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利用“三要素法”来分析系统的过渡过程
2016-11-22
电力拖动系统主要由电动机、生产机械、传动机构等构成。电力拖动系统运动方程式描述了电动机轴上的电磁转矩T、负载转矩TZ与系统转速变化这三者之间的关系。若T=TZ,则,系统恒速稳定运行,工作点是电动机机械特性与负载机械特性的交点;若T>TZ,则,系统加速运行;若T<TZ,则,系统减速运行。实际的电力拖动系统大多是复杂的多轴系统,为了分析方便,可将其等效成单轴系统,即所谓折算。折算的原则是:保持折算前后两个系统传递的功率及贮存的动能不变。通常按此原则将负载转矩和飞轮矩向电动机轴进行折算,得出电动机轴的运动方程。当然也可以折算到工作机械轴。
生产机械的负载转矩与转速之间的关系称为负载机械特性。典型的负载机械特性有恒转矩负载特性(包括反抗性恒转矩及位能性恒转矩)、恒功率负载特性及泵型负载特性三种。折算后的电力拖动系统为一单轴系统,将电动机机械特性与负载机械特性画在同一图上,就可判断电力拖动系统能否稳定运行。
稳定运行的含义是:系统能抗干扰,当扰动出现以及消失后,系统都能继续保持恒速运行。系统稳定运行的条件是在T=TZ处,。他励直流电动机的固有机械特性是指U=UN、Φ=ΦN、电枢不串外电阻时的机械特性。如果改变U、Φ或在电枢回路外串入电阻,就得到相应的人为机械特性。因为他励直流电动机的机械特性一般是一条直线,所以可用点绘方法来计算和绘制其机械特性。生产机械对电机拖动系统的起动、调速、制动及其拖动系统过渡过程等方面提出了一定的要求。他励直流电动机的起动有降压法和电枢回路串电阻分级起动法。降压起动可通过发电机—电动机系统或晶闸管整流的闭环系统来实现。至于串电阻分级起动,其基本思想是:开始起动时,在电枢回路串入较大电阻,以限制电流,随着转速n升高,电动势Ea增大,需逐段切除所串电阻,使起动过程中电枢电流Ia既保持较大值,又不超过允许值。他励直流电动机可采用电枢回路串电阻、降压、弱磁三种方法进行调速。
电枢回路串电阻调速设备简单,但有降低效率、低速时速度稳定性差等缺点,属于恒转矩调速,转速只能向下调;降压调速性能较好,与降压起动一样,但设备总投资较大,也属于恒转矩调速,转速只能向下调;弱磁调速较易实现,但调速范围较小,属于恒功率调速,转速只能向上调。恒转矩负载、恒功率负载宜分别采用恒转矩调速方式、恒功率调速方式。就调速指标而言,有静差率、调速范围、平滑性等,静差率与硬度是有区别的。静差率按低速机械特性计算。静差率δ与调速范围D是互相制约的。
他励直流电动机有能耗制动、回馈制动、转速反向的反接制动、电压反向的反接制动等制动方式。制动运行时,其T与n实际方向相反,机械特性位于二、四象限。能耗制动、电压反接的反接制动可用于快速停车;能耗制动、转速反向的反接制动、回馈制动均可用于恒速重物下放;回馈制动时转速高于理想空载转速,相当于发电机运行。在分析和求解电机在各种起动、调速和制动运行问题时,重点是熟练地应用和掌握5个基本方程式,即动力学方程式、电枢电压平衡方程式、感生电动势与转速关系式、电磁转矩与电枢电流关系式以及Ce与CT转换关系式。通过这些基本方程可以完整地分析电机在不同瞬间、不同工作状态下的转速n,电枢电流Ia电磁转矩等物理量;反之,也可以根据计算的这些物理量的值来判断电机当前的工作状态。
忽略电磁惯性时,直流电机拖动系统可看做是一阶系统,其过渡过程中的n、Ia、Tem均按指数规律变化。因此,可以利用“三要素法”来分析系统的过渡过程。所谓三要素,是指起始值、稳态值和机电时间常数,使得系统过渡过程的分析变得非常简单、快捷和实用。
生产机械的负载转矩与转速之间的关系称为负载机械特性。典型的负载机械特性有恒转矩负载特性(包括反抗性恒转矩及位能性恒转矩)、恒功率负载特性及泵型负载特性三种。折算后的电力拖动系统为一单轴系统,将电动机机械特性与负载机械特性画在同一图上,就可判断电力拖动系统能否稳定运行。
稳定运行的含义是:系统能抗干扰,当扰动出现以及消失后,系统都能继续保持恒速运行。系统稳定运行的条件是在T=TZ处,。他励直流电动机的固有机械特性是指U=UN、Φ=ΦN、电枢不串外电阻时的机械特性。如果改变U、Φ或在电枢回路外串入电阻,就得到相应的人为机械特性。因为他励直流电动机的机械特性一般是一条直线,所以可用点绘方法来计算和绘制其机械特性。生产机械对电机拖动系统的起动、调速、制动及其拖动系统过渡过程等方面提出了一定的要求。他励直流电动机的起动有降压法和电枢回路串电阻分级起动法。降压起动可通过发电机—电动机系统或晶闸管整流的闭环系统来实现。至于串电阻分级起动,其基本思想是:开始起动时,在电枢回路串入较大电阻,以限制电流,随着转速n升高,电动势Ea增大,需逐段切除所串电阻,使起动过程中电枢电流Ia既保持较大值,又不超过允许值。他励直流电动机可采用电枢回路串电阻、降压、弱磁三种方法进行调速。
电枢回路串电阻调速设备简单,但有降低效率、低速时速度稳定性差等缺点,属于恒转矩调速,转速只能向下调;降压调速性能较好,与降压起动一样,但设备总投资较大,也属于恒转矩调速,转速只能向下调;弱磁调速较易实现,但调速范围较小,属于恒功率调速,转速只能向上调。恒转矩负载、恒功率负载宜分别采用恒转矩调速方式、恒功率调速方式。就调速指标而言,有静差率、调速范围、平滑性等,静差率与硬度是有区别的。静差率按低速机械特性计算。静差率δ与调速范围D是互相制约的。
他励直流电动机有能耗制动、回馈制动、转速反向的反接制动、电压反向的反接制动等制动方式。制动运行时,其T与n实际方向相反,机械特性位于二、四象限。能耗制动、电压反接的反接制动可用于快速停车;能耗制动、转速反向的反接制动、回馈制动均可用于恒速重物下放;回馈制动时转速高于理想空载转速,相当于发电机运行。在分析和求解电机在各种起动、调速和制动运行问题时,重点是熟练地应用和掌握5个基本方程式,即动力学方程式、电枢电压平衡方程式、感生电动势与转速关系式、电磁转矩与电枢电流关系式以及Ce与CT转换关系式。通过这些基本方程可以完整地分析电机在不同瞬间、不同工作状态下的转速n,电枢电流Ia电磁转矩等物理量;反之,也可以根据计算的这些物理量的值来判断电机当前的工作状态。
忽略电磁惯性时,直流电机拖动系统可看做是一阶系统,其过渡过程中的n、Ia、Tem均按指数规律变化。因此,可以利用“三要素法”来分析系统的过渡过程。所谓三要素,是指起始值、稳态值和机电时间常数,使得系统过渡过程的分析变得非常简单、快捷和实用。