直流电气传动课件

Page 1第第 八八 章章 直直 流流 电气传动电气传动Page 2本章教学基本要求本章教学基本要求1.掌握他励直流电动机的机械特性，能绘制固有机械掌握他励直流电动机的机械特性，能绘制固有机械特性曲线和人为机械特性曲线；特性曲线和人为机械特性曲线；2.掌握他励直流电动机的串电阻启动方法，并能设计掌握他励直流电动机的串电阻启动方法，并能设计与计算启动电阻；与计算启动电阻；3.掌握他励直流电动机的制动和调速方法；掌握他励直流电动机的制动和调速方法；4.掌握电气传动系统机械过渡过程的基本概念，基本掌握电气传动系统机械过渡过程的基本概念，基本原理和方程；原理和方程；5.理解单、双闭环调速系统的基本工作原理。理解单、双闭环调速系统的基本工作原理。Page 3重点重点 他励直流电动机拖动系统的启动、制动、调速他励直流电动机拖动系统的启动、制动、调速运行基本规律。运行基本规律。Page 43.13.1他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 机械特性表达式机械特性表达式 (3-1)(3-1)Page 53.13.1他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 机械特性表达式机械特性表达式 式中式中为为T T=0=0 时的转速，时的转速，称为理想空载转速；称为理想空载转速；2F+=TeaCCRRb 是机械特性的斜率。是机械特性的斜率。Page 63.13.1他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 他他励励直直流流电电动动机机的的转转速速n随随转转矩矩T的的增增大大而而降降低低。即即负负载载时时转转速速低低于于理理想想空空载载转转速速n0，负负载载时时转转速速下下降降的的数值称为转速降，用数值称为转速降，用n表示为表示为 Page 73.13.1他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 显然，显然，n与与成正比，当成正比，当越大，越大，n就越大。通常就越大。通常称称值大的机械特性为软特性，即在电力拖动系统中，值大的机械特性为软特性，即在电力拖动系统中，如系统受外界干扰导致负载转矩增大或减小，对系统如系统受外界干扰导致负载转矩增大或减小，对系统转速转速 产生影响大，那么系统抗干扰能力弱；产生影响大，那么系统抗干扰能力弱；值小的值小的机械特性为硬特性，即在电力拖动系统中，如系统受机械特性为硬特性，即在电力拖动系统中，如系统受外界干扰导致负载转矩增大或减小，对系统转速外界干扰导致负载转矩增大或减小，对系统转速 产生产生影响小，那么系统抗干扰能力强。对于一个恒速运行影响小，那么系统抗干扰能力强。对于一个恒速运行的系统，我们总希望值的系统，我们总希望值越小越好。越小越好。Page 8固有机械特性固有机械特性 当电枢两端加额定电压、气隙每极磁通量为额定值、当电枢两端加额定电压、气隙每极磁通量为额定值、电枢回路不串电阻时，电枢回路不串电阻时，即即 ,这这种种情情况况下下的的机机械械特特性性，称称为为固固有有机机械械特特性性。其其表表达式为达式为 (3-2)(3-2)，Page 9固有机械特性固有机械特性 图图3-1他励直流电动固有机械特性他励直流电动固有机械特性 他励直流电动机固有机械特性是一条下斜直线，他励直流电动机固有机械特性是一条下斜直线，特性较硬。机械特性只表征电动机电磁转矩和转速之特性较硬。机械特性只表征电动机电磁转矩和转速之间的函数关系，是电动机本身的能力体现，至于电动间的函数关系，是电动机本身的能力体现，至于电动机具体运行状态，还要看拖动什么样的负载。机具体运行状态，还要看拖动什么样的负载。Page 10人为机械特性人为机械特性 图图3-2电枢串电阻人为机械特性电枢串电阻人为机械特性 他励直流电动机的参数如电压、励磁电流、电枢回他励直流电动机的参数如电压、励磁电流、电枢回路电阻大小等改变后，其机械特性称为人为机械特性。路电阻大小等改变后，其机械特性称为人为机械特性。主要人为机械特性有三种。主要人为机械特性有三种。1.1.电枢回路串电阻的人为机械特性电枢回路串电阻的人为机械特性(3-3)(3-3)电电枢枢加加额额定定电电压压UN，每每极极磁磁通通为为额额定定值值F FN，电电枢枢回回路路串串入入电电阻阻R后后，机机械械特特性性表达式为表达式为Page 11人为机械特性人为机械特性图图3-3 改变电枢电压人为机械特性改变电枢电压人为机械特性 2 2改变电枢电压的人为机械特性改变电枢电压的人为机械特性(3-4)保保持持每每极极磁磁通通为为额额定定值值不不变变，电电枢枢回回路路不不串串电电阻阻，只只改改变变电电枢枢电电压压时时，机械特性表达式为机械特性表达式为Page 12人为机械特性人为机械特性图图3-4 减少每极磁通人为机械特性减少每极磁通人为机械特性 3 3.减少气隙磁通量的人为机械特性减少气隙磁通量的人为机械特性 电电枢枢电电压压为为额额定定值值不不变变，电电枢枢回回路路不不串串电电阻阻时时，仅仅改改变变每每极极磁磁通通的的人人为为机机械械特特性表达式为性表达式为(3-5)Page 13根据电机的铭牌数据绘制机械特性根据电机的铭牌数据绘制机械特性 1.1.固有机械特性的绘制固有机械特性的绘制(1)(1)估算或实测估算或实测Ra；(2)(2)计算计算CeF FN；(3)(3)求求n0；(4)(4)计算计算TN。在在坐坐标标纸纸上上标标出出(0,n0)，(TN,nN)两两点点，过过此此两两点联成直线，即为该直流电动机的固有机械特性。点联成直线，即为该直流电动机的固有机械特性。Page 14根据电机的铭牌数据绘制机械特性根据电机的铭牌数据绘制机械特性 2.2.人为机械特性的绘制人为机械特性的绘制 各种人为机械特性的计算较为简单，只要把各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数代入相应的人为机械特性方程式即可。相应的参数代入相应的人为机械特性方程式即可。Page 153.23.2他励直流电动机的启动他励直流电动机的启动 系统启动的要求系统启动的要求 他励直流电动机启动时，为了产生较大的启动转他励直流电动机启动时，为了产生较大的启动转矩及不使启动后的转速过高，应该满磁通启动，即励矩及不使启动后的转速过高，应该满磁通启动，即励磁电流为额定值，每极磁通为额定值。因此启动时励磁电流为额定值，每极磁通为额定值。因此启动时励磁回路不能串电阻。而且绝对不允许励磁回路出现断磁回路不能串电阻。而且绝对不允许励磁回路出现断路。路。Page 16启动方法启动方法 图图3-6 电枢回路串电阻启动电枢回路串电阻启动1 1电抠回路串电阻启动电抠回路串电阻启动电抠回路串电阻电抠回路串电阻R，启动电流为启动电流为Page 17电抠回路串电阻启动电抠回路串电阻启动1)1)分级启动电阻的计算分级启动电阻的计算点点点点点点点点点点点点设对应转速设对应转速n1、n2和和n3时，电动势分别为时，电动势分别为Ea1、Ea2和和Ea3、则有：则有：Page 18电抠回路串电阻启动电抠回路串电阻启动2)2)计算各级启动电阻的步骤计算各级启动电阻的步骤（1）估算或测出电枢回路电阻Ra；（2）根据过载倍数选取最大转矩T1对应的最大电流I1；（3）选取启动级数m；（4）计算启动电流比：,m取整数；（5）计算转矩：T2=T1/校验T2（1.11.2）TL；如果不满足，应另选T1或值m并重新计算，直到满足该条件为止；（6）计算各级启动各级电阻和分段电阻。Page 19降电压启动降电压启动 图图3-7 降压启动降压启动降低电源电压到降低电源电压到U，启动电流启动电流为为 负载为巳知，根据启动条件的要求，可以确定电负载为巳知，根据启动条件的要求，可以确定电压的大小。有时为了保持启动过程中电磁转矩一直较压的大小。有时为了保持启动过程中电磁转矩一直较大及电枢流一直较小，可以逐渐升高电压大及电枢流一直较小，可以逐渐升高电压U，直至最直至最后升到后升到UN。Page 203.33.3他励直流电动机的电动与制动他励直流电动机的电动与制动 (1)(1)电电动动机机稳稳态态工工作作点点是是指指满满足足稳稳定定运运行行条条件件的的那那些些电电 动动机机机机械械特特性性与与负负载载转转矩矩特特性性的的交交点点，电电动动机机在在工工作作点点恒速运行。恒速运行。(2)(2)电电动动机机运运行行在在工工作作点点之之外外的的机机械械特特性性上上时时，电电磁磁转转矩与负载转矩不相等系统处于加速或减速的过渡过程。矩与负载转矩不相等系统处于加速或减速的过渡过程。(3)(3)他他励励直直流流电电动动机机的的固固有有机机械械特特性性与与各各种种人人为为机机械械特特性，分布在机械特性的四个象限内。性，分布在机械特性的四个象限内。(4)(4)生产机械的负载转矩特性，有反抗性恒转矩、位能生产机械的负载转矩特性，有反抗性恒转矩、位能性恒转矩、泵类等典型负载转矩持性，也有由几种典型性恒转矩、泵类等典型负载转矩持性，也有由几种典型负载同时存在的各种负载转矩特性，他们分布在四个象负载同时存在的各种负载转矩特性，他们分布在四个象限之内。限之内。Page 21他励直流电动机的电动他励直流电动机的电动 图3-8 他励直流电动机电动运行1.1.正向电动运行正向电动运行 他励直流电动机工作点在第他励直流电动机工作点在第象限时，如图象限时，如图3-8所所示的示的A点和点和B点，电动机电磁转矩点，电动机电磁转矩T0，转速转速n0，这种运行状态称为正向电动运行。这种运行状态称为正向电动运行。Page 22他励直流电动机的电动他励直流电动机的电动 图3-8 他励直流电动机电动运行2.2.反向电动运行反向电动运行 若若拖拖动动反反抗抗性性负负载载，正正转转时时电电动动机机工工作作点点在在第第象象限限，反反转转时时，电电动动机机工工作作点点则则在在第第象象限限，如如图图3-8所所示示的的C点点，这这时时电电动动机机电电源源电电压压为为负负值值。在在第第象象限限运运行行时时，电电磁磁转转矩矩T0，转转速速n0,T与与n仍仍同同方方向向，T仍仍为为拖拖动动性性转转矩矩，其其功功率率关关系系与与正正向向电电动动运运行行完完全全相相同同，这这种运行状态称为反向电动运行。种运行状态称为反向电动运行。他励直流电动机的电动他励直流电动机的电动他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动制动制动：指通过某种方法产生一个与拖动系统转向相反的指通过某种方法产生一个与拖动系统转向相反的阻转矩以阻止系统运动的过程。阻转矩以阻止系统运动的过程。制动作用制动作用：它可以维持受位能转矩作用的拖动系统恒速运动它可以维持受位能转矩作用的拖动系统恒速运动，如起重类机械等速下放重物。列车等速下坡等。也，如起重类机械等速下放重物。列车等速下坡等。也可以用于使拖动系统减速或停车可以用于使拖动系统减速或停车.他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动实现制动方法有实现制动方法有：机械制动，即刹车，它是用磨擦力产生阻转矩机械制动，即刹车，它是用磨擦力产生阻转矩实现制动的。其特点是损耗大，多用于停车制动，实现制动的。其特点是损耗大，多用于停车制动，如起重类机械的抱闸；电气制动，是使电动机变直如起重类机械的抱闸；电气制动，是使电动机变直流发电机将系统的机械能或位能负载的位能转变为流发电机将系统的机械能或位能负载的位能转变为电能，消耗在电枢电路的总电阻或回馈电网。电能，消耗在电枢电路的总电阻或回馈电网。他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电气制动方法分：电气制动方法分：能耗制动，反接制动，再生制动。直流电机正能耗制动，反接制动，再生制动。直流电机正常工作时，出现制动状态情况分析如下：常工作时，出现制动状态情况分析如下：(1)(1)要求停车要求停车 切断电枢电源，自由停车，或小容量电机切断切断电枢电源，自由停车，或小容量电机切断电源，机械抱闸，帮助停车。电源，机械抱闸，帮助停车。(2)(2)降速过程中：降速过程中：在降压调速幅度比较大时，降速过程中要经过在降压调速幅度比较大时，降速过程中要经过制动状态。制动状态。他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动(3)提升机构下放重物提升机构下放重物 提升机构下放重物时，电动机要处于制动状态。提升机构下放重物时，电动机要处于制动状态。(4)反转反转 电动机从正转变为反转，首先要制动停车，然后电动机从正转变为反转，首先要制动停车，然后才能反向起动，从上面分析可见，制动不能简单地理才能反向起动，从上面分析可见，制动不能简单地理解为停车，停车只是制动过程中的一种形式而以。解为停车，停车只是制动过程中的一种形式而以。Page 28他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 图图3-9 能耗制动过程能耗制动过程 1.1.能耗制动能耗制动1)1)能耗制动过程能耗制动过程(dynamic braking process)他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动特性方程及制动电阻特性方程及制动电阻:特性是一条过原点的直线，在第二象限，特性斜特性是一条过原点的直线，在第二象限，特性斜率取决于能耗制动电阻率取决于能耗制动电阻 Rc。他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 Rc越大，特性越斜，越大，特性越斜，Rc越小，特性越平，但越小，特性越平，但Rc不能太小，否则在制动瞬间会产生过大的冲击电流，不能太小，否则在制动瞬间会产生过大的冲击电流，取取IB=(22.5)IN，IB为制动瞬间的电枢电流，设制动为制动瞬间的电枢电流，设制动瞬间电势为瞬间电势为EB，有：，有：当制动时转速大于或等于当制动时转速大于或等于nN时，认为时，认为EB与与U近似相等。近似相等。Page 31功率流程图功率流程图(a)电动运行 (b)能耗制动 (c)倒拉反转和反接制动 (d)回馈制动图图3-10 他励直流电动机各种运行状态下功率流程图他励直流电动机各种运行状态下功率流程图Page 32能耗制动运行能耗制动运行 图图3-11 能耗制动运行能耗制动运行 他励直流电动机他励直流电动机如果拖动位能性负载，如果拖动位能性负载，本来运行在正向电动本来运行在正向电动状态，突然采用能耗状态，突然采用能耗制动。制动。能耗制动运行能耗制动运行能耗制动能耗制动能耗制动特点能耗制动特点:(i)制动时制动时 U=0，n0=0，直流电动机脱离电网变成，直流电动机脱离电网变成直流发电机单独运行，把系统存储的动能，或位能直流发电机单独运行，把系统存储的动能，或位能性负载的位能转变成电能性负载的位能转变成电能(EaIa)消耗在电枢电路的消耗在电枢电路的总电阻上总电阻上I2(Ra+Rc).(ii)制动时，制动时，n与与T成正比成正比,所以转速所以转速n 下降时，下降时，T也下也下降，故低速时制动效果差，为加强制动效果，可减降，故低速时制动效果差，为加强制动效果，可减少少Rc，以增大制动转矩，以增大制动转矩T，此即多级能耗制动，此即多级能耗制动(iii)实现能耗制动的线路简单可靠，当实现能耗制动的线路简单可靠，当n=0 时时T=0,可可实现准确停车。实现准确停车。能耗制动能耗制动应用应用 能耗制动多用于一般生产机械的制动停车，对于能耗制动多用于一般生产机械的制动停车，对于起重机械，能耗制动可使位能性负载的恒低速下放，起重机械，能耗制动可使位能性负载的恒低速下放，确保生产安全，对反抗性负载能确保停车。确保生产安全，对反抗性负载能确保停车。反接制动过程反接制动过程1.电压反接的反接制动电压反接的反接制动(1)方法：方法：将正在运行的电机电枢串入制动电阻将正在运行的电机电枢串入制动电阻 Rc，且电，且电枢两端电压极性改变。要实现反接制动电路有两枢两端电压极性改变。要实现反接制动电路有两种，一种手动适合小容量电动机，另一种是自动线种，一种手动适合小容量电动机，另一种是自动线路适合大容量的电动机采用。路适合大容量的电动机采用。Page 37反接制动过程反接制动过程 图3-12 他励直流电动机反接制动过程 反接制动停车是把正向运行的他励直流电动机的电反接制动停车是把正向运行的他励直流电动机的电源电压突然反接，同时在电抠回路串入限流的反接制动源电压突然反接，同时在电抠回路串入限流的反接制动电阻电阻R来实现的。来实现的。Page 38反接制动接着反向启动反接制动接着反向启动图图3-13 反接制动接着反向启动的机械特性反接制动接着反向启动的机械特性 他励直流电动他励直流电动机拖动反抗性恒转机拖动反抗性恒转矩负载进行反接制矩负载进行反接制动的机械持性如图动的机械持性如图3-13所示。所示。反接制动反接制动反接制动反接制动方程式为：方程式为：特性特性BC段为电压反接制动机械特性曲线。段为电压反接制动机械特性曲线。反接制动反接制动制动电阻制动电阻Rc的计算的计算反接制动反接制动2.倒拉反转运行倒拉反转运行Page 43倒拉反转运行倒拉反转运行图图3-14 倒拉反转运行倒拉反转运行 他励直流电动机如果他励直流电动机如果拖动位能性负载运行，电拖动位能性负载运行，电枢回路串入电阻时，转速枢回路串入电阻时，转速n下降，但是如果电阻值大下降，但是如果电阻值大到一定程度后，见图到一定程度后，见图3-14所示，就会使转速所示，就会使转速n0，与与n方向相反，方向相反，是一种制动运行状态，称是一种制动运行状态，称为倒拉反转运行或限速反为倒拉反转运行或限速反转运行。转运行。反接制动反接制动电阻计算电阻计算反接制动反接制动(1)电压反接制动时电压反接制动时 说明从电源吸收电能说明从电源吸收电能 说明电动机说明电动机从负载吸收机械能使电机处于发电状态，将机械能转从负载吸收机械能使电机处于发电状态，将机械能转化为电能。化为电能。上述两部分能量加在一起消耗在电枢回路的电上述两部分能量加在一起消耗在电枢回路的电阻上。阻上。反接制动反接制动(2)电动势反接制动时电动势反接制动时 说明从电源吸收电能说明从电源吸收电能 说明从负载吸收机械能说明从负载吸收机械能上述两部分能量全部消耗在电枢回路的电阻上，其能上述两部分能量全部消耗在电枢回路的电阻上，其能量关系同电压及制动时一样。量关系同电压及制动时一样。Page 47回馈制动运行回馈制动运行 图图3-15 降压调速时的回馈制动过程降压调速时的回馈制动过程（1 1）正向回馈制动运行）正向回馈制动运行 图图3-15所示为他励直所示为他励直流电动机电源电压降低，流电动机电源电压降低，转速从高向低调节的过程。转速从高向低调节的过程。Page 48回馈制动运行回馈制动运行图图3-16 正向回馈制动运行正向回馈制动运行 如图如图3-16所示。负所示。负载机械特性为曲线载机械特性为曲线1 1和和曲线曲线2。这样走平路时。这样走平路时电动机则运行在正向电电动机则运行在正向电动运行状态，工作点为动运行状态，工作点为固有机械待性与曲线固有机械待性与曲线1 1的交点的交点A；走下坡路时走下坡路时电动机则运行在正向回电动机则运行在正向回馈运行状态，工作点为馈运行状态，工作点为固有机械特性与曲线固有机械特性与曲线2的交点的交点B。Page 49 反向回馈制动运行反向回馈制动运行 图图3-17 反向回馈制动运反向回馈制动运行行 如如果果他他励励直直流流电电动动机机拖拖动动位位能能性性负负载载，当当电电源源电电压压反反按按时时，工工作作点点在在第第象象限限，见见图图3-17(a)所所示示的的B点点，这这时时电电磁磁转转矩矩T0，转转速速n1，显，显然，调速的级数越多，然，调速的级数越多，k 越接近于越接近于1，调速的平滑，调速的平滑性越好。当性越好。当k=1 时，称为无级调速。时，称为无级调速。调速的性能指标调速的性能指标4.经济性经济性 在考虑技术指标的同时，还应考虑设备投资、电在考虑技术指标的同时，还应考虑设备投资、电能消耗、运行费用等。能消耗、运行费用等。匹配问题匹配问题调速时允许输出的转矩和功率：调速时允许输出的转矩和功率：电动机在额定转速下容许输出的功率主要取决于电动机在额定转速下容许输出的功率主要取决于电机的发热，而发热又主要取决于电枢电流在调速过电机的发热，而发热又主要取决于电枢电流在调速过程中，只要在不同转速下电流不超过额定值程中，只要在不同转速下电流不超过额定值IN，电机，电机长时间运行，其发热不会超过允许的限度，因此，额长时间运行，其发热不会超过允许的限度，因此，额定电流是电机长期工作的利用限度。电机在调速过程定电流是电机长期工作的利用限度。电机在调速过程中，如在不同转速下都能保持电流中，如在不同转速下都能保持电流Ia=IN，则电机利，则电机利用充分，运行安全。从合理使用电动机的角度考虑，用充分，运行安全。从合理使用电动机的角度考虑，提出了调速方式与负载类型相配合的问题。提出了调速方式与负载类型相配合的问题。匹配问题匹配问题1.恒转矩调速恒转矩调速 调速过程中保持调速过程中保持Ia=IN，=N=常数，则常数，则T=常数常数电动机允许输出转矩不变的调速方法称恒转矩调速。电动机允许输出转矩不变的调速方法称恒转矩调速。在实际调速时改变电动机供电电压和改变电枢回在实际调速时改变电动机供电电压和改变电枢回路串入的电阻均属恒转矩调速。电动机输出功率路串入的电阻均属恒转矩调速。电动机输出功率P=TT=常数常数 P,即电动机转速越低，输出功率越小即电动机转速越低，输出功率越小,P 。匹配问题匹配问题允许输出转矩和功率允许输出转矩和功率匹配问题匹配问题2.恒功率调速恒功率调速 调速中，保持调速中，保持Ia=IN，若，若n，P=常数。常数。在保持电枢电流接近或等于额定值条件下，调速在保持电枢电流接近或等于额定值条件下，调速过程中电动机允许输出功率不变的调速方法称为恒功过程中电动机允许输出功率不变的调速方法称为恒功率调速。如改变电动机主磁通率调速。如改变电动机主磁通 的调速方法就属于恒的调速方法就属于恒功率调速方法。功率调速方法。匹配问题匹配问题说明：说明：在图中，在图中，T=f（n）和）和 P=f（n）曲线表示在保证曲线表示在保证电动机得到充分利用的条件下电动机得到充分利用的条件下(即即Ia=IN)，允许输出的，允许输出的转矩和功率，并不代表电动机实际输出的转矩和功率转矩和功率，并不代表电动机实际输出的转矩和功率，电动机实际输出的转矩和功率要由它所拖动的负载，电动机实际输出的转矩和功率要由它所拖动的负载转矩和负载功率特性来决定。转矩和负载功率特性来决定。匹配问题匹配问题 实际上，电动机在调速时实际输出的功率和转矩实际上，电动机在调速时实际输出的功率和转矩是多大，则要看电动机拖动是什么类型的负载。是多大，则要看电动机拖动是什么类型的负载。如果配合适当，电机实际输出即为允许输出，如果配合适当，电机实际输出即为允许输出，电动机容量能充分利用，否则电机容量造成浪费。电动机容量能充分利用，否则电机容量造成浪费。匹配问题匹配问题3.调速方式与负载类型配合问题调速方式与负载类型配合问题 调速方式与负载类型配合恰当，所选电动机的体调速方式与负载类型配合恰当，所选电动机的体积较经济。在不同转速下，可较充分地利用，不致造积较经济。在不同转速下，可较充分地利用，不致造成浪费成浪费(浪费是指电机的转矩和功率选的过大浪费是指电机的转矩和功率选的过大)，或长，或长时间运行而烧坏。时间运行而烧坏。(指转矩及功率选的较小指转矩及功率选的较小)匹配问题匹配问题匹配：匹配：最好的配合方式为：恒功率负载，采用恒功率的最好的配合方式为：恒功率负载，采用恒功率的调速方法。调速方法。(弱磁调速弱磁调速)；恒转矩负载，采用恒转矩的；恒转矩负载，采用恒转矩的调速方法。调速方法。(变电压或变串入电阻调速变电压或变串入电阻调速)。这样匹配，使电机在整个调速范围内容量能充分这样匹配，使电机在整个调速范围内容量能充分利用，且利用，且 Ia=IN 不变，电动机的调速转矩与负载一致不变，电动机的调速转矩与负载一致时，电机容量能充分利用。时，电机容量能充分利用。匹配问题匹配问题调速方式与负载类型配合恰当匹配问题匹配问题(1)恒功率负载与恒转矩调速方法配合恒功率负载与恒转矩调速方法配合匹配问题匹配问题(2)恒转矩负载与恒功率调速方法配合恒转矩负载与恒功率调速方法配合他励直流电动机的四个象限上的运行电动状态：电动状态：特性在第一，三象限，其中第一象限是正向电特性在第一，三象限，其中第一象限是正向电动状态，第三象限是反向电动状态。动状态，第三象限是反向电动状态。制动状态：制动状态：特性在第二，四象限，其中第二象限是正向能特性在第二，四象限，其中第二象限是正向能耗，正向回馈制动，电压反接制动。第四象限是反耗，正向回馈制动，电压反接制动。第四象限是反向能耗，反向回馈制动，转速反向反接制动，处在向能耗，反向回馈制动，转速反向反接制动，处在反向电动状态时进行电压反接的电压反接制动。反向电动状态时进行电压反接的电压反接制动。四象限运行分析四象限运行分析电力拖动系统过渡过程电力拖动系统过渡过程过渡过程的概述过渡过程的概述1.1.稳态稳态(静态静态)：指电动机转矩：指电动机转矩T T和负载转矩和负载转矩T TL L相等。相等。系统静止不动或以恒速运动的状态。系统静止不动或以恒速运动的状态。2.2.动态动态：指：指 T T与与T TL L不相等，加速或减速状态。即非不相等，加速或减速状态。即非平衡状态平衡状态dn/dt0，动态也称过渡过程。，动态也称过渡过程。转速由转速由n=0升升至某一转速或从某一转速升至另至某一转速或从某一转速升至另一转速的变化过程均称为一转速的变化过程均称为过渡过程过渡过程。产生过渡过程的原因产生过渡过程的原因外因外因：例：例：TL变化，或电机参数变化，引起变化，或电机参数变化，引起T变化。变化。内因内因：系统存在：系统存在GD2，即机械惯性以及电磁惯性，即机械惯性以及电磁惯性，即存在即存在L(电感电感)。GD2 的存在，使的存在，使n不能突变。不能突变。L的存在，使电流的存在，使电流不能突变。若只考虑不能突变。若只考虑GD2影响，称机械过渡过程；影响，称机械过渡过程；只考虑只考虑L的影响，称电磁过渡过程；两者都考虑称的影响，称电磁过渡过程；两者都考虑称机电过滤过程。机电过滤过程。过渡过程过渡过程重点重点：机械过渡过程，因为较多的情况下，机械惯：机械过渡过程，因为较多的情况下，机械惯量的影响远大于电磁惯量影响，为简化分析，略去量的影响远大于电磁惯量影响，为简化分析，略去电磁惯量影响。电磁惯量影响。研究过渡过程的实际意义在于：找出减小过渡研究过渡过程的实际意义在于：找出减小过渡过程持续时间，提高生产率；探讨减少过渡过程损过程持续时间，提高生产率；探讨减少过渡过程损耗功率的途径，提高电机利用率和力能指标；改善耗功率的途径，提高电机利用率和力能指标；改善系统动态或稳定运行品质，使设备能安全可靠运行。系统动态或稳定运行品质，使设备能安全可靠运行。过渡过程数学分析过渡过程数学分析系统的动态特性可用下列微分方程组描述：系统的动态特性可用下列微分方程组描述：1.1.过渡过程中转速变化规律过渡过程中转速变化规律 设电动机原稳设电动机原稳定工作在图定工作在图2-27(a)所示的所示的A点上，现负点上，现负载突然由载突然由TLA减小到减小到TLB，电动机工作点，电动机工作点从从A点过渡到点过渡到B点，点，下面讨论过渡过程下面讨论过渡过程中转速的变化规中转速的变化规律。律。数学分析数学分析 将机械特性方程和电力拖动系统运动方程联立，将机械特性方程和电力拖动系统运动方程联立，消除中间变量电磁转矩消除中间变量电磁转矩T，可得微分方程如下：，可得微分方程如下：数学分析数学分析整理后得：整理后得：上式中为上式中为 机电时间常数机电时间常数将式两边积分，代入初始条件，整理得：将式两边积分，代入初始条件，整理得：分析分析 它有两部分组成：一部分是稳态分量，另一部分它有两部分组成：一部分是稳态分量，另一部分是暂态分量，转速是暂态分量，转速n的过渡过程是一条按指数规律变的过渡过程是一条按指数规律变化的曲线，起始值为化的曲线，起始值为nA，稳态值是，稳态值是nB，n=(t)曲线如曲线如图图2-27(b)所示。所示。电磁转矩或电枢电流变化规律电磁转矩或电枢电流变化规律 同理可推得过渡过程中电磁转矩或电枢电流变化同理可推得过渡过程中电磁转矩或电枢电流变化规律：规律：3.3.过渡过程时间的计算过渡过程时间的计算 当t时，n=nB。实际上，当t=(34)Tm，nnB，工程上认为系统进入稳态，所以只要已知机电时间常数Tm，就可求出整个过渡过程所需的时间。但实际生产中，往往还需要求过渡过程进行到某一阶段所需的时间，例如求A、B之间任意一点x，转速nx为已知，则过渡过程时间tx为：计算过渡过程时间tx公式 起动过渡过程起动过渡过程起动过渡过程表达式：起动过渡过程表达式：串固定电阻的起动过渡过程特性串固定电阻的起动过渡过程特性两级电阻启动特性两级电阻启动特性能耗制动过渡过程能耗制动过渡过程1.位能负载位能负载能耗制动过渡过程解析式能耗制动过渡过程解析式反抗性负载反抗性负载电压反接制动时的过渡过程电压反接制动时的过渡过程Page 933.53.5实例（应用）实例（应用）图图3-23 电动机三级启动的控制电路电动机三级启动的控制电路