他励直流电机的运行特性.ppt

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,*,*,3.4,他励直流电机的运行特性,电机的模型,1,3.4.1,他励直流机的起动及调速,3.4.2,调速方法的转矩特性及其与负载的配合,！,3.4.3,他励直流机的四象限运行,(,应用,),电机的模型如下图。有,3,个可调节量,:,起动的概念,2,3.4.1,他励直流机的起动及调速,1,他励直流电动机的起动,直流电动机接到电源后，转速从零达到稳态转速的过程称为,起动过程,。,，,注意：,他励直流电动机起动时，必须先加额定励磁电流建立磁场，然后再加电枢电压。,顺利启动,条件？,3,由于电枢绕组电阻,R,a,很小，因此起动电流,I,s,I,N,（约为,10,20,倍的,I,N,），这么大的起动电流,使电机换向困难,，在换向片表面产生强烈的火花，甚至形成环火；,由于,大电流产生的转矩过大,，将损坏拖动系统的传动机构，这都是不允许的。,因此一般直流电机都不允许直接起动。这样，就需要增加起动设备和采取措施来控制电机的起动过程。,启动电流大会存在什么问题呢？,电机顺利起动应具备什么条件？,一般直流电动机拖动负载顺利起动的条件是：,1),起动电流限制在一定范围内，即,I,s,I,N,，,为电机的过载倍数，（,一般为,22.5,）；,2),足够大的起动转矩，,T,st,（,1.1,1.2,）,T,N,；,3),起动设备简单、可靠。,如何限制起动电流呢？,如何限制起动电流呢？,4,如何限制起动电流呢？,限制起动电流的措施有两个：一是增加电枢回路电阻，二是降低电源电压，即,直流电动机的起动方法有,电枢串电阻,和,降压两种,。,下面分别讨论两种方法。,串电阻,起动,5,1,）电枢回路串电阻起动,启动原理,在额定电源电压下，电枢回路串入,分级起动电阻,R,st,，在起动过程中将起动电阻逐步切除。,良好的起动必须保证在起动时每级起动电阻上有相同的,最大起动电流,Ism,（或,最大起动转矩,Tsm,）和相同的,切换电流,Ich,。一般取切换电流为,额定电流的,110%,120%,，以保证电动机在起动过程中有大致相同的加速度。,起动电阻怎样计算？,6,2.,起动电阻的计算,有,图解法,和,解析法,。主要讨论,解析法,启动过程,各级起动电阻的计算方法：,第一阶段,各切换点,b,，,d,，,f,所对应的切换电流相同，均为,I,2,a,，,c,，,e,点对应的最大允许起动电流相同，均为,I,1,在切除起动电阻瞬间，,n,不能跃变，则,E,b,=,E,c,，,E,d,=,E,e,，,E,f,=,E,g,，可得以下三组方程,起动电阻怎样计算？,7,切除起动电阻瞬间，,n,不能跃变,得以下三组方程,将每组两个方程相除得,为,起动电流比或起动转矩比。,由上式得出,最后得到每段起动电阻,8,最后得到每段起动电阻为,若起动级数为,m,，则计算总电阻公式为,已知起动电阻级数,m,可求起动电流比，反之可求,m,。若计算所得,m,不为整数时，应修改使,m,成为整数。,归纳总结计算起动电阻的步骤为：,9,计算起动电阻的步骤：,估算或实测,Ra,。,计算,R,1,。,计算,求,R,2,，,R,3,，,.,，,R,m,。,计算,r,1,r,2,r,3,.,r,m,。,降压起动,：,10,3.2.2,降压起动,当直流电源电压可调时，可以采用降压方法起动。在起动瞬间，电动机的转速,n,=0,，反电动势,E,a=0,，降低电源电压,U,，将起动电流限制在允许的范围内。,如何确定最低电压？,11,如何确定最低电压？,负载,TL已知，根据启动条件的要求，可以确定电压,U,的大小。,根据启动电流确定降低电源电压到,U,：,有时为了保持启动过程中电磁转矩一直较大及电枢电流一直较小，可以逐渐升高电压,U,，直至最后升到,U,N,。实际上，电源电压由于可以连续升高，所以启动更快、更稳。,他励直流电动机空载启动或拖动反抗性转矩负载启动，改变电源电压,U,的方向或改变励磁电流的方向，电动机都要反向启动。然后稳定运行。,！电源电压,U,的方向,和,励磁电流的方向，,两种启动方式比较,12,他励直流电动机的调速,13,对电动机的转速，不仅要能调节，而且要求调节的范围广，精度高，过程平滑，调节的方法要简单、经济。,通常把电动机运行于固有机械特性上,的转速称为,基速,。,2,他励直流电动机的调速,电枢串电阻,的调速,14,(1),电枢串电阻调速,电枢串电阻调速,他励直流电动机拖动生产机械运行时，保持电枢电压额定，励磁电流（磁通）额定，在电枢回路串入不同的电阻时，电动机可运行于不同的速度。,电枢串电阻调速的机械特性方程式为,电枢串电阻调速的特点是什么？,15,电枢回路串电阻调速的特点是：,1,）实现简单，操作方便,方向只能在,基速以向调速，,因而调速范围较小，一般,D,2,；,2,）由于串接电阻上要消耗电功率，因而经济性较差，而且转速越低，能耗越大。,3,）由于电阻是分级切除的，所以只能实现有级调速，平滑性差,（,有级调速4,）机械特性变软，静差率增大，相对稳定性变差；,应用：,电枢串电阻调速的方法多用于对调速性能要求不高的场合，如过去的起重机、电车等，现在已不多见。,讨论降压调速？,16,（,2,）改变电枢电源电压调速,（降压调速）,降压调速,他励直流电动机拖动负载运行时，保持励磁电流（磁通）额定，电枢回路不串电阻，改变电枢两端的电压，可以得到不同的转速。由于受电机绝缘耐压的限制，其电枢电压不允许超过额定电压，只能在额定电压,U,N,以下进行，因此，调压调速也是一种在基速以下调节转速的方法。,调压调速的机械特性方程式为,晶闸管整流器供电的直流调速系统,降低电源电压调速时的机械特性,降压调速的特点是什么？,17,调压调速的特点是：,1,）在基速以下调速，调速范围较宽，,D,可达,1020,；,2,）调速前后机械特性硬度不变，因而相对稳定性较好；,3,）由于调压电源可连续平滑调节，所以拖动系统可实现无级调速；,4,）调速过程中能量损耗较少，因此调速经济性较好；,5,）需要一套可控的直流电源。,应用：,调压调速多用在对调速性能要求较高的生产机械上，如机床、轧钢机、造纸机等。,讨论,弱磁,调速？,18,（,3,）,弱磁调速,弱磁调速,他励直流电动机拖动负载运行时，保持电枢电压额定，电枢回路不串电阻，改变励磁电流（磁通），可以得到不同的转速。由于电动机在额定运行时，磁路已接近饱和，因此改变磁通调速实际上是减弱磁通，所以叫弱磁调速。,弱磁调速时，机械特性方程式为,弱磁调速电路示意图,较大容量系统,小容量系统,减弱磁通的人为机械特性,弱磁,调速的特点是什么？,19,弱磁调速的特点是：,1,）由于励磁电流,I,f,0,，转速,0,，,Te,为制动性转矩，这种稳态运行状况称为,能耗制动运行,。,反接,制动过程,42,4,电压反接制动,能耗制动过程的一个实例是,反接制动停车,。它是把正向运行的他励直流电动机的电源电压突然反接，同时在电枢回路串入限流的反接制动电阻,R,来实现的。拖动反抗性恒转矩负载，反接制动停车,(B,C,),时，其机械特性如图所示。,反接,制动过程,由突然反接电枢电压产生,43,对于采用可调节电压源的电力拖动系统，常常采用先降压减速（避免接限流电阻）、再反接低电压从而反接制动停车并接着反向（或正向）起动的运行方式，达到迅速制动并反转（正转）的目的。,反接,制动运行,44,5,倒拉反转运行（制动）,正向回馈制动过程,也叫电动势反接制动,由位能性负载时断开电源或串大电阻产生,45,6,正向回馈制动过程和运行,（,1,）,正向回馈制动过程,正向回馈制动过程,由降低电枢电源电压产生,46,其功率流程与直流发电机的功率流程一致，所不同的是：,机械功率的输入不是原动机送进，而是系统从高速向低速降速过程中释放出来的动能所提供；,电功率送出不是给用电设备，而是给直流电源。即正向回馈制动过程，“回馈”指电动机把功率回馈电源。,正向回馈制动运行,47,(2),正向回馈制动运行,反向回馈制动运行,由位能性负载拖动引起,48,7,反向回馈 制动运行,反向回馈制动运行,由位能性负载下放重物时引起的再生发电 制动,49,四象限运行小结,50,3.4.3,小结,例略,51,例题：,例,3.4-2,52,例,3.4-3,典型的电梯的机械结构如图,3.4.8,所示、分为定滑轮、载物轿箱和配重（图中用黑框表示）。此外，还在定滑轮上设置了抱闸装置用于停车时将定滑轮抱死以保证可靠停车。配重的重量一般为载物轿箱满载重量的一半，于是轿箱空载时负载转矩的方向为拖动轿箱上升的方向，轿箱满载时负载转矩的方向为拖动轿箱下降的方向。试分析采用调压调速的直流电机拖动电梯轿箱作四象限运行的基本运行状态。,53,解：,首先设定各个物理量的,正方向,如图,3.4.14,中的说明（注意：若不假定正方向，则无法讨论）。,54,小结,55,本节小结：,小结,56,END,57,