第二章直流拖动

Ia(Tem) Ist IL 0 t
2.转矩Tem=f(t)
Tem=CTΦIa，将Ia=f(t)两边同乘以CTΦ Tem=TL+(Tst-TL)e -t/Tm 其过渡过程特性曲线与电流特性完 全一样。
３.转速ｎ＝ｆ（ｔ）
将Ia=IL+(Ist-IL)e-t/Tm代入
U − Ia R n= Ce Φ
n b c 0 n0
TL n a G d TL Tem v
n Tem
n Tem n G TL -n0 e T L Tem v
四、回馈制动-再生发电制动
0 T (I ) 0 0
TN
Tem(Ia)
C T Φ N = 9 . 55 C e Φ N
三、他励直流电动机的人为机械特性 （一）电枢串电阻时的人为机械特性 U=UN，Φ=ΦN，R=Ra+Rad
UN R a + R ad n= − Tem 2 C e Φ N C e CT Φ N
n n0 Rad=0 Rad1 Rad2 Rad3
特点（１）n0不变 （２）∆n与Ｒ成正比 Rad↗→∆n↗→n↘ 特性曲线为通过n0点的射线
Rad1<Rad2<Rad3
0
TN
Tem
（二）改变电枢电压时的人为机械特性
Ｒ＝Ra Φ=ΦN
n=
U CeΦ N
−
Ra C e CT Φ N
2
Tem
n n0 n01 n02 n03 n04
特点：（１）n0∝U （２）∆n与Ｕ无关 U↘→n0↘→n↘ 一组平行线
GD 2 R dI a Ia = IL − 375C e CT Φ 2 dt dI a I a = I L − Tm dt GD 2 R Tm = 375C e CT Φ 2
2
2
-----机电时间常数
查数学手册，解得 Ia=IL+Ce-t/Tm t=0 Ia=Ist 则C=Ist-IL Ia=IL+(Ist-IL)e -t/Tm 当 t=0 Ia=Ist, t→∞ Ia→IL 指数降特性
UN Ra n= − T 2 em Ce Φ C e CT Φ
ΦN< Φ1< Φ2
0
TN
TK2 TK1 TK Tem
一般TL≤TN<<Tk Φ↙→n↗
Tk=CTΦUN/Ra ∝ Φ Tk--堵转转矩
四、电力拖动系统稳定运行条件 稳定运行： Jd Ω/dt=0 即 Tem=TL n １.下降机械特性： 系统原稳定在Ａ点，TL=TL1=Tem TL↗=TL2>TL1， 由于惯性ｎ不变 →Tem<TL2→n↙（减速） 0 ↙→I ↗ →T ↗ →Ea a em 当Tem=TL →系统稳定
n nL α 0 t Tm
（二）过渡过程时间计算：
从Ia=IL+(Ist-IL)e-t/Tm中得
I st − I L t x = T m ln I ax − I L
或
T st − T L t x = T m ln T ax − T L
也可表示为
n st − n L t x = T m ln n ax − n L
第四节 他励直流电动机的起动
重点：起动的定义 起动电流的大小 减小起动电流的措施 过渡过程的分析方法
起动：从静止到稳定运行， 从ｎ＝０到n=nL 起动要求: ① 起动电流不能太大 Ist=UN/Ra ②起动转矩足够大 起动方法: ①全压起动 ②减压起动 ③增加电枢电阻起动 （电枢串电阻）
一、直接起动
UN U1 U2 U3 U4 U1>U2>U3>U4
0
TN
Tem
（三）减弱磁通时的人为机械特性 Ｕ＝UN Ｒ＝Ra UN Ra n= − Ia Ce Φ Ce Φ
n02 Φ2 n01 Φ 1 n0 Φ
N
n
Φ2 < Φ1< ΦN
Ik=UN/Ra=C Ik--堵转电流
0
IN
Ik
Ia
n n02 n01 n0 Φ2 Φ1 ΦN
Ra + Rad Ra + Rad n = − n0 − I a = − n0 − T 2 em Ce Φ C e CT Φ
特性：反电动机械特性在第 二象限的延伸 应用： ａ.反抗性负载 ︱TL︱≤︱Tc︱, 在Tc的作用下， 电机反向运行； ︱TL︱>︱Tc︱，ｎ＝０停转。 b.位能性负载
Tem TL
1.拖 动：原动机带动生产机械运转 2.电力拖动：电动机 + 负载 3.电力拖动系统
电源 控制设备
电动机
反馈装置
传动机构
工作机构
生产机械（负载）
第一节 电力拖动系统的运动方程式
直线运动系统
v F m FZ
旋转运动系统：
dv F − FL = ma = m dt
dΩ Tem − TL = Ja = J dt
（二）电枢两端加反向电压时
从机械特性方程可知，Ｕ 改变方向→n0=U/CeΦ 改 变方向 从电机原理的分析可知， Ｕ改变方向→Ｉa改变方 向→Ｔem改变方向 则反电动的机械特性在第 三象限与第一象限的特性 对称0点
n n0
0 ∆nN -n0
Tem
说明：工程分析时，在Φ＝Ｃ时，可用
U R n= − Ia CeΦ CeΦ
U I L R ( I st − I L ) R − − n= e C e Φ N Ce Φ N Ce Φ N U − I st R − (U − I L R ) n = nL + e Ce Φ N
− t Tm − t Tm
n=nL+(nst-nL)e -t/Tm 起动瞬间 nst=0，则 n=nL-nLe -t/Tm=nL(1-e-t/Tm) t=0 →n=0 ，t →∞ n=nL指数升特性
二、倒拉反接制动（适于位能性负载）
U − (− E a ) U + E a Ia = = Ra + Rad Ra + Rad
Ra + Rad U n= − T 2 em C e Φ C e CT Φ
UI a + E a I a = I a ( Ra + Rad )
2
三、电源电压反接制动
UN KM1 KM2 Rad Ea TL Tem If n Rf
∆nN
或
n=n0-βTem
0 T0(I0)
TN Tem(Ia)
U n0 = Ce Φ
——理想空载转速
R β= ——机械特性的斜率 2 C e CT Φ
∆n = βTem
——转速降落
实际空载时: Tem=T0 n0’<n0 n0 − n N * ∆n N = × 100% nN 一般∆nN*=3~18%之间
n0
R n=− T 2 em C e CT Φ
B 0 -nD D
nA
G TL
Tem v
Tem TL Tem
-n0
C
斜率与电枢串电阻的人为特性相同 特性曲线通过0点与电枢串电阻的人为特 性平行 Ra+Rad=Ea/(2∼2.5)IN （３）应用： ①反抗性负载：ｎ＝０停车 ②位能性负载：稳定下放重物 ３.能耗制动的特点： 线路简单可靠 反抗性负载可以可靠停车
Tem
第五节 他励直流电动机的制动
电动： Tem与ｎ同向 制动：Tem与ｎ反向 在电动运行状态下进入制动，可以 改变电磁转矩的方向，也可以改变 电机旋转方向。通常改变电磁转矩 的方向。
由Tem = CT ΦI a可知
当磁场方向不变时，只需改变电 枢电流的方向。
一、能耗制动
１.能耗制动的实现方法： 保持If不变，将电枢从电网断开，并接上 Rad，U＝０，ｎ不变（惯性）
Ｕ＝UN，Φ=ΦN，Ｒ＝Ra n=0→Ea=0 → Ist=(UN-Ea)/Ra =UN/Ra>>IN Tst=CTΦIst>>TL→n↗ →Ia↙=(U-Ea↗)/Ra →Tem↙=TL 直接起动的缺点：起动电流太大 几百瓦的电机可以直接起动
n n0 nL A
0
α TL=TN Tst Tem
起动电流的大小与什么因素有关 ？ TL=TN，TL=1/2TN时，起动电流是否一 样？
A
B
TL1
TL2
Tem
２.上翘的机械特性 若系统原工作在Ａ点，TL=TL1=Tem TL↙=TL2<TL1，由于惯性ｎ不变 →Tem>TL2→n↗（加速）→Tem↗ →n↗→系统无法达到新的稳定状态
n A B
0
TL2 TL1
Tem
用数学方法表示：∆Tem/∆n<0 或 dTem/dn<0 恒转矩负载 dTL/dn=0 推广到一般负载 dTem/dn<dTL/dn 系统稳定
Ia UN Rad KM2 Ea M Rf
KM1
If
→Ea不变→Ia=Ea/(Ra+Rad)<0 →Tem 反向→Tem与n的方向 相反→制动 制动时，动能→电能 →消耗在电枢回路上 →能耗制动
２.能耗制动时的机械特性 （１）方程 U＝０→n0=0 （２）特性：ｎ与Tem方向相反，特性位于二、 四象限 Tem R n n n=− Ia n TL TL Ce Φ
2πn GD GD 2 2 J = mρ = = ，Ω = g2 4g 60
2
工程上常用的实用公式
GD dn Tem − TL = 375 dt
2
2
T<TL 减速 T>TL 加速 T= TL 匀速
动态、过渡过程 静态、稳定过程
GD = 4 gJ ( N ⋅ m) − −飞轮转矩
正方向的确定 以n为参考方向 Tem与n同方向取＋；TL与n反向取＋