電機(jī)原理及拖動（第4版）課件：電力拖動系統(tǒng)的過渡過程

《電機(jī)原理及拖動》

第4版2024/12/272

電力拖動系統(tǒng)的過渡過程一、過渡過程的一般概念

電力拖動系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩、電樞電流、轉(zhuǎn)速及電樞電勢都不隨時(shí)間變化。如果打破這種平衡關(guān)系，拖動系統(tǒng)將從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。在此過程中，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電流等都將隨時(shí)間變化，它們是時(shí)間的函數(shù)。這種變化過程就是電力拖動系統(tǒng)的過渡過程。2024/12/273電力拖動系統(tǒng)過渡過程要研究的問題：這是拖動系統(tǒng)的動態(tài)特性，當(dāng)磁通一定時(shí)動態(tài)特性可用微分方程組表示：一、過渡過程的一般概念2024/12/274一、過渡過程的一般概念求微分方程的解得到動態(tài)特性2024/12/275電動機(jī)輸出功率有限，因此電力拖動系統(tǒng)的電動機(jī)Ω和Ia都不能突變，即拖動系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一定有一個(gè)過程，這個(gè)過程的產(chǎn)生是由于系統(tǒng)存在著電磁慣性和機(jī)械慣性：電磁慣性：電樞回路存在La，電流不能突變；機(jī)械慣性：系統(tǒng)飛輪力矩GD2存在，轉(zhuǎn)速不能突變。一、過渡過程的一般概念2024/12/276機(jī)電過渡過程：既考慮電磁慣性La又考慮機(jī)械慣性GD2的過渡過程。機(jī)械過渡過程：認(rèn)為La＝0，只考慮機(jī)械慣性的過渡過程（電壓平衡方程式得到簡化）。一、過渡過程的一般概念不同機(jī)械對過渡過程要求：起動、制動、反轉(zhuǎn)要快（軋機(jī)、刨床……），縮短過渡時(shí)間起動制動平穩(wěn)，加速度不能太大（電梯、電車……），舒適度準(zhǔn)確定位、協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)（伺服控制系統(tǒng)……），精確度2024/12/277二、拖動系統(tǒng)過渡過程的數(shù)學(xué)分析（一）機(jī)械過渡過程的一般表達(dá)式nTTiRan0nsA0CBniRa+RcTs=TL忽略電磁慣性，過渡過程從B點(diǎn)開始，到C點(diǎn)結(jié)束。2024/12/278從B→C的機(jī)械過渡過程假設(shè)La＝0，U、Φ、TL保持不變，過渡過程結(jié)束時(shí)，穩(wěn)態(tài)值為ns、Ts、Ias1.轉(zhuǎn)速變化規(guī)律運(yùn)動方程：2024/12/279從B→C的機(jī)械過渡過程過渡過程結(jié)束后的穩(wěn)態(tài)值是有微分方程式的通解是：一階常系數(shù)非齊次2024/12/2710從B→C的機(jī)械過渡過程關(guān)于n的一階常系數(shù)非齊次微分方程式的通解其中C由初始條件確定，當(dāng)t＝0時(shí)n＝ni（B點(diǎn)轉(zhuǎn)速）則C＝ni－ns

上式可以寫成：轉(zhuǎn)速的機(jī)械過渡過程解析式2024/12/2711從B→C的機(jī)械過渡過程2.電磁轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律代入整理2024/12/2712從B→C的機(jī)械過渡過程3.電樞電流的變化規(guī)律2024/12/2713機(jī)械過渡過程的討論①三個(gè)式子形式相同，都含有一個(gè)穩(wěn)態(tài)分量和一個(gè)按指數(shù)形式變化的分量。②過渡過程的時(shí)間取決于機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM的大小。2024/12/2714TiRan0nsA0CBniTsTM既與電量有關(guān)也與機(jī)械量有關(guān)，所以稱：機(jī)電時(shí)間常數(shù)2024/12/2715TM的量綱為：秒（S）機(jī)械過渡過程的討論③機(jī)械過渡過程三要素：初始值、穩(wěn)態(tài)值、機(jī)電時(shí)間常數(shù)。唯一的確定過渡過程曲線。④當(dāng)t＝4TM時(shí)，各量值已經(jīng)可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的98%，過渡過程結(jié)束。2024/12/2716時(shí)間計(jì)算在工程設(shè)計(jì)中如果需要轉(zhuǎn)速過渡到某一點(diǎn)時(shí)的時(shí)間，可令轉(zhuǎn)速為nx，求得時(shí)間tx

（如圖）即：已知時(shí)間：已知轉(zhuǎn)速：2024/12/27172024/12/2718三、起動的過渡過程（一）起動過渡過程曲線的計(jì)算TnnttT4TM2024/12/2719（二）逐級切除起動電阻的過渡過程TnnttTn0ns2ns1ns32024/12/2720四、能耗制動過渡過程反抗性負(fù)載在n=0時(shí)，負(fù)載變化不滿足負(fù)載不變的假設(shè)條件，所以將特性曲線延長交于C點(diǎn)。虛構(gòu)一個(gè)完整的過渡過程。2024/12/2721四、能耗制動過渡過程D位能性負(fù)載如果考慮傳動損耗，在n=0時(shí)不滿足負(fù)載不變的假設(shè)條件，所以將負(fù)載特性曲線延長，與機(jī)械特性交于C點(diǎn)?！疤摲€(wěn)定點(diǎn)”。2024/12/2722五、反接制動過渡過程反抗性負(fù)載2024/12/2723五、反接制動過渡過程位能恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載2024/12/2724六、過渡過程中的能量損耗電力拖動系統(tǒng)的過渡過程中由于電流較大，會產(chǎn)生較大的能量損耗，使拖動系統(tǒng)效率降低。（一）過渡過程能量損耗的一般情況電動機(jī)總損耗中包含空載損耗和電樞銅損，在過渡過程中由于電流較大可以考慮忽略以簡化計(jì)算。假設(shè)電壓、磁通為常數(shù)；電樞串電阻；電動機(jī)為理想空載狀態(tài);過渡過程從從t1開始到t2結(jié)束。2024/12/2725過渡過程能量損耗的一般情況在Φ=C，U=C,TL=0的理想條件下，由電壓平衡方程式有：2024/12/2726過渡過程能量損耗的一般情況根據(jù)運(yùn)動方程式，在

TL=0的條件下有：即：損耗功率=輸入功率-電磁功率2024/12/2727過渡過程能量損耗的一般情況從t1t2電機(jī)轉(zhuǎn)過角度Ω1Ω22024/12/2728過渡過程能量損耗與過渡時(shí)間無關(guān)。過渡過程能量損耗的一般情況輸入能量動能變化2024/12/2729過渡過程中的能量損耗情況TΩ0－Ω0①②③④2024/12/2730理想空載起動過程中的能量損耗起動過程中輸入能量的一半轉(zhuǎn)化為損耗2024/12/2731理想空載能耗制動過程中能量損耗電網(wǎng)輸入能量為0系統(tǒng)動能轉(zhuǎn)化為損耗2024/12/2732反接起動停車過程中的能量損耗輸入能量和系統(tǒng)動能全部轉(zhuǎn)化為損耗反接時(shí)為負(fù)值2024/12/2733理想空載反轉(zhuǎn)時(shí)能量消耗最大。理想空載反轉(zhuǎn)起動過程中能量損耗反轉(zhuǎn)時(shí)為負(fù)值2024/12/2734起動、能耗制動、反接制動停車、理想反轉(zhuǎn)空載起動過程中的能量損耗分別為：