电机及拖动基础——直流电动机电力拖动.ppt

第三章 直流电动机电力拖动 DC Motor Drives 本章教学基本要求 1.掌握分析直流电动机机械特性及各种运行状态的基本理论和基本运算方法； 2.掌握他励直流电动机机械特性、起动、制动及其过渡过程的基本特性； 3.了解电枢反应对过渡过程的影响； 4.掌握他励直流电动机调速性能指标和直流电动机调速方法 本章重点 重点： 1.直流电动机机械特性和起动、制动的过渡过程特性； 2.调速性能指标和调速方法。 本次课程内容 直流电机的固有机械特性和人为机械特 性、电枢反应对机械特性的影响、电力拖动 系统稳定运行条件、他励直流电动机的起动 和反转。 本次课程教学重点和难点 教学重点: 机械特性、直流电动机的起动。 教学难点: 电力系统的稳定运行。 3.1他励直流电动机的机械特性 3.1.1一般概念 机械特性：指电源电压U、气隙磁通Φ、电枢回路 电阻R均为常数时，电动机产生的电磁转矩T与电力 拖动系统的转速n之间的关系，即n=f(T)。 方程： 。 机械特性分析 硬度：斜率β的倒数或定义机械特性曲线工作 范围内某一点转矩对该点转速的导数，即： α越大（ β越小），特性越硬，称为硬特性。即T 变化时，Δn 的变化不大。 直流电动机的机械特性说明 1. 并(他)励电动机： α较大，称为硬特性 2.串励电动机： α较小，称为软特性。 3.1.2固有机械特性 他励直流电动机的固有机械特性是指：在电源 电压U=UN，气隙磁通Ф=ФN，电枢外串电阻RΩ=0 时，n=?(T)的机械特性，其数学表达式为： 式中β称为斜率，Δn为负载时的转速降。 固有机械特性 3.1.3人为机械特性 人为机械特性：指改变电机参数，即改变U或变R或 变Φ得到机械特性。 1.电枢回路串接电阻时的人为机械特性 条件：当U=UN， Φ= ΦN，电枢回路外串电阻RΩ时 1.串电阻接线和特性 2.改变电动机供电电源的人为特性 条件：当UUN， Φ= ΦN，电枢外串电阻 RΩ=0时， 有 变电压接线和特性 3.改变磁通时的人为特性 条件：当U=UN， Φ ΦN，电枢外串电阻 RΩ=0时，有 变磁通接线和特性 3.1.3电枢反应对机械特性影响 在上述讨论固有特性和人为特性时，对变 R 和变U，认为? 为常数。而他励直流电动机 由于有电枢反应，产生去磁作用，使? ↓ ，则 n0 ↑，即n ↑ →特性上翘。特性上翘，对电动 机稳定运行不利，解决的办法是在主磁极上加 装匝数很少的串励绕组，称为稳定绕组。稳定 绕组产生与主磁极相同的磁通，抵消电枢反应 的去磁作用。 加装稳定绕组 加装了稳定绕组后，电动机实质上已变 为积复励电动机，但由于串入励磁环绕组匝 数很少，其机械特性又与没有电枢反应时的 他励直流电动机相同，因此仍可视为他励直 流电动机。这样，在讨论问题时，就可完全 忽略电枢反应的影响,认为 ? 为常数。 上翘曲线 3.1.4电力拖动系统稳定运行的条件 稳定运行的概念：当 T=TL ， n=f(T)与 n=f(TL) 有交点 称静态平衡，这是稳定运行的必要条件 T=TL是平衡稳定运行的一个必要条件。在电力 拖动中，为使问 题简化均忽略即 T0≈0,T=T2=TL 。 问题 问：有了交点是否平衡了即为稳定运行? 答:(1)要看系统出现干扰后在新的条件下 能否平衡。(2)干扰消失后，能否回到原 来的平衡点。如果能满足以上两条件， 即为稳定运行。 例1.电网电压波动 分析 系统原工作在平衡点A，这时电网电压 向下波动，从 UN 降到U’，在此瞬间由于机械 惯性，转速来不及变化，从A点过渡到B点。 负载转矩TL 没变，则 UN↓→Ia↓→T↓→TTL 破坏了原来的平衡状态。这时系统要减速，系 统沿BA’特性减速，n↓→Ea↓→Ia↑→T↑→到 A’点, TA’=TL达到新的平衡状态。 电压扰动消失后分析 在扰动消失后， U1 (U=UN)→Ia↑→T↑→TTL 从B’点过渡到C点， TL 没变， TTL系统加速。 n↑→Ea↑→Ia↓→T↓→ 系统沿CA特性加速到A点， n=nN时， T=TL ，达到原来平衡点A。 说明： 当UUN ，负载不变时，他励直流电动机能达到 新的平衡(A’点)，在干扰消失后，能回到原来的平衡点 (A点)，所以能稳