电机控制技术(第2版)
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1.5.3 运行分析举例

图1-18所示为一台他励直流电动机拖动泵类负载运行的情况。其中:

图1-18 他励直流电动机拖动泵类负载运行分析

1)曲线1为他励直流电动机电压为额定值时的机械特性,曲线1′为电压降低后的机械特性,曲线2为负载转矩特性;系统运行在工作点A,此时,转速为nA、转矩为TA

2)若电源电压向下波动则出现以下两个过渡过程。

①电源电压突然降低,电动机中各电磁量的平衡关系被破坏,转子电流大小会改变,电磁转矩也会改变,电动机的机械特性由曲线1变为曲线1′。因转子回路有电感存在,故这个变化存在过渡过程,称为电磁过渡过程。

②由于电动机机械特性改变,电动机电磁转矩变化,系统在A点稳态运行的转矩平衡关系被破坏,系统的转速变为。因系统存在机械惯性,亦即存在飞轮力矩,转速变化存在过渡过程,称为机械过渡过程。

3)相对而言,电磁过渡过程进行得很快,分析系统过渡过程时可以忽略,即认为电源电压改变的瞬间,由此引起的转子电流与电磁转矩的变化瞬时完成。因此,过渡过程的分析只需考虑机械过渡过程,即转速n不能突变。

① 机械过渡过程,电源电压突然波动的瞬间,电动机的机械特性曲线由曲线1变为曲线1′,转速不发生突变仍然为nA ,电动机运行点由A变到B,电动机相应的电磁转矩由TA减小为TB,而负载转矩未变仍为TATB-TA <0,系统减速。

② 减速过程,电动机电磁转矩逐渐增大,电动机运行点沿曲线1′下降,对于泵类负载,其转矩也随着转速下降而减小,直到与曲线2相交点A′,T=、dn/dt=0,减速过程结束,达到新的稳定运行状态。

③ 干扰消失后,电动机的机械特性变成了曲线1,系统转速不能突变,电动机的运行点回到曲线1对应的C点,此时,电磁转矩加大为TC ,而负载转矩仍然为>0,系统开始升速,直到与曲线2相交点A,T=TA、dn/dt=0,升速过程结束,回到原来的稳定运行状态。

以上描述了运行点A在电压向下波动时,经过A、B、A′,扰动结束后,再经过A′、C过程后回到A,说明A点处于稳定运行状态。

图1-19说明,并非所有在电动机机械特性与负载转矩特性交点上的运行都能稳定运行。

图1-19 他励直流电动机拖动恒转矩负载运行分析

1)对应额定电压的曲线1、电压略为下降的曲线1′为他励直流电动机特定情况下的机械特性,当电磁转矩增大时,转速增加,曲线2是恒转矩负载的转矩特性。

2)在工作点A,电动机转速为nA,受到干扰电源电压向下波动,电压降低瞬间,电动机机械特性由曲线1变为曲线1′,电动机转速不变仍为nA ,工作点为B点,电磁转矩变为TB ,而负载转矩仍然为TATB-TA >0,dn/dt>0,系统加速。

3)加速过程中,电动机电磁转矩沿着机械特性曲线1′随着n的升高而加大,但负载转矩始终不变,T-TA >0,dn/dt>0,系统继续加速,直到系统转速过高,毁坏电动机为止。

可见,工作点A的运行不属于稳定运行范畴。