第1章(电力拖动控制系统)-2013rev

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力拖动控制系统,对 象： 电气,2010,级,1-4,班 （,76,人,),授课时间：,2013.4.9-2013.6.22,主讲教师： 夏胜芬 黄声华,单位： 电气学院电机及控制系,电话：,87542626- 8212,，,13507138900,节次：,星期二,3-4,， 星期四,1-2,教室：,西,12-S304,，,S307,绪 论,本课程在电气学科中的位置,本,课程,与先修课程的关系,教材、参考教材,本课程的学习内容,教学安排,电力拖动控制系统的发展动向,5.,教学安排,讲课,: 40,学时,共,11,章，,实验,: 8,学时,2,次：,1.,直流调速系统,2.,交流变频调速系统,时间要排；地点：西二楼,1,楼电机实验室,作业,:,每周二交,考试：闭卷,成绩： 平时,20,分（含作业、课堂、实验）,考试,80,分,100,分,第,1,章 电力拖动基础,1.1,电力拖动系统的,运动方程,1.2,电力拖动系统的,机械特性,1.3,他励直流电动机的起动、调速与,制动,1.4,异步电动机的起动、调速与,制动,学习目标与要求,1,掌握电力拖动系统的构成。,2,了解机械传动机构与工作机械的折算。,3,掌握电力拖动系统的运动方程及,明确速度控制的本质是对转矩的控制。,4,掌握电动机及负载的机械特性,，,掌握电动机电动制动和四象限运行的概念。,5,掌握电力拖动系统稳定运行条件。,6,复习,他励直流电动机的起动、调速，,学习掌握,他励直流电动机的制动。,7,复习,异步电动机的起动、调速，,学习掌握,异步电动机的制动。,学习重点,速度控制的本质是对转矩的控制。,电动机,四象限运行的概念,。,电力拖动系统,稳定运行条件。,他励直流电动机,4,种制动的方法及原理,。,异步电动机,5,种制动的方法及原理,。,1.1.2,机械传动机构与工作机械的折算,转矩,（力）、,转速（速度）,、,转动惯量（质量）,Nm,（,N,）、,rad/s,（,m/s),、,kg/m,2,( kg),1,折算的概念及折算原则,1,）,折算的概念,把一个,多轴系统用一个单轴系统,或单拖动（推动）系统 来,取代,。,a,）保持折算前后两个系统传送的,功率相同,b,）保持折算前后两个系统储存的,动能相同,2,） 折算原则：,3,） 要折算的量：,折算,多,轴系统,单,轴系统,能量守恒,简化！,以获得一个运动方程！,折算后的结果,（折算目的达到了！）：,无论是直线运动还是旋转运动，,机械运动方程只有一个！,复杂的机械问题简化了！,对,直线运动,，运动方程为,对,旋转运动,，运动方程为,1.1.3,电力拖动系统的运动方程,对,直线运动,，运动方程为,对,旋转运动,，运动方程为,式中：,G,重量（,N,）；,g,重力加速度，,g = 9.81m/s,2,；,D,惯性直径（,m,）；,惯性半径（,m,）,旋转运动方程的工程实用形式为：,称为,飞轮矩,两式中的三项都有,方向,工程习惯：转速的单位为,-,n(r,/min),，,不用转动惯量,J,而用飞轮矩,GD,2,(Nm,2,),。,1.1.4,速度控制的本质是对转矩的控制,一、由运动方程式,可知判断拖动系统的运动状态：,当,T=T,l,时，,d/dt=0,，电力拖动系统,处在,匀速,旋转（含静止不动）的稳态中。,，,当,TT,l,时，,d/dt0,，,电力拖动系统处在,加速,（或反向减速）状态,。,当,TT,l,时，,d/dtT,l,，电机加速。,当到达新转速后，再使,T=T,l,，则电机就在新的转速下稳定运行。,三、重要结论：电动机速度控制的本质是对其输出转矩的控制。,1.2,电力拖动系统的机械特性,1.2.1,机械特性,1.,机械特性是指转速与转矩之间的关系曲线，即,机械特性,负载机械特性,电动机机械特性,固有机械特性,人为机械特性,2.,运行状态：,运动方程中反映了三个物理量,T,，,T,l,、,转速,n,之间的关系 。这三个物理量都有方向，有正负之分，选定参考正方向 ：,T,L,与,T,参考正向相反。,再有两个方程就能求解了！,电动,：转矩与转速的方向一致,制动,：转矩与转速的方向相反,3.,四象限运行：,1.2.2,负载的机械特性,a),反抗性,b,）,位能性,c,）,粘滞摩擦力,d,）,流体阻力,e,）,恒功率阻力,例，实际风机的负载机械特性：,实际的机械装置则是多种性质的负载转矩的组合,1.2.3,电动机的固有机械特性,a,）,他励直流电动机,b,）,异步电动机,e,）,同步电动机,把电机和负载机械特性曲线画在同一坐标平面，交点处满足 ，,但这时系统一定能稳定运行吗？,1.2.4,电力拖动系统,稳定运行条件,稳定运行是对系统的最基本的要求；,学会用机械特性来判断系统是否能稳定运行。,条件,1,： 电机机械特性曲线及负载机械特性曲线有交点,是充要条件么？,稳定点,不稳定点,讨论,A,点：,A,点是真正的大范围渐进稳定运行点,若扰动使转速降低，这时 ，拖动系统加速，系统同样会回到,A,点运行。,若系统受到扰动而使转速升高，这时 ，拖动系统减速，最终回到,A,点。,讨论,B,点：,所以,B,点不是真正的稳定运行点,若扰动使转速降低，这时 ，拖动系统减速，,系统同样会离开,B,点,直到停止运行,。,若系统受到扰动而使转速升高，这时 ，拖动系统升速，,最终离开,B,点（到了,A,点）,。,条件,2.,且,在交点处满足,判别方法：,条件,1,：电机机械特性及负载机械特性有交点,（只是必要条件！）,串电阻调速,只能把速度,由额定转速往低速方向调,弱磁,调速,适合于,升速,改变端电压调速转速一般只采用,降压调速,：,一般情况下电机的,绝缘不允许,所加的电压高于额定电压,3,、,三种调速方法的特点比较,无级调速的概念与闭环自动控制系统,节能概念：,控制功率大小的概念：,调压调速为直流电机的“主导调速方法”,1.3.2,他励直流电动机的调速,所允许的最大输出转矩,4,调速时的转矩与功率,图,1-11,调速时转矩与功率曲线,所允许的最大输出功率,电机,允许流过的最大电流,受制于电机的散热条件，一般为额定电流,I,aN,。,-,安全运行边界！,自然冷却，自扇冷式 ，他扇冷式 ，水外冷，水内冷，蒸发冷却，超导，等,不变,下降,不变,与转速成正比,在,n,n,N,的区域，磁通,减小，,，,Pmax,不变,。称恒功率调速区域。,电机的冷却 方式：,Q1,：,直流电机的三种调速方法在调速时最大转矩或最大功率是什么特点？,Q2,：,异步电机或同步电机也有类似的问题么？,1.3.2,他励直流电动机的调速,电动机的,允许输出最大转矩,和,允许输出最大功率,在不同方法调速时是不同的。,（,1,）,串电阻调速及降压调速,时，允许最大输出转矩不变,“,恒转矩调速”,1.3.4,他励直流电动机的制动,:,T,与,N,反向,1,能耗制动,a,）原理电路图,-,方法或条件,b,）机械特性图,制动特性,Q1,：制停过程是一个动态过程？还是能稳定制动运行？,c,）能量传递简图,节能否？,最终的稳态工作点：,（,1,）,反抗性负载，,C,点,（,2,）位能性负载,，,D,点,制动最常用场合：,1.,快速停车或快速降速,2.,限制（或控制）工作机械产生过高的速度,直流电机的,电磁制动方法,有四：,2,回馈制动（再生发电制动 ）,c,）能量传递简图,a,）原理电路图,b,）机械特性图,回馈制动实际中常常出现于：,回馈制动发生条件：电机转速,n,n,0,，即电机反电势 。,位能性负载拖动电动机转动时,在调压调速中突然降低端电压,弱磁调速中突然增加磁通时,以突然,降压产生回馈制动为例,分析：,动态制动,电动,3,反接制动,:,反抗性负载的（电动）稳态运行点,（位能性负载回馈）,Ua,（）,Ea,（）,Ia,（）,Ra,，,Ia,反向，,T,方向反,制动停车则应及时切断电源，否则电机反转,反抗性负载的（电动）稳态运行点,（位能性负载回馈）,制动过程结束：,BC,为制动线,条件：电枢电压反向,串入,R,j,的目的 ？,电机最终的稳态运行点,制动停车用时,切断电源方法,制动停车过程为动态过程,A,B,C,B,：,稳态运行点,第四象限：“倒拉反转制动”,R,增大。,Ia,下降，,T,Tl,能量传递简图同反接制动,4,倒拉反转制动,位能性负载（如吊车下放重物），电枢回路串,较大的电阻,以控制下放速度,电机转矩,小于负载转矩，电动机被负载拉成反转,B,：,稳态运行点,第四象限：“倒拉反转制动”,R,增大。,Ia,下降，,T,Tl,能量传递简图同反接制动,条件：,1),电枢正电压；,2,）位能性负载；,3,）电机反转；,4,）串电阻（非必要）,负载转矩性质不同,运行状态侧重点不同,反接制动时,T,L,与,T,反号,;,倒拉反转制动,T,L,与,T,同号。,倒拉反转制动是以稳态运行为主，,反接制动是动态过程。,倒拉反转制动与反接制动的关系,各种运转状态之比较,2,人工机械特性,a),改变输入电压,b),绕线式转子回路串电阻,c),改变电源频率,d),改变极对数,1.4.2,异步电动机的起动,a),降压起动,b),转子回路串电阻起动,c),变频起动,d),其它,1.4.3,异步电动机的调速,a),调压调速,b),转子回路串电阻调速,c),定子回路串电抗调速,1,。变频调速,2,。变转差调速,3,。,变极调速,1.4.4,异步电动机的制动,1,回馈制动,a),负载带动电机发电,b),变频调速时的回馈制动,d),能量传递简图,发生条件：,1,）接交流电源,2,）,回馈（发电）原理,发生的场合：,a),位能负载带动电机发电,b),变频调速时降低变频器的输出频率,c),变极调速时的回馈制动,机械特性曲线图,能量传递简图,c),变极调速时的回馈制动,2,能耗制动,1),原理电路图,2),制动的工作原理： 方法,原理,3),机械特性曲线图,4),能量传递简图,原理电路图,3,反接制动,4,倒拉反转制动,5,阻容制动,原理电路图,制动的工作原理,作业：,P.,24,1-11,，,1-12,，,1-13,，,1-14,，,1-15,课堂：,p.23,1-1, 1-2, 1-3, 1-4,1-5,他励直流电动机在倒拉反转制动时，电动机的工作状态是,，在反接制动时，电动机的工作状态是,。,a),稳态运行状态；,b),动态运行过程。,1-6,异步电动机在采用“能耗制动”时，其主要方法是,。,a,）,转子回路串电阻；,b),定子回路串电阻；,c),把定子回路从电源断开，接制动电阻；,d),定子回路通直流电流。,