數(shù)據(jù)中給出的，只需求出額定轉(zhuǎn)矩即可 CT=9.55Ce 由 T=CT I 可知 TN=CTNIN 有了理想空載點(diǎn)和額定工作點(diǎn)，就可以繪制出直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P232. 人工機(jī)械特性的計(jì)算和繪制人工機(jī)械特性的計(jì)算和繪制

13、由于直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的人工機(jī)械特性亦是直線，所以根據(jù)人工機(jī)械特性方程式，把相應(yīng)的參數(shù)代入，用與固有機(jī)械特性類(lèi)似的“兩點(diǎn)法”即可 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P24 例：直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)為：PN=4kW，UN=220V，IN=22.7A，nN=1500r/min。電樞繞組，串聯(lián)穩(wěn)定繞組和換向極繞組的電阻分別為：0.56、0.037、0.245，電刷接觸電壓降為2V。 (1)試計(jì)算并繪制固有機(jī)械特性； (2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)為額定負(fù)載、轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速一半時(shí)，電樞回路應(yīng)串多大附加電阻？并繪制該人工機(jī)械特性。電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P25解：(1)電動(dòng)機(jī)的電

14、樞電阻估算值根據(jù)工廠制造電機(jī)時(shí)所取得的數(shù)據(jù)，電樞繞組，串聯(lián)穩(wěn)定繞組和換向極繞組的電阻分別為：0.56、0.037、0.285。此外電刷接觸電阻為式中, Ua電刷接觸電壓降(V)則，電樞電阻的實(shí)際值ra：ra=0.56+0.037+0.285+0.088=0.97電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)常數(shù)088. 07 .222NaIU1min/132. 0150097. 07 .22220rVnrIUCNaNNNe電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P26電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P270102030400500100015002000T(Nm)n(r/min)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

15、電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P28電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P292.2 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 電機(jī)從靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，加速到某一穩(wěn)定運(yùn)行速度的過(guò)程稱(chēng)為起動(dòng)過(guò)程起動(dòng)過(guò)程。 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，為了產(chǎn)生較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及不使起動(dòng)后的轉(zhuǎn)速過(guò)高，應(yīng)該滿(mǎn)磁起動(dòng)，即勵(lì)磁電流為額定值，每極磁通為額定值。 因此起動(dòng)時(shí)勵(lì)磁回路不能串電阻，而且絕對(duì)不允許勵(lì)磁回路出現(xiàn)斷路，即失磁。電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P302.2.1 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法 不采取任何措施，把直流電動(dòng)機(jī)的電樞直接投入額定電壓的起動(dòng)，稱(chēng)為直接起動(dòng)。直流

16、電動(dòng)機(jī)一般不允許直接起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)一般不允許直接起動(dòng)(小容量直流電機(jī)由于小容量直流電機(jī)由于ra大大,可以直接起動(dòng)可以直接起動(dòng))。原因： 直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)瞬間，n =0，則電樞反電勢(shì)E = Cen=0，則此時(shí)電樞電流為，稱(chēng)為起動(dòng)電流，亦稱(chēng)為短路電流或堵轉(zhuǎn)電流。由于電樞內(nèi)阻很小，則起動(dòng)電流Ist很大，一般可達(dá)到額定電流的1020倍。由于直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流Ist很大，使換向惡化，在換向器表面產(chǎn)生過(guò)大的火花，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生“環(huán)火”。Ist很大，TI，Tst也很大，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊也很大。這樣過(guò)大的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，對(duì)電網(wǎng)及傳動(dòng)系統(tǒng)都是有害的。 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P3

17、1電動(dòng)機(jī)負(fù)載起動(dòng)的一般條件是：Ist(22.5)IN，因?yàn)閾Q向最大允許電流為(22.5)IN。Tst(1.11.2)TN，這樣系統(tǒng)才能順利起動(dòng)。直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法有以下兩種(為限制起動(dòng)電流)：降壓起動(dòng)；降壓起動(dòng)；1. 電樞串接電阻起動(dòng)電樞串接電阻起動(dòng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P32降壓起動(dòng)在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，降低電樞電壓，使起動(dòng)電流降低，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高后，再逐漸使電樞電壓恢復(fù)到正常值。 A n0 UN T 0 n UNU3U2U1 U3 U2 Tst TL U1 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P33電樞串接電阻起動(dòng)電樞串接電阻起動(dòng) 在電動(dòng)機(jī)起

18、動(dòng)時(shí)，在電樞回路中串接電阻(稱(chēng)為起動(dòng)電阻)，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高之后，再逐級(jí)將起動(dòng)電阻切除。 為使起動(dòng)平穩(wěn)可靠，常采用電樞回路串接電阻分級(jí)起動(dòng)的方法。 Ra1=ra+Rad1+Rad2 Uf Ra2 ra Ra1 Rad2 U + + M Rad1 KM1 KM2 n0 ra T 0 n Ra2 Ra1 T1 T2 TL I I1 I2 IL a b c d e f h m g 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P34 適當(dāng)?shù)剡x擇所切除的電阻值Rad1，使切除Rad1后的電樞電流剛好等于I1，所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T(mén)1。 在分級(jí)起動(dòng)過(guò)程中，各級(jí)的最大電流I1(或相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩T1)及切換電

19、流I2(或與之相應(yīng)的切換轉(zhuǎn)矩T2)都是不變的，這樣，使得起動(dòng)過(guò)程有較均勻的加速。 要滿(mǎn)足以上電樞回路串接電組分級(jí)起動(dòng)的要求，起動(dòng)電阻的阻值需要合適的取值。下面討論啟動(dòng)電阻的計(jì)算方法。下面討論啟動(dòng)電阻的計(jì)算方法。 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P352.2.2 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電阻的計(jì)算方法直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電阻的計(jì)算方法 推導(dǎo)計(jì)算起動(dòng)電阻的公式 對(duì)a點(diǎn)有 對(duì)b點(diǎn)有 對(duì)c點(diǎn)有11aRUI 11IURa12abREUI21acREUI電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P36 因?yàn)榍谐娮鑂ad1的瞬間，由于機(jī)械慣性nbnc，又由于略去電樞電感的影響，所以電流由

20、I2突增到I1。 當(dāng)切除Rad2的瞬間，對(duì)d點(diǎn)有 對(duì)e點(diǎn)有2121aaRRII22adREUIaerEUI1電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P37 同理，ndne，EdEe 兩級(jí)起動(dòng) 推廣為m級(jí)起動(dòng)（為最大起動(dòng)電流I1與切換電流I2之比）aarRII221aaaarRRRII22121aamammaaaaarRRRRRRRII1322121電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P38為最大起動(dòng)電流與切換電流之比 每級(jí)電樞回路總電阻 各級(jí)的起動(dòng)電阻 aamammaaaaaaarRRRRRRRRR1433221aamadmammamadaaadaaadaaadrRRR

21、RRRRRRRRRRR11433322211maarR1maairR電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P39 起動(dòng)最大電流I1及切換電流I2按生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求確定，一般 電動(dòng)機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩 NNI.II.I211125121NNT.TT.T211125121電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P40計(jì)算起動(dòng)電阻的步驟計(jì)算起動(dòng)電阻的步驟 按電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)，求出電動(dòng)機(jī)的電樞電阻ra；（a）起動(dòng)級(jí)數(shù)m已知時(shí)(一般可按電機(jī)容量及起動(dòng)要求選定起動(dòng)級(jí)數(shù)m) 先確定最大起動(dòng)電流先確定最大起動(dòng)電流Il，一般，一般I1=(1.52)IN 求出最大起動(dòng)電阻Ra1， （b) 算出值

22、求出切換電流I2，應(yīng)滿(mǎn)足I2=(1.11.2)IN； 23103221NNNNaIPIUr11IURNamaarR112II電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P413. （a）當(dāng)m未知時(shí)，先選定最大電流I1及切換電流I2； （b） 求出值 （c） 求出最大起動(dòng)電阻Ra1 （d） 算出起動(dòng)級(jí)數(shù)m （e）如得出的m不是整數(shù)，則選取與其相近的較大整數(shù)。然后用其所選之整數(shù)m，按式 反過(guò)來(lái)修正值及切換電流I2值； 21II11IURalnln1aarRmmaarR1電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P42 (f) 求出各級(jí)起動(dòng)電樞回路總電阻 (g) 求出各級(jí)起動(dòng)電阻值。

23、aamammaaaaaaarRRRRRRRRR1433221aamadmammamadaaadaaadaaadrRRRRRRRRRRRRRR11433322211電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P43 例：直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為：PN13kW，UN440V，IN33.5A，nN1500rmin。起動(dòng)級(jí)數(shù)m4，試用分析法計(jì)算起動(dòng)電阻。 (1) 按電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)求出電樞電阻 (2) 選取最大起動(dòng)電流I1為 Il2IN=233.567A (3)求最大起動(dòng)電阻Ra1 775053310135334402110212323.IPIUrNNNNa5766744011.IURNa電氣傳

24、動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P44 (4) 求值 (5) 切換電流為 (6)求起動(dòng)時(shí)各級(jí)電樞回路總電阻 7061775057641.rRmaa126739.271.706IINNI.III17170612125768432527061252321706132177507061132434.R.RR.RR.rRaaaaaaa電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P45 (7) 求起動(dòng)時(shí)各級(jí)切除的電阻 5450775032193032125259125284373284357644433322211.rRR.RRR.RRR.RRRaaadaaadaaadaaad電氣傳動(dòng)

25、自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P462.3 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的各種工作狀態(tài) 電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)按拖動(dòng)性能分為電動(dòng)當(dāng)電機(jī)從電網(wǎng)取得電能，并且發(fā)出與系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方向當(dāng)電機(jī)從電網(wǎng)取得電能，并且發(fā)出與系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方向一致的轉(zhuǎn)矩，即為電動(dòng)工作狀態(tài)一致的轉(zhuǎn)矩，即為電動(dòng)工作狀態(tài)制動(dòng)。當(dāng)電機(jī)向電網(wǎng)回饋電能，并且發(fā)出與運(yùn)動(dòng)方向相反當(dāng)電機(jī)向電網(wǎng)回饋電能，并且發(fā)出與運(yùn)動(dòng)方向相反的轉(zhuǎn)矩時(shí)，即為制動(dòng)工作狀態(tài)。的轉(zhuǎn)矩時(shí)，即為制動(dòng)工作狀態(tài)。在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中有三種不同的制動(dòng)狀態(tài)。電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P47回饋制動(dòng)狀態(tài)回饋制動(dòng)狀態(tài)：將電機(jī)軸上的機(jī)械能或拖動(dòng)系統(tǒng)存儲(chǔ)的動(dòng)能，變成電能輸送到電網(wǎng)。反接制

26、動(dòng)狀態(tài)反接制動(dòng)狀態(tài)：電機(jī)同時(shí)吸收機(jī)械能和電能，把它們消耗在電樞（轉(zhuǎn)子）回路的電阻中。能耗制動(dòng)狀態(tài)能耗制動(dòng)狀態(tài)：將機(jī)械能變成電能，把它們消耗在電樞（轉(zhuǎn)子）回路的電阻中。電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P48制動(dòng)工作狀態(tài)的實(shí)質(zhì)是電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作，消耗機(jī)械能。哪些情況下需要使電機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)？迅速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)地停車(chē)或迅速反轉(zhuǎn)；由高速迅速降到低速；1.位能負(fù)載為獲得穩(wěn)定的下放速度。電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P49 電動(dòng)工作狀態(tài)(以位能負(fù)載為例分析 )提升重物（正向電動(dòng)）提升重物（正向電動(dòng)）下放空籠（反向電動(dòng)）下放空籠（反向電動(dòng)）電機(jī)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速方向相電機(jī)產(chǎn)生

27、與轉(zhuǎn)速方向相同的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，來(lái)克服同的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，來(lái)克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩使重物提升負(fù)載轉(zhuǎn)矩使重物提升 m0為平衡錘m為重物mm0電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P50提升重物 機(jī)械特性位于第1象限A點(diǎn) 機(jī)械特性方程 n =n0-bT 負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩 電機(jī)由電網(wǎng)供給電能，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能（勢(shì)能）0 EUAnn即電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P51下放空籠 空籠質(zhì)量空籠質(zhì)量mm0 轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)速反向 電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相同電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相同 電機(jī)電樞反接電機(jī)電樞反接 工作在第工作在第3象限象限反向電動(dòng)反向電動(dòng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P52 回饋制動(dòng)狀

28、態(tài)（提升空籠，下放重物，高速向低速變速） （1) 提升空籠正向電動(dòng)正向電動(dòng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P53當(dāng)?shù)竭_(dá)空載轉(zhuǎn)速后，工作在第2象限 BC段，T為負(fù)，n為正，制動(dòng)作用 電機(jī)吸收的能量為負(fù)，能量回饋 C點(diǎn)穩(wěn)定提升回饋制動(dòng)回饋制動(dòng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P5422: W): W): W)aaaUIrEUII rEIEIUII r由機(jī)械能功率轉(zhuǎn)換成的電磁功率（電機(jī)向電網(wǎng)回饋的電功率（電樞回路電阻上消耗的電功率（電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P55 回饋制動(dòng)(2) （2) 下放重物反向電動(dòng)反向電動(dòng)工作在第工作在第3 3象限象限

29、電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P56回饋制動(dòng)回饋制動(dòng)工作在第工作在第4象限象限電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P57（3) 電機(jī)從高速向低速變速 由弱磁工作快速恢復(fù)勵(lì)磁時(shí)；由弱磁工作快速恢復(fù)勵(lì)磁時(shí)； 迅速降低電壓。迅速降低電壓。電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P58小結(jié)：回饋制動(dòng) 提升空籠（第2象限），下放重物（第4象限） 把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?一部分電能消耗在電樞 電阻上，其余部分電能均回饋到電網(wǎng)； 轉(zhuǎn)速均高于理想空載轉(zhuǎn)速電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P59反接制動(dòng)狀態(tài)（1) 轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)（2) 電樞反接的反接

30、制動(dòng)（1) 轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)正向電動(dòng)當(dāng)當(dāng)Tst TL時(shí)，出現(xiàn)時(shí)，出現(xiàn)“倒拉倒拉”， 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩方向相轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩方向相反反電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P60 系統(tǒng)工作于第4象限的G點(diǎn)，以穩(wěn)定的速度下放。2aaaadaEUIRRrREIUII R從電網(wǎng)輸入的功率和由機(jī)械能轉(zhuǎn)換成的電磁功率都消耗在電阻上。電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P61 （2) 電樞反接的反接制動(dòng)Rad電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P62 阻力負(fù)載穩(wěn)定在D點(diǎn) 位能負(fù)載穩(wěn)定在E點(diǎn)2aaUEIRUIEII R從電網(wǎng)輸入的電功率和從機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成的電磁功率都消耗在電樞電阻

31、上。電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P63能耗制動(dòng)狀態(tài) 電機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，把電樞斷開(kāi)電源，接到制動(dòng)電阻上。MU(+)T(+)UEI-+-UfTl(+)T(+)n ()M電動(dòng)狀態(tài)電動(dòng)狀態(tài)能耗制動(dòng)狀態(tài)能耗制動(dòng)狀態(tài)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P64 阻性負(fù)載穩(wěn)定在O 位能負(fù)載穩(wěn)定在C 能耗上優(yōu)于反接制動(dòng)零速時(shí)沒(méi)有轉(zhuǎn)矩，可以準(zhǔn)確停車(chē)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P65串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài) 反接制動(dòng) 注意電樞電源和勵(lì)磁電源不能同時(shí)反接。注意電樞電源和勵(lì)磁電源不能同時(shí)反接。 能耗制動(dòng) 注意勵(lì)磁電流方向不能改變。注意勵(lì)磁電流方向不能改變。

32、 沒(méi)有回饋制動(dòng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P662.4 合理選擇調(diào)速方式的基本依據(jù) 調(diào)速范圍能否滿(mǎn)足要求 電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力是否得到合理利用 調(diào)速的平滑性 原始投資和運(yùn)行費(fèi)用的合理支配電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P67（一）調(diào)速范圍 定義：額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下電動(dòng)機(jī)允許達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速與不超過(guò)工作機(jī)械允許的最大靜差率所能達(dá)到的最低轉(zhuǎn)速之比。000minmaxs)( :DnnnnnnnNTTN用以表征相對(duì)穩(wěn)定性轉(zhuǎn)速變化率靜差率電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P68顯然n愈小，s愈小，表征相對(duì)穩(wěn)定性越好1、2曲線比較：機(jī)械特性越硬，則s越??；1、

33、3曲線比較：機(jī)械特性硬度相同，但s并不一定相同；n0越大，s越小，即高速特性的相對(duì)穩(wěn)定性?xún)?yōu)于低速特性。TL=TNnNnN123nN=nmaxnmin生產(chǎn)機(jī)械調(diào)速時(shí)，為保證一定的穩(wěn)定性，通常要求靜差率s小于某一允許值;如果低速特性的靜差率s滿(mǎn)足要求，則高轉(zhuǎn)速特性一定也滿(mǎn)足要求s和D是互相聯(lián)系的兩項(xiàng)指標(biāo)，nmin取決于低速特性的靜差率s，因此，D也受低速特性的靜差率s的限制電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P69調(diào)速范圍D和靜差率s的關(guān)系)S1 (Snn)S1 (nSnDmaxmaxNminmaxNmaxmax電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2，P70（二）電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力的合理利用 電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力：即電動(dòng)機(jī)的允許輸出，指在調(diào)速過(guò)程中，保持電樞電流Ia=IN時(shí)電動(dòng)機(jī)軸上輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率的大小; 即調(diào)速運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期最大輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率。 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 功率功率電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)Chp2