他励直流电动机的运行.pptx

第第4章章 他励直流电动机的运行他励直流电动机的运行4.1 他励直流电动机的启动他励直流电动机的启动直流电动机接到电源以后，转速从零达到稳定转速的过程，直流电动机接到电源以后，转速从零达到稳定转速的过程，称为启动过程。称为启动过程。对电动机起动的基本要求：对电动机起动的基本要求：（1）起动转矩要大；）起动转矩要大；（2）起动电流要小；）起动电流要小；（3）起动设备要简单、经济、可靠。）起动设备要简单、经济、可靠。直流电动机起动的三种方法：直流电动机起动的三种方法：（1）直接起动；（）直接起动；（2）电枢串电阻起动；（）电枢串电阻起动；（3）降压起动。）降压起动。1.直接起动直接起动直接起动是指把电动机直接接到额定电压的电源起动。直接起动是指把电动机直接接到额定电压的电源起动。起动时，起动时，应将并励绕组先接入电源，应将并励绕组先接入电源，再接通电枢回路。再接通电枢回路。直接起动不需起动设备，操作简单，起动转矩大。直接起动不需起动设备，操作简单，起动转矩大。但起动电流太大，不仅对电机本身换向、温升不利，对但起动电流太大，不仅对电机本身换向、温升不利，对绕组和转轴产生电磁力冲击，而且还使电网电压产生波绕组和转轴产生电磁力冲击，而且还使电网电压产生波动，影响电网上其他机组的正常工作。故该方法只适合动，影响电网上其他机组的正常工作。故该方法只适合很小容量的直流电动机。很小容量的直流电动机。R1R24.1.1 电枢回路串电阻启动电枢回路串电阻启动为了在整个起动过程中保持为了在整个起动过程中保持一定的起动转矩，加速起动一定的起动转矩，加速起动过程，应随转速增加，逐渐过程，应随转速增加，逐渐减小减小4.1.2 降压启动降压启动例例1 他励直流电机额定功率他励直流电机额定功率:拖动额定恒转距负载运行拖动额定恒转距负载运行,忽略空载转矩忽略空载转矩.(1)若采用电枢回路串电阻启动若采用电枢回路串电阻启动,启动电流为额启动电流为额定电流的两倍定电流的两倍,计算应串入的电阻值及启动转计算应串入的电阻值及启动转矩矩.(2)若采用降压启动若采用降压启动,条件同上条件同上,求电压应降至多求电压应降至多少并计算启动转矩少并计算启动转矩.4.2 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速直流电动机的转速公式：直流电动机的转速公式：直流电动机的调速方法：直流电动机的调速方法：（1）电枢串电阻调速；）电枢串电阻调速；（2）降低电源电压调速；）降低电源电压调速；（3）弱磁调速。）弱磁调速。改变传动机构的传动比改变工作机构的速度，称为改变传动机构的传动比改变工作机构的速度，称为机械调速机械调速。人为改变电动机的参数（如电压、励磁电流或电枢回路电阻），人为改变电动机的参数（如电压、励磁电流或电枢回路电阻），使同一负载得到不同转速，称为使同一负载得到不同转速，称为电气调速电气调速。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。求调节的范围宽广、过程平滑、调节的方法简单、经济。4.2.1 他励直流电动机的调速方法他励直流电动机的调速方法1.电枢串电阻调速电枢串电阻调速电磁转矩：电磁转矩：电动机拖动恒转矩负载运行在不同的电动机拖动恒转矩负载运行在不同的转速上，电枢电流的大小变化吗？转速上，电枢电流的大小变化吗？稳定运行时有：稳定运行时有：电枢电流：电枢电流：TL=常数时，常数时，Ia=常数常数保持保持U=UN，=N不变不变电枢回路串电阻，只能在额定转速（基速）以下调速，电枢回路串电阻，只能在额定转速（基速）以下调速，一般称为由一般称为由基速向下调速基速向下调速。特点：特点：机械特性变软，受负载波动影响大；机械特性变软，受负载波动影响大；在空载或轻载时，调速范围小；在空载或轻载时，调速范围小；有级调速；有级调速；损耗大，电动机效率低。损耗大，电动机效率低。它应用于对调速性能要求不高的场合（中、小型电机等）。它应用于对调速性能要求不高的场合（中、小型电机等）。2.降低电源电压调速降低电源电压调速电磁转矩：电磁转矩：电动机拖动恒转矩负载运行在不同的转电动机拖动恒转矩负载运行在不同的转速上，电枢电流的大小变化吗？速上，电枢电流的大小变化吗？稳定运行时有：稳定运行时有：电枢电流：电枢电流：TL=常数时，常数时，Ia=常数常数保持保持=N不变，电枢回路不串电阻不变，电枢回路不串电阻特点：特点：基速向下调速；基速向下调速；机械特性的硬度不变，速度稳定性好；机械特性的硬度不变，速度稳定性好；可实现无级调速；可实现无级调速；损耗小，电动机效率高。损耗小，电动机效率高。3.弱磁调速弱磁调速保持保持U=UN不变，电枢回路不串电阻不变，电枢回路不串电阻电动机的电磁功率：电动机的电磁功率：若电动机拖动恒功率负载，即若电动机拖动恒功率负载，即TL=常数常数则有则有 PM=T=TL=常数常数Ia=常数常数4.2.2 恒转矩调速和恒功率调速恒转矩调速和恒功率调速特点：特点：基速向上调速；基速向上调速；可实现无级调速；可实现无级调速；损耗小，电动机效率高。损耗小，电动机效率高。通常与降低电源电压调速配合使用，可以得到较宽的调速通常与降低电源电压调速配合使用，可以得到较宽的调速范围，能较好地满足生产机械的要求。范围，能较好地满足生产机械的要求。当直流电动机调速运行时，不管转速是多少，如果保持其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，则称为定值，则称为恒转矩调速恒转矩调速。直流电动机调速时，若采用弱磁升速，如果保持其电枢电直流电动机调速时，若采用弱磁升速，如果保持其电枢电流为额定值，其电磁功率保持不变，则称为流为额定值，其电磁功率保持不变，则称为恒功率调速恒功率调速。例例2:某台他励直流电动机某台他励直流电动机,额定功率额定功率:忽略空载转矩忽略空载转矩,电动机带额定负载运行电动机带额定负载运行,要求把转要求把转速降到速降到1000r/min,计算计算:(1)采用电枢串电阻调速需串入的电阻值采用电枢串电阻调速需串入的电阻值;(2)采用降低电源电压调速需把电源电压降到多采用降低电源电压调速需把电源电压降到多少少(3)采用弱磁调节器调速采用弱磁调节器调速,若要求负载转矩不变若要求负载转矩不变 磁通为额定磁通的磁通为额定磁通的0.85倍倍,则稳定后转速为多少则稳定后转速为多少?4.2.3 调速的性能指标调速的性能指标（1）调速范围调速范围：电动机在额定负载转矩下调速时，：电动机在额定负载转矩下调速时，最高最高转速与最低转速之比。用转速与最低转速之比。用D表示。表示。（2）静差率静差率（相对稳定性）：指电动机由理想空载加到额定（相对稳定性）：指电动机由理想空载加到额定负载所出现的转速降与理想空载转速之比。负载所出现的转速降与理想空载转速之比。静差率越小，静差率越小，转转速的相对稳定性越好。速的相对稳定性越好。1.调速范围与静差率调速范围与静差率2.调速的平滑性调速的平滑性平滑系数：相邻两级转速或线速度之比。平滑系数：相邻两级转速或线速度之比。3.调速的经济性调速的经济性设备的初投资、调速时电能的损耗、运行时的维修费用等设备的初投资、调速时电能的损耗、运行时的维修费用等调速方法电枢串电阻降电源电压减弱磁通调速方向调速方向向下调向下调向下调向下调向上调向上调50%时调速范围时调速范围210121.22 34与与无关无关一定调速范围内转速一定调速范围内转速的稳定性的稳定性差差好好较好较好负载能力负载能力恒转矩恒转矩恒转矩恒转矩恒功率恒功率调速平滑性调速平滑性有级调速有级调速无级调速无级调速无级调速无级调速设备初投资设备初投资少少多多较多较多电能损耗电能损耗多多较少较少少少他励直流电动机三种调速方法的性能比较他励直流电动机三种调速方法的性能比较4.3 他励直流电动机的电动与制动运行他励直流电动机的电动与制动运行1）稳定工作点：在满足稳定运行条件下，机械特性与负载）稳定工作点：在满足稳定运行条件下，机械特性与负载转矩特性的交点；转矩特性的交点；2）电动机运行在工作点之外的机械特性上时，电磁转矩与）电动机运行在工作点之外的机械特性上时，电磁转矩与负载转矩不相等，系统处于加速和减速的过度过程；负载转矩不相等，系统处于加速和减速的过度过程；3）他励直流电动机的固有机械特性与各种人为机械特性，）他励直流电动机的固有机械特性与各种人为机械特性，分布在直角坐标的四个象限内；分布在直角坐标的四个象限内；4）生产机械的负载转矩特性，有反抗性恒转矩、位能性恒）生产机械的负载转矩特性，有反抗性恒转矩、位能性恒转矩、泵类等典型负载转矩特性，也有由几种典型负载同时转矩、泵类等典型负载转矩特性，也有由几种典型负载同时存在的负载转矩特性，它们也分布在四个象限之内；存在的负载转矩特性，它们也分布在四个象限之内；4.3.1 电动运行电动运行1.正向电动运行正向电动运行T 0，n02.反向电动运行反向电动运行T 0，n0，n0，n0输输 入入 电功率电功率P1电枢回路总电枢回路总损耗损耗pCua电磁功率电磁功率PM电动机电动机 空载损耗空载损耗p0输输 出出 机械功率机械功率P2UIa=Ia2（Ra+R）+EaIaT=T0+T2+-+-他励直流电动机反接制动过程中的功率关系他励直流电动机反接制动过程中的功率关系4.3.4 倒拉反转倒拉反转运行运行4.3.5 回馈制动回馈制动运行运行1.正向回馈制动正向回馈制动运行运行降压调速降压调速小车下坡小车下坡2.反向回馈制动反向回馈制动运行运行他励直流电动机四象相运行的机械特性他励直流电动机四象相运行的机械特性正向电动运行正向电动运行正向回馈制动正向回馈制动反向电动运行反向电动运行能耗制动过程能耗制动过程能耗制动运行能耗制动运行倒拉反转运行倒拉反转运行反向回馈制动运行反向回馈制动运行反接制动过程反接制动过程例例3:某台他励直流电动机某台他励直流电动机,额定功率额定功率:,若运行于正向电动状态时若运行于正向电动状态时,(1)负载为反抗性恒转矩时负载为反抗性恒转矩时,采用能耗制动过程停车时采用能耗制动过程停车时,电电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少枢回路应串入的制动电阻最小值是多少?(2)负载为位能性恒转矩时负载为位能性恒转矩时,例如起重机例如起重机,传动机构的转矩传动机构的转矩损耗损耗 ,要求电动机运行在要求电动机运行在 匀速下放重物匀速下放重物,采用能耗制动运行采用能耗制动运行,电枢回路应串入的电阻电枢回路应串入的电阻值是多少值是多少?(3)负载反抗性恒转矩时负载反抗性恒转矩时,若采用反接制动停车若采用反接制动停车,电枢回路电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少应串入的制动电阻最小值是多少?(4)负载为位能性恒转矩时负载为位能性恒转矩时,电动机运行在电动机运行在 匀速下放重物匀速下放重物,采用倒拉反转运行采用倒拉反转运行,电枢回路应串入的电阻电枢回路应串入的电阻值是多少值是多少?(5)负载为位能性恒转矩负载为位能性恒转矩,采用反向回馈制动运采用反向回馈制动运行行,电枢回路不串电阻时电枢回路不串电阻时,电动机转速是多少电动机转速是多少?4.4 直流电力拖动系统的过渡过程直流电力拖动系统的过渡过程在电力拖动系统中，由于转矩平衡关系被破坏，从而导致系在电力拖动系统中，由于转矩平衡关系被破坏，从而导致系统从一个稳态向另一个稳态转移的过程，称为电力拖动系统统从一个稳态向另一个稳态转移的过程，称为电力拖动系统的的过渡过程过渡过程。4.4.1 他励直流电动机过渡过程的数学分析他励直流电动机过渡过程的数学分析忽略电磁过渡过程，只考虑机械过渡过程忽略电磁过渡过程，只考虑机械过渡过程假设条件：假设条件：（1）电源电压在过渡过程中恒定不变；）电源电压在过渡过程中恒定不变；（2）磁通）磁通恒定不变；恒定不变；（3）负载转矩为常数不变。）负载转矩为常数不变。1.转速转速n的变化规律的变化规律n=f(t)