第4章--他励直流电动机的运行课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电机与拖动基础,4.1 他励直流电动机的启动,电动机的启动,是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。,启动瞬间，启动转矩和启动电流分别为,过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏传动机构。,除微型电机外，一般直流电动机不允许直接启动,。,电机与拖动基础4.1 他励直流电动机的启动 电动机,电机与拖动基础,为了限制启动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压启动。,4.1.1 电枢回路串电阻启动,1、启动过程,三级电阻启动时电动机的电路原理图如下图,电机与拖动基础 为了限制启动电流，他励直流电动机,电机与拖动基础,2、电枢回路串电阻启动的各阻值计算,1)分组启动电阻的关系,设对应转速,n,1,、,n,2,、,n,3,时电势分别为,E,a1,、,E,a2,、,E,a3,，则有：,b点,c点,d点,e点,f点,g点,电机与拖动基础2、电枢回路串电阻启动的各阻值计算1),电机与拖动基础,在已知启动电流比,和电枢电阻R,a,前提下，经推导可得各级串联电阻为:,比较以上各式得：,电机与拖动基础 在已知启动电流比和电枢电阻Ra前提下，,电机与拖动基础,（,3）选取启动级数 ；,（,4）计算启动电流比：,取整数,（,5）计算转矩:,，,校验：,如果不满足，应另选 或 值并重新计算，直到满足,该条件为止。,（,6）计算各级启动电阻。,2),计算各级启动电阻的步骤,（,1）估算或查出电枢电阻 ；,（,2）根据过载倍数选取最大转矩 对应的最大电流 ；,电机与拖动基础（3）选取启动级数 ；（4）计算启动电流比：,电机与拖动基础,降压启动需专用电源，设备投资较大，但它启动平稳，启动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。,2、降压启动,当直流电源电压可调时，可采用降压方法启动。,电机与拖动基础 降压启动需专用电源，设备投资较大,电机与拖动基础,例,4-1：,某他励直流电动机额定功率为,P,N,=96kW，额定电压为U,N,=440V，I,N,=250A，额定转速为n,N,=500r/min，电枢回路总电阻为Ra=0.078,，拖动额定大小的恒转矩负载运行，忽略空载转矩。,（,1）若采用电枢回路串电阻起动，起动电流I,S,=2I,N,时，应串入多大的电阻，起动转矩为多大？,（,2）若采取降压起动，条件同上，电压应降至多少，起动转矩应该为多大？,电机与拖动基础例4-1：某他励直流电动机额定功率为PN=96,电机与拖动基础,4.2 他励直流电动机的调速,机械调速：,通过改变传动机构速比进行调速的方法。,电气调速：,通过改变电动机参数进行调速的方法。,说明,：,改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。,如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速。,电机与拖动基础4.2 他励直流电动机的调速机械调速：通过,电机与拖动基础,电气调速方法：,1、调压调速；,2、电枢串电阻调速；,3、调磁调速。,他励直流电动机的转速为,电动机驱动生产机械，对电动机的转速不仅要能调节，而且要求,调节的范围宽广,、过程,平滑,、调节的方法,简单、经济,。,电机与拖动基础电气调速方法：1、调压调速；他励直流电动机的转,电机与拖动基础,4.2.1 他励直流电动机的调速方法,1、电枢回路串电阻调速,n,T,T,L,R,a,n,0,n,N,A,0,A,B,n,1,R,a+,R,s1,未串电阻时的工作点,串电阻,R,s1,后,工作点由AA,B,结论：带恒转矩负载时,串电阻越大,转速越低。,电机与拖动基础4.2.1 他励直流电动机的调速方法1、电,电机与拖动基础,优点,：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。,2）低速时静差率大,所以转速的相对稳定性差；,3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D2；,4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因磁通不变而使T和I,a,不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。,缺点：,5）固有机械特性处称为基速，串电阻速度只能下调。,1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；,电机与拖动基础优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。2）低,电机与拖动基础,2、降低电源电压调速,T,T,L,A,A,B,调速前工作点,A,降压瞬间工作点,稳定后工作点,降压调速过程与电枢串电阻调速过程相似，调速过程中转速和电枢电流（或转矩）随时间变化的曲线也相似,。,电机与拖动基础2、降低电源电压调速TTLAAB调速前工作点,电机与拖动基础,优点,：,1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。,2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变,化时稳定性好。,3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达D=2.512。,4）电能损耗较小。,缺点,：,1）需要一套电压可连续调节的直流电源。,2）固有机械特性处称为基速，降电压速度只能下调。,5）对恒转矩负载，调速前、后因磁通不变而使T和I,a,不变。,电机与拖动基础优点：2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度,电机与拖动基础,3、弱磁调速,A,B,T,T,L,A,调节磁场前工作点,弱磁瞬间工作点,AA,弱磁稳定后的工作点,结论,：磁场越弱，转速越高。因此电机运行时励磁回路不能开路。,电机与拖动基础3、弱磁调速ABTTLA调节磁场前工作点弱磁,电机与拖动基础,优点：,1）控制方便，能量损耗小，设备简单，平滑性好。,2）弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。,1）机械特性的斜率变大，特性变软；,2）转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大，一般 不能超过1.2n,N,。,为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压调速。,缺点：,电机与拖动基础优点：1）控制方便，能量损耗小，设备简单，平滑,电机与拖动基础,例,4-2：,某他励直流电动机额定功率为,P,N,=22kW，额定电压U,N,=220V，额定电流I,N,=115A，额定转速n,N,=1500r/min，电枢回路总电阻为Ra=0.1,，拖动额定大小的恒转矩负载运行，忽略空载转矩。若要把,转速调到,1000r/min。,1）采用电枢串电阻调速，串入的R=？,2）采用降低电源电压调速，需把电源电压降到,多少？,3）上述两种情况下，电动机的输入和输出功率为多少,4）采用弱磁调速，当T,L,=0.6T,N,时，转速升到,2000r/min，此时,应降到额定值的多少倍？,电机与拖动基础例4-2：某他励直流电动机额定功率为PN=22,电机与拖动基础,电枢串电阻调速,和,降压调速,时，磁通 保持不变，若在不同转速下保持电流 不变，即电机得到充分利用，则输出转矩和功率分别为：,恒转矩调速：,当直流电动机调速运行时，不管转速是多少，如果保持其电枢电流和每极磁通都为额定值，即对应的电磁转矩为额定值。,4.2.2,恒转矩调速与恒功率调速,电机与拖动基础 电枢串电阻调速和降压调速时，磁通,电机与拖动基础,则输出功率为,恒功率调速：,当直流电动机调速运行时，保持其电枢电流为额定值，采用弱磁调速，此时，,电动机的电磁转矩减小，但转速升高，电磁功率保持不变。,电机与拖动基础则输出功率为恒功率调速：当直流电动机调速运行时,电机与拖动基础,调速方法的选择,为了使电动机得到充分利用，拖动恒转矩负载时，应采用恒转矩调速方式。拖动恒功率负载时，采用恒功率调速方式。对风机类负载，三种调速方式都不是十分适合，但采用串电阻或降压调速比弱磁调速合适一些。,电机与拖动基础调速方法的选择,电机与拖动基础,4.2.3 调速的性能指标,1、调速范围：指电动机在额定负载转矩T=T,N,下，其最高转速与最低转速之比。,2、静差率（相对稳定性）,：,指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率，用,表示,。,越小，相对稳定性越好；,与机械特性硬度和n,0,有关,。,电机与拖动基础4.2.3 调速的性能指标1、调速范围：指,电机与拖动基础,D与相互制约,：,越小,D越小,相对稳定性越好；在保证一定的指标的前提下,要扩大D,须减少n,即提高机械特性的硬度。具体如下：,与D的关系：,1）采用同一方法调速，越大，D的调速范围越宽,2）一定时，采用不同的调速方法，D值不同,3）需要调速的生产机械，和D同时提出才有意,义，否则n可以为零。,4）要提高，必须采用电压和速度负反馈。,电机与拖动基础 D与相互制约：越小,D越小,相对稳,电机与拖动基础,例,4-6：,某他励直流电动机额定功率为,P,N,=60kW，额定电压U,N,=220V，额定电流I,N,=305A，额定转速n,N,=1000r/min，电枢回路总电阻为Ra=0.04,，求下列情况下的电动机调速范围,。,1、静差率 ，电枢串电阻调速,2、静差率 ，电枢串电阻调速,3、静差率 ，降低电源电压调速,电机与拖动基础例4-6：某他励直流电动机额定功率为PN=60,电机与拖动基础,3、调速的平滑性,越接近,1，平滑性越好，当 时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。,4、调速的经济性,平滑系数,：相邻两级转速中，高一级转速与低一级转速之比。在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。,主要指调速设备的初投资、电能损耗及维修费用等,。,电机与拖动基础3、调速的平滑性 越接近1，平滑性越好，当,电机与拖动基础,4.3 他励直流电动机的电动与制动运行,直流电动机的两种运行状态：,（,1）,电动运行状态：,电动机的电磁转矩方向与旋转方向相同，此时电网向电动机输入电能，并转变为机械能带动负载。,（,2）,制动运行状态：,电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反，此时电动机吸收机械能转变为电能。,电机与拖动基础4.3 他励直流电动机的电动与制动运行直流,电机与拖动基础,4.3.1 电动运行,电机与拖动基础4.3.1 电动运行,电机与拖动基础,断开电源,抱闸,能耗制动,反接制动,回馈制动,机械制动,电气制动,自由停车,当 与 的方向相同时，电机运行于电动机状态，当 与 方向相反时，电机运行于制动状态。,电动机很快停车，或者由高速运行很快进入低速运行，要求制动运行。,电机与拖动基础断开电源抱闸能耗制动反接制动回馈制动机械制动电,电机与拖动基础,4.3.2 能耗制动,在电动状态，电枢电流、电枢电动势、转速及驱动性质的电磁转矩如图所示。,电动,制动,需要制动时,将开关,S投向制动电阻 上即可。,1、能耗制动过程,电机与拖动基础4.3.2 能耗制动 在电动,电机与拖动基础,电动机状态工作,点,制动瞬间工作点,制动过程工作段,电动机拖动反抗性负载，电机停转。,若电动机带位能性负载,稳定工作点,能耗制动时的机械特性方程式为：,电机与拖动基础电动机状态工作点制动瞬间工作点制动过程工作段电,电机与拖动基础,选择制动电阻 的原则是,能耗制动操作简单,但随着转速下降,电动势减小,制动电流和制动转矩也随着减小,制动效果变差。若为了尽快停转电机,可在转速下降到一定程度时,切除一部分制动电阻,增大制动转矩。,即：,其中 为制动瞬间的电枢电动势。,电机与拖动基础选择制动电阻 的原则是 能,电机与拖动基础,能耗制动过程中的功率关系,输入电功率：,P,1,（,0）,电枢回路总损耗：,p,Cua,（,+）,电磁功率（机电）：P,M,（,-）,电动机空载损耗：p,0,（,+）,输出机械功率：P,2,（-）,规定电能转变为机械能为电磁功率的正方向。,电机与拖动基础能耗制动过程中的功率关系输入电功率：P1 （,电机与拖动基础,2、能耗制动运行,能耗制动的特点：,（,1）操作简单，停车准确,（,2）能耗制动产生的冲击电流