第三章直流電動機電力拖動2

1、3.3 他勵直流電動機的調(diào)速,1.可以采用的調(diào)速方法： 機械方法；電氣方法；機械電氣配合方法。 2.電氣調(diào)速方法： 由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性來看:,欲改變電動機的轉(zhuǎn)速，可以改變電樞端電壓 Ua （包括改變U 和改變R)，或改變勵磁磁通 實現(xiàn)。,(1)調(diào)壓限制：,提高電動機電樞端電壓受到繞組絕緣耐壓的限制，所以，根據(jù)規(guī)定電樞電壓只容許比額定電壓提高 30 %； 實際上改變 Ua 應(yīng)用在降壓的方向，即從額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)速。,(2)調(diào)磁限制：,一般電動機的額定磁通已設(shè)計得使鐵心接近飽和。所以，改變磁通一般應(yīng)用在弱磁的方向，稱為弱磁調(diào)速； 一般可以使轉(zhuǎn)速從額定值向上調(diào)節(jié)。,一.調(diào)速指標,1.調(diào)速的技術(shù)指標 (1)

2、調(diào)速范圍：,一般假定：nmax 與 nmin 代表電動機在額定負載下可能達到的最高與最低轉(zhuǎn)速。,不同生產(chǎn)機械要求的調(diào)速范圍,對負載很輕的生產(chǎn)機械，可用實際負載下的最高與最低轉(zhuǎn)速來計算。,(2)靜差率(相對穩(wěn)定性),相對穩(wěn)定性的程度用靜差率 % 來表示：,表明負載變化引起轉(zhuǎn)速變化的大小程度。,靜差率與調(diào)速范圍的關(guān)系：,靜差率與調(diào)速范圍是互相聯(lián)系的兩項指標，系統(tǒng)可能達到最低速 nmin 決定于低速特性的靜差率。,調(diào)速范圍 D 與低速靜差率 % 間的關(guān)系：,(3)平滑性,調(diào)速的級數(shù)愈多則認為調(diào)速愈平滑； 用平滑系數(shù) ，即相鄰兩級轉(zhuǎn)速或線速度之比來衡量：, = 1 時稱為無級調(diào)速，此時轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)。,

3、(4)調(diào)速時的容許輸出,指電動機在得到充分利用的情況下，在調(diào)速過程中軸上所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩； 注意！電動機穩(wěn)定運行時的實際輸出的功率與轉(zhuǎn)矩是由負載的需要來決定的。,2.調(diào)速的經(jīng)濟指標,(1) 設(shè)備投資 (2) 運行費用運行費用決定于調(diào)速過程的損耗，用效率 來說明,二.降低電樞端電壓調(diào)速,1.電樞串聯(lián)電阻調(diào)速,電樞串聯(lián)電阻調(diào)速,調(diào)速指標：,(1).調(diào)速范圍不大； (2).調(diào)速的平滑性不高，是有級調(diào)速； (3).調(diào)速的經(jīng)濟性 由電網(wǎng)吸取功率：,產(chǎn)生損耗：,效率：,當(dāng) n=0.5n0 時，=50%，可見電樞串聯(lián)電阻調(diào)速的效率不高，是不經(jīng)濟的。,(4).適用場合,用于串勵或復(fù)勵直流電動機拖動的電車；

4、 煉鋼車間的澆鑄吊車等生產(chǎn)機械上。,2.降低電源電壓,使用的可調(diào)直流電源有： (1)晶閘管整流裝置； (2)電動機-發(fā)電機機組。 容量較大時用機組作為可調(diào)直流電源，而用晶閘管裝置調(diào)節(jié)發(fā)電機G的勵磁電流。,電樞由晶閘管整流供電的直流調(diào)速系統(tǒng)示意圖,晶閘管勵磁的發(fā)電機-電動機機組調(diào)速系統(tǒng),(3)機械特性方程,U0 -整流電壓R0 - 整流裝置內(nèi)阻,調(diào)壓調(diào)速時的機械特性,(4)調(diào)壓調(diào)速特點,1) 調(diào)速范圍廣； 2) 調(diào)速平滑性高； 3) 設(shè)備投資大； 4) 采用可控硅直流電源時效率高，采用機組時效率較低。,三.弱磁調(diào)速,1.弱磁調(diào)速方法 小容量系統(tǒng)在勵磁電路中串接可調(diào)電阻 rQ； 大容量系統(tǒng)用單獨的

5、晶閘管整流裝置向勵磁電路供電。,弱磁調(diào)速電路示意圖 a)小容量系統(tǒng) b)較大容量系統(tǒng),2.機械特性方程式,削弱磁通的人為機械特性,普通電動機弱磁調(diào)速范圍最多為 D = 2 ； 特殊設(shè)計調(diào)磁電動機調(diào)速范圍 D = 3 4。,3.弱磁調(diào)速特點,弱磁調(diào)速的優(yōu)點： 對功率較小的勵磁電路進行調(diào)節(jié) 控制方便； 能量損耗??； 調(diào)速的平滑性較高。 常和額定轉(zhuǎn)速以下的降壓調(diào)速配合應(yīng)用，以擴大調(diào)速范圍。,四. 調(diào)速時允許輸出的功率與轉(zhuǎn)矩,指電動機在得到充分利用的情況下，在調(diào)速過程中軸上所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩； 電動機在nN下，允許輸出的功率主要決定于電動機的發(fā)熱，發(fā)熱主要決定于Ia，受到 IN 的限制。,1. 恒轉(zhuǎn)

6、矩調(diào)速方式,指保持 Ia = IN 不變時，電動機允許輸出的轉(zhuǎn)矩也保持 Ta = TN 不變，與轉(zhuǎn)速 n 無關(guān)； 此時允許輸出的功率與轉(zhuǎn)速 n 成正比。,對于電樞串電阻調(diào)速和降壓調(diào)速： 因 = N 不變，在Ia = IN 不變條件下， T =CT N IN不變，與轉(zhuǎn)速 n 無關(guān)。所以屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。,2. 恒功率調(diào)速方式,指保持 Ia = IN 不變時，電動機允許輸出的功率也基本保持不變，與轉(zhuǎn)速 n 無關(guān)； 此時允許輸出的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速 n 成反比。,對于弱磁調(diào)速方法： 因 U= UN 不變， 是變化的，在Ia = IN 不變條件下， T =CT IN。,可見，弱磁調(diào)速時電動機允許輸出的功率為

7、常數(shù)，與轉(zhuǎn)速 n 無關(guān)；允許輸出的轉(zhuǎn)矩與n成反比。屬于恒功率調(diào)速方式。,五. 電動機的調(diào)速方式與負載類型的配合,恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式和恒功率調(diào)速方式，都是用來表征電動機采用某種調(diào)速方法時的負載能力，并不是電動機的實際輸出； 實際的輸出功率與轉(zhuǎn)矩是由負載來決定的； 負載有不同類型，因此，存在一個調(diào)速方式與負載類型配合的問題！（自己分析）,3.4 他勵直流電動機的制動,1.直流電動機的兩種運轉(zhuǎn)狀態(tài) (1)電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩 T 的方向與旋轉(zhuǎn)方向相同,電網(wǎng)向電動機輸入電能； (2)制動運轉(zhuǎn)狀態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩 T 與轉(zhuǎn)速 n 的方向相反,電動機吸收機械能并轉(zhuǎn)化為電能。,2.電氣制動方法,1) 能耗制動 2) 反

8、接制動 作用：使電動機生產(chǎn)一個負的轉(zhuǎn)矩(即制動轉(zhuǎn)矩)，以增加減速度，使系統(tǒng)較快地停下?；蚴刮荒茇撦d的工作機構(gòu)獲得穩(wěn)定的下放速度。 3) 回饋制動(或稱再生制動).,一.能耗制動,1.他勵電動機能耗制動電路圖及電路特點,電路特點：,U = 0，電樞回路電阻 Ra + Rz； 制動過程中，電動機靠系統(tǒng)的動能發(fā)電，轉(zhuǎn)化成發(fā)電機工作狀態(tài)； 把動能變成電能，消耗在電樞回路的電阻上，因此稱為能耗制動。,2. 能耗制動機械特性方程式,制動電阻 Rz 愈小，則機械特性愈平，T1 絕對值愈大，制動愈快； 但 T1 受最大制動電流的限制。,能耗制動機械特性,3.制動電阻選擇,按最大制動電流不超過 2 IN 來選擇

9、 RZ，可近似為：,4.能耗制動的用途,利用制動實現(xiàn)降速； 電動機帶動位能負載時，可利用能耗制動實現(xiàn)等速下放。,能耗制動實現(xiàn)穩(wěn)速下放,5.能耗制動時的過渡過程曲線（選講）,能耗制動過渡過程,必須指出： 在一定轉(zhuǎn)速下進行能耗制動時，電樞必須串聯(lián)電阻 Rz，否則電樞電流將過大，在高速時甚至接近短路電流的數(shù)值！,二.反接制動,轉(zhuǎn)速反向反接制動可用于位能負載穩(wěn)速下放； 電樞電壓反向反接制動一般用于反作用負載剎車。,(一) 轉(zhuǎn)速反向的反接制動,1.轉(zhuǎn)速反向反接制動的電路及特點,反接制動,特點：,位能負載倒拉電動機，轉(zhuǎn)速 n 逆轉(zhuǎn)矩 T 的方向旋轉(zhuǎn)； 和正常電動狀態(tài)時相比，E 的方向變反。,2.機械特性,

10、轉(zhuǎn)速反向的反接制動特性方程式，與電動狀態(tài)下的人為機械特性的方程式在形式上是相同的。,反接制動機械特性,轉(zhuǎn)速反向反接制動,3.制動過程中的功率平衡問題,電樞電路電勢平衡方程式兩邊同乘以 Ia，得,表示由電網(wǎng)輸入的電功率和輸入的機械功率之和，消耗在電樞的電阻（Ra + R）上； 因此反接制動能量消耗是比較大的！,(二) 電樞反接的反接制動,1.反接制動電路及特點 為了使工作機械迅速停車或反向，斷開觸點 Z，接通觸點 F，把電樞電源反接，電樞電路中要串入電阻 R,電樞反接制動電路的特點：U 為負。,2.機械特性 機械特性的方程式為：,制動過程中 n 為正，在第二象限； 機械特性曲線第二象限的 BC段

11、，即為反接制動特性。,電樞反接的反接制動的機械特性,如果反接制動時最大電流不超過 2IN ，則應(yīng)使：,這時機械特性特性比能耗制動陡得多,在整個降速范圍制動轉(zhuǎn)矩始終存在并保持為一較大值； 因此比能耗制動作用更強烈，制動更快！,3.制動過程中的功率平衡問題,功率平衡問題同轉(zhuǎn)速反向反接制動類似。,(三) 電樞反接時的過渡過程（選講）,電壓反向反接制動,電樞反接時的過渡過程分析,1.反作用負載 穩(wěn)定工作點為DB - C：電樞反接制動過程 T 不等于 TZ；C - D：反向電動起動增速過程 T 不等于 TZ ； D：反向電動穩(wěn)定運行 T = TZ 。,2.位能負載,穩(wěn)定工作點為EB - C：電樞反接制動

12、過程 T 不等于 TZ；C - F：反向電動起動增速過程 T 不等于 TZ ； F - E：電樞反接的反接制動的過渡過程， 電動機電磁轉(zhuǎn)矩仍小于位能性負載轉(zhuǎn)矩，T 不等于 TZ 。這一階段的特點是電機轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，那么屬何種工作狀態(tài) ？,三.回饋制動,特點：轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速， Ea U (一) 位能負載拖動電動機 1. 回饋制動狀態(tài) 當(dāng) Ea U 時，電流從電樞向電源正端流入，具有向電源回饋的性質(zhì)； T 與 n 方向相反（第四象限），處制動狀態(tài)； 既回饋電能，又有制動作用，故稱為回饋制動狀態(tài)。,電動狀態(tài)下運行的電動機，在某種條件下會出 現(xiàn) 情況，此時 ， 反向， 反向，由驅(qū)動變?yōu)橹?/p>

13、動。從能量方向看，電機處于發(fā)電狀態(tài)回饋制動狀態(tài)。,回饋制動F-E段,2.機械特性,機械特性的方程式同反接制動,3.回饋制動運行實質(zhì),電樞將軸上輸入的機械功率變?yōu)殡姶殴β?EaIa 后， 大部分回饋給電網(wǎng) ( U Ia ); 小部分變?yōu)殡姌谢芈返你~耗 Ia2 ( Ra + R ); 電動機變?yōu)橐慌_與電網(wǎng)并聯(lián)運行的發(fā)電機。,功率平衡方程式:,- U Ia + Ea Ia = Ia2 (Ra+R),4.回饋制動用途,回饋制動可用于轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速情況下的位能負載下放。,(二) 改變電樞電壓調(diào)速時的回饋制動,降低電壓的降速過程中，突然降低電樞電壓，會發(fā)生 Ea U，出現(xiàn)了回饋制動狀態(tài)。,回饋制動,回饋制動：穩(wěn)定運行有以下兩種情況,發(fā)生在動態(tài)過程中的回饋制動過程有以下兩種情況,回饋制動過程中，功率回饋電網(wǎng)，從電能消耗來看是較為經(jīng)濟的。,T,-T,0,-n0,n0,-n,n,反向電動,正向電動,反向回饋制動,反接制動,能耗制動,轉(zhuǎn)速反向 反接制動,能耗制動,正向回饋制動,TZ,-TZ,他勵電動機在各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的機械特性,-TC,討論： 對于需要正、反轉(zhuǎn)的反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，拖動它的電動機應(yīng)運行在哪幾種狀態(tài)？,本章小結(jié),T,-T,0,-n0,n0,-n,n,反向電動,正向電動,反接制動,能耗制動,-