第一章电力拖动系统的动力学基础分析.ppt

1．反抗性恒转矩负载特性 特点:恒值转矩TL总是反对运动的方向。 正负符号的规定，当正转时，n为正，转矩TL为反向，应取正号，即为 +TL；而反转时，n为负．转矩TL为正向，应变为 ?TL。 显然，反抗性恒转矩负载特性应画在第一、三象限 属于这类特性的负载有皮带运输、机床的刀架平移机构、摩擦力产生的转矩的机械等。 特点：转矩TL具有固定的方向，不随转速方向改变而改变； 不论重物提升（n为正）或下放（n为负），负载转矩TL始终为正，特性画在第一与第四象限内，表示恒值特性的直线是连续的。 提升时转矩TL反对提升；下放时，TL却帮助下放，这是位能性负载的特点。 2．位能性恒转矩负载特性 二、恒功率负载特性 有些生产机械，比如车床，在粗加工时，切削量大，切削阻力大，此时开低速；在精加工时，切削量小，切削阻力小，往往开高速。因此，在不同转速下，负载转矩基本上与转速成反比，即 由于负载功率PL= TL? ，? = 2?n/60，即 PL= TL2?n/60 = TL n/9.55， 再代入式，可得PL= k /9.55为常数，表示在不同转速下，电力拖动系统的功率保持不变，负载转矩 TL与n 的持性曲线呈现恒功率的性质，如图所示。 三、通风机负载特性 通风机负载的转矩与转速大小有关，基本上与转速的平方成正比，即： 通风机负载特性如图所示，图中只在第一象限画了转速正向时的特性，鉴于通风机负载是反抗性的，当转速反向 （n为负）时，TL是负值，第三象限中应有与第一象限特性对称的曲线。 四、实际生产机械的负载特性 实际生产机械的负载转矩特性可能是以上几种典型特性的综合。例如，实际通风机除了主要是通风机负载特性外，由于其轴承上还有一定的摩擦转矩T0 ，因而实际通风机负载特性应为： 其特性曲线如图所示: 而实际的起货机的负载特性如图所示，除了位能负载特性外，还应考虑起货机传动机构等部件的摩擦转矩。 第四节 电力拖动系统稳定运行的条件 通过前两节的分析，可知电力拖动系统是由电动机与负载两部分组成的； 通常把电动机的电磁转矩与转速之间的关系称为机械特性，用数学形式表示n = f（T），也可以画成机械特性曲线。 本节将先从电动机一般机械特性与生产机械的负载特性的相互关系着手分析电力拖动系统稳定运行问题。 一.他励直流电动机的机械特性 复习：直流电动机的物理模型和工作原理 1.机械特性定义 他励直流电动机的机械特性：是指电枢电压、励磁电流、电枢总电阻均为恒值的条件下，电动机转速n与电磁转矩T之间的关系曲线： n = f（T） （一）固有机械特性 电磁转矩： 感应电动势： 电枢回路电势平衡式： 2. 机械特性的一般表达式： 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； 为了避免上翘，往往在主磁极上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； 机械特性和没有电枢反应的电动机相同。 电枢反应对机械特性的影响 3、固有机械特性 （1）直流电动机在电枢电压、励磁电压均为额定值，电枢外串电阻为零时所得的机械特性称为固有机械特性。 （2）表达式： 固有机械特性的主要特点为： 1）T越大，n越小，机械特性呈向下倾斜的直线。因为斜率? 较小，转速变化较小，所以又称为硬特性。 2）T = 0时，n=n0是理想空载转速，这时Ia=0，UN = Ea 。 3）电动机起动时n = 0，感应电动势Ea=0，这时电枢电流为起动电流,Ia=Ist=UN/Ra；电磁转矩为起动转矩Te=Tst=CTΦIst ； 4）因为电枢电阻Ra 很小，在额定电压的作用下， 起动电流Ist将非常大，远远超过电动机所允许的最大电流，会烧坏换向器，因此直流电机一般不允许全电压直接起动。 5）电动机带负载后的额定速降 n0－nN 一般为5% 6）当TTs时，n0，机械特性在第四象限； 7）当T0，nn0，这种情况是电磁转矩T与转速方向相反，转矩由拖动变成制动，这时Ia0 综上所述：他励直流电动机的固有机械特性是一条较硬的直线，跨三个象限。 （二）人为机械特性 由公式可知，当改变电动机的参数电枢电压Ua、励磁电流If 、电枢外接电阻RS ，可改变电动机的机械特性，这种人为改变参数引起的机械特性又称人为机械特性。 1.电枢串联电阻RS时的人为机械特性 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 保持电枢回路电压Ua，励磁电流If不变，改变电枢回路的串接电阻R 电动机的理想空载转速n0 不变，但机械特性的斜率? 增大，特性曲线倾斜度增加 串入电阻越大，曲线越倾斜 2. 改变电枢电压时的人为机械特性 电压不同时