Motor_Drive_chp4.ppt

第4章 电力拖动系统的过渡过程 4.1 引言 4.2 直流他励电动机的机械过渡过程 4.3 机电时间常数Tm 4.4 直流他励电动机机械过渡过程的分析计算 4.1 引 言 一个系统受到外部或内部的扰动所引起的现象就是“过渡过程”，有时称为“动态过程”。 例如：在具有电感的线圈两端加上电压后，电流的增长不是瞬时的，而需要一段过程，这就是过渡过程。 在电力拖动系统中，起动、制动、反转、调速等正常的操作过程都是过渡过程。 在发生事故时，电力拖动系统也会发生过渡过程 例如：电网电压的突变或消失对电力拖动系统所引起的过程。 系统受到干扰后，希望它能够达到新的稳定状态，所以，也可以称过渡过程是系统由一个稳定状态过渡到另一个稳定状态的过程。 一个先决条件，即：系统本身具有稳定性。 一般，电力拖动系统的整个工作过程至少需要三个阶段，即：起动、稳态运行和制动，有时还要有调速等。 在一整个工作循环中，把电力拖动系统的基本参量对时间的变化情况绘成曲线，即称为“负载图” 例如：功率、转矩、转速、电流等对时间的变化，即 P, T, n, I = f(t) 其中随时间变化的部分就是过渡过程。 为什么系统会存在过渡过程？即为什么系统在改变工作状态时必须有个过程，需要一段时间呢？ “惯性”。(机械惯性、电气惯性、热惯性) 对电力拖动系统而言，由于惯性的存在，导致电动机的转速、电流、转矩以及磁通等参量不能突变，而必须是一个连续变化的过程。 电力拖动系统一般有三种惯性 ①电磁惯性 是由线圈或绕组的电感引起的，使其中流过的电流不能突变。 对于直流他励电动机，主要反映在电枢回路电感La和励磁回路电感Lf上，它们分别使电枢电流和励磁电流不能突变，从而使磁通不能突变。 ②机械惯性 是由旋转体或直线运动体的质量所引起的，使转速n不能突变。 ③热惯性 是由电机发热时，吸收热量提高温度和散热同时存在所引起的，使电机的温度不能突变。 三种惯性与三个时间常数相对应 ①电磁时间常数：是电感与电阻的比值，Te=L/R。 ②机电时间常数：Tm，详见4.3节。 ③发热时间常数：是电机的热容量C与散热系数A的比值，TH=C/A，详见5.3，5.4节。 电机的发热过程比电磁和机械过程慢得多，所以一般不考虑热惯性。 在电力拖动系统中，影响过渡过程的主要因素是电磁惯性和机械惯性。 当电磁惯性比机械惯性影响小很多时，即TeTm时，可以只考虑机械惯性，而忽略影响较小的电磁惯性，这就是所谓的机械过渡过程。 当同时考虑电磁和机械惯性时，就是电磁机械过渡过程。 研究过渡过程的目的和意义 缩小过渡过程时间，提高生产率； 保证生产工艺要求（如软起动、制动、加速度的要求等） 过渡过程的分析对设计自动控制线路和选择电器元件是很重要的； 通过过渡过程的计算可以得到负载图，是选择电动机容量的必要资料。 研究过渡过程的一般方法：数学分析法 列写系统的微分方程式，联立求解。 对机械过渡过程只需列出其运动方程式即可（一次微分方程式）； 对电磁机械过渡过程则需列出运动方程式和电压平衡方程式两个方程式（二次微分方程式）。 4.2 直流他励电动机的机械过渡过程 直流他励电动机的机械特性为 系统的运动方程式为 解得通解为： 指数变化规律 过渡过程的时间 知道了过渡过程中某参量的变化规律，可求过渡过程的时间。 可以求出 由初始速度?1到某一速度?； 由初始转矩T1到某一转矩T， 所需时间t。 可以看出，达到稳定速度?L所需时间为无限大。 在实际计算中，认为速度达到稳定速度的95%~98%时，过渡过程就结束了，因此由前式可得过渡过程时间为： 4.3 机电时间常数Tm 考查Tm的量纲，应具有时间的单位。 机电时间常数的物理意义 物理意义：系统以Tsc大小不变的动态转矩起动，速度由0达到?0所需时间。 机电时间常数Tm的几种表示方法 对于直流他励电动机，可以把Tm中的有关物理量用电动机的量代替: 4.4 直流他励电动机机械过渡过程的分析计算 起动过程 回馈制动过程 反接制动过程 电枢反接制动 倒拉反接制动 能耗制动过程 起动过程 先确定起动的初始条件：t=0时，初始速度?1=0，T1=Tsc。 代入前页两式得： 多级起动 多级起动时，相应各级起动电阻的机械特性具有不同的机电时间常数。 对于直流他励电动机: Tm?Ra , 每级起动电阻所对应的过渡过程应分别计算。 制动过程 在制动过程的计算中，主要的问题是要正确地确定各参量的正、负号。 如果考虑到各参量的正负号，过渡过程的两个通式可用于各种工作状态。 在实际计算中，借助于机械特性的象限图，可以很容易的确定各参量的正负号。 回馈制动过程 由?1和T1开始的回馈制动过程方程式仍为: 电枢反接制动 对位能性负载，位