电动机控制CH02电动机的启动与制动课件

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