大学精品课件:9电力系统基础知识PPT.ppt
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1、电力拖动,2,25 他励直流电动机的调速 这种为了满足生产需要而人为地改变拖动电机的转速,使电动机从一个稳定转速过涟到另一个稳定转速的过程称为调连过程,简称调速。,第二章直流电动机的电力拖动,3,第二章直流电动机的电力拖动,4,2.5.1 调速指标 在为生产机械选择调速方法时,必须作好 各项指标的比较工作。通常,调速方法最主要的指标有两大类:技术指标和经济指标。 2.5.1.1 调速的技术指标 1调速范围 电动机的调速范围 是指电动机的最高转 速与最低转速之比,第二章直流电动机的电力拖动,5,不同生产机械要求的调速范围是不同的。 车床的调速范围要求在20120; 龙门刨床要求在1040; 机床
2、的进给机构要求在5200; 轧钢机要求在3120; 造纸机要求在320; 精密机床往往要求在1000以上。,第二章直流电动机的电力拖动,6,2、静差率 静差率也称相对稳定性,是衡量静态转速稳定程度的指标,对调速范围有直接影响。 所谓静差率是指,电动机在某一机械待性上运行时,由理想空载到额定负载所出现的转速降 nN与理想空载转速n0之比的百分数,即,第二章直流电动机的电力拖动,7,静差率的物理意义是电动机从理想空载运行过渡到带动额定负载运行,其稳态转速下降的相对值。 路差率越小,说明电机实际远行时的静态转速越稳定,反之,则说明静态转速的波动程度越大。,第二章直流电动机的电力拖动,8,机械特性的硬
3、度、静差率和调速范围三者之间的相互制约关系,第二章直流电动机的电力拖动,9,固有持性1和电枢串电阻的人为特性2具有相同的理想空载转速,当转矩为额定值时,人为机械特性上的转速降等于固有特性的10倍,所以,固有特性的硬度等于人为持性硬度的10倍,固有特性的静差率等于人为特性的1/10。,第二章直流电动机的电力拖动,10,固有特性1与电枢电压降低的人为特性2具有相同的硬度,但是,由于n0max10n0min, 所以人为特性的静差率是固有持性的10倍,即,第二章直流电动机的电力拖动,11,不同的生产机械对静差率有不同的要求: 普通车床要求0.3, 热连轧机要求0.0020.005, 高精度造纸机和龙门
4、刨床则要求 0.1。 对于相同的转速降,理想空载转速越低,静差串越大,所以,调速可能达到的最低转速受到允许的静差率的限制。,第二章直流电动机的电力拖动,12,电动机的最高转速nmax受电机的机械强度、换向等方面的限制,在额定转速以上转速提高范围很小,因此可认为是一个常量。这样一来,电动机的调速范围将主要受静差率的限制。 调速范围与静差串之间的关系为,第二章直流电动机的电力拖动,13,(1)当机械特性的硬度一定时,即nN一定时,允许的静差率越大,电动机可达到的 调速度范围也越大。这是因为允许的静差率越大,允许达到的最低转速就越低,而最高转速是一定的,所以调速范围就越大。 (2)当要求的静差率一定
5、时, nN越小,电动机的调速范围越大。因为机械特性越硬,能够达到静差率要求的最低转速就越低,所以调速范围就越大。,第二章直流电动机的电力拖动,14,第二章直流电动机的电力拖动,15,第二章直流电动机的电力拖动,16,第二章直流电动机的电力拖动,17,3调速平滑性 电动机在一定的调速范围内,调速的级数越多,则认为调速越平滑,调速的平滑程度通常用平滑系数来衡量。 显然,平滑系数越接近于1,则平滑性越好。当平滑系数为1时,称为无级调速,即转速可以连续调节。,第二章直流电动机的电力拖动,18,4调速时的允许输出 电动机的允许输出是指电动机在得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,第
6、二章直流电动机的电力拖动,19,2.5.1.2 调速的经济指标 调速的经济指标决定于调速系统的设备投资和运行费用,而运行费用又决定于调速过程中的损耗,它可用设备的效率来表示。,第二章直流电动机的电力拖动,20,2.5.2 调速方法 2.5.2.1 电枢回路串电阻调速,图中给出了电枢串接不同电阻时 的人为特性,其中 R0 R1 R2 R3 , n1 n2 n3 n4。,第二章直流电动机的电力拖动,21,第二章直流电动机的电力拖动,22,第二章直流电动机的电力拖动,23,第二章直流电动机的电力拖动,24,2.5.2.2 调压调速 当他励直流电动机由可调电压的电源供电时,可以通过改变电枢外加电压的方
7、法来调节转速,即调压调速,机械待性如图所示。由于电源电压一般不能超过额定值,所以,改变电枢外加电压只能在基速以下调节转速。,第二章直流电动机的电力拖动,25,第二章直流电动机的电力拖动,26,在采用调压调速时,由于机械特性硬度不变,调速的范围较大,电压容易做到连续调节,便于实现无级调运,且调速的平滑性较好;调速时不需要在电讴电路中串接电阻,调速损耗小,且可以靠降低电压使电动机在调速时工作在回馈制动状态,将能量回送给电网,因而电动机的运行效率高。 基于调压调速具有上述优点,虽然采用该方法时的初始投资较大,但仍广泛应用于调速性能要求较高的拖动系统中。,第二章直流电动机的电力拖动,27,2.5.2.
8、3 调磁调速(弱磁调速) 所谓调磁调速是指通过改变磁通来调节电动机的转速。 由于直流电动机的磁通实际上只能从额定值向下调节,所以又称为弱磁调速。 当直流电力拖动系统采用弱磁调速时,小容量系统可通过在励磁电路中串接可调电 阻Rf来调节磁通,而大容量系统可通过采用独立的晶闸管整流装置向电动机的励滋电路供电来实现。,第二章直流电动机的电力拖动,28,第二章直流电动机的电力拖动,29,第二章直流电动机的电力拖动,30,第二章直流电动机的电力拖动,31,第二章直流电动机的电力拖动,32,第二章直流电动机的电力拖动,33,第二章直流电动机的电力拖动,34,2.5.3 调速方法与负载的配合 电动机运行时,其
9、允许输出的功率主要决定于电机的发热,而电机的发热又主要决定 于电枢电流。 因此,只要电动机运行时其电流不超过额定值IN,发热便不会超过允许的限度,电机可长时运行。所以,电流等于额定值是从发热观点充分利用电动机的条件。 当他励直流电动机采用电枢回路串电阻调速和降压调速时,由于磁通为额定值不变,,第二章直流电动机的电力拖动,35,当他励直流电动机采用电枢回路串电阻调速和降压调速时,由于磁通为额定值不变, 因而如果电枢电流等于额定值,则电磁转矩也等于额定电磁转矩。这时,若忽略空载转 矩,电动机允许输出的最大转矩是恒定的,而输出功率与转速成正比。因此我们称这两种调速方式为恒转矩调速方式。,第二章直流电
10、动机的电力拖动,36,当他励直流电动机采用弱磁调速时,如果电枢电流等于额定值,其电磁功率为额定功率,这是因为若电枢电流保持恒定,则EUN-IaRa保持恒定,故EaIa亦保持恒定。这 时,若认为效率不随转速变化而变化,则电动机轴上的输出功率也是恒定的,也就是说,电动机允许输出的最大功率是恒定的,而输出转矩与转速成反比。因此,我们称弱磁调速为恒功率调速方式,第二章直流电动机的电力拖动,37,第二章直流电动机的电力拖动,38,第二章直流电动机的电力拖动,39,2.5.4 他励直流电动机运行状态分析实例 以上我们分别从电动机的起动、制动和调速的角度介绍了电动机的不同运行状态,下面以反抗性负裁和位能性负
11、载为例,对直流电力拖动系统常见的工作状态进行分析。 2.5.4.1 反抗性负裁 电动机作为原动力牵引车辆行驶,是电动机拖动反抗性负载的一种典型情况,,第二章直流电动机的电力拖动,40,如工矿、车站和码头上使用的电瓶车、在水平路面上行驶的市内电车、轧钢厂的钢锭车、各类桥式起重机的大车和小车、龙门刨床的工作台等均属于这类负载。 现以电动小车前进和后退的工作状态为例,根据机械特性来分析他励直流电动机拖动反抗性负载时的运行状态。,第二章直流电动机的电力拖动,41,第二章直流电动机的电力拖动,42,第二章直流电动机的电力拖动,43,1、正向电动 起动前先合上刀开关DK,此时磁场接触器的常闭接点是闭合的,
12、并令励磁电流达到额定值。然后操纵控制器使正转接触器的常开接点z闭合,将电枢接至电源,同时反接制动接触器的常开接点FZ闭合,将反接制动电阻Rrz短接,而能耗制动接触器的常闭接点NZ断开,将能耗制动电阻尺RNZ断开。由于这时三个加速接触器的常开接点1c、2c、3c仍保持在断开状态,于是串入全部起动电阻Rst1、 Rst2 、 Rst3起动。,第二章直流电动机的电力拖动,44,当电动机从机械特性上的a点加速到b点时,加速接触器常开接点1c闭合,将起动电阻Rst1短接,电动机沿机械特性cd段继续加速。当加速到d点时,接点2c闭合,将起动电阻Rst2短接,电动机沿机械特性ef段继续加速,当电动机加速到f
13、点时,接点3c闭合,将起动电阻Rst3短接,电动机过渡到固有机械特性上,并从g点继续加速,最终稳定运行在h点,电动小车匀速前进。,第二章直流电动机的电力拖动,45,2正向串电阻降低转速 当要求电动小车以低于固有特性上的转速前进时,须使加速接触器的常开触点断开,以串入电阻。例如接点2c和3c断开,电动机便降低到j点运行。,第二章直流电动机的电力拖动,46,3正向弱磁升高转速 当要求电动小车以高于固有特性上的转速运行时,应当使磁场接触器的常闭接点KF断开,电动机的转速从固有特性上h点沿右边的虚线升高,在i点稳定运行,电动小车高速运行。,第二章直流电动机的电力拖动,47,4、正向增磁降低速度 当电动
14、小车前进到一定位置时,需要制动停车。在减弱磁通的条件下进行反接制动或能耗制动都是不合适的,因为在确定的制动电流下产生的制动 转矩较小。为此,必须先使已经断开的接点KF闭合,使磁通增大到额定值。在磁通增大过程中,电动机从机械特性上的i点沿左边虚线减速。虚线经过第II象限的部分,表示电动 机工作在回馈制动状态。,第二章直流电动机的电力拖动,48,5正向反接制动减速 当转速降低到h点,磁通恢复到最大值。这时,断开正向接触器的常开接点Z、反接制动接触器的常开接点FZ和三个加速接触器的常开接点1c、2c、3c,随后将反向接触器的常开接点F闭合,电枢串联全部起动电阻Rst1、 Rst2 、 Rst3和制动
15、电阻RNZ进行反接制动,电动机沿机械特性kl段减速。,第二章直流电动机的电力拖动,49,6,正向能耗制动减速 为了使电动小车减速到零时能够准确地停止,应采用适当措施,在电动机减速到某一转速时、如图中的l点,将反向接触器接点F断开,然后将原已断开的能耗制动接触器接点NZ闭合,使电动机工作在能耗制动状态,沿机械特性m0段继续减速到停止状态,从而避免反按制动状态转速过零时,因断电不及时而引起小车后退。 注意,如果要求电动小车制动到停止便立即后退,就不必使电动机进入能耗制动状态,而是一直沿着机械特性KL段继续运行,从反接制动转入反向起动。,第二章直流电动机的电力拖动,50,2.5.4.2 位能性负载
16、设有一台起重机,其提升装置具有完成以下四项工作的功能: (1)将重物提升到指定高度,并用电磁抱闸抱住; (2)由移行装置将重物运送到指定地点,提升装置将重物放下; (3)将空钩提起; (4)由移行装置将空钩运送到待吊运重物的地 点,提升装置将空钩放下。,第二章直流电动机的电力拖动,51,第二章直流电动机的电力拖动,52,第二章直流电动机的电力拖动,53,1重物提升 提升电动机起动前闭合刀开关DK,使励磁电流达到额定值。接触器接点Z、1C、2C闭合,电枢通电并切除电阻Rc1及Rc2,同时抱闸通电松开,电动机沿人为特性3加速,重物提升。当重物提升距离较大时,可以使接触器接点3C、4C、5C按照起动
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