電機原理及拖動（第4版）課件：電力拖動系統(tǒng)的過渡過程

《電機原理及拖動》

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，電磁轉矩、電樞電流、轉速及電樞電勢都不隨時間變化。如果打破這種平衡關系，拖動系統(tǒng)將從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。在此過程中，轉矩、轉速、電流等都將隨時間變化，它們是時間的函數。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，當磁通一定時動態(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電動機輸出功率有限，因此電力拖動系統(tǒng)的電動機Ω和Ia都不能突變，即拖動系統(tǒng)從一個穩(wěn)定狀態(tài)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，一定有一個過程，這個過程的產生是由于系統(tǒng)存在著電磁慣性和機械慣性：電磁慣性：電樞回路存在La，電流不能突變；機械慣性：系統(tǒng)飛輪力矩GD2存在，轉速不能突變。一、過渡過程的一般概念2024/12/276機電過渡過程：既考慮電磁慣性La又考慮機械慣性GD2的過渡過程。機械過渡過程：認為La＝0，只考慮機械慣性的過渡過程（電壓平衡方程式得到簡化）。一、過渡過程的一般概念不同機械對過渡過程要求：起動、制動、反轉要快（軋機、刨床……），縮短過渡時間起動制動平穩(wěn)，加速度不能太大（電梯、電車……），舒適度準確定位、協(xié)調運轉（伺服控制系統(tǒng)……），精確度2024/12/277二、拖動系統(tǒng)過渡過程的數學分析（一）機械過渡過程的一般表達式nTTiRan0nsA0CBniRa+RcTs=TL忽略電磁慣性，過渡過程從B點開始，到C點結束。2024/12/278從B→C的機械過渡過程假設La＝0，U、Φ、TL保持不變，過渡過程結束時，穩(wěn)態(tài)值為ns、Ts、Ias1.轉速變化規(guī)律運動方程：2024/12/279從B→C的機械過渡過程過渡過程結束后的穩(wěn)態(tài)值是有微分方程式的通解是：一階常系數非齊次2024/12/2710從B→C的機械過渡過程關于n的一階常系數非齊次微分方程式的通解其中C由初始條件確定，當t＝0時n＝ni（B點轉速）則C＝ni－ns

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

（如圖）即：已知時間：已知轉速：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載在n=0時，負載變化不滿足負載不變的假設條件，所以將特性曲線延長交于C點。虛構一個完整的過渡過程。2024/12/2721四、能耗制動過渡過程D位能性負載如果考慮傳動損耗，在n=0時不滿足負載不變的假設條件，所以將負載特性曲線延長，與機械特性交于C點?！疤摲€(wěn)定點”。2024/12/2722五、反接制動過渡過程反抗性負載2024/12/2723五、反接制動過渡過程位能恒轉矩負載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算。假設電壓、磁通為常數；電樞串電阻；電動機為理想空載狀態(tài);過渡過程從從t1開始到t2結束。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運動方程式，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電機轉過角度Ω1Ω22024/12/2728過渡過程能量損耗與過渡時間無關。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化為損耗2024/12/2731理想空載能耗制動過程中能量損耗電網輸入能量為0系統(tǒng)動能轉化為損耗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)動能全部轉化為損耗反接時為負值2024/12/2733理想空載反轉時能量消耗最大。理想空載反轉起動過程中能量損耗反轉時為負值2024/12/2734起動、能耗制動、反接制動停車、理想反轉空載起動過程中的能量損耗分別為：