阻转矩负载计算机速度调节拖动系统软件设计毕业设计(编辑修改稿)

阻转矩负载计算机速度调节拖动系统软件设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

电阻时的机械特性称为固有机械特性。 其方程式为 TCC RCUn NTe aNe N 2 ,固有机械特性如图 2— 7 所示，由于 aR 较小，直流电机的固有特性较硬。 U n T aR U Qr 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 13 图 2— 5 直流电机固有机械特性 人为机械特性可用改变电动机参数的方法获得，他励直流电动机一般可分为三种。 人为机械特性 (2).电力拖动的稳定运行条件 上面已经分析了生产机械负载转矩特性与电动机的机械特性，下面论述这两种特性的配合情况。 在机械生产运行时，电动机的机械特性与生产机械的负载转矩特性是同时存在的。 在电力拖动运动方程式中以指出，当转矩方向相反、大小相等时而互相平衡时，转速为某一稳定值，拖动系统处于稳定状态，或称静态。 如负载增大，负载转矩特性和转矩增大，此时由于惯性，转速开始时不变，平衡状态被破坏，拖动系统进入动态减速过程，或称减速过渡过程状态。 在减速过程中，转矩按其本身特性变化，减速 过程结束时系统又转化为稳态，达到新的平衡，以新的转速稳定运行。 由此可见，稳态下电动机发出转矩的大小是由负载转矩的数值所决定的。 如果电动机的机械特性与负载转矩特性具有交点，则电力拖动系统可能稳定运行。 但必须指出，如果交点处两特性配合情况不好，运行也有可能不好。 这就是说，两种特性有交点仅是稳定运行的必要条件，但还不够充分。 充分条件是：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于出现某种干扰作用，使原来的转矩的平衡变得不平衡，电动机转速便稍有变化，这是当干扰消除后，拖动系统必须有能力使转速恢复到原0n aR 0 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 14 来交点处的数值。 电 力拖动系统如能满足这样的特性配合条件，则该系统是稳定的，否则是不稳定的。 三相异步电动机的机械特性分析 1. 三相异步电动机的三种表达方式 与上面论述的直流电动机相同 ,三相异步电动机的机械特性也是指其转速与转矩间的关系 n=f(T),其表达式有三种形式： （ 1） 物理表达式： 三相异步电动机的转矩公式形式： 221m 39。 cos 39。 TT C I  式中 T1C 表示异步电动机的转矩系数 1 1 w11 pm N k= 2TC m 表示 异步电动机的每极磁通 239。 I 表示 转子电流的折算值 2cos39。  表示转子电路的功率因数 (2).参数表达式： 物理表达式不能直接反映异步电动机转矩与电动机一些参数间的关系，为此必须进一步推导出机械特性的参数表达式，即  22221221139。 m39。 39。 SRUSTRR X XS    按参数表达式的形式即可绘制异步电动机的机械特性，如图 2— 6 所示，显然其形状与按物理表达式绘制出的曲线 n=f(T)是一样的。 机械特性方程式为二次方程式，故在某一转差率 ms 时，转矩有一最大值 maxT ，称为异步电动机的最大转矩。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 15 图 2— 6 异步电动机的机械特性 如图 2— 6所示。 在参数表达式中，使 dT/ds=0,可求出产生 maxT 时的转差率 ms又因通常  39。 1 1 2R X X 可得 39。 2m 39。 12RS XX   21m a x 39。 s 1 2m2 UT XX  通过以上公式可见： 1）当电动机各参数及电源频率不变时， maxT 与 2U 成正比， ms 则保持不变，与U 无关。 2）当电源频 率及电压不变时， ms 与 maxT 近似的与  39。 12XX成反比。 3） maxT 与 239。 R 无关， ms 则与 239。 R 成正比。 除了 maxT 外，异步电动机 还有另一个重要参数，即起动 stT ，它是异步电动机接至电源开始起动时的电磁转矩，此时 s=1（ n=0），代入参数表达式中得    239。 12st 2239。 39。 s 1 2 1 2m= URT R R X X    由上式可见，对于绕线转子异步电动机，转子电路串联附加电阻（即加大 239。 R ），便能改变 stT ，从而可改善起动特性。 (3).实用表达式 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 16 上述参数表达式，对于分析 T 与电动机参数间的关系，进行某些理论 分析，是非常有用的。 但是由于在电动机产品目录中，定子及转子的参数是查不到的，因此，用参数表达式以绘制机械特性或进行分析计算是很不方便的，为此，出现了下面的实用表达式。 即， maxmm2TT SSSS  综上所述，上述三种异步电动机的机械特性的表达式，其应用场合各有不同。 一般物理表达式适用于定性的分析 T与 m 及 2239。 cos 39。 I  间的关系； 参数表达式可用以分析各参数变化对电动机运行性能的影响； 实用表达式最适于用以进行机械特性的工程计算。 2. 三相异步电动机的固有机械特性 固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定功率下，电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电抗或电容）时所获得的机械特性曲线 n=f（ T）。 三相异步电动机的固有机械特性如图 2— 7 所示，为了描述其特点，下面着重研究几个反应电动机工作的特殊运行点，即 （ 1） A: 起动点 特点是： n=0； T= S1T ；起动电流 1stI =(4~7) INI。 （ 2） B：额定工作点 特点是： n= Nn ； T= NT ； I= INI。 （ 3） H：同步速点 特点是： n= sn ， T=0， 1I = 0I。 H点是电动状态与回馈制动状态的转折点。 （ 4） P和 39。 P 点：最大转矩点 P：电动状态的最大转矩点 特点是： T= maxT ， s= ms 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 17 39。 P ：回馈制动状态最大转矩点 特点是： T= 39。 maxT ， s= 39。 ms。 在回馈制动时异步电动机的过载能力较电动状态时大，只有当忽略 1R 时，两者才相等。 图 2— 7 三相异步电动机的固有机械特性 由三相异步电动机的机械特性参数表达式可见：异步电动机电磁转矩 T的数值是由某一转速 n（或 s）下的电源电压 U 、电流频率 1f 、定子极对数 p、定子及转子电路的电阻及电抗（ 1R 、 239。 R 、 1X 、 239。 X ）决定的。 因此人为的改变这些参数，就可得到不同的人为机械特性。 下面是改变某些参数时人为机械特性的变化： （ 1）降低 U 当供电电压降低时 ，最大转矩 maxT 及起动转矩 stT 与 2U 成正比地降低； ms 与 U的降低无关即其保持不变，由于同步转速 sn =60 pf1 ， 因此 sn 保持不变。 降低 U 的人为机械特性，可在固有机械特性的基础上绘制，在不同转速处，固有机械特性 上的转矩值乘以电压变化的百分数的二次方，即得人为机械特性上对应的转矩值。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 18 下面分析降低电网电压对电动机运行的影响。 如果电网电压由于某种原因降低，负载保持额定值不变，电动机既不能连续长期运行，否则会影响电动机寿命甚至可能烧坏，且电动机如果长时连续运行，最终升温将超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。 （ 2）转子电路串联对称电阻 在绕线转子电动机的转子电路中，三相分别串联同样大小的电阻 R ,此时， sn不变 ， maxT 也不变； mS 随 R 的增大而增大 ； stT 值将改变，一开始随 R 增大而增加 ，一直增大到 R 时 ， stT = maxT ，如 R 继续增大 ， stT 将开始减小。 转子电路串联对称电阻适用于绕线转子异步电动机的起动，也可用于调速，其人为机械特性如图 2— 8 所示。 图 2— 8 转子电路内串联对称电阻时的人为机械特性 （ 3）定子电路串联对称电抗 在定子电路的三相中分别串联对称电抗 stX ， sn 不变， mS 、 stT 、 maxT 随所串电抗stX 值的增大而减小。 定子电路串联对称电抗一般用于笼型异步电动机的减压起动，以限制电动机的起动电流。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 19 （ 4）转子电路接入并联阻抗 图 2— 9 中所示是在绕线转子异步电动机转子电路每相接入电抗器与电阻的并联电路。 这样，在电动机加速过程中，当转子频率 s 1f 变化时，在转子电路中的两个并联支路之间，电流将进行重新 分配。 在启动初期，当转子频率相当大时，电抗器的感抗 stX 较大，转子电流的大部分将流过电阻 stR。 这个电阻实际上决定了起动电流和起动转矩。 当转子逐渐加速而转子频率逐渐降低时， stX 也随之减小，这时大部分的转子电流将开始流过电抗器。 在起动结束时，转子频率将变得很小， stX的值很小，因而几乎全部转子电流将流过电抗器，近乎将电阻 stR 短路。 由于转子电路参数可变，如果参数配合恰当，电动机在整个加速过程中可以产生几乎恒定的转矩，在图 2— 9 中绘制出了其人为机械特性。 转子电路接入并联阻抗又能限制起动电流，在起动级数最少的情况下，保证电动机平滑地加速。 图 2— 9 转子接入并联阻抗的电路图与人为机械特性 最后，综合上述 方法后，本设计采用了转子电路串联对称电阻的方法进行调速。 各种运转状态 与直流电动机相同，三相异步电动机也可工作于两大运行状态，即电动运行状态和制动运行状态。 （ 1） 电动运转状态 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 20 电动运行状态的特点是电 动机转矩 的方向与旋转的方向 相同 ，如图 2— 10所示，是电动状态下电动机在第一象限及第三象限的机械特性，第三象限相当 于电动机工作在逆向电动状态。 在电动状态工作时，电动机由电网吸取电能，变换成机械能以带动负载。 图 2— 10 电动状态下异步电动机的机械特性 （ 2） 三相异步电动机的反转 从三相异步电动机的工作原理可知 ， 电动机的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转方向。 因此只要改变旋转磁场的旋转方向，就能使三相异步电动机反转。 如图 2— 11所示，是利用控制开关 SA来实现电动机的正、反转原理图线路图。 当 SA向上合闸时， 1L 接 U相， 2L 接 V相 ， 3L 接 W相，电动机正转。 当 SA向下合闸时， 1L 接 U相， 2L 接 V相， 3L 接 W相，即将电动机任意两相绕组与电源接线互调，则旋转磁场反向，电动机跟着反转。 图 2— 11 异步电动机正反转原理接线图 （ 3）三相异步电动机的制动运转状态 与直流电动机相同，异步电动机也可工作于回馈制动、反接制动及能耗制动三种制动状态。 其 共同的特点是电动机转矩 与转速 的方向相反，以实现制动。 此时电动机由轴上吸收机械能，并转换为电能 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 21 1）回馈制动状态 当异步电动机由于某种原因，例如位能性负载的作用，使其转速高于同步速 sn ，转差率 ，转子感应电势 反向，转子电流的有功分量 也反向，而转子电流的无功分量方向则不变，由相量图可以看出，定子电流也相应改变， 和间的相位差角 ，此时定子功率 为负，即定子绕组将电能回馈电网。 同时转差率 ，电磁转矩 ，电磁转矩的方向和转向相反，在转子轴上产生制动转矩。 综上所述，当转速高于同步速时，电动机处于回馈制动运行状态。 回馈制动状态一般用于位能性负载下放，以获得稳定的下放速度，或异步电动机变极调速由少极数变为多极数时发生。 当电动机的制动转矩与负载位能转矩 zT 相平衡时，电动机及稳定运行。 如在转子电路中串联电阻，可得人为机械特性，并可得到不同的稳定转速。 串联的电阻值越大，稳定转速越高。 一般在回馈制动时 不串电阻，一面转速过大。 异步电动机在回馈状态一般可用于位能负载下放，已获得稳定的下放速度。 回馈制动还能发生在异步电动机定子由少数对数换成多极对数时，因定子换接前极对数小，电动机的转速高，它将大于换接后的同步转速，电动机将进入回馈制动状态。 2)反接制动状态 实现反接制动可有转速反向和定子两相反接两种方法 ,下面是这两种方法的具体分析 : A. 转速反向的反接制动 与直流电机相似 ,异步电动机转子电路串联较大电阻时，接通电源，电动机 起动转矩的方向与重物 G 产生的负载转矩方向相反，当 stT 〈 zT 时 ，在重物 的作用下，迫使电动机。