电机与电力拖动基础教程第3章(3)
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李发海电机与拖动基础第四版第三章.
2. 自励直流电机 (1)并励直流电机 励磁绕组与电枢绕组并联连接,如图3.12(b)。 (2)串励直流电机 励磁绕组与电枢绕组串联,流过相同电流,如图3.1(c)。 (3)复励直流电机 励磁绕组分两部分,一部分与电枢回路串联,另一部分与电
枢回路并联。如图3.12 (d)。连接时,可先串后并,也可先并 后串。 不同励磁方式的直流电机有不同的特性。
示意图。若N为一个磁极上的励磁绕组匝数,励磁电流为I 时, 每极的励磁磁通势为:F = I N 。
图 3.8 四极直流电机 空载时的磁场示意图
图中主磁通的路径是: 从N极、经气隙、经电枢齿、经电枢轭、到另一部分电齿、再 到气隙、经S极、经定子轭、回到N极。称为 主磁路。
图中只与励磁绕组相链的磁通为漏磁通,其所经过的路径称 为漏磁路。
(3-12)
式中 ia = Ia/2a 为导体里流过的电流,Ia为总电流, a为支路
对数。
一根导所产生的转矩为
(3-13)
式中 D = 2 p τ/π 为电枢直径。
总电磁转矩为
(3-14)
将 Bav
li
代入式(3-14)得
(3-15)
式中
为转矩常数。若 Φ 的单位为Wb, 电流的单位
为A, 则转矩 T 的单位为 N·m
Z e 代表电机总虚槽数,用 u 每个实槽中的虚槽数,见图3.13 (c)。则总虚槽数为: 此时绕组的总导体数为: 直流电机最基本的形式有两种,即单叠绕组和单波绕组。
3.4.1 单叠绕组 1.节距 (见图3.14) (1)第一节距 y 1 : 指同一元件两元件边的间距,用虚槽数
或换向片数表示。
式中 ε是使Y1凑成整数的一个分数。
第三章 直流电机原理
电机与拖动基础第三章资料
第三章 变压器
二、额定值
额定容量 SN ( kVA )
额定电流 I1N / I2N ( A )
指铭牌规定的额定使用条件指在额定容量下,允许长期通过的额定 下所能输出的视在功率。 电流。在三相变压器中指的是线电流
额定电压U1N / U2N ( kV ) 指长期运行时所能承受的工作电压
U1N 是指一次侧所加的额定电压,U2是N 指一次侧加额定电压时二 NhomakorabeaΦ
i1
U1
i2
u1
只要(1)磁通有
u1
e1
e2 u2
Z
L
变化量;(2)一、二 次绕组的匝数不同,
u2 就能达到改变压的
U2
目的。
第三章 变压器
二、分类 按用途分:电力变压器和特种变压器。 按绕组数目分:单绕组(自耦)变压器、双绕组变压
器、三绕组变压器和多绕组变压器。
按相数分:单相变压器、三相变压器和多相变压器。 按铁心结构分:心式变压器和壳式变压器。 按调压方式分:无励磁调压变压器和有载调压变压器。
PFe Bm2 f 1.3
空载损耗约占额定容量的0.2%~1%,而且随变压器容量的 增大而下降。为减少空载损耗,改进设计结构的方向是采用优 质铁磁材料:优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。
第三章 变压器
3.2.3 空载时的电动势方程、等效电路和相量图
一、电动势平衡方程和变比 1、电动势平衡平衡方程 (1)一次侧电动势平衡方程
第三章 变压器
变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应,将 一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等 级的交流电能.
3.1 变压器的基本工作原理和结构 3.2 单相变压器的空载运行 3.3 单相变压器的负载运行
《电机及拖动基础》课件第3章
如图3-1所示。这两个绕组间只有磁的耦合而没有电的联系, 且具有不同的匝数,其中接入交流电源的绕组称为一次绕组, 其匝数为N1;与负载相接的绕组称为二次绕组,其匝数为N2。
图3-1 变压器的工作原理示意图
当一次绕组外加电压为u1的交流电源,二次绕组接负载时, 一次绕组将流过交变电流i1,并在铁芯中产生交变磁通Φ,该 磁通同时交链一、二次绕组,并在两绕组中分别产生 感应电动势e1、e2,从而在二次绕组两端产生电压u2和电流i2。 通常按电工惯例规定各物理量的正方向如图3-1所示。若不计 变压器一、二次绕组的电阻和漏磁通,不计铁芯损耗,即认 为是理想变压器,根据电磁感应定律可得
图3-13 变压器的负载运行原理图
3.3.1 负载运行时的物理情况
1. 电磁关系
故变压器负载运行时,铁芯中的主磁通是由一、二次绕组
的磁动势
共同建立的,负载运行时的电磁关系可用
图3-14 表示。
图3-14 变压器负载运行时的电磁关系
2. 感应电动势 由主磁通产生的感应电动势为式(3-8),由漏磁通产生的感 应电动势为
2. 变压器的额定值
1) 额定容量SN 额定容量SN是指变压器在额定工作条件下输出能力的保证 值,即视在功率,单位为 V·A 或 kV·A。对三相变压器而言, 额定容量指三相容量之和。
2) 额定电压U1N和U2N 额定电压U1N是根据变压器的绝缘强度和允许发热条件规 定的一次绕组允许施加的电压;U2N是指变压器一次绕组加额 定电压,二次绕组开路时的端电压, 单位为V或kV。对三相 变压器而言,额定电压是指线电压。
(3-10)
3) 空载电流
变压器的空载电流 包含两个分量,一个是无功分量
,与主磁通 同相,其作用是建立变压器的主磁通,因
图3-1 变压器的工作原理示意图
当一次绕组外加电压为u1的交流电源,二次绕组接负载时, 一次绕组将流过交变电流i1,并在铁芯中产生交变磁通Φ,该 磁通同时交链一、二次绕组,并在两绕组中分别产生 感应电动势e1、e2,从而在二次绕组两端产生电压u2和电流i2。 通常按电工惯例规定各物理量的正方向如图3-1所示。若不计 变压器一、二次绕组的电阻和漏磁通,不计铁芯损耗,即认 为是理想变压器,根据电磁感应定律可得
图3-13 变压器的负载运行原理图
3.3.1 负载运行时的物理情况
1. 电磁关系
故变压器负载运行时,铁芯中的主磁通是由一、二次绕组
的磁动势
共同建立的,负载运行时的电磁关系可用
图3-14 表示。
图3-14 变压器负载运行时的电磁关系
2. 感应电动势 由主磁通产生的感应电动势为式(3-8),由漏磁通产生的感 应电动势为
2. 变压器的额定值
1) 额定容量SN 额定容量SN是指变压器在额定工作条件下输出能力的保证 值,即视在功率,单位为 V·A 或 kV·A。对三相变压器而言, 额定容量指三相容量之和。
2) 额定电压U1N和U2N 额定电压U1N是根据变压器的绝缘强度和允许发热条件规 定的一次绕组允许施加的电压;U2N是指变压器一次绕组加额 定电压,二次绕组开路时的端电压, 单位为V或kV。对三相 变压器而言,额定电压是指线电压。
(3-10)
3) 空载电流
变压器的空载电流 包含两个分量,一个是无功分量
,与主磁通 同相,其作用是建立变压器的主磁通,因
电机拖动第三章
由图可见,位能性恒转矩负载的转矩不随转速 方向的改变而改变。无论电机正、反转,负载转 矩始终为单一方向。
B、通风机负载特性 特点:
负载转矩基本上和转速的平方成正比,
即
TL Kn
2
例:通风机、水泵及油泵等,负载转动时, 其中空气、水、油等介质对机器叶片的 阻力基本上和 2 成正比。
n
C、恒功率负载的转矩特性 恒功率负载:如 车床、恒张力卷 取机,随着卷取 直径增大,力矩 增大。但为了保 持张力不变,线 速度应不变,相 应地转速就要降 低,结果是功率 不变。
2
当电机工作在A点时,
TemA TLA
则有:
GD2 dn Tem TL 375 dt
考虑到微小增量为在A点的偏 导数乘上 n ,上式为
Tem n
nA
TL n n
nA
GD2 dn n 375 dt
整理为线性微分方程
Tem n TL n
为了简化计算,把多轴复杂系统等效成
一个单轴简单系统,方法是把电机轴后面 的传动机构和工作机构部分(如下图中虚
线框部分所示)都折算到电机轴上,用一
个等效负载来代替它,这样就可以用单轴
系统的运动方程式来研究多轴系统,这时
运动方程式为
折算
折算方向:一般是从生产机械轴向电动 机轴折算。原因是研究对象是电动机。 且电动机轴一般是高速。根据传送功率 不变的原则,高速轴上的负载转矩数值 小。 折算的原则是:确保折算前后系统所传 递的功率或系统储存的动能不变。
例3-2: 用稳定运行的概念判断图中 的A点是否为稳定运行点?
系统原在A点平衡运转
TL1 TL 2
n nA
Tem TL1
电机与电力拖动 第3章 直流电机的基本理论讲解
3.6 直流电动机稳态运行时的基本方程式和工作特性(重点)
3.6.1 直流电动机稳态运行时的基本方程式(电压、转矩、功率)
1 电压平衡方程式
+ Ia
If +
U Ea M
U
-
-
2 转矩平衡方程式
励磁电路: U = Rf If 电枢电路: U= Ea + Ra Ia
U: 端电压;
Ea :电枢电动势; Ra :电枢回路电阻; Rf :励磁回路电阻; U>Ea时:电动机; U<Ea时:发电机;
If
Ia
Ea : 感应电动势
Uf
Ea MU
Ia :电枢电流 Ra :电枢电阻 I f :绕组电流
Rf Ra
Rf :绕组电阻
他励 I I N I f Ia
U UN Ea IaRa
U UN I f Rf
Ra
If
U
M
Rf
并励
Ea
I IN I f Ia U UN Ea IaRa
P
Ea
I
;
a
n ::转机速械;角速度, (2n ) / 60;
转矩的求法:T CT Ia
CT : 转矩常数CT ( pN ) /(2a); p : 磁极对数;
Ia:电枢电流I N ;
题2:一台他励直流电动机的额定数据为PN=17kW,UN=220V,nN=1000r/min, IN=92A,电枢绕组的电阻Ra=0.2Ω,电刷压降2△Ub=2V。试计算:(1)电 动机的额定电磁转矩。(2)理想空载转速和实际空载转速。(3)电动机的 输出转矩保持为额定值不变,在电枢回路中串入0.3Ω电阻,求电动机转速。
电机及拖动基础第三章
第二节 生产机械的负载转矩特性
生产机械运行时常用负载转矩标志其负载的大小。不同的生产机 械转矩随转速变化规律不同,用负载转矩特性来表征,即生产机械的 转速n与负载转矩TL之间的关系n=f(TL)。各种生产机械特性大致可分 为以下三种类型。 一、恒转矩负载特性
恒转矩负载是指负载转矩TL的大小不随转速变化,TL=常数,这 种特性称为恒转矩负载特性。它有反抗性和位能性两种: 1.反抗性恒转矩负载
为恒定值,即
就是说,负载转矩与转速成反比。例如,一些机床切削加工, 车床粗加工时,切削量大(TL大),用低速档;精加工时,切削量小 (TL小),用高速档。恒功率负载特性曲线如图3-7所示。
三、通风机型负载特性 通风机型负载的特点是负载转矩的大小与转速n的二次方成正比,
即
式中K——比例常数。 常见的这类负载如鼓风机、水泵、液压泵等,通风机型负载特性
本章中首先介绍电力拖动系统的运动方程式,然后介绍生产机械 的转矩特性和三相异步电动机的机械特性,最后主要研究三相异步电 动机拖动应用的三大问题——起动、制动、调速。
第一节 电力拖动系统的运动方程式
电力拖动系统中所用的电动机种类很多,生产机械的性质也各不 相同。因此,需要找出它们普遍的运动规律,予以分析。从动力学的 角度看,它们都服从动力学的统一规律。所以,我们首先研究电力拖 动系统的动力学,建立电力拖动系统的运动方程式。 一、单轴电力拖动系统的运动方程式
曲线如图3-8所示。 必须指出,以上三类是典型的负载特性,实际生产机械的负载特
性常为几种类型负载的综合。例如起重机提升重物时,电动机所受到 的除位能性负载转矩外,还要克服系统机械摩擦所造成的反抗性负载 转矩,所以电动机轴上的负载转矩TL应是上述两个转矩之和。
电机与电力拖动基础(全)
电机与电力拖动基础(全)
电路
由金属导线和电气以及电子部件组成的导电回路称为电路。 电路导通叫做通路,只有通路才有电流通过。 电路在某一处位置断开,叫做断路或开路。
电源之间没有负载而是直接接通叫做短路。短路是绝对不允 许的,这样会导致用电器及电源的损坏。
自锁电路
目录
❖第一章 直流电机原理 ❖第二章 电力拖动系统的动力学基础 ❖第三章 直流电动机的电力拖动 ❖第四章 变压器 ❖第五章 三相异步电动机原理 ❖第六章 三相异步电动机的电力拖动 ❖第七章 同步电动机 ❖第八章 控制电机 ❖第九章 电力拖动系统中电动机的选择
何中性线处的导体上. 2.绕组只画一层,都在电枢表面上. 3.电流方向以电刷为分界线. 4.电枢磁场以电刷为极轴线,电刷 处磁势最强,主磁极的极轴线处
⊕⊙⊕⊙⊕⊙S⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕N⊙⊕⊕⊙⊙
电枢磁势为零.电枢磁势与主磁极
磁势正交,称交轴电枢磁势 .
把电枢圆周从电刷处切开展成 直线并以主磁极轴线与电枢表面 的交点为空间坐标的起点,这点的 电枢磁动势为零. 电枢磁动势沿空间的分布: 电枢线负荷--- 电枢圆周表面单位
3、学习方法:要注意它既有基础理论的学习,又有结 合工程实际综合应用的性质。要逐渐地培养学员的工程观
点,掌握工程问题的处理方法。
第一章 直流电机原理
1.1 直流电机的用途、结构及工作原理
一、直流电机的用途
1.直流电动机的用途:在工业生产中,利用电动机的 轴上转矩拖动生产机械,对产品进行加工.
2.直流发电机的用途:作为电源设备 二、直流电机的结构
(2)极距:它是相邻两主磁极极轴线之间的距离,在相邻 主磁极之间,与上述距离大小相等的距离,也叫极距。
N 极轴线 N
电路
由金属导线和电气以及电子部件组成的导电回路称为电路。 电路导通叫做通路,只有通路才有电流通过。 电路在某一处位置断开,叫做断路或开路。
电源之间没有负载而是直接接通叫做短路。短路是绝对不允 许的,这样会导致用电器及电源的损坏。
自锁电路
目录
❖第一章 直流电机原理 ❖第二章 电力拖动系统的动力学基础 ❖第三章 直流电动机的电力拖动 ❖第四章 变压器 ❖第五章 三相异步电动机原理 ❖第六章 三相异步电动机的电力拖动 ❖第七章 同步电动机 ❖第八章 控制电机 ❖第九章 电力拖动系统中电动机的选择
何中性线处的导体上. 2.绕组只画一层,都在电枢表面上. 3.电流方向以电刷为分界线. 4.电枢磁场以电刷为极轴线,电刷 处磁势最强,主磁极的极轴线处
⊕⊙⊕⊙⊕⊙S⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕N⊙⊕⊕⊙⊙
电枢磁势为零.电枢磁势与主磁极
磁势正交,称交轴电枢磁势 .
把电枢圆周从电刷处切开展成 直线并以主磁极轴线与电枢表面 的交点为空间坐标的起点,这点的 电枢磁动势为零. 电枢磁动势沿空间的分布: 电枢线负荷--- 电枢圆周表面单位
3、学习方法:要注意它既有基础理论的学习,又有结 合工程实际综合应用的性质。要逐渐地培养学员的工程观
点,掌握工程问题的处理方法。
第一章 直流电机原理
1.1 直流电机的用途、结构及工作原理
一、直流电机的用途
1.直流电动机的用途:在工业生产中,利用电动机的 轴上转矩拖动生产机械,对产品进行加工.
2.直流发电机的用途:作为电源设备 二、直流电机的结构
(2)极距:它是相邻两主磁极极轴线之间的距离,在相邻 主磁极之间,与上述距离大小相等的距离,也叫极距。
N 极轴线 N
电力拖动基础电机及电力拖动系统(交流部分)-魏炳贵
I1st=(4-7)I1N, PN=7.5kw =(4经验公式:I 经验公式:I1st/I1N<1/4[3+电源总容量/起动电机容量] <1/4[3+电源总容量/起动电机容量] 起动倍数:k1=I 起动倍数:k1=I1st/I1N,--查电机手册 --查电机手册
二.减压起动(大容量) 减压起动(大容量)
r I =E / s
' 2 ' 2
' 2
' + x2 , (3)
' r + ( sx2 ) 2 = r2 Z 2 = cos ϕ 2 '2 2
2
r2' ' ' cos ϕ 2 = Z 2 = r2' s
I 2 m1 N1k w1 Q ' = , ( 4) I 2 m2 N 2 k w 2
s
n
H B
0 sN n N sm n m
P
1 0பைடு நூலகம்TN Tst
T
A
Tm
三.人为机械特性
定义: 定义:人为改变电机参数或电源参数而得到的机械特性 方法:改变定子电压,电源频率,极对数, 方法:改变定子电压,电源频率,极对数,定子转子电路电 阻和阻抗 1.降低定子电压的人为特性 1.降低定子电压的人为特性 Tmax与U12成正比 Sm与U1无关 n1与U1无关 U1↓->n ↓->s↑->E2s ↑->I2 ↑->温度↑ >s↑ 温度↑
忽略励磁电流得:
I1 = I =
' 2
U1 r2' ' r1 + + x1 + x2 s
二.减压起动(大容量) 减压起动(大容量)
r I =E / s
' 2 ' 2
' 2
' + x2 , (3)
' r + ( sx2 ) 2 = r2 Z 2 = cos ϕ 2 '2 2
2
r2' ' ' cos ϕ 2 = Z 2 = r2' s
I 2 m1 N1k w1 Q ' = , ( 4) I 2 m2 N 2 k w 2
s
n
H B
0 sN n N sm n m
P
1 0பைடு நூலகம்TN Tst
T
A
Tm
三.人为机械特性
定义: 定义:人为改变电机参数或电源参数而得到的机械特性 方法:改变定子电压,电源频率,极对数, 方法:改变定子电压,电源频率,极对数,定子转子电路电 阻和阻抗 1.降低定子电压的人为特性 1.降低定子电压的人为特性 Tmax与U12成正比 Sm与U1无关 n1与U1无关 U1↓->n ↓->s↑->E2s ↑->I2 ↑->温度↑ >s↑ 温度↑
忽略励磁电流得:
I1 = I =
' 2
U1 r2' ' r1 + + x1 + x2 s
电机与电力拖动基础 (全)
3.单迭绕组展开图
τ n τ τ τ
1 2 3
4
5
6
7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
N1
S1
N2
S2
15
16 1 2 3 4_ 5 6 7 + A1 B1
8
9 10 11 12 13 14 _ + A2 B2
+
_
图中四个方框代表四个主磁极,相同极性的两个电刷均 用导线并联后引往出线端.四个电刷均安放在相应的四个 主磁极的极轴线处的换向片上,电刷宽度等于一个换向片 宽.电枢铁心槽数、元件数以及换向片数均相等且为16。 元件的第一元件边嵌在槽的上层—— 上层边;而元件的 第二元件边总是嵌在槽的下层—— 下层边。 上层边用实线表示,下层边用虚线表示。 以元件上层边所在槽的号码作为该元件的号码。 元件联接次序表: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1
(2)极距:它是相邻两主磁极极轴线之间的距离,在相 邻主磁极之间,与上述距离大小相等的距离,也叫极距。 N 极轴线 N
N
N .
n
S
S
n τ 极距
(3)几何中线:是在相邻两 极轴线之间并且与这两极 轴线等距离的直线,两相邻主磁极以几何中线为轴作位 置上的对称分布。以n—n表示。
2.单迭绕组元件 单迭绕组由迭绕组元件按一定规律排列联接而成.绕组 元件实际上是一个线圈,可以是多匝,也可以的单匝的. 绕组元件结构原理: N S a1b1及a2b2部分称为元件边, 用后端匝a1ma2及前端匝b1nb2 将元件边联结起来,使两元件 a1 m V a2 边中电势在元件中迭加. 端线c1d1及c2d2 称为引线,d1为 n b1 b2 元件的首端,d2为末端.元件 c1 的首端和末端分别焊接在 d1 d2 不同的换向上. a1b1称为第一元件边,右边a2b2称为第二元件边.
电机与拖动基础答案(第四版)1-5章
提升速
度给定为
绳索的速度
卷筒外圆线速度
卷筒转速
π
π
电动机转速
于是得
直线运动部分飞轮矩
=3
所以折算到电动机轴上系统总飞轮矩
重物吊起及下放时折算到电动机轴上的负载转矩计算。
重物吊起时,负载转矩折算值
η
重物、导轮 8 及吊钩三者转矩折算值为
算值
所以传动机构损耗转矩为 -Δ
上的负载转矩计算。 空钩吊起时负载转矩
21生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩刨床3400042975080起重机9800提升141200075下降14电梯提升10950042下降1022生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩刨床340004297508017483491748续表生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩起重机9800提升14120007514558363914558下降14120006677283639728电梯提升10950042359022082335902下降1095003815744208235744习题解答21如图21所示的某车床电力拖动系统已知切削力工件直径电动机转速减速箱的三级速比各转轴的飞轮矩为指电动机轴各级传动效率都是09求
等于 1.
(2) 为了使直流电机正、负电刷间的感应电动势最大,只考虑励磁磁场时,
ww 式的直流电动机改变转向时,都要加以考虑。
5. 他励直流发电机稳态运行时的基本方程式与功率关系。 6. 直流电机的可
逆原理。
7. 他励直流电动机稳态运行时的基本方程式与功率关系。
8. 他励直流电动机固有机械特性: 表达式、特性曲线及其特点。这是本章重
电机与拖动课件
拖动系统往往是复杂的,有的生产机械需要通过传动机构进行转 速匹配,因此增加了很多齿轮和传动轴;有的生产机械需要通过 传动机构把旋转运动变成直线运动,比如:刨床、起货机等。对 这样一些复杂的电力拖动系统,如何来研究其力学问题呢?一般 来说,有两种解决办法:
1)对拖动系统的每根轴分别列出其运动方程, 用连列方程 组来消除中间变量。这种解法会因方程较多,计算量大而比较繁 杂。
jL = /L = n / nL
如果要考虑传动机构的损耗,可以在折算公式中引入传动效
率c 。由于功率传送是有方向的,因此引入效率c 时必须注意:
要因功率传送方向的不同而不同。现分两种情况讨论:
1) 电动机工作在电动状态, 此时由电动机带动工作机构, 功率由电动机各工作机构传送,传动损耗由运动机构承担,即电
J L
1 jL
2
从式可知,折算到单轴拖动系统的等效转动惯量J等于折算前 拖动系统每一根轴的转动惯量除以该轴对电动机轴传动比jL 的平 方之和。当传动比jL 较大时,该轴的转动惯量折算到电动机轴上 后,其数值占整个系统的转动惯量的比重就很小。
根据式表示的GD2 = 4gJ 的关系,可以相应地得到折算到电动 机轴上的等效飞轮转矩
TL
TL jL
c
对于系统有多级齿轮或皮带轮变速的情况,设已知各级速比为j1, j2,…,jn,则总的速比为各级速比之积,即
n
j j1 j2 ... jn ji i 1
在多级传动时,如果已知各级的传递效率为: c1, c2,…, cn,则总效率 c 应为各级效率之积,即
n
c ci i 1
2.转动惯量和飞轮矩的折算 将图中 两轴系统中的电动机转动惯量 Je 和生产机械的负载 转动惯量JL,折算到电动机轴的等效系统的转动惯量J,其等效原 则是:折算前后系统的动能不变,即有
1)对拖动系统的每根轴分别列出其运动方程, 用连列方程 组来消除中间变量。这种解法会因方程较多,计算量大而比较繁 杂。
jL = /L = n / nL
如果要考虑传动机构的损耗,可以在折算公式中引入传动效
率c 。由于功率传送是有方向的,因此引入效率c 时必须注意:
要因功率传送方向的不同而不同。现分两种情况讨论:
1) 电动机工作在电动状态, 此时由电动机带动工作机构, 功率由电动机各工作机构传送,传动损耗由运动机构承担,即电
J L
1 jL
2
从式可知,折算到单轴拖动系统的等效转动惯量J等于折算前 拖动系统每一根轴的转动惯量除以该轴对电动机轴传动比jL 的平 方之和。当传动比jL 较大时,该轴的转动惯量折算到电动机轴上 后,其数值占整个系统的转动惯量的比重就很小。
根据式表示的GD2 = 4gJ 的关系,可以相应地得到折算到电动 机轴上的等效飞轮转矩
TL
TL jL
c
对于系统有多级齿轮或皮带轮变速的情况,设已知各级速比为j1, j2,…,jn,则总的速比为各级速比之积,即
n
j j1 j2 ... jn ji i 1
在多级传动时,如果已知各级的传递效率为: c1, c2,…, cn,则总效率 c 应为各级效率之积,即
n
c ci i 1
2.转动惯量和飞轮矩的折算 将图中 两轴系统中的电动机转动惯量 Je 和生产机械的负载 转动惯量JL,折算到电动机轴的等效系统的转动惯量J,其等效原 则是:折算前后系统的动能不变,即有
电机与拖动技术基础第3章 直流电动机的电力拖动基础
—系统旋转的角速度
GD dn Tem TL 375 dt
2
GD2—飞轮惯量(飞轮矩),GD2 J gg—重力加速度2
3.1
3.1.1
电力拖动系统的运动方程式
运动方程式
系统旋转运动的三种状态
(1)当Tem TL 或 dn 0时 dt
系统处于静止或恒转速运行状态,即处于稳态;
15
3.4
直流电动机的机械特性
3. 减弱磁通时的人为机械特性
减弱磁通时的人为机械特性方程式为:
减弱磁通时的人为机械特性的特点是:
(1)理想空载转速与磁通成正比,比例系数为负,减弱磁 通 升高; (2)斜率 与磁通的平方成
反比,减弱磁通使斜率增大。
16
3.5
电力拖动系统的稳定运行条件
3.5.1 电力拖动系统的稳定运行 一台电动机拖动生产机械,以多高的转速运行,取决于电动 机的机械特性和生产机械的负载特性。如果知道了生产机械的负 载转矩特性 和电动机的机械特性 ,把 两种特性配合起来,就可以研究电力拖动系统的稳定运行问题。
10
3.4
直流电动机的机械特性
3.4.1 直流电动机机械特性的表达式
11
3.4
直流电动机的机械特性
3.4.2 固有机械特性
把他励直流电动机的电源电压、磁通称为额定值,电枢回
路未接附加电阻时的机械特性称为固有机械特性。其固有机械
特性的方程式为
式中,
可以从铭牌数据中查到;电枢电阻
可由近似公式
估算得到。
(1)理想空载转速保持不变;
(2)斜率 随 的增大而增
大,转速降增大,特性曲线变软。
14
3.4
直流电动机的机械特性
电力拖动与控制课件:第三章 三相异步电动机的电力拖动
第Ⅰ象限为 电动机运行 状态
图3-2 异步电动机的机械特性
第Ⅱ象限为 发电回馈制 动状态
r2
T
m1 p
1
U12
r1
r2 s
2
s
x1
x2 2
几个特殊点:
1)起动点A
n 0, s 1
起动转矩
Tst
m1 p
1
U12
r1
r22
r2
x1
x2 2
起动转矩倍数
KT
Tst TN
KT反映了电动机的起动能力。
反比。
定义过载倍数
T
Tmax TN
它反映了电动机短时过载的极限。
3)额定运行点C
sN
n1 nN n1
4)同步转速点D
TN
9550
PN nN
s0
n
n1
60 f1 p
T 0
又称为理想空载点。
三、机械特性的实用表达式
将电磁转矩公式与最大转矩公式相除得
r2
T
m1 p
1
U12
r1
r2 s
2
s
m1 p 2
N1kw1
;
kw1—基波绕组系数
N1 —定子绕组每相串联匝数 cos2—转子侧的功率因数
物理表达式表明,三相异步电动机的电磁 转矩是由磁通与转子电流的有功分量相互作 用产生的。
物理表达式反映了异步电机电磁转矩产生 的物理本质,适用于对异步电动机机械特性 做定性分析。
二、机械特性的参数表达式
3)起动设备力求结构简单,运行可靠,操作方便; 4)起动过程的能量损耗越小越好,起动时间越短越
好。 最主要的要求是在起动电流比较小的情况下 得到较大的起动转矩。
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(0,-n0),斜率为b,与电动状态时 电枢串入电阻RW时的人为机械特性 相平行的直线。
b
Ra RW CeCT Φ 2
第3章
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(3)电压反接制动过程 电压反接时,n不能突变,工 作点由第一象限A点平移至第 二象限B点。T=-TB<0,T与 TL共同作用使电机减速,直至 n=0。反接制动过程结束。 如果电机拖动反抗性负载,n=0时, T=-TC>-TL,电动机反向电动(第三 象限)直至T=-TL(D点),电动机稳定 运行。
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2.电动势反接的反接制动 电动势反接的反接制动仅 适用于位能性恒转矩负载, 又称倒拉反接制动或转速 反向反接制动。 (1)电动势反接制动的实现
当开关K闭合,电动机运行
于电动状态。 当开关K断开,电枢回路串 入较大电阻RW,使n=0时, 电磁转矩小于负载转矩,电动 机反向加速,T与n反向,进 入电动势反接的反接制动运行。
Ra RW n T nC 2 CeCT ΦN
T=TL
CeCT Φ n RW Ra TL
2 N C
第3章
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5.能耗制动பைடு நூலகம்点
(1)制动时 U=0,n0=0 ,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性负载的位能转变 成 电能( EaIa)消耗在电枢电路的总电阻上I2(Ra+RW)。 (2)制动时, n与T成正比 ,所以转速n 下降时,T也下降,故 低速时制动效果差,为加强制动效果,可减少RW,以增大 制动转矩T ,此即多级能耗制动 C Φ n T CT ΦN I a CT ΦN e N , T n Ra RW
第3章
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3.4.1 能耗制动
1.能耗制动的实现 a.电动状态 当开关K合向上方时,电动机 处于电动运行状态。转矩T与转 速n相同方向,电枢电流Ia与反电 势Ea方向相反。 b. 制动状态 制动时只需要将开关K合向下方, 使电枢回路与电源断开,接到制动电 阻RW上去。电枢电流Ia变为由Ea产 生,与原来方向相反,电磁转矩随之 反向,T与n反向,进入制动状态。 制动过程中,电动机由生产机械的惯性作用拖动而发电, 将生产机械贮存的动能转换成电能,消耗在电枢回路的电 阻上,直到电动机停止转动为止故称为能耗制动。
EB 208.24 Ra 0.07 0.426W 2I N 2 210 (2) 制动特性方程 n U Ra RW T Ra RW T 2 2 Ce F N CeCT ΦN CeCT ΦN RW
CeΦN U N I N Ra 220 210 0.07 0.2053 nN 1000
CT ΦN 9.55CeΦN 1.96
n
Ra RW 0.07 0.426 T T 1.215T 2 CeCT ΦN 0.2053 1.96
第3章
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3.4.3 反接制动
电动运行时,电压U与反电势Ea反方向
反接制动时,电压U与反电势Ea同方向。 实现反接制动有两种方法: •电压反接(一般用于反抗性负载) •电动势反接(用于位能性负载)
第3章
制动
电动
电动
制动
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电动状态
正向电动状态
UN Ra n T 2 CeΦN CeCT ΦN
反向电动状态
UN Ra n T 2 CeΦN CeCT ΦN
第3章
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制动状态 制动 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。 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。直流电机正常工作时,制动可以用于使拖动系统 减速或停车。出现制动状态情况有: (1)要求停车 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。 (2) 降速过程中 在降压调速幅度比较大时,降速过程中要经过制动状态。 (3) 提升机构下放重物 提升机构等速下放重物时,电动机要处于制动状态。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。
第3章
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1.电压反接的反接制动 (1)电压反接制动的实现
当开关K合向上方时,电动
机运行于电动状态。
反接制动时,只需将开关K
合向下方,即把电源电压U 反向接到电动机电枢两端。 同时,在正在运行的电机电 枢回路中串入电阻RW,这时
U Ea U Ea Ia Ra RW Ra RW
(3) 实现能耗制动的线路简单可靠,当n=0 时T=0 ,可实现 准确停车。 (4)制动过程中,电动机脱离电网,不需要吸收电功率,制 动产生的冲击电流也不会冲击电网,比较经济安全。
第3章
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6.应用 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 放重物,确保生产安全;对反抗性负载能确保停车。
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(5)电压反接制动的特点及适用场合
电压反接制动,平均制动转矩值较大,制动效果好。 当n=0时,T≠0,若不断开电源,有可能自动反向起动。 制动过程中,系统储存的动能以及从电源吸收的电能都
消耗在电枢回路中,所以能量消耗大、经济效益差。 适用于要求快速停车的生产机械,对于要求快速停车随 后立即反向起动的生产机械更为合适。
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3.4 直流电动机制动
制动的概念 1.电动状态与制动状态 电动状态 特点:转速n与转矩T方向相同,T为 拖动转矩,Ia 与Ea 方向相反,输入电 能,输出机械能,机械特性在直角坐 标的第一、三象限。 制动状态 特点:转速n与转矩T方向相反,T为 制动性质的阻转矩。Ia 与Ea 方向相 同,电机工作在发电状态。电动机是 将机械能变为电能全部消耗掉或大部 分回馈电网。机械特性在直角坐标的 第二、四象限。
第3章
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(2)电动势反接的反接制动的机械特性
+
U
-
第3章
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4.能耗制动电阻 为满足不同的制动要求,可在电枢回路串接不同的制动电阻, 从而可以改变起始制动转矩(B点)的大小,以及下放位能负载 时的稳定转速(特性的斜率决定)。制动电阻越小,特性曲线的 斜率越小,特性越平,起始制动转矩越大,下放位能负载的 转速就越低。但制动电阻不能太小,否则在制动瞬间会产生 过大的冲击电流。为了避免过大的制动转矩和制动电流给系 统带来的不利影响,通常限制最大制动电流不超过2~2.5倍的 额定电流。即 IBmax=(2~2.5) IN IB为制动瞬间的电枢电流 设制动瞬间电势为EB
第3章
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3.能耗制动过程 电动机在拖动负载TL工作时, 工作在固有特性上的A点,对应 的转速为nA。能耗制动时,U=0, 由于电机惯性,n≠0,Ea≠0 , 在反电动势Ea作用下产生电枢电 流Ia反向,电动机的转矩也反向。 这时IB=-Ea/(R+Ra),IB与原来的 IA 方向相反,TB反向,与n相反, TB与TL(同向)共同作用使电机减 速,直至O点,T=0,n=0。
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(4)电压反接制动的制动电阻 电动状态时,电枢电流的大小决定于UN与Ea之差;电压反接 制动时,电枢电流的大小决定于UN与Ea之和,非常大,约为 电动状态时的2倍。必须在反接的同时在电枢电路中串入制动 电阻RW ,以限制过大的制动电流。 RW的大小应使反接制动时电枢电流最大值不超过允许值 (2~2.5) IN,由此可得应串入的制动电阻值为 U N Ea RW Ra (2 ~ 2.5) I N 制动电阻的比较 UN UN Ra Ra 反接 RW 能耗 RW IN 2I N 反接制动电阻比能耗制动电阻几乎大一倍
第3章
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(4) 反转 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。
2.实现制动方法 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;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电能,消耗在电枢电路的总电阻或回馈 电网。电气制动方法分:能耗制动,反接制动,回馈制动。
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例:一台直流他励电动机额定数据为: PN=40kW,UN=220V,IN=210A,nN=1000r/min, 电枢电阻Ra=0.07Ω,试求:(1)电动机带反抗性负载 TL=0.8TN运行时,进行能耗制动,欲使制动电流等于2IN时, 电枢应外接多大的电阻?(2)它的机械特性方程。 解题思路: 能耗制动时外接电压为0 制动时电枢外接电阻特性改变 能耗制动的特性方程 能耗制动时负载不变 制动瞬间的电枢电流IB为
Ia为负值,T为负值,T与n反向,为制动状态。
第3章
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(2)电压反接制动的机械特性 电压反接制动时,Φ不变,U= U, R=Ra+RW
Ra RW U Ra RW n T n0 T 2 2 CeΦ CeCT Φ CeCT Φ
特性曲线是一条理想空载点坐标为
如果电动机拖动的是反抗性负载,则电动机停车,制动停车
过程结束。 如果电动机拖动的是位能性负载,到O点后, TL≠0,电动机 将在第四象限反向加速,TL成为拖动力矩,直至T=TL时,电 动机以速度nC匀速放下重物。
第3章
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位能性负载
n>0,T>0,TL>0 Ea>0,Ia>0 n>0,T<0,TL>0 Ea>0,Ia<0 n<0,T>0,TL>0 Ea<0,Ia>0