电力拖动运转状态

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电力拖动运转状态(卷名:电工)\noperating state of electrical drive\n电动机带动负载进行稳定运转、加速运转或减速动转的工作状态。

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电力拖动运转状态正文

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  电动机带动负载进行稳定运转、加速运转或减速动转的工作状态。用运动方程式描述为 式中M为电动机轴上的电磁转矩(牛顿·米);ML为电动机轴上的负载转矩(牛·米);GD2为电动机轴上总的飞轮惯量(牛·米2);dn/dt为电动机转轴的加速度(转/分·秒);375为带有量纲的换算常数(米/分·秒)。
  电动机的电磁转矩与负载转矩方向相反,大小相等时,dn/dt=0,电力拖动系统处于稳定运转状态;电动机的电磁转矩大于负载转矩时,dn/dt>0,电力拖动系统处于加速过程的运转状态;反之,拖动系统处于减速过程的运转状态。稳定运转是电力拖动系统的基本工作状态。系统由一个稳定运转状态,经过加速运转状态或减速运转状态过渡到另一个新的稳定运转状态的过程称为电力拖动系统的过渡过程。
  稳定运转状态 电力拖动系统的稳定运转状态有电动运转状态和制动运转状态。电动机所产生的电磁转矩是帮助拖动系统运转的,称为电动运转状态,这时电动机把电能转换成机械能,拖动生产机械作功。电动机的电磁转矩是反抗拖动系统运转的,称为制动运转状态,这种状态发生于电动机所带的位能性负载(如提升机械)稳定下降时,负载的位能所产生的旋转力矩带动生产机械运转,而电动机产生与运动方向相反的转矩,阻止负载按自由落体规律不断加速运动的趋势。
  过渡过程 当生产机械需要起动、制动、正反向转换或调节速度时,必须人为地改变有关电气参数(电压、电阻或电源频率等),迫使电动机电磁转矩不等于负载转矩,则系统就进入了加速或减速过渡过程的运转状态。由于电力拖动装置中存在着几种惯性,使系统不能从一个稳定工作状态立即变到另一个稳定工作状态,而惯性量的大小又直接影响系统过渡过程时间的长短。影响电力拖动系统工作的惯性主要有:①机械惯性:由电动机轴上的总飞轮惯量GD2所产生,它使转速不能突变;②电气回路的电磁惯性:由电动机电枢回路和励磁回路的电感引起,它使回路中的电流不能突变,即不能使电动机的电磁转矩产生突变。
  不同的生产机械对电力拖动系统的过渡过程有不同的要求,例如起重机械、可逆式轧钢机、龙门刨床等都希望尽量缩短电动机的起动、制动和正反转过渡过程的时间,以提高生产率;造纸机、印刷机等生产机械要求对电动机的加减速度有一定的限制,以确保产品的质量;电梯、矿井升降机、地铁电车等的电力拖动系统必须平滑起动和制动,以适应乘坐人员的生理状态。另外,过渡过程的变化规律对准确停车、精密调速、闭环控制系统的动态品质都有直接影响。所以,研究过渡过程对提高生产率和产品质量,正确合理地进行控制系统和调速系统的设计都具有实际意义。
  起动过渡过程  电动机通电以后,从静止状态加速到某一个所要求的速度稳定运转的过程。起动过程不是生产过程,一般生产机械总是希望有尽可能短的起动过渡过程时间。从运动方程式中可知,拖动系统的动态转矩△M=M-ML的大小决定了系统加速度的大小。在一定负载转矩ML下,提高电动机的起动电磁转矩是加快起动过渡过程的有效措施。但是,由于电磁转矩与电动机电流有关,所以最大的起动转矩受到电动机最大允许电流的限制。
  制动过渡过程  系统从一个稳定运转状态向另一个稳定运转状态或向停车方向减速的过程。在这一过程中,电动机的电磁转矩小于负载转矩,或电磁转矩方向改变,与负载转矩一起反抗运动。这时拖动系统的动态转矩小于零,dn/dt<0,电动机处于减速过程中。制动过渡过程发生于向低于原稳定转速的速度调速过程、正反向运转转换过程或停车制动过程中。由于制动过渡过程也属非生产过程,故一般生产机械都希望尽量缩短制动过渡过程的时间。
  对正在工作于稳定运转状态的电动机,采用电气控制的方法,使之产生最大的反向制动转矩是加快制动过渡过程的有效措施。但最大制动转矩受到电动机最大允许电流的限制。通常,产生电动机制动转矩的方法有能耗制动、反接制动和再生制动。
  ①能耗制动:在维持对直流电动机励磁绕组供电的情况下,把正在稳定运转的电动机与电源脱开,同时与制动电阻联接(对交流电动机把定子两相绕组接入直流电流),由于机械惯性的作用,电动机电枢仍在磁场中旋转,其电枢两端所感生的反电动势在制动电阻回路中产生反向电流,形成制动转矩。这时,拖动系统的动能转换成电能,并消耗在制动电阻上,故称为能耗制动。
  ②反接制动:改变正在稳定运转的电动机的电源供电方向(对直流电动机)或改变电动机供电电源相序(对异步电动机),使电源电压方向与电动机反电动势方向相同,产生很大的反向电流形成制动转矩。为限制电动机过大的制动电流,在电动机回路中必须串入制动电阻。
  ③再生制动:这种制动情况发生在电动机正常接法时,由于直流电动机电压下降(如降压调速),或交流电动机电源频率下降(如变频调速),使得电动机的转速高于降压和降频率后的理想空载转速。此时,电动机电动势大于供电电压,电动机电流反向,形成制动转矩。在这种制动过程中,电动机处于发电状态,它将拖动系统的动能转换成电能,回送给电网,故称再生制动,又称回馈制动。