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第二章电动机的启动与制动.电机的发展.电动机的n-T特性.负载的n-T特性、稳定运行.加速时间.启动电阻的计算.电动机的启动方法.制动.正转、反转、拖动、制动转矩的表示1第二章 电动机的启动与制动.电机的发展1.电机的发展1820.7,奥斯特发现电流的磁效应;18201825,安培(法国)研究了电流的磁场、电流的相互作用;1821,法拉第制作了带电导体绕磁铁旋转的电动机模型;1831,亨利发明具有换向器的可连续运转的电动机;1837,第一个电动机专利;1860-1870,发电机的自激原理被发明;1880,商用电动机;1885,两相电动机模型;Tesla发明两相异步电动机;1890年代,三相交流体系确立;1879,西门子已经发明电动车;目前,电气传动技术电机电力电子控制技术2.电机的发展1820.7,奥斯特发现电流的磁效应;22.2 电动机的转速转矩特性转速转矩特性,即机械特性32.2 电动机的转速转矩特性转速转矩特性,即机械特性3几个概念*自然机械特性:额定条件下的n-T曲线;*人工机械特性:改变u、R、If、f 等时的n-T曲线;*两类机械特性:*恒速特性:转矩变化时,转速变化不大;*变速特性:转矩变化时,转速变化显著(电车等)*转速变化率:Dn=(n0-nN)/nN*堵转转矩(起动转矩):n=0时的Tst;*额定转矩:TN;*IM停转转矩:s,超过smax时,将停转;*SM失步转矩:功角q,超过qmax时,将失步。4几个概念自然机械特性:额定条件下的n-T曲线;4Tst、Tmax的比较TstTmaxDMIst1.52.0TN绕线IMIst23TNP*maxT*max (因为SpmaxM,则减速,n 可回到交点(稳定)若TLM,则加速,n 无法回到交点(不稳定)当转速低于交点,若TLTM,则减速,n 无法回到交点(不稳定)结论:稳定运行点就是在速度偏离之后,如果干扰消失,则仍能回复到原交点的情况。10稳定运行点的判断10稳定运行点的判断11稳定运行点的判断11稳定判断的例子答案答案12稳定判断的例子答案答案12稳定判断的例子答案答案13稳定判断的例子答案答案13稳定判断的例子答案14稳定判断的例子答案14.加速时间加速转矩15.加速时间加速转矩15.转速与时间的关系电动机转矩TM、负载转矩TL的关系为16.转速与时间的关系电动机转矩TM、负载转矩TL的关恒转矩启动时间电动机的加速时间常数Ti1717.IM加速时间的估算若已知Tmax 和则sm,则近似有:因得18.IM加速时间的估算181919.DM的加速时间他励DM,忽略DU0,则若起动时,TL不变,设TL对应的电流为I L,则有:因Tm:机电时间常数20.DM的加速时间他励DM,忽略DU0,则Tm:机电 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、心、肺、肾等多脏器严重损害的,全身性疾病,而且不少患者同时伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如下:1、早期皮肌炎患者,还往往伴有全身不适症状,如-全身肌肉酸痛,软弱无力,上楼梯时感觉两腿费力;举手梳理头发时,举高手臂很吃力;抬头转头缓慢而费力。皮肌炎图片皮肌炎的症状表现 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、心、肺、肾等多脏器严重机电时间常数转速的时间函数2222.启动电阻的计算*主要针对绕线式IM,以及DM绕线式IMDM23.启动电阻的计算*主要针对绕线式IM,以及DM绕线电阻启动的档数、电阻24电阻启动的档数、电阻24档数、电阻值、启动时间的计算原则几个假定:启动中,限制每档的最大转子电流为Ih,最小为I1;转子反电动势正比于转差率s,在t时为E(最大)。计算方法:令启动总电阻上的压降=转子反电势sE,列写方程;总启动时间=各档时间之和适应性:也适应于DM的串电阻启动的计算,但需定义ns=最后一档的空载转速nf;s=1 n/nf25档数、电阻值、启动时间的计算原则几个假定:25档 档电阻 总电阻 反电势(初始)终了转差 第一档 R1 s1 第二档 R2 s2 第三档 R3 s3.第u档 Ru=Ra su 具体过程:26档 档电阻 总电阻 反电势(初始)终了转差 第一档 R1 由上图得到:可见,确定I1和Ih后,就可以由Ra确定Ru-1 R1。档数:第m档用的时间(?):=Ra27=Ra27串电阻分级启动转速、电流波形28串电阻分级启动转速、电流波形28.各种电动机的启动方法.笼式IM的启动.绕线式IM的启动.DM的启动29.各种电动机的启动方法.笼式IM的启动29.笼型IM的启动直接启动:(Ist=5-7IN,Tst=1-2TN)当电源容量小(譬如孤立电源),影响大;当负载GD2较大时,启动用时较长,易发热、损伤;当Tst过高时,可能破坏负载设备。Y-D启动法(定子侧):启动用Y,正常用D自耦调压器降压启动(启动补偿器):设降压为原来的1/a串电抗器启动(设降压为原来的1/a):存在的问题30.笼型IM的启动直接启动:(Ist=5-7IN.绕线式IM的启动转子串电阻启动:不仅可以提高启动转矩;还可以减少启动电流。31.绕线式IM的启动转子串电阻启动:31.DM 的启动直接启动:限于小容量(1kW以下)串电阻启动:手动法:(三点启动器)自动法限流加速法:限定电流下限,到达即切换;反电势加速法:根据检测到的反电势,进行切换;限时加速法:按预定的时间切换。软启动:即调压启动,利用电力电子技术,使电压由零开始上升。32.DM 的启动直接启动:限于小容量(1kW以下)32.6.4 SM的启动SM的启动思路:异步启动,牵入同步。方案一:采用实心磁极,利用阻尼绕组,异步启动;方案二:同时利用励磁绕组、阻尼绕组,异步启动;牵入同步的条件:失步转矩,代表励磁的大小332.6.4 SM的启动SM的启动思路:异步启动,牵入同步。2.7 制动 2.7.1 制动的分类2.7.2 制动时间2.7.3 制动机构产生的损耗342.7 制动 2.7.1 制动的分类342.7.1 制动的分类制动举例:(一边吸收负载能量,一边运转的运行方式)减速停机反转吊车下放物体、电车下坡:(速度不变)352.7.1 制动的分类制动举例:(一边吸收负载能量,一边运制动方法:机械制动方法:(利用机械转矩、摩擦转矩)(停止时也有制动转矩,但损耗大)电磁制动器无电压动作制动器:靠弹力加压、电磁铁释压(安全)电压动作制动器:靠电磁铁加压、弹力释压(易控)电动液压制动器电气制动法:(利用电路吸能)(可频繁、连续制动,但停止时无制动转矩)能耗制动:发电状态,能量消耗于电阻反接制动:电源反接(DM)、或反相序(IM)(ITM反向能量消耗于电阻)回馈制动:接线不变,降低电源电压或升高反电势(I 反向发电机状态能量回馈电网)涡流制动:安装涡流吸能制动器36制动方法:36制动的减速转矩=TL+制动转矩Tb制动时的运动方程:TL+Tb=-J dw/dt由此可计算制动到不同速度所需要的时间。2.7.2 制动时间37制动的减速转矩=TL+制动转矩 Tb2.7.2 制Tb、TL分别产生制动能量:Ab:由制动机构吸收;AL:由负载本身吸收(摩擦等)。制动的总能量=Ab+AL=动能的变化量DA能量Ab=DA AL的去处:回馈制动时,Ab回馈电网,制动机构不发热;其它制动中,Ab转换成热量;反接制动时,除Ab外,还有来自电网的功率消耗在电动机的内阻上。2.7.3 制动的能耗38Tb、TL分别产生制动能量:2.7.3 制动的能耗382.8 正转、反转、拖动、制动等转矩的表示发电、减速电动、提升发电、下放电动、加速392.8 正转、反转、拖动、制动等转矩的表示发电、减速电习题(10)他励直流电动机额定数据为:Pe=22kW,Ue=220V,Ie=115A,ne=1500 r/min,电枢回路电阻Ra=0.1W,电枢回路最大允许电流Imax=2Ie。求:电动机驱动反抗性恒转矩负载Mz=0.9Me(Me为额定转矩)。忽略空载转矩,当采用能耗制动方法停车时,电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少?电动机带动位能性恒转矩负载Mz=0.7Me。忽略空载转矩,若采用转速反转运行方式,以1000 r/min的转速匀速下放重物,则电枢回路中串入的电阻值是多少?(11)电动机的转矩转速特性为上翘特性,即随着转矩增加,转速增加。用图说明在什么负载条件下,电机可以稳定运行?什么负载条件下不可以稳定运行?40习题(10)他励直流电动机额定数据为:Pe=22kW,U
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