电机原理及拖动（第4版）课件：电力拖动系统的过渡过程

《电机原理及拖动》

第4版2024/12/272

电力拖动系统的过渡过程一、过渡过程的一般概念

电力拖动系统处于稳定状态时，电磁转矩、电枢电流、转速及电枢电势都不随时间变化。如果打破这种平衡关系，拖动系统将从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态。在此过程中，转矩、转速、电流等都将随时间变化，它们是时间的函数。这种变化过程就是电力拖动系统的过渡过程。2024/12/273电力拖动系统过渡过程要研究的问题：这是拖动系统的动态特性，当磁通一定时动态特性可用微分方程组表示：一、过渡过程的一般概念2024/12/274一、过渡过程的一般概念求微分方程的解得到动态特性2024/12/275电动机输出功率有限，因此电力拖动系统的电动机Ω和Ia都不能突变，即拖动系统从一个稳定状态到另一个稳定状态，一定有一个过程，这个过程的产生是由于系统存在着电磁惯性和机械惯性：电磁惯性：电枢回路存在La，电流不能突变；机械惯性：系统飞轮力矩GD2存在，转速不能突变。一、过渡过程的一般概念2024/12/276机电过渡过程：既考虑电磁惯性La又考虑机械惯性GD2的过渡过程。机械过渡过程：认为La＝0，只考虑机械惯性的过渡过程（电压平衡方程式得到简化）。一、过渡过程的一般概念不同机械对过渡过程要求：起动、制动、反转要快（轧机、刨床……），缩短过渡时间起动制动平稳，加速度不能太大（电梯、电车……），舒适度准确定位、协调运转（伺服控制系统……），精确度2024/12/277二、拖动系统过渡过程的数学分析（一）机械过渡过程的一般表达式nTTiRan0nsA0CBniRa+RcTs=TL忽略电磁惯性，过渡过程从B点开始，到C点结束。2024/12/278从B→C的机械过渡过程假设La＝0，U、Φ、TL保持不变，过渡过程结束时，稳态值为ns、Ts、Ias1.转速变化规律运动方程：2024/12/279从B→C的机械过渡过程过渡过程结束后的稳态值是有微分方程式的通解是：一阶常系数非齐次2024/12/2710从B→C的机械过渡过程关于n的一阶常系数非齐次微分方程式的通解其中C由初始条件确定，当t＝0时n＝ni（B点转速）则C＝ni－ns

上式可以写成：转速的机械过渡过程解析式2024/12/2711从B→C的机械过渡过程2.电磁转矩的变化规律代入整理2024/12/2712从B→C的机械过渡过程3.电枢电流的变化规律2024/12/2713机械过渡过程的讨论①三个式子形式相同，都含有一个稳态分量和一个按指数形式变化的分量。②过渡过程的时间取决于机电时间常数TM的大小。2024/12/2714TiRan0nsA0CBniTsTM既与电量有关也与机械量有关，所以称：机电时间常数2024/12/2715TM的量纲为：秒（S）机械过渡过程的讨论③机械过渡过程三要素：初始值、稳态值、机电时间常数。唯一的确定过渡过程曲线。④当t＝4TM时，各量值已经可以达到稳态值的98%，过渡过程结束。2024/12/2716时间计算在工程设计中如果需要转速过渡到某一点时的时间，可令转速为nx，求得时间tx

（如图）即：已知时间：已知转速：2024/12/27172024/12/2718三、起动的过渡过程（一）起动过渡过程曲线的计算TnnttT4TM2024/12/2719（二）逐级切除起动电阻的过渡过程TnnttTn0ns2ns1ns32024/12/2720四、能耗制动过渡过程反抗性负载在n=0时，负载变化不满足负载不变的假设条件，所以将特性曲线延长交于C点。虚构一个完整的过渡过程。2024/12/2721四、能耗制动过渡过程D位能性负载如果考虑传动损耗，在n=0时不满足负载不变的假设条件，所以将负载特性曲线延长，与机械特性交于C点。“虚稳定点”。2024/12/2722五、反接制动过渡过程反抗性负载2024/12/2723五、反接制动过渡过程位能恒转矩负载2024/12/2724六、过渡过程中的能量损耗电力拖动系统的过渡过程中由于电流较大，会产生较大的能量损耗，使拖动系统效率降低。（一）过渡过程能量损耗的一般情况电动机总损耗中包含空载损耗和电枢铜损，在过渡过程中由于电流较大可以考虑忽略以简化计算。假设电压、磁通为常数；电枢串电阻；电动机为理想空载状态;过渡过程从从t1开始到t2结束。2024/12/2725过渡过程能量损耗的一般情况在Φ=C，U=C,TL=0的理想条件下，由电压平衡方程式有：2024/12/2726过渡过程能量损耗的一般情况根据运动方程式，在

TL=0的条件下有：即：损耗功率=输入功率-电磁功率2024/12/2727过渡过程能量损耗的一般情况从t1t2电机转过角度Ω1Ω22024/12/2728过渡过程能量损耗与过渡时间无关。过渡过程能量损耗的一般情况输入能量动能变化2024/12/2729过渡过程中的能量损耗情况TΩ0－Ω0①②③④2024/12/2730理想空载起动过程中的能量损耗起动过程中输入能量的一半转化为损耗2024/12/2731理想空载能耗制动过程中能量损耗电网输入能量为0系统动能转化为损耗2024/12/2732反接起动停车过程中的能量损耗输入能量和系统动能全部转化为损耗反接时为负值2024/12/2733理想空载反转时能量消耗最大。理想空载反转起动过程中能量损耗反转时为负值2024/12/2734起动、能耗制动、反接制动停车、理想反转空载起动过程中的能量损耗分别为：