电机拖动基础顾绳谷-第九章课件.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,*,*,*,第四讲他励直流电动机的制动,第四讲、他励直流电动机的制动,他励直流电动机的两种运转状态,电动运转状态,电动机转矩的方向与转速的方向相同，此时电网向电动机输入电能，并变为机械能以带动负载,;,制动运转（电气制动）状态,电动机转矩与转速的方向相反，此时，电动机吸收机械能并转化为电能。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,2,3,、他励直流电动机的制动,制动的目的,使电力拖动系统停车；,使电力拖动系统转速降低；,使位能负载工作机构匀速下降。,使电力拖动系统停车的方法,断电源自由停车,较慢，生产效率低；,机械制动,电磁制动器，即机械抱闸；,电气制动,能耗制动、反接制动、回馈制动（再生制动）,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,3,M,n,M,n,M,n,M,n,I,正向电动,II,制动,III,反向电动,IV,制动,n,T,0,T,T,T,T,T,与,n,方向关系,4,3,、他励直流电动机的制动,能耗制动,下图（左）为电动机工作在电动状态；,下图（右）为电动机工作在能耗制动状态。,制动时，励磁保持不变，断开,K,1,、,K,2,接通,K,3,，,电动机开始工作在发电状态，把动能转换成电能消耗在电动机电枢回路的电阻上。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,5,3,、他励直流电动机的制动,能耗制动,能耗制动机械特性方程式,其机械特性位于第二象限如下图所示,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,6,3,、他励直流电动机的制动,能耗制动,制动电阻的计算,制动电阻,R,z,越小，制动时的机械特性越平，制动转矩绝对值越大，制动越快。,制动电阻又不能太小，否则制动电流超出允许值。,一般最大制动电流按不超过,2,I,N,选择,R,z,，,则,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩7,3,、他励直流电动机的制动,能耗制动,电动机带位能负载时的能耗制动,如右图所示，电动机初始状态为,n,=0,，,T,=0,，,电动机在位能负载的作用下反向加速，随着转速的增加，,T,也,不断增大，直到,T,=,T,z,，,转速稳定，匀速下放重物。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,8,3,、他励直流电动机的制动,能耗制动,电动机带位能负载时的能耗制动,电动机带位能负载能耗制动时,，转速,n,为负，转矩,T,为正，这时机械特性位于第四象限，如下图所示的虚线。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,9,3,、他励直流电动机的制动,能耗制动,能耗制动使得,n,=,f,（,t,）和,I,=,f,（,t,）,曲线,当,T,=,T,z,时,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,10,3,、他励直流电动机的制动,能耗制动,该方程与电动机工作在电动状态下的转速微分方程的形式是一样的，只是参数的正负号有所不同。,能耗制动使得,n,=,f,（,t,）和,I,=,f,（,t,）,曲线,其中：,n,ST,为,速度的起始值,或,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,11,3,、他励直流电动机的制动,能耗制动,能耗制动使得,n,=,f,（,t,）和,I,=,f,（,t,）,曲线,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,33,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,12,3,、他励直流电动机的制动,能耗制动,能耗制动使得,n,=,f,（,t,）和,I,=,f,（,t,）,曲线,能耗制动所需时间为：,或,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,13,3,、他励直流电动机的制动,反接制动,反接制动有两种情况，分别是转速反向（一般用于位能负载）与电枢反接（一般用于反作用负载）,转速反向的反接制动,转速反向的反接制动一般用于起重机下放重物，如右图所示。假设重物,G,产生的负载转矩为,T,z,，其,转矩方向为逆时针。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,14,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,3,、他励直流电动机的制动,反接制动,转速反向的反接制动,电动机以与电动状态一样的电路接通，其转矩方向为顺时针。由于电枢回路串接较大电阻,R,W,，,使电动机起动转矩,T,st,|,-,T,z,|,的条件），电机动进入反向电动状态，这时，转速反向变负，,E,a,变负，对于,T,z,、,I,z,的极性分两种情况讨论，反作用负载时，,T,z,、,I,z,变负，位能负载时，,T,z,、,I,z,方向不变，仍为正。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,24,3,、他励直流电动机的制动,反接制动,电枢反接时的过渡过程,反向电动过程,反作用负载时，,T,z,、,I,z,变负，此时运动方程式为,机械特性方程式为,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,25,3,、他励直流电动机的制动,反接制动,电枢反接时的过渡过程,反向电动过程,同样可得,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,44,调速时的功率与转矩,26,3,、他励直流电动机的制动,反接制动,电枢反接时的过渡过程,反向电动过程,位能负载时，,T,z,、,I,z,变负，此时运动方程式为,机械特性方程式为,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,27,3,、他励直流电动机的制动,反接制动,电枢反接时的过渡过程,反向电动过程,同样可得,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,28,3,、他励直流电动机的制动,反接制动,电枢反接时的过渡过程,右图,CD,段为反作用负载时的反向起动曲线；,右图,CE,段为位能负载时的反向起动曲线；当反向转速,n,0,时，,|,E,a,|,U,|,，,T,z,、,I,z,变负，电机在此进入制动,(,回馈制动,),。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,29,3,、他励直流电动机的制动,回馈制动（再生制动）,回馈制动的两种情况,位能负载拖动电动机,他励电动机改变电枢电压调速。,位能负载拖动电动机,当直流电动机拖动位能负载提升时，若电枢电压突然反接，同时接入制动电阻,R,W,，,电机开始进入反接制动，很快电机停止，随后电机反向电动，电机在电磁转矩和位能负载转矩共同作用下加速,，,当转速超过,n,0,时，,|,E,a,|,U,|,，,T,z,、,I,z,变负，电机在此进入制动,(,回馈制动,),状态。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,30,3,、他励直流电动机的制动,回馈制动（再生制动）,位能负载拖动电动机,电动机在回馈制动状态时，电枢将轴上输入的机械功率变为电磁功率,E,a,I,a,后，大部分回馈给电网,(,U,a,I,a,),，,小部分变为电枢回路的铜耗,I,a,2,(,R,a,+,R,W,),。,电动机变为一台与电网并联运行的发电机。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,31,3,、他励直流电动机的制动,回馈制动（再生制动）,他励电动机改变电枢电压调速,在降低电压的降速过程中，当突然降低电枢电压，感应电动势还来不及变化时，就会发生,E,a,U,的情况，亦即出现了回馈制动状态。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,32,3,、他励直流电动机的制动,回馈制动（再生制动）,如图所示，如果转速降到,n,01,时，不再降低电压，则转速降到低于,n,01,，,E,a,小于,U,1,，,电动机恢复到电动状态，这时，由于,I,a,I,z,，,电动机转速继续下降，直到,n,=,n,1,，,I,=,I,z,。,他励电动机改变电枢电压调速,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,33,3,、他励直流电动机的制动,例题,一台他励直流电动机的数据如下：,P,N,=29kW,U,N,=440V,I,N,=76.2A,R,a,=0.393,W,，,n,N,=1050rpm,电动机带动一个位能负载，在固有特性上作回馈制动下放，,I,a,=60A,，,求电动机反向下放转速；,电动机带动位能负载，作反接制动下放，,I,a,=50A,，,转速,n,=,-,600rpm,，,串接在电枢电路中的电阻值、电网输入的功率、从轴上输入的功率及电枢电路电阻上消耗的功率；,电动机带动反作用负载，从,500rpm,进行能耗制动，若其最大制动电流限制在,100A,，,试计算串接在电枢电路中的电阻值。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,34,3,、他励直流电动机的制动,例题,解：,1,）,电动机反向下放转速,2,）电枢电路总电阻,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,一台他励直流电动机的数据如下：,P,N,=29kW,U,N,=440V,I,N,=76.2A,R,a,=0.393,W,，,n,N,=1050rpm,电动机带动一个位能负载，在固有特性上作回馈制动下放，,I,a,=60A,，,求电动机反向下放转速；,电动机带动位能负载，作反接制动下放，,I,a,=50A,，,转速,n,=,-,600rpm,，,串接在电枢电路中的电阻值、电网输入的功率、从轴上输入的功率及电枢电路电阻上消耗的功率；,电动机带动反作用负载，从,500rpm,进行能耗制动，若其最大制动电流限制在,100A,，,试计算串接在电枢电路中的电阻值。,35,3,、他励直流电动机的制动,例题,解：,电枢回路串接电阻,电枢电路电阻上消耗的功率,电网输入功率,轴上功率（为负值，表示从轴上输入功率）,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,一台他励直流电动机的数据如下：,P,N,=29kW,U,N,=440V,I,N,=76.2A,R,a,=0.393,W,，,n,N,=1050rpm,电动机带动一个位能负载，在固有特性上作回馈制动下放，,I,a,=60A,，,求电动机反向下放转速；,电动机带动位能负载，作反接制动下放，,I,a,=,-,60A,，,转速,n,=,-,600rpm,，,串接在电枢电路中的电阻值、电网输入的功率、从轴上输入的功率及电枢电路电阻上消耗的功率；,电动机带动反作用负载，从,500rpm,进行能耗制动，若其最大制动电流限制在,100A,，,试计算串接在电枢电路中的电阻值。,36,3,、他励直流电动机的制动,例题,解：,3,）,能耗制动时最大电流出现在制动开始时，此时感应电动势为,电枢电路总电阻,电枢回路串接电阻,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,一台他励直流电动机的数据如下：,P,N,=29kW,U,N,=440V,I,N,=76.2A,R,a,=0.393,W,，,n,N,=1050rpm,电动机带动一个位能负载，在固有特性上作回馈制动下放，,I,a,=60A,，,求电动机反向下放转速；,电动机带动位能负载，作反接制动下放，,I,a,=,-,60A,，,转速,n,=,-,600rpm,，,串接在电枢电路中的电阻值、电网输入的功率、从轴上输入的功率及电枢电路电阻上消耗的功率；,电动机带动反作用负载，从,500rpm,进行能耗制动，若其最大制动电流限制在,100A,，,试计算串接在电枢电路中的电阻值。,37,4,、他励直流电动机的调速,采用一定的方法来改变生产机械的工作速度，以满足生产的需要，这种方法通常称为,调速,调速方法,机械方法：,主要采用齿轮变速箱。,电气方法：,机械方法、电气方法、机械电气配合,他励直流电动机机械特性方程式,改变电枢供电电压、改变励磁、改变电枢回路电阻。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,38,4,、他励直流电动机的调速,调速指标,调速方法最主要的有两大指标：即技术指标与经济指标,调速的技术指标,调速范围,D,不同生产机械要求的调速范围是不同的，例如车床,D,20,120,，,龙门刨床,D,10,40,，,机床的进给机构,D,5,200,，,轧钢机,D,3,120,，,造纸机,D,3,20,等。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,39,4,、他励直流电动机的调速,调速指标,调速的技术指标,增大调速范围的方法：,增大最高转速,n,max,增大,n,max,受机械强度、换向等方面限制，在额定转速以上，提高转速是有限的；,减小最低转速,n,min,降低,n,min,受,低速运行时的相对稳定性限制。,相对稳定性,是指：负载转矩变化下的转速变化的程度。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,40,4,、他励直流电动机的调速,调速指标,调速的技术指标,静差率,d,（,或称相对稳定性）,相对稳定性的程度用静差率,d,来,表示，定义为：在一条机械特性上运行时，电动机从理想负载加到额定负载所出现的转速降，用百分数表示,电动机机械特性越硬，则静差率,d,来,越小，相对稳定性就越高。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,41,4,、他励直流电动机的调速,调速指标,调速的技术指标,静差率,d,（,或称相对稳定性）,不同生产机械要求的静差率,d,是不同的，例如普通车床允许静差率,d,30%,，,而造纸机则要求静差率,d,0.1%,。,静差率,和机械特性硬度相关，但两条平行的机械特性硬度相同，但静差率不同，转速越低，静差率越大,。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,42,4,、他励直流电动机的调速,调速指标,调速的技术指标,静差率,d,（,或称相对稳定性）,静差率,和调速范围是相关的，两者的关系为,d,一般,为低速运行时允许的静差率；,D,n,N,为低速特性额定负载下的转速降落。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,43,4,、他励直流电动机的调速,调速指标,调速的技术指标,静差率,d,（,或称相对稳定性）,一般在设计调速方案前，,D,和,d,是已知的，则允许的转速降落为,如右图所示，,1,为固有机械特性，,2,为电枢回路串电阻时的机械特性，,3,为降低电压时的机械特性,。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,44,4,、他励直流电动机的调速,调速指标,调速的技术指标,如下图所示，特性,2,和特性,3,均可得到低速,n,min,，,D,调速范围满足要求，若要求,d,=0.5,，,允许的,D,n,N,为,n,min,静差率,d,（,或称相对稳定性）,如右图所示，,D,n,N3,(,D,n,N1,),n,min,D,n,N2,，,可见，串电阻调速不能满足要求，调压调速满足要求。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,45,4,、他励直流电动机的调速,调速指标,调速的技术指标,在一定的调速范围内调速的级数愈多则认为调速愈平滑，平滑程度用,j,来衡量，它是相邻两级转速（或线速度）之比,平滑性,j,值愈接近于,1,，则平滑性愈好。,j,=1,时称为无级调速，即转速连续可调，级数接近无穷多，此时调速的平滑性最好,。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,46,4,、他励直流电动机的调速,调速指标,调速的技术指标,容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩。,调速时的容许输出,电动机稳定运行时实际输出功率和转矩由负载的需要决定。在不同转速下不同负载需要的功率,Pz,和转矩,Tz,也是不同的，调速方法应适应负载的要求。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,47,4,、他励直流电动机的调速,调速指标,调速的经济指标,调速的经济指标决定于调速系统的设备投资及运行费用，而运行费用又决定于调速过程的损耗，它可用设备的效率,h,来说明,各种调速方法经济指标相差较大，电枢串接电阻调速效率最低。,在满足一定技术指标的情况下，力求投资少，电能损耗小，而且维修方便。,式中：,P,2,电动机轴上功率；,D,P,调速时的功率损耗。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,48,4,、他励直流电动机的调速,调速指标,调速的经济指标,例题：,一直流调速系统采用改变电源电压调速，已知电动机的额定转速,n,N,=900rpm,，,高速机械特性的理想空载转速,n,0,=1000rpm,；,如果额定负载下低速机械特性的转速,n,min,=100rpm,，,而相应的理想空载转速,n,0,=200rpm,。,（,1,）,试求出电动机在额定负载下运行的调速范围,D,和静差率,d,；,（,2,）,如果生产工艺要求静差率,d,20%,，,则此时额定负载下能达到的调速范围是多少？还能否满足原有的要求？,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,49,4,、他励直流电动机的调速,调速指标,调速的技术指标,解,（,1,）,低速静差率,调速范围,不能满足原有调速范围的要求,调速范围,（,2,）,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,例题：,一直流调速系统采用改变电源电压调速，已知电动机的额定转速,n,N,=900rpm,，,高速机械特性的理想空载转速,n,0,=1000rpm,；,如果额定负载下低速机械特性的转速,n,min,=100rpm,，,而相应的理想空载转速,n,0,=200rpm,。,（,1,）,试求出电动机在额定负载下运行的调速范围,D,和静差率,d,；,（,2,）,如果生产工艺要求静差率,d,20%,，,则此时额定负载下能达到的调速范围是多少？还能否满足原有的要求？,50,4,、他励直流电动机的调速,降低电枢端电压调速,降低电枢端电压调速通常有两种方法：分别是：,电枢回路串电阻,和,改变供电电压,电枢串接电阻后，负载电流在电阻上产生压降，则加在电枢两端的电压就会下降，电动机转速随之降低，如图所示。,电枢回路串电阻,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,51,4,、他励直流电动机的调速,降低电枢端电压调速,电枢回路串电阻,调速指标不高；调速范围不大；调速平滑性不高；有级调速电枢串接电阻调速的经济性分析,电动机从电网吸收的功率,效率,电源供电电压不变，,n,0,不变，随着转速降低，效率下降。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,52,4,、他励直流电动机的调速,降低电枢端电压调速,降低供电电源电压,直流电动机的供电电源可以是晶闸管可控整流电源，如下图（左）所示；,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,也可以是交流电动机直流发电机机组，而用晶闸管可控整流装置体调节发电机励磁，如下图（右）所示。,53,4,、他励直流电动机的调速,降低电枢端电压调速,降低供电电源电压,降低电源电压的调速系统的机械特性方程式,U,0,整流装置输出电压或发电机感应电势；,R,0,整流装置内阻或直流发电机电枢电阻。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,54,4,、他励直流电动机的调速,降低电枢端电压调速,降低供电电源电压,改变直流电动机的供电电压得到一组平行的机械特性，如下图所示。,n,0,与,U,0,成正比，特性斜率为,b,=(,R,0,R,a,)/(,C,e,C,T,F,),。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,55,4,、他励直流电动机的调速,弱磁调速,减弱直流电动机励磁，对小容量系统可直接在励磁回路串电阻，如下图（左）所示；,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,对大容量系统可以用晶闸管可控整流装置向电动机励磁电路供电，如下图（右）所示。,56,4,、他励直流电动机的调速,弱磁调速,弱磁调速时，机械特性方程式是,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,57,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,4,、他励直流电动机的调速,弱磁调速,弱磁调速的调速过程,不突变,注意：,但,58,4,、他励直流电动机的调速,弱磁调速,弱磁调速时，对普通电动机调速范围最多,D=2,，,对特殊设计的额定转速较低的电动机，,D=3,4,。,由于电动机,n,max,不可能太高，主要受电动机机械强度及换向的限制。另外，电机体积及耗材增多，不经济。,弱磁调速的优点是：在功率较小的励磁电路中进行调节，控制方便，能量损耗小，调速的平滑性较高。由于调速范围不大，常和额定转速以下的降压调速配合应用，以扩大调整范围。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,59,4,、他励直流电动机的调速,弱磁调速,弱磁调速时过渡过程,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,60,4,、他励直流电动机的调速,例题,一台他励直流电动机的数据如下：,P,N,=29kW,U,N,=220V,I,N,=41.4A,R,a,=0.4,W,n,N,=1500rpm,如果在电枢回路串入电阻，,R,W,=1.65,W,，,求电动机串接电阻后的转速；,如果电动机供电电源电压下降为,110V,，,求电枢电路中无串接电阻时的转速；,若减弱励磁时磁通减小,10%,，求电枢电路中无串接电阻时的转速。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,61,4,、他励直流电动机的调速,例题,解：,（,1,）,（,2,）,（,3,）,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,一台他励直流电动机的数据如下：,P,N,=29kW,U,N,=220V,I,N,=41.4A,R,a,=0.4,W,，,n,N,=1500rpm,如果在电枢回路串入电阻，,R,W,=1.65,W,，,求电动机串接电阻后的转速；,如果电动机供电电源电压下降为,110V,，,求电枢电路中无串接电阻时的转速；,若减弱励磁时磁通减小,10%,，求电枢电路中无串接电阻时的转速。,62,4,、他励直流电动机的调速,调速时的功率与转矩,电动机在额定转速下容许输出功率主要取决于电动机的发热，发热又取决于电枢电流；,在调速过程中，只要在不同转速下电流不超过额定值，电动机长时运行，其发热不会超过容许的限度；,自冷式电动机在低速运行时，运行在额定负载下，电动机温升可能超出电动机的额定温升，电动机在降压调速时可采用他冷方式。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,63,4,、他励直流电动机的调速,调速时的功率与转矩,降压调速时,从高速到低速，容许输出转矩是常数，称为恒转矩调速方式。,而容许输出功率则正比于转速,对于他励直流电动机，转矩与功率的关系为,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,64,4,、他励直流电动机的调速,调速时的功率与转矩,弱磁调速时,弱磁调速时的容许输出功率为常数，称为恒功率调速方式。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,65,4,、他励直流电动机的调速,调速时的功率与转矩,调速时容许输出功率与转矩曲线,图中固有机械特性,1,以上为弱磁调速，以下为串电阻或降压调速。,3.,他励直流电动机的制动,3.1,能耗制动,3.2,反接制动,3.3,回馈制动,4.,他励直流电动机的调速,4.1,调速指标,4.2,降低电枢端电压调速,4.3,弱磁调速,4.4,调速时的功率与转矩,66,他励直流电动机能耗制动时机械特性,67,他励直流电动机电枢反接时人为机械特性,68,