电机及拖动基础-13第二十二讲 电力拖动基础总结

减少系统动能储存量J0/2 电枢设计成细而长的形状 采用双电动机拖动 合理选择起、制动方式
3) 空载反接制动
– 起动时，逐级改变加在电动
ΔAT 2
0 0
J (0
)d
3 2
J02–
机上的电压
制动时，若不能采用回馈制 动应尽量采用能耗制动
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第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
R2
R12 X1 X 2 2
Tm
m1
0
2
R1
U
2 x
R12
X1
X
2
2
Tst
m1
0
U
2 x
R2
R1 R2 2 X1 X 2 2
– 当降低Ux时，Tm，Tst与Ux2成正比， sm与Ux无关。
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第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
➢ 三相异步电动机固有机械特性与人为机械特性
R2
/
s
/ s2 X1
X 2 2
T 2Tm 1 smR1 / R2
s / sm sm / s 2sm R1 / R2
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忽略R1，则
T 2Tm s / sm sm / s
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第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
➢ 三相异步电动机固有机械特性与人为机械特性
1) 固有机械特性
2) 人为机械特性 • 转子回路接入并联电抗时的
人为机械特性
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– 起动初期，转子频率相当 大，电抗器的感抗
Xst’=2psf1Lst较大，转子电
流的大部分将流过电阻Rst， 这时相当于转子串电阻起 动。随着起动过程的进行， sf1或Xst越来越小，起动结 束时， Xst很小，几乎将 Rst短接。
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第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
➢ 三相异步电动机机械特性的三种表达式
2) 参数表达式
T
m1 0
R1
R2
U
2 x
R2
/
s
/ s2 X1
X 2 2
s (n0 n) / n0
0
2πn0 60
n f (T )
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sm
R2
R12 X1 X 2 2
Tm
m1
0
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-Iz Ist
t
t
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第二章 直流电动机的电力拖动
➢ 他励直流电动机的制动
• 回馈制动
位能负载拖动电动机
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他励电动机改变电枢电压调速
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第二章 直流电动机的电力拖动
➢ 他励直流电动机的调速
• 调速方法－机械、电气、机械电气配合
• 电气方法－改变电枢供电电压、改变励磁、改变电枢回路电阻
2) 电气制动 — 能耗制动、反接制动、回馈制动（再生制动）
• 能耗制动
n
Ra CeCT
Rz 2
T
Ra Rz Ce
Ia
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第二章 直流电动机的电力拖动
➢ 他励直流电动机的制动
n
• 能耗制动
n
GD2 (Ra Rz 375CeCT 2
)
dn dt
Tz (Ra Rz CeCT 2
d nN 100 % n0 nN 100 %
n0
n0
3) 调速范围D与静差率d之间的关系
到充分利用的情况下，在 调速过程中轴上所能输出 的功率和转矩
D nmax nmax
nm a x
nm a x
nmaxd
nm in
n0 ΔnN
n0
(1
ΔnN n0
)
ΔnN (1 d ) d
ΔnN (1 d )
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– 回馈制动最大转矩点P’，特点：T=Tm’，s= sm’，对应书中式(10-16) 、(10-17) 中的21 负号。
第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
➢ 三相异步电动机固有机械特性与人为机械特性
2) 人为机械特性 • 降低 Ux时的人为机械特性
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sm
T
CT 9.55Ce
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n U IaR
Ce
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第二章 直流电动机的电力拖动
➢ 他励直流电动机的机械特性
• 固有机械特性与人为机械特性
N >1 >2
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N > 1 > 2
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第二章 直流电动机的电力拖动
➢ 他励直流电动机的起动
• 直流电动机起动时的过渡过程
T
Tz
GD 2 375
2) 制动运转状态
• 能耗制动
–
1)
能耗制动的优点： 改变转子电阻或通入定子的 直流励磁均可调节制动转矩；
2) 当电动机转速下降到零时， 制动转矩亦下降到零，使生
产机械准确停车；
3) 常用于矿井提升及起重运输 等生产机械。
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第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
n
U
Ce
R
CeCT 2
T
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第二章 直流电动机的电力拖动
➢ 他励直流电动机的调速
• 调速时的技术指标 1) 调速范围D
D nmax vmax nmin vmin
4) 平滑性
ni vi
ni1 vi1
5) 调速时的容许输出
2) 静差率d（或称相对稳定性）
– 容许输出是指电动机在得
– 大多数生产机械的负载转矩特性可归纳为三种类型：恒转矩负载、风机负载、 恒功率负载。
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第二章 直流电动机的电力拖动
➢ 他励直流电动机的机械特性
• 机械特性方程式 – 直流电动机的几个基本方程式
T CTIa Ea Cen U Ea I a R
– 机械特性方程式
n
U
Ce
R
CeCT 2
➢ 三相异步电动机各种运转状态
2) 制动运转状态 • 回馈制动
– 这时，n>n0，转差率s为：
s n0 n/ n0 0
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第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
➢ 三相异步电动机各种运转状态
2) 制动运转状态 • 反接制动－转速反向的反接制动
– 这时转差率s为：
s n0 () n() > 1 n0
➢ 三相异步电动机机械特性的三种表达式
1) 物理表达式
cos2
R2 / s (R2 / s)2 X 22
s (n0 n) / n0
n f (cos2 )
I2
E2
R2 s
2
X
2 2
s (n0 n) / n0
n f (I2 )
T CTJm I2 cos2
n f (T )
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dn dt
CTIa
n U IaR
Ce
GD2 R 375CeCT2
dn dt
n
U RIz Ce
Ia
Tz CT
GD2R 375CeCT 2
dI a dt
Iz
TtM
dIa dt
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第二章 直流电动机的电力拖动
➢ 他励直流电动机的制动
• 分类
1) 机械制动 — 电磁制动器，即机械抱闸；
Tst开始减小。
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第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
➢ 三相异步电动机固有机械特性与人为机械特性
2) 人为机械特性 • 定子回路串联对称电抗时的
人为机械特性
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sm
R2
R12 X1 X 2 2
Tm
m1
0
2
R1
U
2 x
R12
X1
X
2
2
Tst
m1
0
U
2 x
2
R1
U
2 x
R12
X1
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X
2
2
通常 R1 X 1 X 2
sm
R2 X 1 X 2
Tm
m1U
2 x
20 ( X1
X192 )
第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
➢ 三相异步电动机机械特性的三种表达式
3)
实用表达式
Tm
m1
0
2
R1
U
2 x
R12
X1
X
2
2
T
m1 0
R1
R2
U
2 x
T
Tz
GD 2 375
dn dt
n
n0
Ra RΩ CeCT 2
T
n nst
0
tT
n (nst nz )et /TtM nz
nz
n0
Ra RΩ CeCT 2
Tz ()
I a (I st I z )et /TtM I z
-nz
Ia
Iz
0
tT
TtM
GD2 (Ra R ) 375CeCT 2
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第二章 直流电动机的电力拖动
➢ 过渡过程能量损耗
4) 空载反转过程
ΔA
x st
J
(0
)d
1) 空载起动
ΔAT3
0 0
J
(0
)d
2J02
5) 减少过渡过程能量损耗方法
ΔAst
0 0
J
(0
)d
1 2
J0
• –
2) 空载能耗制动
ΔAT1
0 0
J
()d
1 2
J02
– •
2) 人为机械特性 • 转子回路串联对称电阻时的
人为机械特性
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sm
R2
R12 X1 X 2 2
Tm
m1
0
2
R1
U
2 x
R12
X1
X
2
2
Tst
m1
0
U
2 x
R2
R1 R2 2 X1 X 2 2
– R2’增大时，n0， Tm不变，sm增大，
Tst 一 开 始 增 大 ， 当 增 大 到 Tst=Tm 后
• 几个特殊运行点
1）起始点A，特点：n = 0（s = 1），T = Tst， I1st=（4～7）IN；
2）额定工作点B ，特点：n = nN（s=sN），T = TN，I1 = IN ；
3）同步转速点H ，特点：n= n0（s = 0），T=0， I1 = I0 ；
4）最大转矩点P和P′
– 电动状态最大转矩点P，特点：T=Tm，s = sm， 对应书中式(10-16) 、(10-17) 中的正号；
• 反接制动－转速反向的反接制动
n
n0
Ra RΩ
CeCT 2
T
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第二章 直流电动机的电力拖动
➢ 他励直流电动机的制动
• 反接制动－电枢反接的反接制动
n
n0
Ra RΩ CeCT 2
T
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第二章 直流电动机的电力拖动
➢ 他励直流电动机的制动
• 反接制动－电枢反接时反接制动的过渡过程
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第一章 电力拖动系统的动力学基础
➢ 运动方程式中转矩的符号
• 运动方程式的一般形式
T () Tz ()
GD 2 375
dn dt
• 规定某一转动方向为参考（正）方向，
• 电磁转矩T ：与参考方向一致取正，反之取负；
• 阻转矩Tz ：与参考方向一致取负，反之取正。
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第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
➢ 三相异步电动机各种运转状态
2) 制动运转状态 • 反接制动－定子两相反接的反接制动
– 这时转差率s为：
s n0 () n() > 1 n0 ()
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第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
➢ 三相异步电动机各种运转状态
R2
R1 R2 2 X1 X 2 2
– X1增大时，n0不变，Tm 、sm、Tst随
X1的增大而减小。
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第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
➢ 三相异步电动机固有机械特性与人为机械特性
2) 人为机械特性 • 定子回路串联对称电阻时的
人为机械特性
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sm
R2
R12 X1 X 2 2
Tm
m1
0
2
R1
U
2 x
R12
X1
X
2
2
Tst
m1
0
U
2 x
R2
R1 R2 2 X1 X 2 2
– R1增大时，n0不变，Tm 、sm、Tst随
X1的增大而减小，与定子回路串对
称电抗相似。
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第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
➢ 三相异步电动机固有机械特性与人为机械特性
)
0 -nz
tT
t
n nz (1 et /TtM ) nst et /TtM
Ia Iz
n
Ra Rz Ce
Ia
0
tT
t
Ia
Cenz R
(Censt R
Cenz )et /TtM R
Iz
(Ist
I z )et /TtM
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第二章 直流电动机的电力拖动
➢ 他励直流电动机的制动
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第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
➢ 三相异步电动机各种运转状态
1) 电动运转状态
• 电动运转状态的特点是电 动机转矩的方向与旋转的 方向相同，机械特性落在 第一与第三象限。
• 电动状态时，电动机从电 网吸收电能，转换成机械 能带动负载。
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第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
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第一章 电力拖动系统的动力学基础
➢ 工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算
• 工作机构转矩T´的折算
– 折算的原则是系统的传送功率不变
Tz Tz z
Tz Fzvz
Tz Tz z /c
Tz Fzvz /c
• 传动机构与工作机构飞轮惯量折算
– 折算的原则是转动惯量JZ´中及质量mZ 中储存的动能相等
电力拖动基础总结
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第一章 电力拖动系统的动力学基础
➢ 运动方程式
• 直线运动
F
Fz
m
dv dt
• 旋转运动 • 转动惯量
d
T Tz J dt
J m 2 GD 2 单位为
4g kg ·m2
T
Tz
GD 2 375
dn dt
式中：GD2 = 4gJ 称为飞轮惯量（N ·m2 ）。
1 J2 2
1 2
J
d
2
1 2
J112
1 2
J
222
1 2
J
z 2z
J z
2
2
mz
vz2 2
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第一章 电力拖动系统的动力学基础
➢ 生产机械的负载转矩特性
• 定义：
– 在运动方程式中，阻转矩（或称负载转矩）Tz 与转速n 的关系
Tz=f (n) 即为生产机械的负载转矩特性。 • 分类